余泉和

(福建南平鋁業(yè)有限公司，福建南平 353000)

鋁型材電泳霧斑的成因及對(duì)策

余泉和

(福建南平鋁業(yè)有限公司，福建南平 353000)

霧斑是影響電泳鋁型材表面質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量的常見(jiàn)缺陷。從電泳前處理、電泳漆品質(zhì)、電泳漆的添加方法以及電泳槽固體份、pH、工作電壓及生產(chǎn)車間環(huán)境等詳細(xì)分析了霧斑產(chǎn)生的原因，并從槽液的日常管理與控制方面闡述了解決霧斑的對(duì)策。

鋁型材;電泳;霧斑

引 言

GB5237.3-2008明確規(guī)定涂漆后的漆膜應(yīng)均勻、整潔，不允許有皺紋、裂紋、氣泡、流痕、夾雜物、發(fā)粘和漆膜脫落等影響使用的缺陷［1］。霧斑是在光亮透明電泳漆膜表面留下的光澤度更低，有別于正常表面的斑點(diǎn)，通常出現(xiàn)在型材的上表面。霧斑的存在不僅影響電泳涂層的美觀，而且由于霧斑表面光澤度更低，相對(duì)正常表面而言，表面更粗糙，更容易留存腐蝕介質(zhì)，從而成為涂層腐蝕、脫落的突破口。因此，必須給予高度重視。

1 電泳霧斑產(chǎn)生原因分析

1.1 熱水洗水質(zhì)pH偏低

熱純水洗的主要作用是使鋁合金陽(yáng)極氧化膜擴(kuò)張以利于徹底清洗工件，避免前處理工序中雜質(zhì)離子尤其是硫酸根離子污染電泳槽液，同時(shí)對(duì)陽(yáng)極氧化膜有一定的封閉作用，以提高工件的耐腐蝕性能。

由于硫酸陽(yáng)極氧化膜的多孔結(jié)構(gòu)［2］，熱水清洗不徹底，吸附于氧化膜孔內(nèi)的硫酸電解液帶入電泳槽，與電泳槽中的電泳漆發(fā)生反應(yīng)，局部產(chǎn)生凝膠，也會(huì)產(chǎn)生浮漆［3］。因此，在電泳涂裝前，需進(jìn)行熱純水洗滌。熱水洗效果與水溫和水質(zhì)有關(guān)，通常θ在70～80℃，水的電導(dǎo)率小于5mS/m，從效果來(lái)看，溫度高比水質(zhì)好更重要。但水溫過(guò)高易引起鋁合金局部特別是邊緣處封孔問(wèn)題。此外，熱水洗的pH必須嚴(yán)格控制，pH偏低可用三乙胺進(jìn)行調(diào)整，pH太低，容易造成鋁材表面漆膜局部異常沉積而產(chǎn)生霧斑。

1.2 電泳漆加熱減量的影響

電泳漆加熱減量是指電泳漆膜在固化溫度下烘烤時(shí)，釋放出小分子物質(zhì)，使干膜質(zhì)量比涂料固體份量低。鋁型材用的陽(yáng)極電泳漆主要是酚類及某些高沸點(diǎn)的助溶劑，這些釋放物最高可達(dá)涂膜的10%，有機(jī)溶劑氣霧在固化爐中以油煙的狀態(tài)出現(xiàn)污染漆膜，引起局部凝固、交聯(lián)反應(yīng)形成霧斑。因此，電泳漆的加熱減量應(yīng)該越低越好。電泳漆加熱減量的測(cè)定方法是取質(zhì)量m0的鋁板，電泳涂漆后水洗，經(jīng)105℃烘3h后稱量(m1)，再于180℃烘烤30min，冷卻后稱量(m2)，按下式計(jì)算［4］:

1.3 電泳漆乳化不好或電泳槽浮漆附著

鋁型材應(yīng)用較多的是陽(yáng)極電泳涂漆。電泳漆中水溶性樹(shù)脂是一種高酸價(jià)的羧酸胺鹽，在水中溶解后，以分子和離子平衡狀態(tài)存在，并形成水溶乳膠液。

鋁型材專用電泳漆有乳液型涂料和溶液型涂料之分［3］。乳液型電泳漆固體份為30% ～40%，粘度為100～800mPa·s(25℃)。溶液型電泳漆固體份為 40% ～60%，粘度為 2 500～4 500mPa·s(25℃)。乳液型涂料的優(yōu)點(diǎn)是粘度低，添加容易，不會(huì)因附著在容器內(nèi)壁而造成浪費(fèi)，添加速度快，容易攪拌均勻，泳透力好，不易產(chǎn)生漆顆粒等缺陷。缺點(diǎn)是原漆固體份低，不利于倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸。因此，國(guó)內(nèi)大部分鋁型材電泳仍用溶液型電泳漆。

