淺談鋁型材的電泳（yǒng）塗裝工藝特（tè）點及其應用

     我國鋁型材業經過20年的發展，已形成一個完整的工（gōng）業體係（xì），成為國民經濟的支柱產（chǎn）業之一。原鋁產量已達到250萬噸以上，占世界第三位，擁有鋁加工企業（yè）1000多家，生產能力已達到350萬噸/年，鋁型材（cái）產量已達100萬噸/年。目（mù）前已進入高檔發展時期，鋁型材的表（biǎo）麵處理技術發展迅速，由單一（yī）的古銅料發展到擁有粉末（mò）塗裝、噴塗氟（fú）碳塗料、有機和無機染色、電泳塗裝、機械和化學拋光等工藝手段，新一代的木紋化處理技術，三段電解多色（sè）著色以及微弧氧化著色技術也在試產中（zhōng），鋁型材（cái）的外觀有鈦金、金黃、香檳、仿不鏽鋼及各（gè）種色彩（cǎi），還有顯示鏡麵（miàn）、沙石、亞光、珠光等（děng）特殊效果的。在眾多的表麵處理技術中，電泳塗裝是最具發展方向的（de）適用技（jì）術。鋁型材經陽極化（huà）和電解著色後再進行電泳塗裝，有雙層保護。具有高透明，高度金屬質感，高耐（nài）蝕及高耐候（hòu）性，比噴（pēn）漆、粉末噴塗更具裝飾（shì）性，深受用戶喜愛（ài），已廣泛進入家庭裝修，潛在市場（chǎng）極大。其二，工藝容易實施，隻要在原生產線（xiàn）上增加幾（jǐ）個槽與（yǔ）鋁氧化著色形成流水線生產，水溶性電泳塗裝安全，可以實現（xiàn）閉（bì）路循環，有利於環保。其三，更重要的是電泳型材更具魅力，是高檔、豪華型材的典範。擁有電泳塗裝線成為鋁型材廠綜（zōng）合技術（shù）水平的重要標誌。

    2.4.2鋁型材的電泳塗裝

    2.4.2.1電泳塗裝的特點

    自20世紀30年代電泳塗料在福特汽車公司車輪（lún）塗裝線上使（shǐ）用（yòng）以來，其應（yīng）用得到了飛速發展。透明的、具耐候性的丙烯（xī）酸類和聚（jù）氨酯類電泳塗料自70年（nián）代開始已成功用於金（jīn）屬表麵的裝飾和保護，如銅字招牌保護，不鏽鋼（gāng）及電鍍製品的裝飾和保護，作為最終保（bǎo）護裝飾（shì）層的最具代表性的就是建築鋁型材的電泳塗裝（zhuāng）。

    鋁（lǚ）材型材傳統的表麵處理工藝是氧化、著色及（jí）封閉處理，這（zhè）種鋁材的轉化膜在（zài）戶外長期使（shǐ）用時，特別是在酸（suān）雨或海洋環境中時，容易腐蝕，耐久性（xìng）差，因（yīn）此自70年代開始，人們嚐試用塗（tú）料塗裝的（de）方法來提高建築用鋁型材的裝飾性能及使用年限，目前，已工業化成功（gōng）使用的有電泳塗漆、粉末（mò）塗（tú）裝和氟碳噴塗。由於電泳塗料是水性塗料，鋁材經前處理水洗後可直接電泳，電泳塗（tú）層透明度高，既（jì）具有高裝飾性又可突出鋁型材本（běn）身的金屬光（guāng）澤，因此在建築鋁型材上已越來（lái）越多地（dì）使用電泳塗裝（zhuāng）。

    電泳塗裝法和其它塗裝方法相比有以下優點：

    ⑴易實現自動化生產。由於電（diàn）泳塗裝在水性電泳槽中進行，與陽極氧化、電解著色工藝類似（sì），處理時間短（duǎn），容易實現整個工藝的流水線作業。

    ⑵塗膜均勻致密。由於電泳塗料的高泳透力，可使複雜形狀的型材亦獲得均勻（yún）的塗膜，同時通過調整電（diàn）量可控製膜厚。

    ⑶塗料的利用率高。由於粘度低，工件帶（dài）出較少，而且電泳工件可用水洗，回收裝置的利用使電泳塗裝的塗料利用（yòng）率高達95%以上。

    ⑷安全性和（hé）環保性。由於（yú）電泳塗料的水稀釋，固體（tǐ）份低，溶劑含量少是環保型塗料，且免除（chú）了火（huǒ）災的危險，工（gōng）人（rén）健康（kāng）也有保障。

