我國(guó)鋁型材業(yè)經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，已形成一個(gè)完整的工業(yè)體系，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。原鋁產(chǎn)量已達(dá)到250萬(wàn)噸以上，占世界第三位，擁有鋁加工企業(yè)1000多家，生產(chǎn)能力已達(dá)到350萬(wàn)噸/年，鋁型材產(chǎn)量已達(dá)100萬(wàn)噸/年。目前已進(jìn)入高檔發(fā)展時(shí)期，鋁型材的表面處理技術(shù)發(fā)展迅速，由單一的古銅料發(fā)展到擁有粉末涂裝、噴涂氟碳涂料、有機(jī)和無(wú)機(jī)染色、電泳涂裝、機(jī)械和化學(xué)拋光等工藝手段，新一代的木紋化處理技術(shù)，三段電解多色著色以及微弧氧化著色技術(shù)也在試產(chǎn)中，鋁型材的外觀有鈦金、金黃、香檳、仿不銹鋼及各種色彩，還有顯示鏡面、沙石、亞光、珠光等特殊效果的。在眾多的表面處理技術(shù)中，電泳涂裝是最具發(fā)展方向的適用技術(shù)。鋁型材經(jīng)陽(yáng)極化和電解著色后再進(jìn)行電泳涂裝，有雙層保護(hù)。具有高透明，高度金屬質(zhì)感，高耐蝕及高耐候性，比噴漆、粉末噴涂更具裝飾性，深受用戶喜愛(ài)，已廣泛進(jìn)入家庭裝修，潛在市場(chǎng)極大。其二，工藝容易實(shí)施，只要在原生產(chǎn)線上增加幾個(gè)槽與鋁氧化著色形成流水線生產(chǎn)，水溶性電泳涂裝安全，可以實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，有利于環(huán)保。其三，更重要的是電泳型材更具魅力，是高檔、豪華型材的典范。擁有電泳涂裝線成為鋁型材廠綜合技術(shù)水平的重要標(biāo)志。

    2.4.2鋁型材的電泳涂裝

    2.4.2.1電泳涂裝的特點(diǎn)

    自20世紀(jì)30年代電泳涂料在福特汽車公司車輪涂裝線上使用以來(lái)，其應(yīng)用得到了飛速發(fā)展。透明的、具耐候性的丙烯酸類和聚氨酯類電泳涂料自70年代開(kāi)始已成功用于金屬表面的裝飾和保護(hù)，如銅字招牌保護(hù)，不銹鋼及電鍍制品的裝飾和保護(hù)，作為最終保護(hù)裝飾層的最具代表性的就是建筑鋁型材的電泳涂裝。

    鋁材型材傳統(tǒng)的表面處理工藝是氧化、著色及封閉處理，這種鋁材的轉(zhuǎn)化膜在戶外長(zhǎng)期使用時(shí)，特別是在酸雨或海洋環(huán)境中時(shí)，容易腐蝕，耐久性差，因此自70年代開(kāi)始，人們嘗試用涂料涂裝的方法來(lái)提高建筑用鋁型材的裝飾性能及使用年限，目前，已工業(yè)化成功使用的有電泳涂漆、粉末涂裝和氟碳噴涂。由于電泳涂料是水性涂料，鋁材經(jīng)前處理水洗后可直接電泳，電泳涂層透明度高，既具有高裝飾性又可突出鋁型材本身的金屬光澤，因此在建筑鋁型材上已越來(lái)越多地使用電泳涂裝。

    電泳涂裝法和其它涂裝方法相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

    ⑴易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。由于電泳涂裝在水性電泳槽中進(jìn)行，與陽(yáng)極氧化、電解著色工藝類似，處理時(shí)間短，容易實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝的流水線作業(yè)。

    ⑵涂膜均勻致密。由于電泳涂料的高泳透力，可使復(fù)雜形狀的型材亦獲得均勻的涂膜，同時(shí)通過(guò)調(diào)整電量可控制膜厚。

    ⑶涂料的利用率高。由于粘度低，工件帶出較少，而且電泳工件可用水洗，回收裝置的利用使電泳涂裝的涂料利用率高達(dá)95%以上。

    ⑷安全性和環(huán)保性。由于電泳涂料的水稀釋，固體份低，溶劑含量少是環(huán)保型涂料，且免除了火災(zāi)的危險(xiǎn)，工人健康也有保障。

⑸涂膜質(zhì)量好。丙烯酸樹脂用氨基樹脂固化，保證了涂膜的高裝飾及高耐腐蝕性，同時(shí)由于樹脂高度透明，有效地突出了金屬質(zhì)感，根據(jù)需要還可得到亞光、沙面、珠光等裝飾效果。