溶液型電泳漆在配制、添加時(shí)需在加漆桶內(nèi)通過(guò)涂料補(bǔ)給裝置給予補(bǔ)充。補(bǔ)給裝置由補(bǔ)漆桶、電動(dòng)攪拌器及輸液泵組成，用管道、閥門與電泳輔槽相連。加料時(shí)，先將原電泳槽漆液(約占補(bǔ)充涂料量的50%)加入補(bǔ)漆桶中，再將高濃度的電泳原漆輸送到補(bǔ)漆桶中，用電動(dòng)攪拌器連續(xù)攪拌30min以上，待原漆充分乳化后，用輸漆泵將漆液徐徐輸入電泳輔槽中。此過(guò)程若原漆乳化不充分，容易形成浮漆附著在鋁型材表面產(chǎn)生霧斑。

鋁型材電泳涂漆生產(chǎn)中，電泳后有2道水洗，由于常用反滲透膜(即RO膜)進(jìn)行反滲透回收，因此亦稱為RO水洗，第一道水洗稱為RO1，第二道水洗稱為RO2?？刂齐娪竞驲O1、RO2水洗的工藝參數(shù)很重要，鋁型材從電泳槽吊出時(shí)，附著著的浮漆大部分需要通過(guò)RO1、RO2水洗去除。RO1、RO2水洗的水質(zhì)、電導(dǎo)率、固體份、助溶劑及pH等要嚴(yán)格控制，以達(dá)到最佳水洗效果。

1.4 固體份偏高

電泳槽液固體份含量是電泳涂裝中重要的工藝參數(shù)之一，它與電泳涂層的質(zhì)量密切相關(guān)。如果采用低固體份電泳槽液，則被涂物帶出的電泳槽液損失小，電滲性較高，水洗用水量少。但固體份太低時(shí)，電沉積性能變差，導(dǎo)致涂層變薄，槽液穩(wěn)定性變差，電解反應(yīng)激烈，氣泡增多，泳透力降低，易產(chǎn)生針孔。

固體份含量高時(shí)槽液導(dǎo)電性好，電沉積速度快，但涂層易產(chǎn)生粗糙、桔皮等異常附著，烘烤固化后形成酸霧。電泳液的固體份要保持在合適的范圍，一般丙烯酸系電泳漆溶液的固體份為6%～10%，波動(dòng)控制在±0.5%。

1.5 電泳槽液pH的影響

陽(yáng)極電泳漆離子化并穩(wěn)定分散于水中的pH為8～9。電泳槽液的pH是確保電泳樹(shù)脂的水溶性，以獲得高質(zhì)量電泳涂層的重要參數(shù)。pH過(guò)低，電泳樹(shù)脂的水溶性、穩(wěn)定性和電沉積性能變差，電泳液變得渾濁，甚至造成樹(shù)脂從電泳液中析出而無(wú)法電泳或涂層變得粗糙，附著力不好。

pH過(guò)高時(shí)會(huì)使水的電解加劇，氣泡增多，導(dǎo)致泳透力下降，沉積的涂層再溶解加劇，析出的涂層變薄，甚至無(wú)附著，涂層外觀質(zhì)量變差，易產(chǎn)生針孔等缺陷。在電泳涂裝中必須嚴(yán)格控制電泳液的pH，在陽(yáng)極電泳過(guò)程中，胺離子不斷積聚在電泳液中，使電泳液的pH及電導(dǎo)率有升高的趨勢(shì)，當(dāng)pH和電導(dǎo)率偏離控制范圍時(shí)，可通過(guò)電泳漆精制設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。一般pH波動(dòng)范圍為0.05～0.50。實(shí)踐表明，對(duì)于某些容易產(chǎn)生霧斑的電泳漆，可通過(guò)適當(dāng)提高RO1、RO2水洗的pH，消除因電泳漆的不足帶來(lái)的霧斑現(xiàn)象。

1.6 電泳電壓偏高

電泳電壓是由丙烯酸樹(shù)脂的相對(duì)分子質(zhì)量和結(jié)構(gòu)特性決定，一定的電泳涂料有其適用的電壓范圍，在此范圍內(nèi)，涂層厚度隨電壓的升高而增加。電泳電壓還與槽液的固體份、槽液溫度、pH、電導(dǎo)率、胺值、極間距離及工件的表面特性，如陽(yáng)極氧化膜的厚度、有無(wú)電解著色、著色所用的鹽類及顏色的深淺等因素有關(guān)，因此在特定的電泳液體系中，必須根據(jù)工件的表面狀況調(diào)整電泳電壓，使其在最佳范圍。

