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恒永兴金属材料销售
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浅谈如何提高铝型材用粉末涂料的耐候性:喷涂在铝型材表面的粉末涂膜的耐候性，是影响铝型材寿命的关键性因素。本文主要从粉末涂料的原材料、配方结构、制作工艺、固化条件等技术角度分析，并结合所做的实验结果，总结出几个提高粉末涂料耐候性的可供参考的思路，从而*终达到延长铝型材寿命的目的。随着国民经济的快速发展，粉末涂料的户外应用越来越普遍，人们对粉末涂层耐候性和耐久性的关注度不断提高，特别是对铝型材、天花板、幕墙板等室外用品表面的粉末涂膜的耐候性要求越来越高。粉末涂料主要由树脂、固化剂、助剂、颜填料等组成，喷涂在铝型材表面的涂层随着时间的延长，受周围自然因素如日晒、雨淋、氧化、冷热变化以及生物等的作用，会出现性能逐渐降低的现象，即老化。粉末涂料抑制或延缓自然老化的能力称为耐自然老化性，简称耐老化性，也叫耐候性。影响粉末涂料耐候性的因素很多，其中包括粉末涂料成分中的树脂、固化剂、颜填料、助剂等各种原材料的性能、用量、配比等内部因素；以及粉末涂料制作过程的工艺条件和涂料的固化程度；还有涂膜的使用环境如日光（主要是紫外线）的作用、大气的组成（氧、臭氧、工业烟雾等）、湿度（包括酸雨、盐雾等）、温度变化等外部因素。
从粉末涂料本身的角度来看，提高粉末涂层耐候性能主要从原材料、配方结构以及制作工艺等方面着手。一、原材料：粉末涂料主要由树脂、固化剂、助剂、颜填料等材料组成，这些原材料的耐候性，基本上决定了涂料的耐候性。因此，要提高粉末涂料的耐候性能，首先要选择耐候性能满足铝型材行业要求的原材料，而且这些耐候性合格的原材料也要满足涂膜的其他性能。当涂膜的各项性能相互间产生冲突时，可以根据客户的要求侧重于某项性能，但是人工加速老化试验结果要满足GB 5237.4-2008中加速耐候性的要求。1.树脂：因为树脂是粉末涂料的主要成膜物质，是决定粉末涂料性质和涂膜性能的*主要成分，所以树脂的选择至关重要。选取市面上大型厂家常用的铝型材用粉末涂料聚酯树脂，使用同一配方结构和相同制作工艺分别制粉进行300小时耐老化试验以及涂膜外观比较，结果如表1所示。（加速老化条件为8小时光照，4小时凝露循环；UVB-313EL灯，辐照度0.65W/㎡，光照温度60℃；凝露温度50℃）由试验结果可知，树脂D、F、H在通一系列的树脂中耐候性较好，但这种树脂的缺点是分子量大，熔融黏度高，如果应用在平面粉中*终会导致涂膜流平性能差。所以，通过在粉末涂料配方中选用耐候性能好的树脂来提高平面粉的耐候性能时，必须考虑到涂膜的流平是否会变差，变差之后客户能否接受。2.固化剂：尽管HAA体系的固化剂环保型众所周知，但是它的缺点是固化反应有副产物形成，厚喷时容易产生针孔、猪毛孔等弊端，涂膜过烘烤耐泛黄性和耐久性不如TGIC体系。[1]铝型材行业目前难以接受HAA体系的这些弊端，或者说是大部分粉末厂家没有解决这些弊端，所以铝型材用粉末涂料还是以TGIC体系为主。固化剂TGIC对粉末涂料的耐候性能也有一定的影响。
