彩色涂層鋼板質(zhì)量的提高

1、彩色涂層鋼板質(zhì)量的提高張鳳珍 1 , 張代儒 1 , 張瑜 2 (1 . 昆明鋼鐵集團(tuán)公司鍍鋅彩涂板廠 , 昆明 650302; 2 . 昆明鋼鐵集團(tuán)技術(shù)中心 , 昆明 650302) 摘要 : 本文從影響彩色涂層鋼板質(zhì)量的涂料、生產(chǎn)工藝控制等方面著手 , 探討了彩色涂層鋼板的質(zhì)量缺陷及成因 , 提出了相應(yīng)的控制措施。 關(guān)鍵詞 : 彩涂板 ; 涂料 ; 固化 ; 質(zhì)量缺陷 0 引言 彩色涂層鋼板 ( 彩涂板 ) 一般是以成卷的鍍鋅鋼板、冷軋鋼板、鋁板三種基材為主進(jìn)行表面脫脂清洗、化學(xué)涂敷處理 , 在基板表面形成一層化學(xué)轉(zhuǎn)化膜之后涂敷涂料并烘烤而成的一種預(yù)涂有機(jī)涂層的產(chǎn)品。彩色涂層鋼板兼有鋼板的

2、機(jī)械強(qiáng)度、加工性能 , 高分子材料的力學(xué)性能、耐腐蝕性、裝飾性 , 因此廣泛應(yīng)用于建筑、家電、家具、汽車工業(yè)等。彩涂板是冶金和化工相結(jié)合的表面處理工程的重要產(chǎn)品 , 彩色涂層鋼板作為表面技術(shù)處理產(chǎn)品 , 其產(chǎn)品質(zhì)量不僅僅局限于產(chǎn)品的理化性能 ( 膜厚、光澤、柔韌性、耐反向沖擊性、耐溶劑性、耐腐蝕性、耐候性等 ) , 還包括彩涂板產(chǎn)品的涂層表面質(zhì)量。彩涂板產(chǎn)品的理化性能、涂層表面質(zhì)量?jī)烧呦嘟Y(jié)合共同決定了彩涂板產(chǎn)品的綜合質(zhì)量。本文結(jié)合昆鋼彩涂板產(chǎn)品的原料、生產(chǎn)工藝控制技術(shù)等對(duì)彩涂板產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行了一些探討。 1 涂料 涂料作為彩色涂層鋼板的主要原料 , 是集防銹、防腐、裝飾等多種功能為一體的精細(xì)化工

3、產(chǎn)品。彩色涂層鋼板涂料常用的樹脂為聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂。樹脂性能主要由其結(jié)構(gòu)決定。以聚酯樹脂為例可以分為線型和支鏈型樹脂 , 兩種樹脂的結(jié)構(gòu)及性能比較見表 1 。 表 1   線型與支鏈型聚酯樹脂的比較點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片相對(duì)而言 , 線型結(jié)構(gòu)的聚酯相對(duì)分子質(zhì)量大 , OH 含量低 , 漆膜固化所需固化劑較少 , 對(duì)漆膜的柔韌性有利 , 此時(shí)涂膜性能主要取決于樹脂的單體品種和用量。而帶支鏈的樹脂相對(duì)分子質(zhì)量一般比線型的小 , 羥基含量相對(duì)較高 , 交聯(lián)密度大 , 對(duì)漆膜的硬度有利 , 但對(duì)柔韌性不利。聚酯樹脂的羥基含量越高 , 漆膜的交聯(lián)密

