铝型材电泳涂漆质量管理与常见缺陷分析.doc

铝型材电泳涂漆质量管理与常见缺陷分析潘大维（天津艾隆化工科技有限公司，天津 300171）1 前言电泳涂漆铝合金建筑型材以其优异的耐蚀性，不怕水泥、灰浆、酸碱雾等介质的腐蚀，在环境恶劣，有酸雨的工业城市，尤其是沿海地区的使用越来越为人们所关注，并得到充分肯定。随着电泳漆质量的不断提高，以及电泳涂漆技术的日趋完善，近十年来，铝型材电泳涂漆技术在我国得到了迅速发展。尽管我国在铝型材加工业上取得了长足的进步，在铝型材电泳涂漆技术上有了明显提高。随着电泳涂漆铝型材走进千家万户，消费者对其识别能力越来越高，对电泳铝型材的表面有着很高的品质要求。本文结合我公司多年的实践经验，对电泳涂漆铝型材生产的工艺管理和常见缺陷分析提出自己的一点看法，供同行参考。2 电泳涂漆机理简介 铝型材阳极电泳用的水溶性树脂是一种高酸价羧酸盐，在水中溶解以后以分子和离子平衡状态存在于水中。在直流电场的作用下，由于两极的电位差，带电粒子定向移动，阴离子沉积在阳极表面，而阳离子在阴极表面获得电子还原成胺。它是一个化学反应。整个电泳涂装过程包括电泳、电沉积、电解和电渗四个同时进行的过程：（1）电泳。在直流电场的作用下，分散在介质中的带电胶体粒子向与其所带电荷相反的方向移动。（2）电沉积。由于电泳作用而移动到阳极附近的阴离子树脂放出电子沉积在阳极表面，呈不溶状态析出的现象，叫做电沉积。在此过程中，阳极释放出氧气，阴极释放出氢气。（3）电渗透。即电泳的逆过程。当阳离子树脂在阳极上，吸附在阳极上的介质在内渗力的作用下，从阳极穿过沉积的漆膜进入漆液。（4）电解。电流通过漆液时，水发生水解，阴极产生氢气，阳极放出氧气，此过程即为电解。电极反应如下：阳极： 2H2O4H+O2+4eAlAl+3eRCOO+HRCOOH3RCOO+Al(RCOO)3Al阴极： AHA+H 2HH2 A+H2OAH+OH3 主要工艺参数及控制3.1 固含量每一个漆生产厂家都会提供其相应的固含量控制范围，一般均在6%10的范围内。假设所提供的范围为81，则控制范围最好在80.5，这样即能确保电泳漆膜厚度均匀，又能节约电泳漆，降低生产成本。3.2 电压电压是型材电泳涂漆生产中的一个重要参数。电压的高低，决定了涂膜质量的好坏。电压提高，极间电场作用加强，带电粒子泳动速度加快，成膜能力提高。电压降低，成膜能力降低。电压降低到一定程度，会出现电沉积困难的现象。电压过高，电解反应剧烈，型材表面析出的气体增加，涂膜表面粗糙，呈桔皮状，严重时可见小针孔。选择合适的电压，电泳出来的涂膜外观光亮、平整，有一种丰满的感觉。生产过程中，有时会出现电压不变的情况下，成膜能力降低，此时不应去调整电压，而应从其他方面去查找原因，否则会影响涂膜的表面质量。3.3 时间要得到厚度均衡的涂膜，必须摸索、选择合适的电泳时间，一般2-4分钟。电泳时间长，涂膜会出现再溶解现象，造成表面粗糙；另一方面，电泳时间长，涂膜太厚，成本提高。但电泳时间太短容易出现漆膜低于标准要求而报废。对漆膜厚度的有效控制，可以把理论和实践结合起来，总结出料挂面积漆膜厚度电泳时间三者之间的关系，对挂料面积不同的料挂，通过调整电泳时间来有效控制漆膜厚度。3.4 温度电泳过程中部分电能转化为热能，加上槽液循环系统的机械摩擦发热，会导致槽液温度上升。漆液温度高，则粘度降低，涂料粒子泳动速度加快，电阻下降，电流密度上升，电沉积量也随之上升。此时，漆膜容易出现针孔、桔皮等缺陷。