经过对国内三家销售量排名靠前的厂家的TGIC进行耐老化检测，发现它们的耐老化性能基本一致，无较大的差别。因此，在通过固化剂TGIC的选择上去提高粉末涂料的耐候性，并无多大的意义。3.颜料：颜料对粉末涂料耐候性的影响在原材料中是除了树脂之外影响*大的因素，因为颜料在使用过程中会褪色，所以对于铝型材用粉末涂料的颜料的选择也很重要。市场上即使是用一种颜色的颜料，它的品种非常多，不同品种的色相、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性等性能千差万别，这给我们粉末涂料厂家的选择带来很大的难度。颜料按化学组成分为无机颜料和有机颜料，它们的优缺点如表2所示。颜料的选择要从多方面考虑，如颜料的色相、着色力、遮盖力、耐热性、耐候耐光性、耐沸水性、毒性等等；而且由于一些颜料可能带有对树脂和固化剂起到促进作用的活性基团，所以也要考虑颜料对涂料反应速度、粘度的影响。为了提高粉末涂料的耐候性，颜料要选择耐光性在7-8级（8级*好），耐候性4-5级（5级*好）的品种，同时耐热性和耐沸水性要满足铝型材行业的使用要求。从表2可知，由颜料本身的性质决定，有机颜料的耐光性和耐候性有限，而无机颜料不够鲜艳，所以一些鲜艳颜色的粉末大多使用了耐光性和耐候性有限的有机鲜艳颜料，这就是鲜艳颜色的涂膜耐老化色差较大的主要原因。因此，为了保证鲜艳颜色涂膜的耐候性，除了选用耐候性能优异的其他材料，更加要注意颜料的选择。4.填料：填料的重要功能是添加到粉末涂料中以后，能够改进涂膜的硬度、刚性和耐划伤性等物理力学性能，同时有利于改进粉末涂料的贮存稳定性、松散性和带电等性能。[3]铝型材粉末涂料中*常用的填料为硫酸钡，经过对多个厂家的硫酸钡进行耐老化检测，发现耐候性能无明显差别。因此，为了保证涂料的耐候性，必须使用纯度高的硫酸钡作为填料。硫酸钡进仓前必须经过检验，使用10%的盐酸溶液是*简单快捷的方法，可以快速检测出硫酸是否含有碳酸钙，碳酸钙会降低涂料的耐候性能，不能作为铝型材用粉末涂料的填料。5.助剂：在粉末涂料配方中，助剂的用量很少，但在一般粉末涂料配方组成中是不可缺少的成分，而且对涂膜的外观及某些性能起决定性作用。经过对各国内大型厂家同类助剂进行加速老化对比试验后，发现不同厂家的流平剂、光亮剂、安息香等对涂膜耐老化性能影响不大；而不同厂家的蜡粉、消光剂对涂膜耐老化的影响较大。因此，为了提高粉末涂料的耐候性，可以考虑使用耐老化性能好的蜡粉和消光剂。二、配方结构：通过粉末涂料中聚酯树脂的酸值和固化剂羟基当量的计算，设计合适的固化剂用量，并通过加速老化试验的验证，使用*佳的固化剂用量，使涂料在固化时能够充分固化，从而达到*好的耐候性能。
在满足粉末涂料各项性能的前提下，尽量在配方中减少原材料的种类，特别是对涂膜耐候性起负作用的材料。在不影响涂膜遮盖力以及硬度、耐磨性的前提下，适当降低配方中的颜料（特别是吸油量大的颜料）和填料的用量，使配方中的颜料能够在熔融混炼过程充分被树脂包覆，在涂膜的使用过程中减少颜料的颜色变化，从而达到提高涂膜耐候性的目的。三、制作工艺：粉末涂料制作过程主要包括预混合、熔融挤出、压片破碎、分级粉碎四个阶段，其中预混合、熔融挤出两个工艺对粉末涂料的耐候性能有很大影响。预混合的作用是为了使粉末涂料配方中的各种原材料组成分散均匀，为熔融挤出打下良好的基础。为了提高耐候性，在预混合阶段，原材料必须按一定的先后顺序进行投料，而且投料量控制在混料缸容量的20%-80%，并适当延长混合时间。熔融挤出是为了使粉末涂料组成中的各种成分混合均匀，也就是达到粉末涂料成品中的每个粒子组成成分一样。为了提高耐候性，在熔融挤出阶段，在不出现胶化粒子的前提下，适当提高挤出机温度（特别是在气温较低的情况下），使树脂熔融成一种流体，保证颜料能有良好的润湿和获得*大的剪切力，有利于颜料等的高度分散，使各组分成为一个均匀的体系；在保证生产进度的同时，可以适当降低挤出速度，保证物料有充足的熔融混炼时间；从而提高混炼效果，使粉末涂料中的颜料填料被树脂充分包覆，而且各种原材料成分粒子分散均匀，特别是固化剂和树脂能按配方的比例混炼均匀，固化时涂膜能够充分固化，从而增加涂膜的表面致密性，*终提高粉末涂层的耐候性。