4、度就越大 , 對(duì)漆膜的硬度、保光性和耐水汽凝聚性有利。另外 , 漆膜的硬度和玻璃化溫度與交聯(lián)度密切相關(guān) , 樹脂漆膜交聯(lián)度大、玻璃化溫度高 , 漆膜的硬度相對(duì)較高 ; 反之亦然。隨著玻璃化溫度的升高 , 漆膜的硬度、耐候性及耐濕性提高而柔韌性和耐沖擊性下降。漆膜的機(jī)械性能、耐溶劑性、耐沾污性和耐久性主要取決于樹脂的相對(duì)分子質(zhì)量、羥基含量和玻璃化溫度。 生產(chǎn)線根據(jù)市場(chǎng)需求 , 基板自身狀況、生產(chǎn)工藝條件及彩涂板的最終用途對(duì)涂料品種合理選擇是提升彩涂產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。通過一段時(shí)間的生產(chǎn)實(shí)踐 , 根據(jù)市場(chǎng)狀況及使用要求選擇了適合的涂料產(chǎn)品 : 普通建筑板采用環(huán)氧底漆 , 面漆及背漆采用聚酯品種 , 涂

5、膜彎曲性能 (T 彎 ) 2T 4T, 光澤控制為中等光澤。 2 彩涂板生產(chǎn)工藝控制技術(shù)及產(chǎn)品缺陷 彩色涂層鋼板的產(chǎn)品質(zhì)量不僅由基材和涂料的基本性能決定 , 還取決于生產(chǎn)工藝及操作控制技術(shù)。操作控制技術(shù)對(duì)彩涂板產(chǎn)品的物理性能、表面質(zhì)量影響較大 , 從生產(chǎn)工藝分析生產(chǎn)控制技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)包括清洗處理、化涂處理、涂裝 ( 含初涂、精涂 ) 、固化 4 個(gè)環(huán)節(jié)。昆鋼彩涂板生產(chǎn)采用兩涂?jī)珊嫔a(chǎn)工藝 , 流程見圖 1 。 為了保證彩涂產(chǎn)品涂層質(zhì)量 , 需要在涂敷之前對(duì)基材表面進(jìn)行除油、除塵、除銹等前期處理工作 , 這是保證涂裝工藝的第一步 , 也是保證彩涂板產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)工作。處理的目的就是在除去基材表面附著

6、的防銹油、銹斑、灰塵等后 , 在清潔的基材表面進(jìn)行化學(xué)涂敷處理 , 形成以 Cr 6 + 和 Cr 3 + 為基本骨架的網(wǎng)狀化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 , 以此增加基材與涂層之間的附著性 , 提高基材的防腐性和涂層的耐久性。前處理 ( 清洗及化涂 ) 工作質(zhì)量決定著涂裝質(zhì)量的好壞 , 并直接決影響涂層的柔韌性能、耐沖擊性能等物理指標(biāo)。決定了彩涂板產(chǎn)品的涂層附著性。初涂、精涂、固化的目的是將涂料涂敷于基材板面并采用加熱方式使涂料有機(jī)溶劑揮發(fā) , 令有機(jī)涂層與基材緊密結(jié)合。涂裝、固化直接影響著彩涂板的外觀質(zhì)量和物化性能 , 是生產(chǎn)控制的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。 圖 1   兩涂?jī)珊嫔a(chǎn)工

7、藝流程點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片2. 1 清洗處理及缺陷 清洗脫脂處理主要是利用工業(yè)化學(xué)清洗液的溶解、皂化、乳化、潤(rùn)濕、滲透和機(jī)械 ( 刷洗 ) 等作用去除基板表面的油污、雜質(zhì)顆粒。目前 , 大多數(shù)生產(chǎn)線都采用工業(yè)化學(xué)清洗劑進(jìn)行板面的清洗脫脂。彩涂生產(chǎn)線所用的化學(xué)清洗液基本由絡(luò)合劑、表面活性劑、氫氧化鈉、氫氧化鉀、聚磷酸等成分組成 , 為堿性溶液。清洗脫脂效果主要取決于清洗液的濃度、溫度以及鋼帶的清洗時(shí)間。清洗過程中必須注意控制清洗液的濃度及溫度。清洗液濃度過低 , 基材表面油污清洗不干凈 , 導(dǎo)致后面化涂處理存在缺陷從而影響涂層質(zhì)量 ; 濃度過高 , 鍍鋅板 ( 鍍鋁板 ) 所含鋅、鋁屬于兩性