電壓升高，電場(chǎng)作用加強(qiáng)，分散體系中的帶電粒子泳動(dòng)速度加快。但電壓過(guò)高，電解反應(yīng)加劇，氣泡增多，易引起涂層粗糙、桔皮或針孔等;電壓太低時(shí)，帶電粒子泳動(dòng)速度降低，成膜速度變慢，涂層減薄，表面無(wú)光澤。如果成膜速度低于膜的溶解速度則無(wú)法成膜，因此必須根據(jù)工件的要求確定最佳電壓值。

1.7 酸堿霧附著

國(guó)內(nèi)不少電泳生產(chǎn)線是在原有鋁合金陽(yáng)極氧化生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上改造而成，電泳區(qū)域與氧化及堿洗區(qū)域沒(méi)有很好的隔離，前處理工序的酸、堿霧附著在烘烤固化前的涂膜上，經(jīng)固化處理后在電泳漆膜表面引起局部凝固、交聯(lián)反應(yīng)形成霧斑。對(duì)于因酸、堿霧引起的霧斑，需加強(qiáng)堿洗、氧化等工序的排氣抽風(fēng)，改變車間的氣流方向，阻止酸、堿霧進(jìn)入電泳區(qū)域。

2 槽液管理與控制

2.1 槽液的日常管理

1)槽液固體份。電泳槽液固體份應(yīng)按照生產(chǎn)中的消耗量及被帶出量進(jìn)行補(bǔ)加。槽液固體份的大幅度變動(dòng)會(huì)影響電泳漆膜厚、光澤及泳透力，也容易引起霧斑，因此應(yīng)把固體份的變動(dòng)范圍盡量縮小。RO1、RO2的固體份與提高漆膜外觀，減少霧斑有很大關(guān)系。RO2水洗水的固體份控制尤為重要，當(dāng)產(chǎn)量增加固體份提高時(shí)，應(yīng)采取增加RO水透過(guò)量，提高RO設(shè)備能力，以維持標(biāo)準(zhǔn)管理值。

2)涂料的補(bǔ)加。每天按照槽液固體份的檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算補(bǔ)加量。補(bǔ)加量根據(jù)通過(guò)量每天定時(shí)補(bǔ)加，產(chǎn)量較少時(shí)可以2d補(bǔ)加一次。補(bǔ)加方法是混合槽中加入必要數(shù)量的原漆，在混合槽中引入兩倍于或等于原漆量的槽液，攪拌充分后用泵送至副槽;涂料不能與添加劑或溶劑混合補(bǔ)加，這樣會(huì)導(dǎo)致原漆乳液破乳，添加涂料時(shí)最好在沒(méi)有生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行。

3)槽液溫度。為保持良好、均一穩(wěn)定的電壓與膜厚關(guān)系，控制浴溫在(20±1)℃進(jìn)行電泳施工。在非生產(chǎn)期，為了減少槽液中有效溶劑的揮發(fā)，也應(yīng)控制槽液的θ在(20±1)℃。

4)pH。每天定時(shí)檢測(cè)，作好記錄。隨著固體份的變動(dòng)，pH也變動(dòng)，因此應(yīng)和固體份一起調(diào)整。大量補(bǔ)加新漆時(shí)會(huì)導(dǎo)致pH下降;長(zhǎng)期停工pH會(huì)下降(特別是水洗水)。檢測(cè)值與管理標(biāo)準(zhǔn)值出現(xiàn)較大差別，過(guò)高時(shí)會(huì)引起漆膜二次溶解，可通過(guò)陽(yáng)離子交換進(jìn)行調(diào)整，但進(jìn)行陽(yáng)離子交換時(shí)不要將pH調(diào)得太低，過(guò)低時(shí)，可以采用電泳漆廠家提供的專用添加調(diào)整劑進(jìn)行調(diào)整;水洗槽正常生產(chǎn)時(shí)pH不會(huì)提高很多，pH低時(shí)可用三乙胺調(diào)整。一般添加200～500mL。

5)電導(dǎo)率。槽液電導(dǎo)率受pH、浴溫、固體份和夾雜離子等因素影響。管理電泳槽液的電導(dǎo)率目的在于監(jiān)控各種夾雜離子的帶入情況。因此，在維持正常的pH、浴溫和固體份的情況下，電導(dǎo)率的提高表明槽液中有夾雜離子混入。電導(dǎo)率的提高，會(huì)引起電泳漆庫(kù)侖效率下降，泳透力下降，出現(xiàn)上膜困難、氣泡、針孔或異常電泳附著等漆膜弊病。因此，需要每天定時(shí)檢測(cè)，提前把握異常征兆，尤其在生產(chǎn)量較大時(shí)更應(yīng)注意監(jiān)控。