秋冬季节，尤其是北方，槽液温度容易出现偏低。在槽液温度过低的情况下进行电泳，漆膜虽然致密，但沉积量少，涂膜浅薄，且凹陷处表面不易上漆。因此，在生产过程中，需采取恒温措施控制槽液温度。一般控制在202，有条件的厂，最好能控制在200.5。3.5 pH值由于电泳的不断进行，阳离子的胺化合物在漆液中蓄集，pH值会缓慢升高。pH值升高，电沉积量下降，漆膜厚度下降，且易产生气泡附着，使涂膜表面质量下降。同时，随着pH值升高，漆膜在槽中溶解的量也增加，漆膜会随之减薄。pH值偏低，电沉积速度加快，使涂层变厚、变粗糙，附着力降低，也容易产生桔皮等其他一些缺陷。若pH值过低，容易出现翻槽，即整槽漆全部沉淀的现象，因此必须严格控制pH值。3.6 胺值胺值又叫胺价(MEQ)。胺值是电泳涂漆工艺中的一个重要指标。因为电泳过程中会放出胺，使胺值上升，槽液电阻值下降，电解反应加剧，造成针孔、漆膜变粗糙、泛黄和槽液温升快等不良现象。胺值偏高时，必需进行通液处理。3.7 电导度槽液的电导度会随着胺含量、液温、杂离子含量的变化而变化，日常变化主要是由于胺值变化而引起的。通常，胺值的变化与电导度之间有一定的对应关系。如果胺值等相关的参数无太大变化，而出现电导度异常升高时，槽液被杂质离子污染的可能性相当大，需及时通液处理。3.8 溶剂含量铝型材用阳极电泳漆的主溶剂是水。有机溶剂作为溶解助剂，其目的是改善丙烯酸树脂的水溶性。一般采用醇类、醇醚类、醇醚酯等等，如异丙醇、乙二醇丁醚、正丁醇、三乙醇胺等，间歇性生产或夏季溶剂会挥发，当出现涂膜表面暗淡无光时，溶剂含量偏低的可能性非常大，可适当添加溶剂。但过高的溶剂含量会加速沉积层的溶解速度。溶剂含量除了会影响漆膜厚度、光泽度外，也会给涂装电压和库仑效率产生很大的影响。同时通过控制其含量，也可以抑制槽液中微小气泡的产生。所以，有必要定期测定其含量，并严格控制。根据生产需要，一般半个月或一个月测定一次。3.9 固化温度固化温度的控制至关重要。一般控制在180 20，时间30min。不同的漆固化温度会略有差别，取决于漆的品种和漆的分子量。固化温度过高，漆膜发脆、泛黄；温度低，漆膜交联不够，漆膜发暗失光，发粘，硬度偏低，易出现腐蚀、涂层脱落等质量问题。4 电泳设备的合理配置除了正常阳极氧化的设备外，铝型材电泳涂漆生产线主要设备有电泳电源、电泳槽、电泳溢流槽及电泳漆假药桶循环系统、RO回收系统，精制系统、除油设备、过滤器、热交换器、沥干设备、烘烤炉等。对电泳专用设备的配置主要应注意以下几点：（1）电泳溢流槽。电泳溢流槽的容量与电泳主槽应匹配，其容量通常为主槽容量的1/51/3。有条件时溢流槽最好取上限，这样有利于调节电泳槽内液面高度，彻底排除漆液表面气泡。（2）电泳循环系统。其主要作用是使电泳槽内漆液成分均匀、浓度均匀和温度均匀，排除悬浮杂质，溢流除气泡。其循环量应能保证使整个电泳槽的漆液每小时循环1.52次。但进行电泳时，槽液循环量最好能减少到正常循环量的1/3。因此电泳循环泵宜采用变频控制。（3）回收系统。回收系统的配置除了取决于产量外，还取决于专用吊车的倾斜度和工人操作是否规范滴干。主要视回收效果而定。通常采用RO反渗透装置，配置23根八英寸电泳涂装专用膜。RO膜使用23年后，若回收效果达不到工艺要求则需更换。（4）烘烤炉。电泳后的工件经沥干后，需进入固化炉进行固化处理。固化是电泳涂层成膜的关键工序，对漆膜的物理化学性能影响极大。完全的烘烤包括足够长的烘烤时间和足够高的烘烤温度，它将决定所有漆膜的性能和特性。