金屬漆彩色涂層鋼板邊部增厚缺陷研究

白會平 劉 星 周小舟

(1.寶鋼股份中央研究院(武鋼有限技術(shù)中心) 湖北 武漢：430080；2.寶鋼股份武漢鋼鐵有限公司冷軋廠 湖北 武漢：430081)

0 引言

金屬漆涂料，又叫金屬閃光漆，在它的漆基中加有微細(xì)的金屬粉末(如鋁粉、銅粉)，光線射到金屬粉末上后，又透過漆膜被反射出來。因此，看上去好像金屬在閃閃發(fā)光一樣，要比素色漆具有更好的外觀裝飾性。金屬漆相比素色漆，不僅外觀好看，在硬度方面表現(xiàn)更好。金屬漆因為含有金屬成分，它的硬度會比普通漆高，漆面變硬就不容易被刮傷[1-2]。

彩色涂層鋼板是在金屬帶鋼(如熱鍍鋅板、電鍍鋅板等)上涂覆各種有機涂料制成的產(chǎn)品，具有優(yōu)良的耐蝕性、冷彎加工成型性、良好的經(jīng)濟性及環(huán)保功效[3-4]。金屬漆彩板常常用在建筑裝飾墻面和冰洗家電上，在不同的角度下，由于光線的折射，會讓墻面和家電顏色有所變化，讓外觀造型看起來更豐富、更具現(xiàn)代感，所以金屬漆彩板愈來愈受歡迎。

而作為市場需求量較大的金屬漆彩涂產(chǎn)品，由于其涂料成分的特殊性，按照普通聚酯彩涂產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，成品極易邊部產(chǎn)生堆邊和氣泡縮孔缺陷，典型形貌見圖1。本文系統(tǒng)分析了金屬漆彩板厚邊成因及改進措施。

圖1 金屬漆彩涂板邊部增厚缺陷宏觀形貌

1 金屬漆彩板邊部增厚原因分析

就卷鋼涂料的成分而言，素色漆和金屬漆幾乎由相同的樹脂和顏料組成。所不同的是金屬漆中還包含著光亮顏料(如鋁粉或者云母顏料)。卷鋼金屬漆涂料多為添加鋁粉的銀色金屬漆。鋁粉由色淺、金屬光澤高的鋁制成，它的表面光潔，能反射可見光、紫外光和紅外光的60%-90%，用含有鋁粉的涂料涂裝物體，其表面銀白光亮，這就是鋁粉反射光線的特征。鋁粉因具有銀白色金屬光澤，所以俗稱鋁銀粉或銀粉。鋁粉粒子呈鱗片狀，其片徑與厚度的比例大約為(40:1)-(100:1)，鋁粉分散到載體后具有與底材平行的特點，眾多的鋁粉互相連接，大小粒子相互填補形成連續(xù)的金屬膜。鋁粉主要可分為浮型和非浮型兩類，但無論如何，兩類鋁粉在涂層中都能以與涂層表面平行的方向定向排列。浮型鋁粉集中于涂層表面，能產(chǎn)生最高的金屬亮澤，在保護性涂膜中形成了一種表面機械屏障，防止?jié)駳饣蚱渌泻ξ镔|(zhì)的侵蝕。而對于多彩涂料來說，則要求非浮型鋁粉顏料。

金屬漆中鋁粉粒徑較大，且片狀分布，鋁粒子比表面積大，鋁粒子很容易團聚[5-6]，所以鋁粉的穩(wěn)定性能、分散性能和定向排列性能直接影響金屬漆彩板質(zhì)量。金屬漆涂料涂敷在鋼板表面后在流平段，涂料在帶鋼邊部聚集增厚，由于鋁粉的阻擋加熱致使溶劑揮發(fā)不良，導(dǎo)致邊部增厚，發(fā)生堆邊和縮孔。

要解決金屬漆彩涂產(chǎn)品的厚邊缺陷，就必須根據(jù)涂料的特性，在工藝上進行彌補優(yōu)化，制定合適的生產(chǎn)工藝，使邊部涂料溶劑充分揮發(fā)，防止涂料在邊部聚集增厚。

2 金屬漆彩板厚邊改進措施

2.1 金屬漆涂料優(yōu)化

鋁粉顏料中，鋁粉粒子的物理參數(shù)是在其生產(chǎn)過程中進行控制的，主要有平均粒徑、粒徑分布、片狀粒子的厚度和表面質(zhì)量，這些參數(shù)決定了顏料的性能特征，如光澤、白度、遮蓋力、著色力和隨角異色效應(yīng)。為了保證金屬漆涂料輥涂過程的均勻性,首先要保證金屬漆涂料中鋁粉粒子的顆粒均勻性。粒子大小不均很容易導(dǎo)致分散不均，粒子越大越容易團聚。因此生產(chǎn)過程中將涂料料盤過濾袋由150目切換為100目，避免堵塞情況發(fā)生。