⑸塗膜質量好。丙烯酸樹脂用氨基樹脂固化，保（bǎo）證了塗膜（mó）的高裝飾及高（gāo）耐腐蝕性，同時由於樹脂高度透明，有效地突出了金屬質感，根據需要還可得到（dào）亞光、沙麵（miàn）、珠光等裝飾（shì）效（xiào）果。

 ⑹和通常的電解著色封孔工藝相比，具有省時，節省人力（lì）的特點，電泳塗膜無需封孔（kǒng），避免了由於封孔不好帶來的裂紋（wén）等毛病。

    ⑺可自（zì）由控製塗膜的厚度，國內外（wài）通常控製7μm和（hé）12μm兩檔。

    ⑻由於電泳層透明光亮，因此要求鋁鑄錠質量高，擠壓材表麵平滑，機械（xiè）缺陷少，對氧化著色工（gōng）藝要求管（guǎn）理嚴格，因為任何微小的缺陷和（hé）沾汙都會（huì）在透明漆下暴露無遺。

    ⑼對電泳工藝管理要求（qiú）高，以提高成（chéng）品率。

    2.4.2.2電泳塗裝的原理

    以陽極電泳為例，圖（tú）2-4-1說明了陽極電泳的過（guò）程（chéng），此時工件為（wéi）鋁型材作陽極。

    塗料狀態（乳化狀態）：含（hán）羧基的丙烯酸樹脂，中和劑為氫氧化鉀，或有機胺，固化劑為三（sān）聚氰胺甲醛樹脂。

    pH值：7.8～8.5之間。

    電（diàn）沉積：在pH值下降時析出

    電極反應：陽極（鋁型材（cái））

    2H2O→4H++4e-+O2↑

    R－COO-+H+→R－COOH

    水溶性水不（bú）溶(塗膜)

    Me→Men++ne-

    RCOO-+Men+→(R－COO)nMe(析出)

    陰極(極板)

    2H2O+2e→2OH-+H2↑

    電泳（yǒng）時在工件表麵塗膜沉積，陽極有氧氣產生，可以促進成膜，但氧氣產生過多會造成塗膜外觀光亮度差，因此電（diàn）泳（yǒng）過程中要對電導率進行控製，另（lìng）外要控製液的pH值，它與塗膜的（de）沉積（jī）密切相關，陽極電泳（yǒng）時有金屬離子溶出，它參與成膜（mó），鋁型材電泳時的金屬離子溶出和鋼鐵件不同，對顏色的影響甚微。

    2.4.2.3鋁型材用陽極電（diàn）泳塗料的特（tè）性

    2.4.2.3.1陽極（jí）電泳塗料的品種

    由於丙烯酸（suān）樹脂具有優（yōu）異的耐候性，耐磨性；樹脂無色透明，可通（tōng）過配方調節塗料性能，具有優異的裝飾性和（hé）性能可調性，且這類樹脂主（zhǔ）鏈由碳-碳鍵組（zǔ）成，抗化學性高，配成堿性的（de）大量含水的電泳（yǒng）漆也不會分解，具有良好的穩定性，因此丙烯酸類型的陽（yáng）極電泳塗料占據了鋁（lǚ）型材（cái）電泳塗料的主流。

    目前還有一類（lèi）為有色的聚氨酯電泳漆，性能較好，工藝簡單，因為采用有色聚氨酯電泳漆，則可取消（xiāo）陽極氧（yǎng）化、著色、封閉工藝。有利於節約成本。此（cǐ）外為滿足各種產品的（de）不（bú）同需求（qiú），功能性的抗菌、絕緣、自潤滑電泳塗料，及裝飾性的亞（yà）光、消光、珠光電（diàn）泳塗料（liào）也已經得到應用。

    2.4.2.3.2電泳塗料的製造

    陽極電泳塗料是指（zhǐ）將鋁型材工件作為陽極，故陽極電泳塗料是陰離子型樹脂，最常用的是水可稀釋的帶羧基的丙烯酸樹脂，用三聚氨胺（àn）甲醛樹脂作為（wéi）交聯劑固化，引入丙烯酸單體（tǐ）越多，則樹脂水溶性越好。如配方：