电泳涂膜固化温度为160200，炉内各点温差不超过5， 固化时间为2030 分钟。但不同的电泳漆最佳固化温度和时间有所不同，具体工艺须在实践中掌握。固化设备有桥型、烘道通过型及烘箱型。而烘箱型则适用于间歇式的电泳涂装。加热方式也有热风对流式、远红外辐射式、红外加热风式等多种。热风对流式加热的优点是炉温度分布均匀，适用于各种形状的工件，缺点是被涂物受热是由表及里逐步传递升温的，故而升温速度慢。烘烤炉的热源有电加热、天然气、煤油或重油等的燃烧加热。在燃烧加热方式中，又分直接燃烧加热和通过热交换器进行热交换的间接加热两种方式。通常煤油和重油都采用间接加热，被加热的空气是通过鼓风机进入烘烤炉中，然后重新回经热交换器再次加热循环使用。烘烤炉是电泳涂装生产线中的重要组成部分，其性能好坏直接影响着产品的质量。烘烤炉的性能指标中，炉温的均匀性和炉温的稳定性是其中两个重要的指标。5 电泳产品常见缺陷及防治措施 以下是电泳涂装常见缺陷、产生原因与相应的防治措施。矫正缺陷首先要能准确鉴别缺陷。当然，任何一种缺陷其产生原因都是多方面的，必须根据实际情况，结合工厂的工艺、设备、环境和操作条件等，具体问题具体分析，才能从根本上消除缺陷产生的根源。（1）针孔。漆膜表面有类似针孔状的凹陷，呈无规则排列，侧光观察更为明显。产生原因：阴极屏蔽不良或消泡袋破损，在漆液中存在细微的气泡；电泳电压过高，电解反应过剧，产生气泡过多；槽液温度过高；槽液的pH 值过低及溶剂过剩使漆膜极化能力变低的条件下，抵抗杂质的能力变弱。防治措施：根据针孔部位查找破损的消泡袋并给予更换；适当降低电泳电压；控制好槽液温度；提高电泳槽液的pH 值并将漆膜厚度控制在必要范围。（2）麻点。亦称颗粒状异物，灰尘附着等。尘埃等附着在漆膜表面或漆膜下形成有手感的凹凸物。产生原因：电泳槽前的水洗水太脏；电泳槽液中存在较粗大的机械杂质；车间空气中含有尘埃等漂浮物飘落到放在沥干区的工件上；烘烤炉内存在尘灰等杂物。防治措施：更换电泳前水洗水；检查电泳槽过滤装置并过滤电泳槽液；搞好车间环境卫生，控制沥干区风向，防止灰尘飘浮；清理烘烤炉内卫生，清洁或更换热风循环过滤网。（3）桔皮。具有象桔皮那样小瘪坑的漆膜外观。一般在整个涂漆表面都产生，但漆膜厚度不均相差很大时，多半在厚膜部分产生。产生原因：助溶剂含量低；补给原漆时没充分乳化；电泳电压过高；涂层过厚；槽液pH 值低；槽液中杂质离子含量高。防治措施：补充助溶剂；原漆补给时进行充分搅拌；降低电泳电压；降低涂层厚度；提高槽液pH 值；用离子交换法去除杂质离子。（4）雾斑。与正常部位相比，局部出现无光亮斑点，侧光观察更为明显。容易出现在型材的大面和水平面上。产生原因：酸雾、碱雾或有机溶剂气雾飞入电泳涂装工序的气氛中，附着在烘烤前的漆膜表面引起局部凝固、交联反应而产生的；漆液的中和度偏离控制范围；热水洗槽的温度、pH 值控制不好；电泳后水洗槽的pH 值太低。防治措施：注意生产线风向，加强对产生酸雾、碱雾的工序或设备进行排气；控制好漆液的中和度，夏天控制在75左右，冬天控制在80左右；控制好热水洗槽温度和pH 值；控制好电泳后水洗槽的pH 值。（5）水斑。斑点状或水滴状花纹，在水平部位或倾斜部位的上面容易发生。光泽与正常部位比略低。若是酸性水滴造成的水斑则通常呈黄色。产生原因：从阳极梁、夹具等上面掉落下来的水滴附着在半干燥的漆膜表面，在烘烤时，由于附着水滴部分的光泽发生变化，或者粘附水滴中的杂质成分而使光泽或颜色发生变化而产生。