穿條式噴漆鋁型材邊角掉膜的原因分析及控制

胡小萍，彭華領(lǐng)，萬(wàn) 里，熊宇爭(zhēng)，夏榮坤

（佛山市三水鳳鋁鋁業(yè)有限公司，佛山 528100）

0 前言

隨著國(guó)家節(jié)能政策的逐步推進(jìn)以及居民生活水平的不斷提高，人們?cè)桨l(fā)熱衷于使用節(jié)能、穩(wěn)定、美觀的高端隔熱系統(tǒng)門(mén)窗，其中穿條式隔熱鋁型材作為一種新型節(jié)能建筑材料，正逐步走入大眾視野。它通過(guò)使用一種隔熱條（導(dǎo)熱率僅為鋁合金的0.19%）將鋁型材A、B 面隔開(kāi)，不僅保留了建筑材料的機(jī)械性能，同時(shí)具備優(yōu)異的防水性能、隔熱隔音性能，因此，受到眾多開(kāi)發(fā)商的青睞[1-3]。

鋁型材表面氟碳漆（PVDF）涂層，在防腐耐候性能上無(wú)可替代。然而，生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，穿條式噴漆鋁型材在A、B 面穿條后的滾壓（復(fù)合）過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)穿條位噴漆涂層掉膜的問(wèn)題，該現(xiàn)象在粉末涂層產(chǎn)品穿條及滾壓操作中鮮有發(fā)生。

嘗試在噴漆下架后、穿條前，按照國(guó)標(biāo)GB/T 5237.5—2017中規(guī)定的干、濕附著性、耐沸水性以及耐沖擊性等方法進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)涂層附著力檢測(cè)均合格，但穿條滾壓時(shí)依舊出現(xiàn)大面積掉膜，導(dǎo)致批量半成品報(bào)廢的情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品外觀及性能，更增加了生產(chǎn)成本。因此，明確導(dǎo)致穿條式噴漆型材掉膜的原因并加以管控，具有重要的實(shí)踐意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 穿條型材生產(chǎn)流程

穿條式噴漆鋁型材生產(chǎn)工藝流程：坯料→除油→鈍化→烘干→噴漆→固化→開(kāi)齒→穿條→滾壓（復(fù)合）→性能檢測(cè)。

1.1 開(kāi)齒

開(kāi)齒是根據(jù)型材截面形狀調(diào)節(jié)開(kāi)齒機(jī)底輪及開(kāi)齒刀位置，使開(kāi)齒刀進(jìn)入鋁型材穿條槽位0.50～0.60 mm 之間，通過(guò)槽位中齒與隔熱條之間的咬合力來(lái)滿(mǎn)足隔熱鋁型材剪切力性能要求[4-5]。

開(kāi)齒深度借助100倍放大鏡進(jìn)行測(cè)量，生產(chǎn)時(shí)開(kāi)齒深度小于0.50 mm，無(wú)法保證隔熱鋁型材抗剪切性能；開(kāi)齒深度大于0.60 mm，鋁型材受力易變形，且由于齒較深，齒與隔熱條之間摩擦力較大，不利于后續(xù)穿條[6-7]。

1.2 穿條

穿條是通過(guò)調(diào)節(jié)穿條機(jī)導(dǎo)向槽高度，將對(duì)應(yīng)規(guī)格的隔熱條穿入開(kāi)齒后的槽位，通過(guò)隔熱條將鋁型材A、B 面連接，此時(shí)型材未復(fù)合，隔熱條在槽位中為松動(dòng)狀態(tài)。

隔熱條大多采用由聚酰胺（PA66）+25%玻璃纖維（GF）組成的尼龍66 隔熱條，常見(jiàn)類(lèi)型有I型、C 型、T 型、O 型（也叫K 型）膠條，其中14.8 mm高度的隔熱條使用最多[8]。常用隔熱膠條特點(diǎn)見(jiàn)表1，截面形狀示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 常用隔熱條截面形狀示意圖

