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铝型材粉末喷涂介绍大全

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     铝型材粉末喷涂介绍大全
    铝型材粉末喷涂介绍
    铝型材的表面处理方式大体有阳极氧化、电泳涂装及粉末喷涂三种处理方式,每一种方式都各有优势,占有相当的市场份额。
    其中,粉末喷涂存在着以下几点显着优势:
    1、工艺较为简单,主要得益于生产过程中主要设备的自动精度的提高,对一些主要的技术参数已经可以实现微电脑控制,有效地降低工艺操作难度,同时辅助设备大为减少;
    2、成品率高,一般情况下,如果各项措施得当,可最大限度地控制不合格品的产生;
    3、能耗明显降低,在普通的阳极氧化、电泳涂装的生产过程中,水、电的消耗是相当大的,特别是在氧化工序。整流机的输出电流可达到8000-11000A之间,电压在15-17.5V之间,再加上机器本身的热耗,需要不停地用循环水进行降温,吨电耗往往在1000度左右,同时辅助设施的减少也可以降低一些电耗;
    4、对水、大气的污染程度降低,片碱、硫酸及其它液体有机溶剂的不再使用,减少水及大气污染,也有效地提高铝型材与作为环保产品的塑钢型材的竞争实力,相应地减少了一些生产成本;
    5、工人的劳动强度明显降低,由于采用自动化流水线作业,上料方式以及夹具的使用方式已经得到明显简化,提高了生产效率,也降低了劳动强度;
    6、对毛料的表面质量要求标准有明显降低,粉末涂层并且可以完全覆盖型材表面的挤压纹,掩盖一部分铝型材表面的瑕疵,提高铝型材成品的表面质量;7涂膜的一些物理指标较其他表面处理膜有明显提高,如硬度、耐磨性,可有效地延长铝型材的使用寿命。
    粉末喷涂采用的是粉末涂料,工艺上采用的是静电喷涂,利用磨擦喷枪的作用,在加速风的影响下,使粉末颗粒喷出枪体时携带正电荷,与带负电荷的型材接触,产生静电吸附,然后经过高温固化。也增强了涂料的吸附强度,防止漆膜脱落。
    从工艺本身来看,具有相当高的科技成分,调配颜色各异的涂料,产生不同色系的装饰效果,更加符合室内装饰的需要,也是与铝型材在建筑业的应用向室内发展的趋势相一致的。特别是喷涂型材与隔热断桥的联合使用,使其更具有更时尚的潮流,使粉末喷涂型材具有了更大的发展空间,也是其他处理方式生产出来的型材所无法替代的。
    铝型材粉末喷涂常见质量缺陷原因
    涂层色差
    色差又称色像差,是透镜成像的一个严重缺陷,简单来说就是颜色的差别,GB5237.4中要求粉末喷涂型材色差不大于1.5。在铝型材静电粉末涂装中,涂膜产生色差的原因主要有粉末涂料和粉末涂装工艺控制两方面。
    粉末涂料方面
    在粉末涂装产生色差,从粉末涂料本身考虑,可能的原因是配方选择的原材料,例如颜料、固化剂等的耐热性不太理想;另外,粉末涂装厂的烘烤固化条件与粉末涂料生产厂调色时的烘烤固化条件之间有一定差距也可能引起涂层色差。
    粉末涂装过程方面
    从粉末涂装方面考虑,以下几个方面的因素会影响粉末涂层的色差:
    (1)涂层厚度不均匀,尤其是浅色粉末涂层,涂层膜厚不均而引起的色差更明显。为了尽量减少涂层色差,在粉末涂装中,必须保证一定程度的涂层厚度,而且涂层厚度要均匀;
    (2)固化炉的温度控制灵敏度差,温度分布不均匀时涂层也容易产生色差。为了减少烘烤固化中的色差,要求固化炉的温度分布较均匀;
    (3)在粉末涂装的烘烤工艺中,固化时间对涂层色差也有明显的影响。特别是工件材料的厚度不同时,工件材料厚的比薄的升温时间长,在输送链速度固定的固化炉中,工件达到设定温度后的有效固化时间短,这样不同材料厚度工件之间也容易产生色差。因此,在粉末涂装那些不同材质、厚度、形状和大小的工件时,就应按照工件的材质、厚度、形状和大小进行分类,然后分别设定不同烘烤时间进行烘烤固化;