与漆斑不同的是，该缺陷产生的原因仅是水滴附着造成的。防治措施：延长脱水时间，抹拭阳极梁上的水滴；改进夹具结构。（6）涂料滴痕。亦称漆斑或漆流痕。漆膜表面有略为凸起的漆斑或朝下的漆流痕迹，有手感。产生原因：电泳出槽后停留时间过长；涂料的浓度不适当；电泳后水洗不足；RO2水洗槽固体分过高；未滴干的导电梁从正在沥干的料挂上方跨过。防治措施：电泳出槽后停留时间控制在1min以内；降低电泳槽漆液浓度，调整溶剂浓度，提高pH 值；电泳后进行充分的水洗，并适当降低RO2水洗槽的固体分含量，提高水洗槽的pH 值；未滴干的挂料不能从正在沥干的料挂上方跨过。（7）接触痕。因两根型材相互接触而产生的漆膜外观异常，湿膜在接触状态烘烤的型材产生粘着。此缺陷在氧化、电泳、沥干或烘烤等环节均有可能产生。产生原因：较软的型材挂点少（卧式生产线）、工件间吊挂间距小，烘烤炉内风压太强而使未完全固化的工件相互接触产生的痕迹。防治措施：增加挂点；调整吊挂间距离；降低烘烤炉内的风压。（8）漆膜乳白。与正常产品相比透明度不同，无透明感，看起来象白色浑浊状。产生原因：热纯水洗和纯水洗不充分，阳极氧化膜膜孔中有残留的硫酸根，在电泳涂漆时与漆膜成分发生反应，局部地异常促进漆膜的交联反应而产生；槽内涂料被污染，特别是硫酸根离子污染。防治措施：缩短阳极氧化后的第一道水洗的时间，在pH2的水洗槽中放置时间不超过1min；对电泳涂装前的水洗工序进行检查，使其水质及清洗时间合乎要求；调整热水洗槽温度时间；根据电泳槽电导率的测定结果是否偏高，进行离子交换处理。（9）凝胶涂料粘附。亦称胶着。漆膜表面粘附涂料的凝胶物，烘烤后往往会起泡破裂呈蜂窝状，有时颜色呈黄色。产生原因：电泳槽或电泳后RO水洗槽中混入酸，发生涂料树脂的部分凝聚而粘附在工件上。防治措施：防止电泳槽或电泳后水洗槽中混入酸；检查过滤系统，必要时更换过滤器；除去涂料中的凝聚物，查清涂料树脂产生凝聚的原因。（10）泛黄。亦称黄变、发黄。漆膜或氧化膜带黄色。产生原因：氧化后在水洗槽中浸泡时间太长，造成氧化膜泛黄，由于漆膜的透明性而呈现产品泛黄；涂层太厚；烘烤温度太高或烘烤时间过长。防治措施：控制氧化后水洗水的水质和水洗时间；改进涂漆条件，降低涂层厚度；改进烘烤条件，选择适当的烘烤温度和时间。（11）气泡附着。漆膜表面残留气泡痕迹的异常外观。产生原因：工件浸入电泳槽时，卷入漆液表面的气泡或空气；卷入循环系统的空气或阴极掩蔽不良等原因使漆液中含有微小气泡；工件电极产生气泡如漆液流动性差则无法带出。实际生产中，细小的漆泡往往被误以为是针孔，这其实是误解，只要认真观察，完全能够分辨出来。防治措施：改进工件的入槽条件，入槽后停留一段时间再通电电泳，使附着在工件上的气体尽量排除；检查循环系统和阴极掩蔽情况，对不合要求的地方进行调整；加大循环量，使槽内流速均匀，防止气泡在槽内滞留；适当调整电泳电压及槽液参数，使之符合工艺要求。（12）氧化膜破裂。透过电泳漆膜，可以看到型材表面有无规则的裂纹。产生原因：氧化膜厚度太厚；热纯水洗槽温度过高或时间过长；烘烤炉温度过高或局部温度过高。防治措施：控制好氧化膜厚度；调整好热纯水洗槽温度、水质和水洗时间等工艺参数；控制烘烤炉温度，若为局部温度过高，则应调整烘烤炉热风循环状态。（13）酸痕。绑料处的间隙、夹具等处带有凝胶物流痕花纹，通常呈淡黄色。产生原因：阳极氧化处理工序中夹具等上面残留酸，而水洗时未清洗干净，在电泳涂漆后流到型材表面，使漆膜表面变成凝胶化的流痕花纹。防治措施：确保水