8、金屬 , 在熱堿溶液中鋅、鋁層表面容易形成鋅酸鹽 , 造成嚴(yán)重腐蝕 , 從而影響后面化學(xué)涂敷效果?；瘜W(xué)清洗劑一般含有表面活性劑 , 各種表面活性劑發(fā)揮效能的最佳溫度有差異。溫度過高 , 表面活性劑穩(wěn)定性降低 , 會(huì)降低清洗液去除油污能力 ; 溫度過低 , 皂化反應(yīng)速度較慢不能將油污清除完全 , 同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多泡沫影響清洗效果。此外清洗液溫度過高會(huì)加快強(qiáng)堿溶液對(duì)鋅、鋁層的腐蝕。因此清洗液的濃度、溫度應(yīng)盡量控制在清洗液廠家建議的控制范圍內(nèi)。在清洗過程中的涮洗、漂洗主要是借助機(jī)械力將油污從金屬板面去除 , 基材板面清潔干凈后必須使用去離子水或自來水將板面殘留的清洗劑和鹽分洗凈并保證板面干燥 , 否則

9、殘存物質(zhì)將影響化涂處理效果。 清洗效果檢查 : 用白稠布或?yàn)V紙擦拭基板表面 , 若白綢布或?yàn)V紙潔白無污 , 則清洗效果較好 ; 反之清洗效果不佳?；蛴脡好裟z帶貼粘基板表面 , 然后與標(biāo)準(zhǔn)圖譜比較來評(píng)定清洗效果。 2. 2 化涂處理 ( 化學(xué)預(yù)處理 ) 化學(xué)預(yù)處理一般采用輥涂方式 , 使鉻酸鹽化學(xué)預(yù)處理液在基材表面形成的 - Cr 6 + - Cr 3 + 為基本骨架的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有機(jī)膜層 ( 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 ) ?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增加了涂層的耐久性、耐酸堿性、耐腐蝕性 , 增加了基材與涂層間的附著力。同時(shí) , 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜避免了活潑金屬鋅 ( 鋁 ) 與涂料中的基料發(fā)生反應(yīng)形成鋅皂對(duì)鋅層與涂層結(jié)合力

10、造成破壞 ; 另外一方面也增加了表面粗糙度 , 增大了涂層與基材表面的接觸面和附著力。圖 2 為 Cr 含量與彩涂板 T 彎等性能的關(guān)系。 從圖 2 中可以看出化學(xué)轉(zhuǎn)化膜中鉻的附著量對(duì)彩涂板彎曲性能、耐刮傷性能起到非常重要的作用 , 目前昆鋼生產(chǎn)線化學(xué)轉(zhuǎn)化膜鉻含量控制為 30 35 mg/m 2 ?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜 ( 鉻含量 ) 取決于化涂液濃度、化涂機(jī)各輥的輥速比及輥間壓力。在化涂處理過程中必須注意加強(qiáng)對(duì)化涂液、化涂機(jī)、化學(xué)涂敷層烘烤的管理。化涂液在使用過程中不可避免地混入一些雜質(zhì) , 這些雜質(zhì)成為晶核將加快化涂液中晶體的形成 , 晶粒在化涂機(jī)輥面上停留使化涂膜出現(xiàn)空隙 , 導(dǎo)致涂層上出現(xiàn)細(xì)小的

11、點(diǎn)狀脫落。因此每次停線后必須清洗化涂箱和涂機(jī)。昆鋼在生產(chǎn)過程中曾出現(xiàn)過烘干爐爐內(nèi)循環(huán)不好 , 爐溫過高導(dǎo)致化涂液水分蒸發(fā)過快并在爐內(nèi)凝聚 , 回滴到已成膜的板面 , 形成明顯水滴狀化涂漏涂斑點(diǎn) , 甚至大面積化涂留痕 , 在該區(qū)域涂層柔韌性能出現(xiàn) 3T 、 5T 、 7T 性能不均現(xiàn)象 , 降低化涂烘干爐爐溫后該現(xiàn)象消失。因此在生產(chǎn)過程中也必須對(duì)化涂板面質(zhì)量的檢查 , 避免缺陷產(chǎn)生。檢查方法 : 在生產(chǎn)過程中在卷頭、卷尾留少量化涂板對(duì)板面化涂質(zhì)量進(jìn)行表面檢查 , 定期取板送化涂液廠家檢測(cè)化涂膜鉻含量 , 還可采用 X 射線熒光、衍射、等離子、原子吸收或化學(xué)分析法方法測(cè)定鉻含量。 圖 