 ⑹和通常的電解著色封孔工藝相比，具有省時(shí)，節(jié)省人力的特點(diǎn)，電泳涂膜無(wú)需封孔，避免了由于封孔不好帶來(lái)的裂紋等毛病。

    ⑺可自由控制涂膜的厚度，國(guó)內(nèi)外通?？刂?μm和12μm兩檔。

    ⑻由于電泳層透明光亮，因此要求鋁鑄錠質(zhì)量高，擠壓材表面平滑，機(jī)械缺陷少，對(duì)氧化著色工藝要求管理嚴(yán)格，因?yàn)槿魏挝⑿〉娜毕莺驼次鄱紩?huì)在透明漆下暴露無(wú)遺。

    ⑼對(duì)電泳工藝管理要求高，以提高成品率。

    2.4.2.2電泳涂裝的原理

    以陽(yáng)極電泳為例，圖2-4-1說(shuō)明了陽(yáng)極電泳的過(guò)程，此時(shí)工件為鋁型材作陽(yáng)極。

    涂料狀態(tài)（乳化狀態(tài)）：含羧基的丙烯酸樹脂，中和劑為氫氧化鉀，或有機(jī)胺，固化劑為三聚氰胺甲醛樹脂。

    pH值：7.8～8.5之間。

    電沉積：在pH值下降時(shí)析出

    電極反應(yīng)：陽(yáng)極（鋁型材）

    2H2O→4H++4e-+O2↑

    R－COO-+H+→R－COOH

    水溶性水不溶(涂膜)

    Me→Men++ne-

    RCOO-+Men+→(R－COO)nMe(析出)

    陰極(極板)

    2H2O+2e→2OH-+H2↑

    電泳時(shí)在工件表面涂膜沉積，陽(yáng)極有氧氣產(chǎn)生，可以促進(jìn)成膜，但氧氣產(chǎn)生過(guò)多會(huì)造成涂膜外觀光亮度差，因此電泳過(guò)程中要對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行控制，另外要控制液的pH值，它與涂膜的沉積密切相關(guān)，陽(yáng)極電泳時(shí)有金屬離子溶出，它參與成膜，鋁型材電泳時(shí)的金屬離子溶出和鋼鐵件不同，對(duì)顏色的影響甚微。

    2.4.2.3鋁型材用陽(yáng)極電泳涂料的特性

    2.4.2.3.1陽(yáng)極電泳涂料的品種

    由于丙烯酸樹脂具有優(yōu)異的耐候性，耐磨性；樹脂無(wú)色透明，可通過(guò)配方調(diào)節(jié)涂料性能，具有優(yōu)異的裝飾性和性能可調(diào)性，且這類樹脂主鏈由碳-碳鍵組成，抗化學(xué)性高，配成堿性的大量含水的電泳漆也不會(huì)分解，具有良好的穩(wěn)定性，因此丙烯酸類型的陽(yáng)極電泳涂料占據(jù)了鋁型材電泳涂料的主流。

    目前還有一類為有色的聚氨酯電泳漆，性能較好，工藝簡(jiǎn)單，因?yàn)椴捎糜猩郯滨ル娪酒?，則可取消陽(yáng)極氧化、著色、封閉工藝。有利于節(jié)約成本。此外為滿足各種產(chǎn)品的不同需求，功能性的抗菌、絕緣、自潤(rùn)滑電泳涂料，及裝飾性的亞光、消光、珠光電泳涂料也已經(jīng)得到應(yīng)用。

    2.4.2.3.2電泳涂料的制造

    陽(yáng)極電泳涂料是指將鋁型材工件作為陽(yáng)極，故陽(yáng)極電泳涂料是陰離子型樹脂，最常用的是水可稀釋的帶羧基的丙烯酸樹脂，用三聚氨胺甲醛樹脂作為交聯(lián)劑固化，引入丙烯酸單體越多，則樹脂水溶性越好。如配方：

