氟碳喷涂铝型材技术开发与应用

干、湿、沸水附着力 耐冲击性 耐盐雾性(NSS 试验) 耐湿热性
人工加速耐候性(氙灯)
表 3 铬化膜厚度对涂膜性能的影响
铬化膜厚度 太薄 太厚 对涂膜性能的影响 附着力差， 耐化学品性差， 耐温热及盐雾性差 附着力差， 耐冲击、 弯曲性能差， 耐碱性能差， 老化性能受到影响
Hale Waihona Puke Baidu
粉化现象 失光率和色差 耐硝酸性 耐盐酸(10%) 耐溶剂
表1 20 a 佛罗里达蓝色涂层曝晒数据
起始光泽/ % 42 50 65 81 20 a 曝晒 光泽/% 23 26 23 ＜10 保留值/% 55 53 35 ＜10 色差 5.5 5.5 5.2 8.0
含有 70% PVDF 的涂料经过实际户外曝晒证明能满足 AMMA2605 规范要求的长期耐候性。
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表面涂饰
Surface Finishing
形成完善体系。但是当树脂中 PVDF 含量低于 70%时，PVDF 涂层的拉伸性能、耐溶剂性等将大受影响。由此可见 PVDF 氟碳涂料的选择、配比、抽检至关重要。 (2) 基材前处理是关键因素。 在选定 PVDF 氟碳涂料的前提下， 基材的前处理成了非 常关键的因素，由于铝材不比钢铁制品，其表面氧化物不 明显，所以一些厂家对铝材前处理不认真、马虎了事；有 的对其上面铝屑氧化层不闻不问；有的对其少量油渍不管 不看；有的对其铬化层好与否漠不关心，结果麻点林立、 整块掉皮，严重影响表面质量和使用寿命。 (3) 表面涂层不均匀是高压静电喷涂中最容易出现的 问题。 由于铝型材结构复杂、凹凸不平，根与根之间间距难 于处理，甚至双层挂料也不可避免。这就在喷涂过程中始 终存在静电屏蔽现象， 涂层厚薄不一致。 实际上不论怎样， 喷涂中这种现象都存在，只不过轻重而已。如表 7 中可以 看出涂层的厚薄会直接影响到产品的耐候性和机械性能。
1.4 高压静电喷涂与高温烘烤
喷涂时的条件，如气压、静电压、速度、挂钩、人员 操作等，这一般能做好。但高压静电所形成的法拉第效应 (静电屏蔽、镜框效应)在铝型材中特别明显。涂层厚薄不 均，特别是返青(漏底)容易出现。喷涂时安装转向件，可
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在生产过程中为了减弱上述现象，主要应注意以下几 点： (1) 使用 90°星型转向件装置。 (2) 工件上挂时注意凹进部分，及工件与工件间的间 距，特别注意两层工件的喷涂。 (3) 调整旋碟或喷枪系统时，注意其方向，穿堂风速 不能过大。
3 PVDF 氟碳涂层优良性能原因分析
PVDF 氟碳涂料中的主要成膜物质——聚偏氟乙烯树 脂，其含氟量达 59%，结构简式为[CH2-CF2]n。它不同于普 通树脂，结构中仅含 C—H 和 C—F 键。由于氟原子的半径 很小，仅次于最小的 H 原子，而其电负性又很大，因此，
1.3 氟碳涂料与有机溶剂的配比
氟碳涂料与有机溶剂的配比及流平时间与温度的控 制是氟碳喷涂操作过程中最关键的因素所在， 底漆、 面漆、 罩光漆与有机配比量一般情况下均有差异；同一溶剂的含 量由于环境温度，流平时间的不同也有所变化；喷涂过程 中金属漆、珠光漆、鲜艳色漆、SC 漆所含溶剂的量也有不 同；就是同一种漆由于天气温度等原因其溶剂的种类因快 慢挥发速率的原因亦有所调整。 总而言之，有机溶剂在喷涂过程中调整着涂层的厚 薄，其含量的多少，挥发速率的快慢影响着涂层起花、色 泽均匀度、 表面光洁度、 泪滴等诸多严重喷涂缺陷的形成。
min 烘烤；聚酯粉末膜厚≥60 m，(190±10) ℃∕18 min
摘 要：阐述了 PVDF 氟碳涂料在建筑铝合金型材
烘烤；阳极电泳丙烯酸复合膜厚≥20 m，在 190 ℃∕18 min 烘烤。