    (4)粉房换色,悬链停止时间太久,固化时间太长,导致型材在炉子中固化过度变色。
    涂层附着力差
    国家标准规定,粉末喷涂型材的干附着性、湿附着性和沸水附着性达到0级。
    粉末涂料方面
    从粉末涂料考虑,如果在配方设计中树脂的选择或固化剂的品种和用量选择不合理,成膜助剂的质量百分含量或者体积浓度不恰当都会影响到涂膜的附着力。
    粉末涂装过程方面
    从粉末涂装过程考虑,影响涂膜附着性能的主要原因有如下几个方面:
    (2)固化炉的烘烤固化温度、固化时间未能达到工艺要求,实际生产过程中需根据型材大小、粉末类型合理设置固化温度及时间。在粉末涂料的固化条件中,固化时间是指被涂物达到固化温度以后保温的时间,而不是指工件放入烘烤炉以后就开始计算的时间。当工件材料愈厚,挂的件愈多,那么工件的热容量也就愈大,工件升温至控制温度所需要的时间就愈长。如果有效烘烤时间不够时,涂膜固化不完全,涂膜的物理力学性能就达不到要求。因此,在粉末涂装中,需定期用炉温跟踪测定仪测定固化炉炉温状况,以确定合理的烘烤固化温度和时间,这样才能保证涂膜的完全固化;
    (3)空压机为涂装过程提供辅助空气,空气排水、除油不充分会对涂装质量产生直接影响。因此油水分离器、干燥机及排水装置需做好日常维护保养工作,制定日常专人维护制度。
    涂层橘皮
    橘皮即涂层不均匀、不平整,目视如橘子皮状,引起橘皮的原因主要包括以下几个方面:
    (1)粉末质量问题,粉末流平剂等原材料质量不合格或配方问题;
    (2)涂膜太薄,流平受阻不能很好展开,此时能看到型材基体纹理;涂膜超厚,涂膜表面呈斑纹状桔皮;
    (3)粉末涂料固化速度太快,自身流平性差;
    (4)烘烤温度过低,熔融流动性差;
    (5)喷粉时粉末雾化不好。
    其解决措施也应相应地从以下几个方面去考虑:
    (1)重新调整粉末涂料的固化速度和流平性,或选用新粉末涂料;
    (2)做好涂装过程膜厚控制,避免膜厚太薄或超厚;
    (3)调整好静电喷涂的工艺参数,主要应控制高压静电和工件表面与喷枪之间的距离,达到控制膜厚大小及涂装均匀性的效果。
    涂层缩孔
    缩孔即在涂层表面由一个中心点始发,在涂层表面形成的一个圆形凹陷。
    粉末涂料方面
    从粉末涂料本身考虑:
    (1)粉末涂料本身的质量问题,如粉末涂料制造过程中混入油和水,以及树脂本身的质量问题等;
    (2)树脂成份不同的粉末涂料混用,粉末涂料之间兼容性差;
    粉末涂装过程方面
    从粉末涂装角度来考虑,容易产生涂膜缩孔等弊病的原因有以下几个方面:
    (1)前处理脱脂不干净,表面有油污,或者脱脂后水洗不净造成处理液残留而引起的缩孔;
    (2)粉末涂料静电喷涂所用的压缩空气中油、水含量超标,导致粉末涂料受污染;
    (3)悬挂链上油污掉落到工件表面引起的缩孔;
    (4)粉末涂料受潮严重时,也容易使涂膜产生缩孔。粉末涂料应在室温和干燥的条件下存放,对那些已打开包装但尚未用完的物料,一定要扎好塑料口袋防止受潮。特别要注意回收粉末涂料在回收过程中容易吸潮和带进杂质等问题,回收粉要与新粉末涂料按一定比例混合后马上使用。
    颗粒
    粉末涂料方面
    从粉末涂料本身考虑,在粉末涂料制造过程中,粉末中带入杂质或环境中的灰尘进入粉末涂料中,都可能引起表面颗粒。
    粉末涂装过程方面
    从粉末涂装过程考虑,下列问题容易引起涂膜颗粒:
    (1)工件表面毛刺、麻坑等缺陷容易使涂膜出现颗粒。这是因为当粉末涂料烘烤固化,粉末涂料熔融流平时使工件表面封闭,随着工件温度的升高,毛刺和麻坑中的空气压力加大,从而拱起熔融流平的涂膜。解决这种问题的根本措施是控制型材挤压过程的表面质量;