6)離子交換。一般在pH達(dá)到上限或電導(dǎo)率達(dá)到上限時(shí)進(jìn)行。日常生產(chǎn)時(shí)，離子交換需每周進(jìn)行一次，交換量為主槽液體積的1/2～1/3。如果由于夾雜離子混入槽液和水洗水中導(dǎo)致電導(dǎo)率升高，漆膜外觀上出現(xiàn)針孔、氣泡等不良現(xiàn)象，可以通過(guò)離子交換來(lái)恢復(fù)正常。胺值過(guò)高會(huì)導(dǎo)致漆膜出現(xiàn)失光、流痕、泛黃或光澤不均等缺陷。一般來(lái)說(shuō)，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，胺值會(huì)不斷升高，需用離子交換系統(tǒng)進(jìn)行精制處理，以降低胺值［5］。

7)外觀、膜厚確認(rèn)。每天定時(shí)測(cè)定陽(yáng)極氧化膜和電泳漆膜的厚度，并建立統(tǒng)計(jì)表格作好記錄。膜厚可以通過(guò)變動(dòng)施工電壓進(jìn)行調(diào)整。

8)RO水洗調(diào)整劑。RO水洗調(diào)整劑主要為異丙醇、乙二醇丁醚和正丁醇等有機(jī)溶劑，對(duì)電泳涂裝的質(zhì)量影響較大。調(diào)整劑含量降低，漆膜膜厚隨之下降，表面粗糙，光澤下降，易產(chǎn)生針孔［3］。RO水洗調(diào)整劑異丙醇、乙二醇丁醚和正丁醇等起維持電壓與膜厚關(guān)系，提高漆膜外觀質(zhì)量、維持槽液穩(wěn)定作用。為將RO水洗調(diào)整劑量控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，在日常槽液管理時(shí)加入適量的調(diào)整劑，并且根據(jù)季節(jié)、氣溫的變動(dòng)有所變動(dòng)。由于每條生產(chǎn)線的特性不同，調(diào)整劑的補(bǔ)加量會(huì)有所不同，每月定時(shí)取樣分析調(diào)整劑，根據(jù)分析結(jié)果確定電泳槽液、RO1、RO2水洗液的調(diào)整劑含量，指導(dǎo)調(diào)整劑的補(bǔ)加，并根據(jù)變動(dòng)值推測(cè)調(diào)整劑每日揮發(fā)量，決定日常調(diào)整劑補(bǔ)加量。根據(jù)每月一次的分析結(jié)果，掌握包括季節(jié)變動(dòng)的年變動(dòng)趨勢(shì)，做出補(bǔ)加標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 停產(chǎn)期間的槽液管理

如有4日以上長(zhǎng)期休假或停產(chǎn)時(shí)，請(qǐng)進(jìn)行以下項(xiàng)目的管理。

1)離子交換必須在放假前進(jìn)行，休假結(jié)束后，在開(kāi)始生產(chǎn)前3h結(jié)束離子交換。

2)槽液循環(huán)最好的方法是用覆蓋布蓋住槽體，調(diào)整浴溫同時(shí)進(jìn)行低循環(huán)量循環(huán);在恢復(fù)生產(chǎn)3h前開(kāi)始循環(huán)，并且將浴溫調(diào)至(20±1)℃。

3)放假前根據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)加入調(diào)整劑，放假后，立即取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果加入適量的調(diào)整劑，修正槽液狀態(tài)。在恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，測(cè)定槽液固體份、pH和電導(dǎo)率，并調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，冬季為防止槽液凍結(jié)，應(yīng)保持正常的浴溫。

影響鋁型材電泳涂漆漆膜質(zhì)量的因素是多方面的，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，只要嚴(yán)格按照工藝要求生產(chǎn)，就能很好地克服霧斑現(xiàn)象的產(chǎn)生，生產(chǎn)出符合GB5237.3-2008要求的合格產(chǎn)品。

［1］GB5237.3-2008，鋁合金建筑型材 第三部分:電泳涂漆型材［S］.

［2］朱祖芳.鋁合金陽(yáng)極氧化工藝技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2007:53-59.

［3］朱祖芳.鋁合金陽(yáng)極氧化與表面處理技術(shù)［M］.(第2版).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010:247-268.

［4］張學(xué)敏.涂裝工藝學(xué)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002:169-215.

［5］吳錫坤.鋁型材加工實(shí)用技術(shù)手冊(cè)［M］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2006:927-932.

Causes and Countermeasures of Fog Spot in Electrophoresis of Aluminum Extruded Section

YU Quan-he

TG174.46

B

1001-3849(2012)05-0024-04

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