表1 隔熱條類(lèi)型及特點(diǎn)

1.3 滾壓（復(fù)合）

由于穿條后鋁型材與隔熱條處于松動(dòng)的狀態(tài)，需使用滾壓機(jī)將型材與隔熱條緊密結(jié)合。滾壓是根據(jù)隔熱條及型材滾壓槽的高度來(lái)調(diào)節(jié)滾壓盤(pán)的寬度，使用滾壓機(jī)的三組滾壓盤(pán)將型材與隔熱條逐步壓緊，通過(guò)型材與隔熱條之間的咬合力來(lái)避免型材組合后脫落。室溫下，滾壓力應(yīng)控制在3 920～5 880 N。

當(dāng)滾壓力低于3 920 N 時(shí)，無(wú)法保證型材高溫抗剪切性能，使用時(shí)存在安全隱患；滾壓力大于5 880 N 時(shí)，型材變形影響門(mén)窗組裝，且由于滾壓力偏大，鋁型材基材易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象[9-10]，特別是6063-T6時(shí)效狀態(tài)的穿條鋁型材。

1.4 性能檢測(cè)

滾壓后的隔熱型材需鋸切（100±1）mm 的前段、中段、后段3個(gè)樣品，做縱向剪切試驗(yàn)或橫向拉伸試驗(yàn)，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求[11]（≥24 N/mm）。

2 缺陷樣板

圖2 為穿條式噴漆鋁型材滾壓后穿條槽位邊角，噴漆涂層掉膜缺陷的實(shí)物照片。

圖2 穿條式噴漆型材邊角掉膜

穿條型材邊角掉膜的質(zhì)量缺陷難以修復(fù)無(wú)法返工重涂，掉膜部位無(wú)規(guī)律，型材端頭、中間部位甚至整支型材都出現(xiàn)過(guò)掉膜。此外，通過(guò)二次進(jìn)固化爐加溫固化，不僅無(wú)法改善邊角掉膜狀況，而且會(huì)導(dǎo)致尼龍隔熱膠條的熔融軟化，因此導(dǎo)致了批量的半成品報(bào)廢。

3 數(shù)據(jù)匯總

表2為穿條式噴漆鋁型材邊角掉膜數(shù)量年度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，合計(jì)支數(shù)7096 支，重量45.26 t。由于氟碳漆原材料價(jià)格高，穿條后報(bào)廢不僅大幅延誤了生產(chǎn)周期，更造成了很大的成本浪費(fèi)。

表2 邊角掉膜數(shù)據(jù)匯總

從油漆種類(lèi)及顏色來(lái)看，砂紋、光面以及素色漆或金屬漆都出現(xiàn)了不同程度批量報(bào)廢情況，無(wú)明顯的規(guī)律。

表3為穿條式噴漆鋁型材，邊角掉膜的油漆顏色及油漆廠(chǎng)家匯總，發(fā)現(xiàn)11 個(gè)顏色中，有10 個(gè)顏色集中在同一個(gè)油漆廠(chǎng)家A，只有1 個(gè)顏色是另一個(gè)廠(chǎng)家B，表明邊角掉膜問(wèn)題可能與油漆本身存在一定關(guān)系。

表3 邊角掉膜顏色-油漆廠(chǎng)家匯總

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 固化工藝調(diào)整

選取出現(xiàn)批量邊角掉膜的氟碳漆顏色3號(hào)中灰色，在氟碳噴漆生產(chǎn)線(xiàn)驗(yàn)證固化工藝的影響。采用同型號(hào)的型材、同顏色的油漆，調(diào)節(jié)固化溫度、鏈條運(yùn)行速度，出爐后穿條檢測(cè)效果，相關(guān)參數(shù)及結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 在線(xiàn)爐溫工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表4 可知，正常固化工藝（2.3 m/min，225 ℃），成品無(wú)色差，但穿條滾壓出現(xiàn)批量邊角掉膜；降低鏈速至2.0 m/min（保溫時(shí)間延長(zhǎng)4～5 min），爐溫提高5 ℃，此時(shí)，膜層已出現(xiàn)明顯的發(fā)黃，排除了固化不充分導(dǎo)致掉膜的可能，但穿條滾壓依舊出現(xiàn)少量邊角掉膜。