四、固化条件：粉末涂料只有充分固化的情况下，树脂的高分子链才会和固化剂完全交联，各项物理化学性能才会达到*佳状态，耐候性能也不例外。因此，提高耐候性能必须使粉末涂料充分固化，固化时要控制好温度和时间。综上所述，对于提高铝型材用粉末涂料的耐候性，可参考如下思路：选用耐候性能好且流平不至于太差的树脂；注意鲜艳颜料、蜡粉、消光剂的选择；设计有利于提高涂膜耐候性的配方结构；控制好粉末涂料生产工艺。
铝型材散热器生产工艺：首先贴膜不能直接贴在铬化层上，否则会影响膜的附着力;其次，贴膜后要及时喷涂不能停放时间过长，否则容易导致贴膜脱落，严重时还要重新贴膜;再次是撕膜时要控制流平时间，不能贴膜后马上撕膜，这样会对产品质量带来一定的影响;*后是两种颜色的喷涂顺序要根据具体情况确定，既要考虑到两次固化，又要考虑到遮盖效果。贴膜质量控制：散热器铝型材质量控制中贴膜质量很重要，若贴不好，会导致喷涂困难，如贴膜的张力不大、压紧程度要控制好;对形状复杂的部位要分开贴膜，贴膜后要检查贴膜是否贴牢。否则将会给喷涂带来麻烦。影响喷涂质量。公司生产的铝型材产品均由专业的技术人员严格把关，并拥有专业的生产设备，保证质量问题，客户可放心选购我厂产品。铝型材散热器的贴膜材质：首先要对贴膜材质合理选择，根据散热器铝型材产品的要求、表面处理方式，选择相应的贴膜，同是还要考虑贴膜上的胶对铝型材表面质量的影响。
缩孔是铝合金压铸件常见的内部缺陷，常出现在产品壁厚较大或者易形成热点的位置。一般来讲，只要缩孔不影响产品的使用性能，都以合格的方式来判定。然而，对于一些重要部位，如汽车发动机汽缸体的冷却水道孔或润滑油道孔，出现缩孔是不允许判定合格的。
某企业的一款铝合金制发动机曲轴箱，采用布勒28000kN冷室压铸机铸造，材质为ADC12合金，成分见表1。铸件毛坯质量为6.3 kg，后工序进行X射线探伤时发现第二个曲轴轴承孔油道出现缩孔，离油道约8 mm，存在较大的漏油风险。据统计，2017年该位置的缩孔报废率为5%，经过一系列的探索，成功地将废品率降低为0.2％。本课题从铝合金压铸件缩孔的形成机理[1-5]和铸造条件两方面出发，分析铸件产生缩孔的原因，寻求改善措施，以期为日后解决铝合金压铸件缩孔问题提供参考。一、铝合金压铸件缩孔形成机理及形态--缩孔形成机理：导致铝合金压铸件缩孔的原因较多，追溯其本源，主要是铝合金从液相向固相转变过程中铝液补缩不足而导致。常见的缩孔原因有：①模温梯度不合理，导致铝液局部收缩不一致。②铝液浇注量偏少，导致料饼薄，增压阶段补压不足。③模具存在热结或尖锐区域。④模具的内浇口宽度不够，面积较小，导致铸件过早凝固，增压阶段压力传递受阻、铝液无法补缩。⑤铸造压力设置过低，补缩效果较差。图1为铝合金铸件缩孔形成的示意图。铸件缩孔形态：缩孔是一种铝合金压铸件乃至铸件常见的内部缺陷，常出现在产品壁厚较大、模具尖角和模温温差较大等区域。图2为某款发动机曲轴箱缩孔形态，缩孔呈似椭圆状，距离轴承油道孔约10 mm，内壁粗糙，无光泽。缩孔区域铸件壁厚较大，约为22 mm；油道孔销子前端无冷却水，模温较高。汽车发动机曲轴的两大轴颈（主轴颈和连杆轴颈）工作载荷较大，磨损严重，工作时必须进行压力润滑。在此情况下，轴颈的油道孔附近若存在缩孔，将会严重影响润滑效果。