2.2 膜厚分配比優(yōu)化

彩板正面涂層一般有底漆和面漆兩層組成，初涂涂覆底漆，烘烤固化完成后，精涂涂覆面漆。國標(biāo)“GB/T 12754彩色涂層鋼板及鋼帶”中規(guī)定正面涂層總膜厚不得低于20微米。傳統(tǒng)膜厚分配方式為5微米底漆+15微米面漆，通過降低金屬漆彩板中面漆的膜厚來優(yōu)化調(diào)整膜厚分配，從而減少邊部堆漆和縮孔的誘因。

在制定膜厚比例的過程中，初涂的膜厚不宜太厚，精涂的膜厚不能減少太多，否則成品的色差與標(biāo)準(zhǔn)板色差相差過大，不符合放行要求。通過工藝實驗(見表1)，探索出正面涂層膜厚的最佳比例，即7微米底漆+13微米面漆。既保證了總膜厚達(dá)到要求，同時色差、光澤、MEK擦拭、反向沖擊、鉛筆硬度等各項性能滿足要求，各種性能檢測按“GB/T 13448-2019彩色涂層鋼板及鋼帶試驗方法”執(zhí)行。

表1 正面涂層膜厚工藝實驗表

機組生產(chǎn)時涂料粘度值根據(jù)膜厚來調(diào)整，根據(jù)試驗結(jié)果，在Zahn-4#杯測量值為9.5s時，初涂正面底漆膜厚為7μm；在Zahn-4#杯測量值約為18s時，初涂正面底漆膜厚為13μm。

2.3 機組工藝速度優(yōu)化

為了提高金屬漆涂料的分散性能，必須增加涂料流平時間。涂料流平時間即涂料精涂完成到進入烘烤爐烘烤固化完成的時間，所以通過降低機組生產(chǎn)速度來進行優(yōu)化調(diào)整。但是機組生產(chǎn)速度又不能太低，否則會降低生產(chǎn)效率，經(jīng)過工藝試驗(見表2)，明確金屬漆彩板的生產(chǎn)速度為100m/min，這個速度可以應(yīng)用于0.4～0.65mm以內(nèi)所有規(guī)格。

表2 機組生產(chǎn)速度工藝試驗表

金屬漆彩板Al元素分布圖(見圖2)也表明降低機組速度確實能提高鋁粉分散性，按照100m/min進行生產(chǎn)時鋁粉排列更均勻。

圖2 金屬漆彩板的局部放大輝光光譜圖

2.4 涂層工藝優(yōu)化

當(dāng)機組的速度發(fā)生變化，涂覆輥及帶料輥輥速隨之變化，一般涂覆輥輥速約為機組速度的110%～120%，帶料輥輥速為機組速度的45%～60%，涂層機壓力不隨規(guī)格變化，保持恒定，根據(jù)膜厚情況適當(dāng)調(diào)整涂覆輥壓力，調(diào)整范圍約100～300kg之間。為保證涂料良好性能與機組速度的匹配，初涂機、精涂機工藝參數(shù)如表3所示。

表3 涂層工藝參數(shù)表

2.5 優(yōu)化后金屬漆彩板耐久性能

按照優(yōu)化工藝生產(chǎn)的金屬漆彩板進行耐久性能測試。 鹽霧試驗按照“GB/T 13448-2019中耐中性鹽霧試驗”的方法進行。鹽霧箱控制溫度35±2℃，NaCl溶液濃度為50g/L，試樣擺放角度30°，噴咀壓力0.5MPa，降霧量為1.50 mL/(80cm2·h)。老化試驗按照G B /T13448-2019中紫外燈加速老化試驗的方法進行。采用熒光紫外UVA-340燈管，12小時為一個循環(huán)周期，8h紫外光照，黑板溫度為60±3℃；4h冷凝，黑板溫度50±3℃。

表4是金屬漆彩板的耐久試驗結(jié)果，結(jié)果表明：聚酯銀色金屬漆彩板的中性鹽霧試驗和耐紫外老化試驗均滿足國標(biāo)要求，且優(yōu)于國標(biāo)要求。

表4 金屬漆彩板耐久試驗結(jié)果

3 結(jié)論

金屬漆涂料里面含有大量的產(chǎn)生金屬效果的鋁粉顏填料，鋁粉粒徑較大，且成片狀排列，涂層后在流平段涂料在帶鋼邊部聚集增厚，導(dǎo)致邊部極易產(chǎn)生堆邊和縮孔缺陷。根據(jù)涂料的特性，通過優(yōu)化調(diào)整正面涂層膜厚分配比、增加涂料流平時間，制定合適的生產(chǎn)工藝，使邊部涂料溶劑充分揮發(fā)，解決銀色聚酯金屬漆彩板邊部增厚缺陷。