12、2   彩涂板 T 彎性能、抗刮削性能與 Cr 附著量的關(guān)系點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片 2. 3 涂裝 ( 初涂、精涂 ) 涂裝即利用輥涂機(jī)將底漆、面漆、背漆涂敷于基材板面并采用加熱固化方式使涂料有機(jī)溶劑揮發(fā) , 令有機(jī)涂層與基材緊密結(jié)合。涂裝、固化質(zhì)量直接影響著涂料各項(xiàng)性能的發(fā)揮及彩涂板的涂層外觀質(zhì)量。在涂裝過程中涂料黏度、涂機(jī)涂輥輥間壓力及輥速比決定了涂層厚度和涂層表面質(zhì)量。涂層厚度直接影響到產(chǎn)品的光澤、色差、耐 MEK 、柔韌性能。 涂料在上機(jī)前必須調(diào)整黏度至規(guī)定上機(jī)黏度并充分?jǐn)嚢杈鶆?, 生產(chǎn)過程中也必須不斷

13、進(jìn)行攪拌保證其均勻性。涂料黏度調(diào)整及涂敷過程中必須注意環(huán)境溫度的影響。涂料及環(huán)境溫度過低 , 涂料流動(dòng)性和流平性會(huì)變差 , 若加入過量稀釋劑會(huì)使單位質(zhì)量 ( 體積 ) 成膜物質(zhì)減少 ( 涂料的總固體保持不變 ) , 稀釋劑在固化過程中全揮發(fā)造成稀釋劑浪費(fèi)令生產(chǎn)成本增加 ; 同時(shí) , 在同等涂機(jī)工藝參數(shù)下操作 , 將導(dǎo)致涂層實(shí)際膜厚偏低 , 容易產(chǎn)生氣泡。若涂料及環(huán)境溫度過高 , 稀釋劑蒸發(fā)加快 , 同等工藝條件下涂層實(shí)際膜厚偏厚容易造成橘皮等現(xiàn)象 ; 因此在操作過程中必須注意對(duì)涂層室、涂料攪拌間進(jìn)行恒溫控制 , 以保證涂料黏度穩(wěn)定。另外 , 必須保證涂料攪拌室、涂層室環(huán)境的潔凈 , 否則灰塵、

14、雜質(zhì)容易被帶入涂料造成涂層表面縮孔、顆粒、脫漆等表面質(zhì)量缺陷。在涂料上機(jī)后必須注意涂機(jī)輥間壓力、輥速的控制 , 以保證涂膜厚度和涂層表面質(zhì)量 , 防止輥紋、橫向條紋、發(fā)花等表面質(zhì)量缺陷。此外 , 在涂裝室也應(yīng)保證合理的濕度及通風(fēng) , 這些細(xì)小環(huán)節(jié)都將影響涂料的流平 , 嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生針孔等表面質(zhì)量缺陷?？梢哉f涂層的表面質(zhì)量基本決定于涂機(jī)的控制。在生產(chǎn)過程中準(zhǔn)確測(cè)量濕膜厚度尤為關(guān)鍵 , 因?yàn)闈衲ず穸扰c涂料體積固體分相結(jié)合可以快速準(zhǔn)確預(yù)測(cè)涂層干膜厚度。濕膜厚度可以通過梳規(guī)、輪規(guī)兩種濕膜儀進(jìn)行測(cè)量。 常見涂裝質(zhì)量缺陷、產(chǎn)生原因及解決方法見表 2 。涂層厚度對(duì)色差、光澤影響見表 3 。 表 2