二、缩孔相关对策：铝合金压铸件产生铸造缺陷的原因有产品本身的结构特征、模具设计得浇注系统及冷却系统设计不合理、工艺参数设计不合理等原因[1~4]。根据常见的铸造缺陷原因以及铝合金铸件缺陷处理流程，探索解决铝合金压铸件厚大部位缩孔的相应对策。前期分析及对策：铸件缩孔的前期分析从容易操作的工艺参数出发，通过现场测量及观察，测得模具内浇口厚度为4 mm，计算的内浇口速度为40 m/s，产品壁厚*薄处为4.6 mm；料饼厚度为25 mm；铸造压力为60MPa。由经验可知，模具设计符合产品的结构特征，模具浇注系统应该不存在增压阶段补缩不足的问题。但是，增压阶段的铝液补缩与料饼厚度和增压压力有直接的关系，合适的料饼厚度与铸造压力才能形成内部组 织致密的铸件，因此，可以怀疑缩孔是由铸造压力偏低和料饼偏薄而导致的。前期消除铸件缩孔的对策分为两个：①铸造压力由之前的65MPa提高至90MPa；②料饼厚度有原来的25 mm调整为30 mm。采用上述措施后，经过小批量专流验证，缩孔率由5%减低为4.8%，效果不明显，说明工艺参数不是引起铸件缩孔的主因。中期分析及对策：由于引起铸件缩孔的本质原因是铝液凝固时补缩不足而导致，而模具温度分布不均容易导致铝液凝固顺序不合理，从而补缩不足，因此，中期对策分析主要从确保合理的模具温度入手。由产品3D模型可知，铸件缩孔处壁厚为22.6mm，壁厚较大，容易引起较高的模具温度。铝液凝固时，壁厚较大铸件内部铝液由于温度较高，尚处于液相或者固液混合相，而此时内浇口进行补缩的通道可能已经凝固。这样，在增压阶段铸件无法进行铝液补缩，从而有形成缩孔的可能。为确保合适的模具温度，采用热成像仪测得脱模剂喷涂后模具*高温度为272℃（见图3），高于正常的模具喷涂后温度，其他区域模具温度及其分布整体正常。因此，需要降低缩孔处模温。另外，测得此处冷却水孔底部距离模具型腔表面距离较大为20 mm，因为较大的热传递距离会降低模具的冷却效果，所以需要对冷却水孔进行更改。为降低缩孔处模具温度，主要采取3个方法：①改善模具冷却系统。将缩孔附件的冷却水孔深度加深，由距模具表面20 mm变成12 mm，以此快速带走附近模具热量，降低模温；将所有模具冷却水管与水管统一编号，一一对应，防止模具保全时装错，影响冷却效果[5，6]。②降低浇注温度，由675℃变为645℃。③延长缩孔处模具喷涂时间，由2 s变成3 s。实施上述整改措施后，缩孔区域模具喷涂后温度大幅度降低，约为200℃，属于正常范围。缩孔率有4.8%降低到4%，说明此类措施对缩孔具有一定效果，但不能彻底解决此区域的缩孔问题。后期分析及对策：通过前面两次改善，基本保证压铸模具处于理论上的合理状态，即浇注系统设计合理、冷却系统布置合适，工艺参数设计*优。然而，铸件缩孔率仍有4%之多。铸件缩孔处壁厚为22.6 mm，远大于其他部位的壁厚，较大的壁厚可能引起铸件中心凝固时补缩不足，增压结束后此区域还没有完全凝固,继续收缩产生缩孔[7~10]，模流分析见图4。因此，如何解决铸件缩孔处的补缩不足，也许才是问题的关键。一般来讲，铸件的补缩时通过料饼→浇道→内浇口→铸件这条路径进行的。由于铸件厚大部位后于内浇口凝固，切断了增压后期的补缩通道，因此无法补缩。