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上的应用，以及产品耐候性、使用等各项性能，对 表面处理工艺技术进行了分析， 介绍了生产中工艺 的控制和原材料质量的选用， 并对涂装过程的有关 技术问题和解决方法作出了分析、介绍。 关键词：PVDF 涂料；超强耐候性能；喷涂工艺；解 决办法
1.2 铝合金型材的清洁及铬酸盐转化膜层处理
基材喷涂前，铝合金型材进入喷涂车间的第一道工序
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表面涂饰
Surface Finishing
——前处理，其表面有油污、氧化层、铝屑等杂质，必须 除去，否则涂层会形成明显颗粒、麻点，这将严重影响氟 碳涂料膜层的附着力及外观质量。 当型材表面采用铬酸盐化学转化膜工艺处理时，需满 足一定的厚度和一定的外观质量要求(见表 2、表 3)。其处 理时间要求严格，时间过短，铬化膜层形成不完善，不利 于涂层附着。时间过长(反应过剩)会形成粉状物，使涂层 出现针孔、桔皮等现象。一般控制转化膜厚在 200～1 300 mg/m2 范围内[2-3](用重量法测定)。铬化膜的耐蚀性最佳，其 抗盐雾腐蚀试验的结果几乎是磷铬酸膜的两倍，甚至可以 通过 2 000 h 中性盐雾腐蚀试验[4]。其优越的耐蚀性原因 之一是铬化膜中保留六价铬，在腐蚀介质中起到修补的作 用。
保光率/%
100
50
0
0 引言
常见的氟碳涂料分为两种，热熔型氟碳涂料与反应型 氟碳树脂涂料， 其中， 热熔型 PVDF 氟碳树脂涂料由氟碳树 脂和丙烯酸树脂混合制成。 PVDF 的氟碳涂料能在铝合金 含 型材上形成超强耐候性的氟碳涂层，并能充分展现氟碳涂 料良好的耐候性能、耐紫外线及机械加工性能、耐磨性及 使用寿命的优点，还具有美观的高档装饰性。当然，目前 市场上耐候性较好的、聚酯粉末喷涂或丙烯酸树脂电泳铝 合金型材也是性能优良的新产品。但与氟碳喷涂型材相比 还是有一定的差异 。氟碳喷涂的生产过程必须严格执行 一定的工艺条件，并在一定设备基础上才能进行。本文在 参考国内外文献的基础上，对各铝合金型材氟碳静电喷涂 技术的原理、工艺流程和工艺参数、产品性能及影响喷涂 效果的主要原因，进行系统分析介绍。 氟碳喷涂形成的涂层，具有超强的耐候性、易清洁性 和优良的机械性能，正被越来越多的用户所认同。20 世纪 90 年代中国生产的金属幕墙结构、 铝合金门窗长期受到户 外大气候的侵蚀，一般用耐候性较强的聚酯粉末涂料涂装 或丙烯酸树脂阳极电泳型材，但其耐候性能远不如 PVDF 氟碳涂层膜(见图 1)。氟碳涂料使用在建筑铝合金门窗、 幕墙上，参照美国 AAMA 2605.2—92 标准，可使用 20 a 不 变色、不粉化，是当前高档建筑门窗幕墙的首选产品，符 合未来市场发展的需求。 图 1 中，PVDF 氟碳涂膜≥40 m，(235±10) ℃∕15
参考文献 [1] KURT WOOD, AKIRA TANAKA, MIN ZHENG, et al. 70% PVDF Coatingsfor Highly Weatherable Architectural Coatings: 第 四届氟树脂及氟碳涂料技术研讨会论文集[C]. 常州：全国涂 料工业信息中心，2003: 42 [2] 国家标准化管理委员会，GB/T9792-1988：金属材料上转化 膜-单位面积上膜层质量的测定-重量法[S]. 北京： 中国标准 出版社，1988. [3] 国家标准化管理委员会，GB/5237-2000：铝合金建筑型材、 铝及铝合金标准汇编(下)[S]. 北京：中国标准出版社，2004. [4] 朱祖芳. 化学转化处理： 铝合金阳极氧化与表面处理技术[M]. 北京：化学工业出版社，2004. [5] 沈明杰，孔伟华，陆祖宏. 氟碳涂料的发展. 第四届氟树脂 及氟碳涂料技术研讨会论文集[C]. 常州：全国涂料工业信息 中心，2003: 8
表2
表面处理 不经处理，直接喷涂 手工处理 除油、除氧化物 除油、除氧化物、铬化
有效解决(或减弱)工件返青(漏底)现象，使涂层趋于均匀。 PVDF 氟碳涂膜固化的温度高、低、长、短的影响见表 4。
表 4 温度对涂膜的影响
