鋁型材電泳霧斑的成因及對策

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，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極氧化膜擴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，同時對陽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，也會產(chǎn)生浮漆［3］。因此，在電泳涂裝前，需進行熱純水洗滌。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，從效果來看，溫度高比水質(zhì)好更重要。但水溫過高易引起鋁合金局部特別是邊緣處封孔問題。此外，熱水洗的pH必須嚴格控制，pH偏低可用三乙胺進行調(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，釋放出小分子物質(zhì)，使干膜質(zhì)量比涂料固體份量低。鋁型材用的陽極電泳漆主要是酚類及某些高沸點的助溶劑，這些釋放物最高可達涂膜的10%，有機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)用較多的是陽極電泳涂漆。電泳漆中水溶性樹脂是一種高酸價的羧酸胺鹽，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)點是粘度低，添加容易，不會因附著在容器內(nèi)壁而造成浪費，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。缺點是原漆固體份低，不利于倉儲運輸。因此，國內(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、添加時需在加漆桶內(nèi)通過涂料補給裝置給予補充。補給裝置由補漆桶、電動攪拌器及輸液泵組成，用管道、閥門與電泳輔槽相連。加料時，先將原電泳槽漆液(約占補充涂料量的50%)加入補漆桶中，再將高濃度的電泳原漆輸送到補漆桶中，用電動攪拌器連續(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。控制電泳后RO1、RO2水洗的工藝參數(shù)很重要，鋁型材從電泳槽吊出時，附著著的浮漆大部分需要通過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等要嚴格控制，以達到最佳水洗效果。

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，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%，波動控制在±0.5%。

1.5 電泳槽液pH的影響

陽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是確保電泳樹脂的水溶性，以獲得高質(zhì)量電泳涂層的重要參數(shù)。pH過低，電泳樹脂的水溶性、穩(wěn)定性和電沉積性能變差，電泳液變得渾濁，甚至造成樹脂從電泳液中析出而無法電泳或涂層變得粗糙，附著力不好。

pH過高時會使水的電解加劇，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格控制電泳液的pH，在陽極電泳過程中，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，當(dāng)pH和電導(dǎo)率偏離控制范圍時，可通過電泳漆精制設(shè)備進行調(diào)整。一般pH波動范圍為0.05～0.50。實踐表明，對于某些容易產(chǎn)生霧斑的電泳漆，可通過適當(dāng)提高RO1、RO2水洗的pH，消除因電泳漆的不足帶來的霧斑現(xiàn)象。

1.6 電泳電壓偏高

電泳電壓是由丙烯酸樹脂的相對分子質(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，如陽極氧化膜的厚度、有無電解著色、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，電場作用加強，分散體系中的帶電粒子泳動速度加快。但電壓過高，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，帶電粒子泳動速度降低，成膜速度變慢，涂層減薄，表面無光澤。如果成膜速度低于膜的溶解速度則無法成膜，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

國內(nèi)不少電泳生產(chǎn)線是在原有鋁合金陽極氧化生產(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。對于因酸、堿霧引起的霧斑，需加強堿洗、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行補加。槽液固體份的大幅度變動會影響電泳漆膜厚、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，應(yīng)采取增加RO水透過量，提高RO設(shè)備能力，以維持標準管理值。

2)涂料的補加。每天按照槽液固體份的檢測結(jié)果，計算補加量。補加量根據(jù)通過量每天定時補加，產(chǎn)量較少時可以2d補加一次。補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加，這樣會導(dǎo)致原漆乳液破乳，添加涂料時最好在沒有生產(chǎn)時進行。

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。每天定時檢測，作好記錄。隨著固體份的變動，pH也變動，因此應(yīng)和固體份一起調(diào)整。大量補加新漆時會導(dǎo)致pH下降;長期停工pH會下降(特別是水洗水)。檢測值與管理標準值出現(xiàn)較大差別，過高時會引起漆膜二次溶解，可通過陽離子交換進行調(diào)整，但進行陽離子交換時不要將pH調(diào)得太低，過低時，可以采用電泳漆廠家提供的專用添加調(diào)整劑進行調(diào)整;水洗槽正常生產(chǎn)時pH不會提高很多，pH低時可用三乙胺調(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，會引起電泳漆庫侖效率下降，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，需要每天定時檢測，提前把握異常征兆，尤其在生產(chǎn)量較大時更應(yīng)注意監(jiān)控。

6)離子交換。一般在pH達到上限或電導(dǎo)率達到上限時進行。日常生產(chǎn)時，離子交換需每周進行一次，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，可以通過離子交換來恢復(fù)正常。胺值過高會導(dǎo)致漆膜出現(xiàn)失光、流痕、泛黃或光澤不均等缺陷。一般來說，隨著生產(chǎn)的進行，胺值會不斷升高，需用離子交換系統(tǒng)進行精制處理，以降低胺值［5］。

7)外觀、膜厚確認。每天定時測定陽極氧化膜和電泳漆膜的厚度，并建立統(tǒng)計表格作好記錄。膜厚可以通過變動施工電壓進行調(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溶劑，對電泳涂裝的質(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)整劑量控制在標準范圍內(nèi)，在日常槽液管理時加入適量的調(diào)整劑，并且根據(jù)季節(jié)、氣溫的變動有所變動。由于每條生產(chǎn)線的特性不同，調(diào)整劑的補加量會有所不同，每月定時取樣分析調(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)整劑的補加，并根據(jù)變動值推測調(diào)整劑每日揮發(fā)量，決定日常調(diào)整劑補加量。根據(jù)每月一次的分析結(jié)果，掌握包括季節(jié)變動的年變動趨勢，做出補加標準。

2.2 停產(chǎn)期間的槽液管理

如有4日以上長期休假或停產(chǎn)時，請進行以下項目的管理。

1)離子交換必須在放假前進行，休假結(jié)束后，在開始生產(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)整浴溫同時進行低循環(huán)量循環(huán);在恢復(fù)生產(chǎn)3h前開始循環(huán)，并且將浴溫調(diào)至(20±1)℃。

3)放假前根據(jù)管理標準加入調(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，測定槽液固體份、pH和電導(dǎo)率，并調(diào)整到標準范圍內(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，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，只要嚴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.鋁合金陽極氧化工藝技術(shù)應(yīng)用手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2007:53-59.

［3］朱祖芳.鋁合金陽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.鋁型材加工實用技術(shù)手冊［M］.長沙: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

2011-11-23

2012-01-02