1、合金铝板等铝合金型材的技术特点与优势：(1)合金铝板等铝合金型材技术特点：无烟镜面抛光具有无黄烟、无流痕、低成本、低消耗、低设备投入、高亮度、高稳定性、高功效、高成品率等特点，突破了传统抛光技术的瓶颈和缺陷，成功实现了11米长材化学抛光以及自动线化学抛光的规模化生产。无烟镜面抛光技术是普通三酸和电解抛光的升级换代技术，是合金铝板等铝合金型材化学抛光技术的发展方向。(2)合金铝板等铝合金型材技术优势如下：1)无黄烟：无烟镜面抛光从根本解决了三酸抛光产生大量黄烟的难题。可节约大量的环保处理成本。为化学抛光的广泛运用扫清了主要障碍。2)无流痕：无烟抛光技术彻底解决了抛光流痕的难题、并实现了11米长抛光材的全自动线规模生产，使抛光像碱蚀一样易于操作。3)高亮度：无烟抛光由于采用新的抛光成分，比三酸抛光、电解抛光的亮度提高20％～30％，是目前亮度*高的抛光技术。4)低消耗-无烟镜面抛光药剂的消耗可比电解抛光的消耗(500-700kg／t材)降低60％-70％。5)高成品率：无烟镜面抛光过程中几乎不产生缺陷，产品成品率极高。6)生产效率高：无烟抛光挂料而积大，每次可抛光多排；抛光无废品，生产效率至少是三酸抛光的2倍以上，是电解抛光的6-9倍。7)槽液稳定：无烟镜面抛光槽几乎不调槽，可长期稳定工作。为化学抛光铝材的大规模工业化、自动化生产铺平了道路。8)亮度稳定：不同批次生产抛光材，由于不调槽，所生产的抛光材亮度稳定。2、工艺漓程与操作要点分析：(1)槽位设置说明：1)无烟镜面抛光槽前是完全封闭的抽风墙，杜绝外界自然风降低抽风效率，利于阴雨天、浓雾天的全天候生产。2)无烟镜面抛光槽的宽度为1.6m以上，加强槽液吸收烟雾的缓冲能力，利于大规模批量生产。(2)槽液功能说明：1)除蜡除垢槽：本槽中盛一种新型弱碱性除蜡除垢剂，能去机械抛光蜡及残存的重油垢，不腐蚀铝合金。操作简单。2)无烟镜面抛光槽：本槽含有多种组分，富古强氧化剂，能对铝合金进行镜面抛光。与其他抛光技术相比，本槽具有如下特点：①绝无黄烟，亮度稳定：本槽添加有足够量的烟雾抑制剂，黄烟的分解被彻底抑制；由于强氧化剂分解较慢，浓度比三酸槽稳定，因此不同批次铝合金的亮度差别比三酸抛光要小得多。②亮度增加：化学抛光的亮度，陈了与磷酸浓度、硝酸浓度，温度有关外，还与抛光液的含水量有关。含水量越高，亮度越低；三酸抛光液中磷酸含量高达80％(磷酸的含水量为15％)，相应抛光液水含量小低于12％；如此高的水含量必然降低抛光材的亮度。无烟镜面抛光液在制作过程中，经过长时间的高温浓缩，水含量水足5％，因此镜面抛光材的亮度明显提高。③可长时间滴流：考虑到化学抛光反应过于剧烈，铝合金离开槽液后，滴流时间不能超过20s，大量抛光液被带进水洗槽，造成抛光材成本过于昂贵。无烟镜面抛光液中添加有足够量的缓蚀剂，保护铝合金离开槽液后，可在空中按任意时间滴流而不花材，也没流痕。由此可节约抛光液70％以上。④自动除灰：铝合金不纯或抛光液老化时，铝材经三酸抛光后，表面往往有一层黑灰，一般方法很难除去，严重影响抛光材质量。无烟镜面抛光槽中，添加有除灰成分，可自动清除抛光灰。⑤成品率高：由于镜面抛光槽解决了色差、流痕、花材、抛光灰等问题，使得成品率大幅提高。从而降低了成本，提高了生产效率。3)保光氧化槽。设置本槽有两大目的：①预制化学氧化膜：保光氧化槽，能生成一定厚度的氧化膜，又能完全保留原有亮度；钢合金从镜面抛光到阳极氧化之前，可以过保光氧化槽，预制一定厚度的化学氧化膜，避免氧化之前在水洗槽中产生点蚀或花材，提高成品率，同时在进行阳极氧化时，减少氧化失光。②精除灰：抛光灰的来源有两种，一是铝合金中有夹杂，二是抛光液老化。抛光灰用一般方法很难清除，能严重影响抛光材的外观质量。尽管无烟镜面抛光槽中已添加有除灰剂，能清除绝大部分抛光灰，但仍可能有少量残留抛光灰。保光氧化槽能彻底清理抛光灰，从而保证抛光材质量。
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