    (2)工件表面处理不干净,表面处理液中的残渣等杂质仍附着在工件表面上,在进行粉末喷涂时容易产生涂膜颗粒。这种问题只要通过及时清理前处理残渣,在水洗工艺中将工件清洗干净就能解决;
    (3)在静电粉末涂装中,喷粉室周围的生产环境不干净,特别是空气中的一些粉尘和颗粒物被带进粉末涂料或喷粉室,在粉末涂料熔融流平时,成为涂膜中的颗粒。这种问题通过将喷粉室与生产车间隔离,以防止生产车间的灰尘和污物带进喷粉室;
    (4)在回收粉末涂料过程中,回收粉末未过筛或筛网目数太小会引起涂层颗粒。解决这种问题的方法是选用合适目数的筛网,回收粉末经自动或手动振动筛,筛后的粉末再与新粉按比例混合后使用;
    (5)粉末挥发物在固化炉内结成絮状物或输送链挂具上颗粒掉落,都会产生涂层颗粒。解决这种问题的方法是及时清理固化炉及输送链上附着的杂质。
    静电粉末喷涂生产过程中,需正确控制好各个工艺环节,并根据生产实际情况进行调整。对生产中出现的质量问题要及时分析并解决,通过加强生产工艺控制,形成操作规程并严格落实,以保证产品质量的稳定与可靠。
    铝型材粉末涂装的材料成本控制
    1前言
    铝合金建筑型材是当今门窗和幕墙主要的结构材料,在世界范围内广泛应用。铝合金挤压型材(未经表面处理)外观单一,在潮湿的大气中容易腐蚀,很难满足建筑材料高装饰性和超强耐候性要求。为了提高铝型材的装饰效果,增强抗腐蚀性,延长使用寿命,采用粉末涂装铝型材越来越受到人们的青睐。
    粉末喷涂的生产成本直接关系到企业的经济效益。粉末涂装成本由两部分组成:即材料费用和人工费用。材料成本由前处理液消耗、粉末涂料消耗、固化能源消耗几部分组成。人工费用比例较小,取决于涂装的生产效率。
    2材料消耗影响因素及解决方法
    2.1前处理液消耗
    铝型材在粉末喷涂前必须进行前处理。前处理的目的在于促进基材(铝合金)和有机涂层(粉末涂料或液体涂料)之间的附着力并且改进防腐蚀性。铝型材喷涂前处理一般为化学转化处理,使铝型材表面形成均匀的化学转化膜。常用工艺有两种:
    —脱脂→水洗→碱蚀→水洗→中和→水洗→化学转化(铬化)→水洗→水洗→烘干(60~85℃)。
    —“三合一”清洗→水洗→水洗→化学转化(铬化)→水洗→水洗→烘干(60~85℃)。
    (1)脱脂:是在侵蚀之前去除工件表面的油、脂以及其它污染物,得到清洁的表面。在此工序中通常加入抑制剂防止清洁的铝材表面被氧化。脱脂温度一般控制在50~70℃,脱脂时间为3~4min,与工件表面状态有关。
    (2)水洗:在前处理的每道工序中都有一道或二道水洗以去除工件表面的化学药液,防止药液间的交叉污染。脱脂后的第一道水洗通常使用自来水或井水,但前处理的最后几道水洗要求采用去离子水以防止出现附着力差和腐蚀问题。所用去离子水的电导率不能超过30μS/cm,如果超标,硬水中的盐(钙离子)将在干燥过程中沉积在工件表面形成腐蚀点,导致涂层产生气泡。第一道水洗池没有温度限制,但铬化后的水洗工序要求水温不超过50℃,水洗温度太高,铬化膜可能被洗掉。水洗时间一般为几分钟,搅动工件或用空气搅动水可以增强水洗效果。
    (3)碱蚀:铝材表面通常存在一层较薄的自然氧化层,在铬化之前必须清除干净,在此工序中需要加入抑制剂防止清洁的铝材表面被氧化。碱蚀温度宜控制在50~70℃,碱蚀时间控制在7~8min。
    (4)中和:碱蚀阶段的不溶酸洗残留物在中和阶段加以除去。这些残留物包括金属或非金属氧化物(如镁氧化物、硅氧化物等),这些物质在碱性溶液中不溶解,可用硝酸或硫酸去除。现在许多厂家使用含铬酸盐的中和液,可以阻止铝材表面的再次氧化。硅氧化物可用氟化物除去。浸入时间依据酸洗残留物的情况而定,一般为30s到5min不等。中和处理通常在室温下操作。