烘烤温度 不足 过度 对涂膜性能的影响 成膜性差，易粉化，耐化学品性差；物理机械性 能下降，耐溶剂性能下降，耐盐雾性能差 附着力下降，颜色差不易控制
PVDF/丙烯 酸树脂 90:10 70:30 50:50 0:10
[1]
0
5
10
15 时间/a
20
25
30
PVDF 氟碳
丙烯酸烤漆
热固性聚酯型
图 1 氟碳、聚酯、丙烯酸涂膜耐候性能比较
1 PVDF 氟碳涂料在铝型材上的应用条件
1.1 满足生产工艺要求的氟碳涂料
由于铝合金型材喷涂是流水作业方式，规模化生产， 固化时间短，生产周期不能过长，所以宜选用高压静电喷 涂、高温短时固化的 PVDF 氟碳涂料。其 PVDF 含量不得少 于占成膜物质量的 70%(丙烯酸树脂占 30%)， 否则户外性能 将受到影响(见表 1)。
4 结语
铝型材应用 PVDF 氟碳喷涂， 工艺要求较为严格， 其设 备简单，易于掌握。 涂膜产品表面质量高， 耐冲击性能强； 涂层的干、湿和沸水附着力均能达到 0 级；耐磨及耐紫外 线性能强；色泽鲜艳；品种繁多；长时间保持其优异的颜 色、光泽，并有较强的耐候性、自洁性。为建筑铝幕墙门 窗及装饰材料，保持有较长期的装饰美观性能。这种高性 能的烘烤 PVDF 涂料将是今后铝合金型材表面处理的发展 趋势。
(上接第 5 页)
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一般烘烤条件约(235~250) ℃/15 min 为宜。 一般要求 与粉末涂料固化炉相同外，宜增加一套烟尘焚烧装置。
2 怎样体现 PVDF 氟碳涂层性能
基本项目检测 见表 5， 各种因素对涂层寿命影响分析 见表 6。
[3]
3% NaCl 浸泡 168 h 检测试样外观效果
铝材腐蚀面积% 60 20 10 仅个别斑点 项目 铅笔硬度
无裂纹、皱纹、浇痕、气泡、脱落等缺陷
表 6 各种因素对涂层寿命的影响
主要因素 表面处理 涂装层数和厚度 同类品种质量的差异 涂装方法和技术 环境条件 影响率/% 49.0 19.0 5.0 20.0 7.0
由表 5、表 6 可看出 PVDF 氟碳涂层具有非常强的户外 耐候性能，但要在铝合金型材上能体现出良好的耐候性 能，还必须做好以下工作。 (1) 涂料的选择。 以 PVDF 为基料的涂料，由于 C—F 键的稳定性和保护 作用，具有耐化学品和耐光的特点，适用于金属建材，可 长期保持优异的外观并保护金属基材。 通常的 PVDF 涂料在 配方中，含有丙烯酸树脂，虽然含量相对较少，但可改善 颜料润湿、分散、提高漆膜附着力，与高惰性的 PVDF 结合
表 5 基本项目技术指标与检测结果
技术指标 ≥2H 划格法“0” 50 kgcm 无脱落 1 500 h 3000 h≤1 级 500 h 500 h，≤1 级 △Eab≤6 15 min 漆膜无软化和其他变 化 耐洗涤性(30 g/L) 耐磨性 外观 72 h ≥1.6 L/μm 检测结果 合格 合格 合格 无气泡、无脱落 合格 无粉化 合格 无颜色变化 无气泡、无变化 合格 无气泡、漆膜无脱落 无脱落和其他变化
表 7 涂层的厚薄对产品性能的影响
涂层厚度 较厚 较薄 耐候性 较强 较弱 柔韧性 较差 较强 美观度 过度差、适当好 差
C—F 键是最稳定、最牢固的化学键。这种结构上的稳定性 决定了其优异的综合性能[5]。除了在机械性能方面有高抗 张强度，优异的耐磨性、耐化学性、耐冲击性能外，特别 是在恶劣气候环境下的抗褪色、抗紫外线等性能，同一般 市面上较好的聚氨酯、丙烯酸涂料相比，PVDF 氟碳涂料更 为优异。经人工加速老化性试验检测与 Amma2605 的规范 要求进行比较，使用寿命将会超过 20 a。
表面涂饰
Surface Finishing
氟碳喷涂铝型材技术开发与应用
Development and Application of Spraying Technology for Aluminum Section with Fluorocarbon Coatings
张昭强(湖南经阁投资控股集团有限公司，湖南长沙 410205)