鋁型材表麵電泳塗裝處理技術詳解

    國外從1930年以來使用最早的要數美國的福特公司首次在車輪塗裝線上使用電泳塗料，其應用得到了飛速發展。透明的、具耐候性的丙烯酸類和聚氨酯類電泳塗料自70年代開始已成功用於金屬表麵的裝飾和保護，如銅字招牌保護，不鏽鋼及電鍍製品的裝飾和保護，作為最終保護裝飾層的最具代表性的就是建築鋁型材的電泳塗裝。

 

　　一、獨特優點：

　　⑴易實現自動化生產。由於電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，處理時間短，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的塗膜，同時通過調整電量可控製膜厚。

　　⑶塗料的利用率高。由於粘度低，工件帶出較少，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率高達95%以上。

　　⑷安全性和環保性。由於電泳塗料的水稀釋，固體份低，溶劑含量少是環保型塗料，且免除了火災的危險，工人健康也有保障。

　　⑸塗膜質量好。丙烯酸樹脂用氨基樹脂固化，保證了塗膜的高裝飾及高耐腐蝕性，同時由於樹脂高度透明，有效地突出了金屬質感，根據需要還可得到亞光、沙麵、珠光等裝飾效果。

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

　　⑺可自由控製塗膜的厚度，國內外通常控製7μm和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，機械缺陷少，對氧化著色工藝要求管理嚴格，因為任何微小的缺陷和沾汙都會在透明漆下暴露無遺。

　　⑼對電泳工藝管理要求高，以提高成品率。

 

　　二、電泳塗裝原理

　　以陽極電泳為例，圖2－4－1說明了陽極電泳的過程，此時工件為鋁型材作陽極。

　　塗料狀態（乳化狀態）：含羧基的丙烯酸樹脂，中和劑為氫氧化鉀，或有機胺，固化劑為三聚氰胺甲醛樹脂。

　　pH值：7．8～8．5之間。

　　電沉積：在pH值下降時析出

　　電極反應：陽極（鋁型材）

　　2H2O→4H＋＋4e－＋O2↑

　　R－COO－＋H＋→R－COOH

　　水溶性水不溶（塗膜）

　　Me→Men＋＋ne

　　RCOO－＋Men＋→（R－COO）nMe（析出）

　　陰極（極板）

　　2H2O＋2e→2OH－＋H2↑

　　電泳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，因此電泳過程中要對電導率進行控製，另外要控製液的pH值，它與塗膜的沉積密切相關，陽極電泳時有金屬離子溶出，它參與成膜，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。

 

　　三、鋁型材用陽極電泳塗料的特性

　　1.陽極電泳塗料的品種

　　由於丙烯酸樹脂具有優異的耐候性，耐磨性；樹脂無色透明，可通過配方調節塗料性能，具有優異的裝飾性和性能可調性，且這類樹脂主鏈由碳－碳鍵組成，抗化學性高，配成堿性的大量含水的電泳漆也不會分解，具有良好的穩定性，因此丙烯酸類型的陽極電泳塗料占據了鋁型材電泳塗料的主流。

　　目前還有一類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，則可取消陽極氧化、著色、封閉工藝。有利於節約成本。此外為滿足各種產品的不同需求，功能性的抗菌、絕緣、自潤滑電泳塗料，及裝飾性的亞光、消光、珠光電泳塗料也已經得到應用。

　　2.電泳塗料的製造

　　陽極電泳塗料是指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，用三聚氨胺甲醛樹脂作為交聯劑固化，引入丙烯酸單體越多，則樹脂水溶性越好。

 

    四、配方：

　　MMA：BA：HEMA：AA＝45：38：10：7

　　其中MMA為甲基丙烯酸甲酯是硬單體，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β－羥乙酯，它提供自由的羥基，與氨基樹脂起交聯反應，同時還增強樹脂的親水性，AA是丙烯酸提供羧基，基含量越高，親水性愈好，一般電泳塗料中用5%～10%，聚合在共溶劑丙二醇丁醚中進行，濃度為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，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，多為親水性醇類，如丙醇、丁醇、乙二醇（或丙二醇）的單醚，主要依據揮發性能、毒性、價格來選擇，中和劑作用在於中和丙烯酸樹脂鏈上的羧基，保護樹脂水溶性，多為有機胺或氫氧化鈉，用有機胺，如三乙胺，二甲基乙醇胺，特別是三級胺有益於樹脂穩定。

 

　　五、電泳的工藝及設備

　　1.電泳的工藝流程

　　以陽極電泳為例，通常按如下工藝進行脫脂→水洗→水洗→中和→水洗→陽極氧化→水洗→電解著色→熱水洗→水洗→電泳→水洗→幹燥

　　2.電泳的工藝條件

　　⑴電泳槽液的條件

　　固體份：7%～9%

　　溫度：20～25℃

　　pH：8．0～8．8

　　電阻率/Ω·cm（20℃）：1500～2500

　　⑵電泳的工藝參數

　　電壓：80～250V（DC）

　　電泳時間：1～3min

　　電流密度：15～50A/㎡

　　具體工藝規範依產品的要求進行。

　　塗膜厚度：7～12μm

　　3.鋁型材電泳工藝所需設備

　　⑴電泳槽。鋁型材電泳槽多設計為長方形矩形槽，基內部大小取決於裝掛吊的尺寸，槽體用4～6mm，鋼板內襯用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2000A/槽。電源的波紋因素一定要小於6%，其值愈大，電泳塗膜產生孔隙的幾率愈大。

　　⑶電極。在陽極電泳時，鋁型材作為陽極，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。可保證槽液溫度穩定。

　　⑸預配槽及自動添加係統。預配槽可完成電泳槽液的配製，以保證達到正常參數；自動添加係統，可保證補充每槽鋁型材所消耗的電泳漆的量，保證電泳槽固體份在工藝範圍之內，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，采用離子交換樹脂係統可去除槽液中的雜質，陰、陽離子使槽液pH值穩定，若再加上反滲透裝置（RO）則可實現閉路係統。