    (5)化学转化(铬化):对铝材来说,铬化是最常用的化学转化前处理方法。铬化膜提高了铝金属与涂层之间的附着力,改善了涂层的防腐性能。如果铬化膜太厚,防腐蚀性能虽得到提高但附着力变差。铝材铬化有如下两种形式:
    —黄铬化:铬化池温度约25℃,加入硝酸调节pH值至1.5~2。黄铬化膜的最外层是很薄的铁氰化铬和水合三氧化二铬,其下覆盖着一层很厚的水合三氧化二铬。在铝与铬化膜的界面上存在少量的氧化铝与氟化铝(如图1)。得到的化学转化膜为黄色铬化层,颜色从浅黄到深金黄色,铬化膜厚度600~1200mg/m2。
    —绿铬化:也叫磷化铬化,即使用磷酸调节pH值至1.7~1.9,铬化温度通常为25~30℃。绿铬化膜的结构是大量的水合磷酸铬与少量的水合氧化铬组成的较厚膜层。在铝与铬化膜的界面上存在少量的氧化铝与氟化铝(见图2)。铬化处理后转化膜呈绿色,颜色由浅绿到深绿变化。铬化膜厚度600~1500mg/m2。
    (6)烘干:铝材喷涂粉末涂料前必须完全干燥。工件表面的潮气将影响固化膜质量。烘干炉的炉温不能太高,黄铬化膜的破坏温度大约是65℃,绿铬化膜的破坏温度为80℃左右,如果烘干炉温度超过以上限值,将使涂层防腐蚀性能降低。
    在整个涂装前处理工艺中,影响前处理液消耗的因素主要表现在以下两方面:
    —前处理液的品质:前处理液的质量不仅影响铬化膜质量,而且直接影响生产成本。我们不能单纯根据前处理液售价来选择,前处理液实际使用时的配比和使用效果更为重要。1/10的铬化液和1/20的铬化液每公斤售价尽管差异很大,但实际使用效果和处理液消耗量才是选择的最终依据。
    —工件积液和槽体窜液:工件结构差异很大,工件前处理时不论是槽浸还是喷淋,都必须保证工件离开槽体后尽可能减少地带走槽液。这就需要根据工件结构打工艺孔,调整工件倾斜位置或改变工艺过程。带走的槽液还会造成窜液现象,严重影响槽液质量和处理效果,甚至使槽液很快报废。喷淋线必须有足够的过渡段,并采用正确的工件吊挂形式。较长的工件要防止直接导液(前一槽的溶液沿工件直接导入后一槽)。槽浸式工艺必须防止盲孔内积液。
    2.2粉末涂料消耗
    我国粉末静电喷涂主机技术已有20多年的发展历史,制造厂商颇多,但设备整体性能和质量水平参差不齐。其中一个重要原因在于在这些制造企业中经济实力与技术水平俱佳者很少。在经济利益的驱动下,在对静电与气动等关键技术缺乏研究的情况下,相互抄袭,难以保证产品质量。
    静电技术在粉末喷涂工艺中占有十分重要的地位,深入了解粉末喷涂过程中的静电现象,对静电粉末喷涂主机的使用者和制造商都是必要的。随着技术进步,先进的静电粉末喷涂设备进入市场,其性能已基本解决了如下需求:
    —均匀和优质的涂膜
    —获得尽可能大的一次上粉率
    —克服法拉第屏蔽效应,使几何形状复杂的工件得到有效涂盖。
    —较好地实现了工件复涂
    在自动喷涂生产线的运行中,不同形状和尺寸的铝型材往往同时被挂在同一条输送链上。铝型材之间存在水平间隔,而且铝型材高度也不相同。这种水平空档和高度差是造成粉末空喷的主要原因。为了减少由此引起的粉末材料浪费,现代化的自动喷涂生产线应用了喷枪自动开/断控制系统,即在喷室入口处设置阵列式光电传感器(或称光幕),自动检测工件存在与否以及工件的尺寸和外形,并将光幕检测的信息传递给喷枪开/断控制系统,以保证当工件经过喷枪时,自动开启所需的喷枪进行喷涂。具有喷枪开/断控制系统的喷涂设备通过减少喷枪的空喷,大大节约了粉末涂料,减少了喷枪部件的磨损,并节约了劳动力成本。
    在涂装作业中,影响粉末材料消耗的主要因素有:
    —粉末质量:质量好的粉末每公斤可喷涂10~12m2,质量差的粉末只能喷涂4~6m2,二者几乎相差一倍,但价格差距并不大。
    —涂层厚度:平光粉的喷涂膜厚一般为60~80μm,砂纹粉的喷涂厚度为50~70μm,桔纹粉喷涂厚度90~110μm。当然涂层越厚所消耗的粉末量越大。