表4的結(jié)果表明，固化工藝不是造成穿條掉膜的根本原因，但適當(dāng)提高固化溫度、延長(zhǎng)保溫時(shí)間有利于減少邊角掉膜。

4.2 油漆調(diào)整

通過(guò)延長(zhǎng)保溫時(shí)間、提高固化溫度，只能減少而無(wú)法徹底解決邊角掉膜，并衍生出現(xiàn)涂層顏色發(fā)黃色差問(wèn)題。結(jié)合表3結(jié)果，邊角掉膜絕大部分集中在同一油漆廠(chǎng)家的規(guī)律性，因此，需要嘗試對(duì)油漆組分配方進(jìn)行調(diào)整。

依舊選擇3號(hào)中灰色，對(duì)油漆流平助劑、固化劑體系進(jìn)行調(diào)整，改善噴漆涂層的柔韌性。調(diào)整后的油漆按照正常固化工藝，分別噴漆1 次、噴漆2次，噴漆后的成品分別按照正常滾壓力、加大滾壓力進(jìn)行試驗(yàn)，具體參數(shù)及效果見(jiàn)表5所示。

表5 油漆調(diào)整后穿條效果

由表5可知，調(diào)整油漆配方后，不改變爐溫等固化工藝，正常滾壓力5 390～5 880 N及加大滾壓力8 330～8 820 N，均未出現(xiàn)邊角掉膜問(wèn)題；此外，增加膜厚至80 μm 即模擬生產(chǎn)線(xiàn)重涂噴2 次，之后采用正常滾壓力5 390～5 880 N及加大滾壓力8 330～8 820 N，也未出現(xiàn)邊角掉膜，產(chǎn)品性能合格。

因此，穿條式噴漆鋁型材邊角掉膜問(wèn)題，其根本原因是氟碳漆涂層柔韌性差，油漆本身的氟樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂等主體樹(shù)脂分子在高溫交聯(lián)固化過(guò)程中，未能完全呈層狀鋪開(kāi)，涂層延展性差、脆性大[12-14]。

此外，氟碳漆調(diào)漆時(shí)慢干型溶劑占比偏高，油漆濕膜在流平過(guò)程中，較多地堆聚在鋁型材的邊角部位，使得穿條槽位等棱角處的漆膜膜厚過(guò)高，一定程度上加劇了滾壓時(shí)的膜層開(kāi)裂，裂紋隨著滾壓機(jī)的移動(dòng)而縱向延長(zhǎng)，裸露出鋁基材，表現(xiàn)為不同程度的掉膜。

5 結(jié)論

（1）氟碳漆本身主體樹(shù)脂分子在高溫交聯(lián)固化過(guò)程中，未能完全呈層狀鋪開(kāi)，涂層延展性差、脆性大是導(dǎo)致穿條式噴漆鋁型材邊角掉膜的根本原因。

（2）調(diào)漆時(shí)適當(dāng)減少慢干型溶劑配比，噴漆時(shí)穿條槽位不正對(duì)噴槍?zhuān)袒瘯r(shí)適當(dāng)提高固化溫度、延長(zhǎng)保溫時(shí)間，可一定程度減少邊角掉膜。

（3）由于現(xiàn)有國(guó)標(biāo)檢測(cè)方法的局限性，無(wú)法在噴漆后檢驗(yàn)出涂層邊角掉膜，開(kāi)齒操作時(shí)，開(kāi)齒深度可由0.50～0.60 mm 適當(dāng)增加至0.65～0.70 mm，滾壓力降低784～980 N，型材表面的氟碳漆涂層所受壓應(yīng)力減小，能量未聚集到形成微裂紋時(shí)便隨著型材移動(dòng)而消散開(kāi)，從而改善邊角掉膜問(wèn)題。