其中MMA為甲基丙烯酸甲酯是硬單體，聚合物的主體；BA是丙烯酸丁酯，是軟單體，用來(lái)調(diào)節(jié)玻璃化溫度，提供鏈的柔性；HEMA是甲基丙烯酸β-羥乙酯，它提供自由的羥基，與氨基樹脂起交聯(lián)反應(yīng)，同時(shí)還增強(qiáng)樹脂的親水性，AA是丙烯酸提供羧基，基含量越高，親水性愈好，一般電泳涂料中用5%～10%，聚合在共溶劑丙二醇丁醚中進(jìn)行，濃度為70%左右，引發(fā)劑可用過(guò)氧化苯甲酯（BPO），但以偶氧二異丁腈為好。反應(yīng)溫度為100℃左右，聚合完成后，用二甲基乙醇胺中和，然后用水稀釋，固體含量一般為60%左右，pH值為7.5～8.5，在水性涂料中要用到溶劑，有時(shí)稱共溶劑，多為親水性醇類，如丙醇、丁醇、乙二醇(或丙二醇)的單醚，主要依據(jù)揮發(fā)性能、毒性、價(jià)格來(lái)選擇，中和劑作用在于中和丙烯酸樹脂鏈上的羧基，保護(hù)樹脂水溶性，多為有機(jī)胺或氫氧化鈉，用有機(jī)胺，如三乙胺，二甲基乙醇胺，特別是三級(jí)胺有益于樹脂穩(wěn)定。

    2.4.3電泳的工藝及設(shè)備

    2.4.3.1電泳的工藝流程

    以陽(yáng)極電泳為例，通常按如下工藝進(jìn)行

    脫脂→水洗→水洗→中和→水洗→陽(yáng)極氧化→水洗→電解著色→熱水洗→水洗→電泳→水洗→干燥

    2.4.3.2電泳的工藝條件

    ⑴電泳槽液的條件

    固體份：7%～9%

    溫度：20～25℃

    pH：8.0～8.8

    電阻率/Ω·cm(20℃)：1500～2500

    ⑵電泳的工藝參數(shù)

    電壓：80～250V(DC)

    電泳時(shí)間：1～3min

    電流密度：15～50A/㎡

    具體工藝規(guī)范依產(chǎn)品的要求進(jìn)行。

    涂膜厚度：7～12μm

    2.4.3.3鋁型材電泳工藝所需設(shè)備

    ⑴電泳槽。鋁型材電泳槽多設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方形矩形槽，基內(nèi)部大小取決于裝掛吊的尺寸，槽體用4～6mm，鋼板內(nèi)襯用聚丙烯或環(huán)氧玻璃鋼，需設(shè)置溢流槽。

    ⑵電源。直流要求0～250A任意可調(diào)，電流大小根據(jù)50A/㎡計(jì)算，約2000A/槽。電源的波紋因素一定要小于6%，其值愈大，電泳涂膜產(chǎn)生孔隙的幾率愈大。

    ⑶電極。在陽(yáng)極電泳時(shí)，鋁型材作為陽(yáng)極，陰極板采用不銹鋼板或鋁板，陰極面積為工件總面積的1倍。板隔膜采用聚丙烯纖維布。

    ⑷熱交換系統(tǒng)?？杀ＷC槽液溫度穩(wěn)定。

⑸預(yù)配槽及自動(dòng)添加系統(tǒng)。預(yù)配槽可完成電泳槽液的配制，以保證達(dá)到正常參數(shù)；自動(dòng)添加系統(tǒng)，可保證補(bǔ)充每槽鋁型材所消耗的電泳漆的量，保證電泳槽固體份在工藝范圍之內(nèi)，以確保膜厚的均一。

    ⑹離子交換處理（IR）系統(tǒng)。陽(yáng)極電泳時(shí)，陰極pH值會(huì)不斷增加，采用離子交換樹脂系統(tǒng)可去除槽液中的雜質(zhì)，陰、陽(yáng)離子使槽液pH值穩(wěn)定，若再加上反滲透裝置（RO）則可實(shí)現(xiàn)閉路系統(tǒng)。

    表2-4-2RO透過(guò)液的組成

    由于經(jīng)過(guò)RO后的水幾近純水，可以直接用來(lái)清洗，故可實(shí)現(xiàn)閉路水洗系統(tǒng)，有利于環(huán)境保護(hù)。

    2.4.4小結(jié)

     我國(guó)目前已有多家鋁型材廠擁有電泳生產(chǎn)線，為了更好地發(fā)展電泳涂裝技術(shù)，占有更多地市場(chǎng)份額，我們認(rèn)為應(yīng)從幾方面努力：⑴開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域，如機(jī)械、航空、汽車構(gòu)件、家電、浴室、廚具等；⑵提高鋁型材加工技術(shù)，提高電泳型材的合格率；⑶提高電泳涂料品質(zhì)，擴(kuò)大電泳涂料品種，提高國(guó)產(chǎn)化率；⑷提高電泳涂裝的管理水平。

綜上所述，我國(guó)的鋁型材電泳涂裝技術(shù)正進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，由于電泳型材的高品質(zhì)，必將在我國(guó)有一個(gè)更加迅速的發(fā)展。