    —设备:若喷涂设备的回收系统出现问题,将导致粉尘外溢或抛洒损失过大,喷枪上粉率降低,凹槽难上粉,堆积在凹槽内的粉末随工件带走。粉末静电喷涂主机在整个喷涂系统中十分重要,它将直接影响涂膜均匀性、平整性和一次上粉率。
    2.3能源消耗
    粉末喷涂工艺中的能源消耗有3个方面:一是槽液加热,二是铝型材铬化后的水份烘干,三是粉末固化,以粉末涂层固化消耗的能源最多,现分别讨论如下。
    (1)槽液加热:很多企业都直接选用常温前处理剂,中温脱脂及铬化已很少再用。在北方地区当环境温度低于5ºC时为提高生产效率需要采用加温脱脂,所以这部分能耗在生产成本中比例不大。
    (2)铝型材铬化后的水份干燥:铬化后的铝材需及时干燥才能保证涂层附着力。烘干的工艺温度一般在120ºC左右。但若湿工件堆放在烘箱内,气流循环受阻,完全靠高温来干燥,则干燥速度慢,干燥效率低。所以烘箱干燥需要提高循环风速,散开工件并定期开门排放水蒸气。
    (3)粉末涂层固化:粉末涂料的固化温度较高(200±5℃),固化时间较长(10~15min),是粉末涂装中的耗能大户,也是涂装生产成本的主要来源。其影响因素主要有以下几方面:
    —能源种类:粉末固化采用的能源有电加热、油加热、天然气加热、燃煤加热等,能源选择需考虑多方面因素:一是资源条件,二是管理方便性,三是环境及政策法规,四是产品附加值。几种能源的单位价格比较如下表1所示。表1说明,电加热的单位成本价格最高,电加热的优点是管理和使用方便,若不更换现有供电设备则投资较省,适用于功率较小的烘箱和附加值高的产品。柴油比电的单位价低20%,在烘箱容量较大且供电容量受限时采用柴油加热也很方便,符合环保法规要求。天然气是洁净能源中性价比最优的能源,但资源条件有限。燃煤是价格最低的能源,仅相当于电价的1/5,所以大量的涂装企业均选用燃煤加热。燃煤加热的最大问题是使用和管理不方便,存在生火,封火,原料堆放,煤灰清运等麻烦,且难以符合环保法规要求。
    —生产效率:单位时间内产出的成品越多,涂装单位面积所需能耗成本就越低,这是一个共识。生产效率的高低决取决于设备结构和性能,铝型材转移是否方便等。
    —设备结构:粉末固化设备有箱式炉、全桥烘道、半桥烘道、直通烘道等。实践经验告诉我们,同样的空炉升温时间所配置的加热功率是不同的,箱式炉为3kW//m3,全桥烘道为2.5kW/m3,半桥烘道2kW/m3,直通烘道3.5kW/m3。直通烘道尽管在出口设置风幕,但热损失仍是最大的。根据铝型材在烘道中运行的路线,可分为单行程烘道、双行程烘道(U形烘道)、多行程烘道(S形烘道)和W形烘道。在完成同样的生产任务情况下,烘道设计成双行程或者多行程,比单行程烘道的散热面积要减少30%,安装面积也减少15%,从而减少了能源消耗,可提高经济效益。例如立式生产线的能源消耗大大降低。
    —提高一次合格率:返工造成损失表现在:(1)浪费粉末;(2)浪费能源;(3)浪费工时;(4)影响产品质量。工件喷涂后进炉前应认真检查补喷,减少返工是最重要的节约手段。
    —新材料新技术:粉末涂料厂家提供固化温度低的粉末是我们所期盼的,能明显降低能耗。当然先进的薄涂粉末技术、粉加粉木纹技术、转印技术、抗划伤粉末技术、纳米功能粉末技术等正在改变铝材涂装行业。
    3结语
    粉末涂料是涂装工艺中最大的耗材,选择性价比高的粉末涂料,控制适当的涂层厚度,选择合理的涂装设备,减少浪费和返工是控制粉末消耗的有效方法。我们在燃油加热改为天然气加热后,尽管工厂一次性投资了31.6万元,但涂装产量增加了24%,仅燃料一项就节省了36万元/a,降低了涂装成本63.6%。选择合适的前处理液也是控制涂装成本的因素。

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