其中MMA為（wéi）甲基丙烯酸（suān）甲酯是硬（yìng）單體，聚合物的主體；BA是丙烯酸丁酯，是軟單體，用來調節玻璃化溫度，提供鏈的柔性；HEMA是甲基丙烯酸（suān）β-羥乙酯，它提供自由的羥基，與（yǔ）氨基樹脂（zhī）起交聯反應，同時還增（zēng）強樹脂（zhī）的親水性，AA是丙烯酸提供羧基，基含（hán）量越高，親水性愈好，一般電泳塗（tú）料中用5%～10%，聚合在共溶劑丙二醇丁醚中進行，濃度為（wéi）70%左右，引發劑可用過氧化苯甲酯（BPO），但以偶氧二異丁腈為好。反應溫度為100℃左右（yòu），聚合完成後，用二甲基乙醇胺中和，然後用水稀釋，固體含量一般為60%左右，pH值為7.5～8.5，在水性塗料中要用到溶劑，有時稱共溶劑，多為親水性（xìng）醇類，如丙醇、丁醇（chún）、乙二醇(或丙二（èr）醇)的單醚，主（zhǔ）要依據揮發性能、毒性、價格來選（xuǎn）擇，中和劑作（zuò）用（yòng）在於中和丙烯酸樹（shù）脂（zhī）鏈上的羧基，保護（hù）樹脂水溶（róng）性，多為有機胺或氫氧化（huà）鈉，用有機胺，如三乙胺（àn），二甲基乙醇胺，特別是三級胺有益於樹脂穩定（dìng）。

    2.4.3電泳的工藝及設備

    2.4.3.1電泳（yǒng）的（de）工藝流程

    以（yǐ）陽極電泳為例，通常按如下工藝進行

    脫脂→水洗→水洗→中和（hé）→水洗→陽極氧化→水洗→電解著色→熱水洗→水洗→電泳→水洗（xǐ）→幹燥

    2.4.3.2電泳的工藝條件

    ⑴電泳槽液的條件

    固體（tǐ）份：7%～9%

    溫度（dù）：20～25℃

    pH：8.0～8.8

    電阻率（lǜ）/Ω·cm(20℃)：1500～2500

    ⑵電泳的工藝參數

    電壓：80～250V(DC)

    電泳時間（jiān）：1～3min

    電流密度：15～50A/㎡

    具體工藝規範依（yī）產品的要求進行。

    塗膜厚度：7～12μm

    2.4.3.3鋁型（xíng）材電泳工藝所需設備

    ⑴電泳（yǒng）槽。鋁型材電泳槽（cáo）多設計為長方形矩形槽，基內部大小取（qǔ）決於裝掛吊的尺寸（cùn），槽體用4～6mm，鋼板內襯用（yòng）聚丙烯或環氧玻璃鋼，需設置溢流槽。

    ⑵電源。直流要求0～250A任意可調，電流大小根據50A/㎡計算，約（yuē）2000A/槽。電源的波紋因素一定要小於6%，其值（zhí）愈大，電泳（yǒng）塗膜產生孔隙的（de）幾率愈大。

    ⑶電極（jí）。在陽極電泳時，鋁（lǚ）型材作為陽極，陰極板采用不鏽鋼板或鋁板，陰極麵積為工件總麵積的1倍。板隔膜采用聚丙烯纖維布。

    ⑷熱交換係統（tǒng）。可保證槽液溫度穩（wěn）定。

⑸預配槽及自動添加係統。預配槽可完（wán）成電泳（yǒng）槽液的配製，以保證達到正常參數；自動添加係統，可保證補充每槽鋁（lǚ）型材所消耗的電泳漆的量，保證電泳槽固體份在工藝範（fàn）圍之內，以確保膜厚的均一。

    ⑹離子交換處理（IR）係統。陽極電泳時，陰極pH值會不斷增加，采用離（lí）子交換樹脂係統可去除槽液中的雜質，陰、陽離（lí）子使槽液pH值穩定，若再加上反滲透裝置（RO）則可（kě）實現閉路（lù）係統。

    表2-4-2RO透過液的組成

    由（yóu）於經過RO後的水幾近純水，可以（yǐ）直接用來清洗，故可實（shí）現閉路水（shuǐ）洗係統，有利於環境保護。

    2.4.4小結

     我國目前已有多家鋁型材廠（chǎng）擁有電泳生產線（xiàn），為了更好地發展電泳塗裝技術，占有更多地（dì）市（shì）場份額，我們認為應從幾方（fāng）麵努力：⑴開發新的應用領域，如機（jī）械、航空、汽車構件（jiàn）、家（jiā）電、浴室、廚具等；⑵提高（gāo）鋁型材加工技術，提高電泳型材的合格率；⑶提高電泳塗料品質，擴大電泳塗料品種，提高國（guó）產（chǎn）化率；⑷提高電泳塗裝的管理水平。

綜上所述，我國的鋁型材電泳塗裝（zhuāng）技術正進入一個新的發展時期，由於電泳型材的高品質，必將在我國有一個更加迅速的發展。