15、   涂裝易見質(zhì)量缺陷點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片表 3   涂層厚度對(duì)光澤色差影響點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片  從表 2 、表 3 可見彩色涂層鋼板的質(zhì)量控制主要取決于涂層段的控制技術(shù) , 在生產(chǎn)過程中控制涂料溫度、上機(jī)黏度 , 準(zhǔn)確測(cè)量濕膜厚度 , 合理調(diào)整涂機(jī)參數(shù) , 從而嚴(yán)格控制涂層的濕膜厚度是保證涂層表面質(zhì)量的關(guān)鍵。2. 4 固化 固化直接影響了彩涂產(chǎn)品的使用性能和表面質(zhì)量 , 在實(shí)際生產(chǎn)中合理設(shè)置爐溫達(dá)到涂料固化所需的最高金屬板溫 , 令有機(jī)溶劑以合理速度完全逸出 , 涂層完全固化。保證產(chǎn)品性能和表

16、面質(zhì)量是控制重點(diǎn) , 合理設(shè)置并保持爐溫可以提升涂膜性能 , 保持涂層質(zhì)量穩(wěn)定。涂層固化過程一般分為蒸發(fā)、固化、冷卻干燥 3 個(gè)階段 , 蒸發(fā)階段為溶劑揮發(fā)重要階段 , 關(guān)系到涂層表面質(zhì)量 ; 固化階段必須達(dá)到最高金屬板溫保證涂層性能 , 一般情況下生產(chǎn)線固化爐第一、二區(qū)為蒸發(fā)區(qū) , 三、四區(qū)為固化區(qū) ; 冷卻區(qū)采用水冷 ( 有的生產(chǎn)線風(fēng)冷和水冷相結(jié)合 ) 和熱風(fēng)干燥。在固化爐控制過程中必須注意熱風(fēng)壓力以及熱風(fēng)流量的影響 , 這不僅關(guān)系到固化爐的安全運(yùn)行同時(shí)還影響著涂料溶劑的揮發(fā)速率及產(chǎn)品表面質(zhì)量。當(dāng)基板厚度發(fā)生變化時(shí)應(yīng)及時(shí)多次測(cè)量金屬板溫 ( PMT) , 防止固化爐控制溫度調(diào)整后爐內(nèi)溫度變

17、化滯后 , 造成過度烘烤 ( 過固化 ) 或固化不完全 , 造成批量性殘次品。固化常見質(zhì)量缺陷見表 4, PMT 對(duì)色差、光澤的影響見表 5 。 表 4   固化易見質(zhì)量缺陷點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片  表 5 PMT 對(duì)色差、光澤的影響點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片  通過表 4 、表 5 分析可見固化是彩色涂層鋼板成型的關(guān)鍵工序 , 生產(chǎn)過程中按照涂料固化技術(shù)要求合理設(shè)定溫度將對(duì)降低產(chǎn)品表面質(zhì)量缺陷 , 提高產(chǎn)品各項(xiàng)性能具有決定作用。 3 其他缺陷 上述質(zhì)量缺陷只是彩涂板生產(chǎn)過程中的典型問題 , 生產(chǎn)過程中還可能面臨其他質(zhì)量問題 , 其產(chǎn)生的具體原因較多 , 需要仔細(xì)認(rèn)證逐步排查后消除。例如色差的產(chǎn)生可能與基板的表面光澤、鋅花大小等有關(guān)。涂裝后各張力輥、傳向輥間存在異物將造成規(guī)律性劃傷 ; 收卷張力控制不當(dāng)或不穩(wěn)定 , 輕者產(chǎn)生彩涂卷張脫 , 重者產(chǎn)生卷取變形 ( 雞心卷或橢圓卷 ) ; 漂洗水、冷卻水更換不及時(shí)會(huì)產(chǎn)生水質(zhì)污染或其他影響基材表面張力的因素 ; 板面表面張力不均勻?qū)⒂绊懲苛系牧髌蕉霈F(xiàn)縮孔 ; 涂料存放時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生軟性樹脂