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1、 铝型材电泳涂装工艺设计 题 目： 铝型材电泳涂装工艺设计 院： 化学化工学院 专业： 应用化学 班级： XXXX 学号： 学生姓名： XXXX 导师姓名： XX 完成日期： 2012年6月17日-2012年6月30日 专业工艺课程设计任务书学院： 化学化工 专业： XXX 班级： XXXX 姓名： XXX 同组人员姓名 一课程设计题目：铝型材电泳涂装工艺设计二课程设计内容及设计要求：1.简要介绍该机电产品所用涂装方法及发展动态，并提出自己的设计思路和 设计方案。2.根据机电产品质量要求，设计合理的涂装前处理工艺，涂装工艺和后处理 工艺。3.绘制工艺流程示意图。4.环保工艺设计：设计合理的涂装
2、三废治理工艺。 5.结语：对自己设计做一个简要的评价。三课程设计时间安排：6月17日至6月30日第一周 查阅文献资料，确定设计方案和各工序的工艺规范。第二周 编制设计说明书。第三周四主要参考资料：1 肖鑫编，防护工艺设计，院内讲义。2 张学敏，涂装工艺学，化学工业出版社。3 冯立明，涂装工艺与设备，化学工业出版社。4 文凌飞，刘娅莉，暨调和,铝型材的电泳涂装工艺。5 洪潇吟，涂装化学【M】，科学出版社，1997,173174。6 暨调和。我国铝型材氧化着色现状及发展趋势C，第七届电子电镀年会论文集，3336。7 暨调和。建筑铝型材的氧化着色【M】。湖南科学技术出版社，1994。指导教师： XX
3、X教研室主任：院教学院长：2012 年 6 月17日目录 前言 11 铝型材的电泳涂装 11.1电泳涂装的特点 11.2 电泳涂装的原理 31.3铝型材用阳极电泳涂料的特性 41.3.1 阳极电泳涂料的品种 41.3.2 电泳涂料的制造 52 电泳的工艺及设备 62.1 电泳的工艺流程 62.2 电泳的工艺条件 82.3 铝型材电泳工艺所需设备 92.4 电泳的工艺管理 102.4.1 影响阳极电泳的几个主要因素及管理方法 112.4.2 电泳工艺的前处理及后洗工艺 123 结语 134 参考文献 14前言我国铝型材业经过20年的发展，已形成一个完整的工业体系，成为国民经济的支柱产业之一。原铝
4、产量已达到250万吨以上，占世界第三位，拥有铝加工企业1000多家，生产能力已达到350万吨/年，铝型材产量已达100万吨/年。目前已进入高档发展时期，铝型材的表面处理技术发展迅速，由单一的古铜料发展到拥有粉末涂装、喷涂氟碳涂料、有机和无机染色、电泳涂装、机械和化学抛光等工艺手段，新一代的木纹化处理技术，三段电解多色着色以及微弧氧化着色技术也在试产中，铝型材的外观有钛金、金黄、香槟、仿不锈钢及各种色彩，还有显示镜面、沙石、亚光、珠光等特殊效果的。在众多的表面处理技术中，电泳涂装是最具发展方向的适用技术。铝型材经阳极化和电解着色后再进行电泳涂装，有双层保护。具有高透明，高度金属质感，高耐蚀及高耐
5、候性，比喷漆、粉末喷涂更具装饰性，深受用户喜爱，已广泛进入家庭装修，潜在市场极大。其二，工艺容易实施，只要在原生产线上增加几个槽与铝氧化着色形成流水线生产，水溶性电泳涂装安全，可以实现闭路循环，有利于环保。其三，更重要的是电泳型材更具魅力，是高档、豪华型材的典范。拥有电泳涂装线成为铝型材厂综合技术水平的重要标志。1铝型材的电泳涂装1.1 电泳涂装的特点自20世纪30年代电泳涂料在福特汽车公司车轮涂装线上使用以来，其应用得到了飞速发展。透明的、具耐候性的丙烯酸类和聚氨酯类电泳涂料自70年代开始已成功用于金属表面的装饰和保护，如铜字招牌保护，不锈钢及电镀制品的装饰和保护，作为最终保护装饰层的最具代
6、表性的就是建筑铝型材的电泳涂装。铝材型材传统的表面处理工艺是氧化、着色及封闭处理，这种铝材的转化膜在户外长期使用时，特别是在酸雨或海洋环境中时，容易腐蚀，耐久性差，因此自70年代开始，人们尝试用涂料涂装的方法来提高建筑用铝型材的装饰性能及使用年限，目前，已工业化成功使用的有电泳涂漆、粉末涂装和氟碳喷涂。由于电泳涂料是水性涂料，铝材经前处理水洗后可直接电泳，电泳涂层透明度高，既具有高装饰性又可突出铝型材本身的金属光泽，因此在建筑铝型材上已越来越多地使用电泳涂装。电泳涂装法和其它涂装方法相比有以下优点：易实现自动化生产。由于电泳涂装在水性电泳槽中进行，与阳极氧化、电解着色工艺类似，处理时间短，容易
7、实现整个工艺的流水线作业。涂膜均匀致密。由于电泳涂料的高泳透力，可使复杂形状的型材亦获得均匀的涂膜，同时通过调整电量可控制膜厚。涂料的利用率高。由于粘度低，工件带出较少，而且电泳工件可用水洗，回收装置的利用使电泳涂装的涂料利用率高达95%以上。安全性和环保性。由于电泳涂料的水稀释，固体份低，溶剂含量少是环保型涂料，且免除了火灾的危险，工人健康也有保障。涂膜质量好。丙烯酸树脂用氨基树脂固化，保证了涂膜的高装饰及高耐腐蚀性，同时由于树脂高度透明，有效地突出了金属质感，根据需要还可得到亚光、沙面、珠光等装饰效果。和通常的电解着色封孔工艺相比，具有省时，节省人力的特点，电泳涂膜无需封孔，避免了由于封孔
8、不好带来的裂纹等毛病。可自由控制涂膜的厚度，国内外通常控制7m和12m两档。由于电泳层透明光亮，因此要求铝铸锭质量高，挤压材表面平滑，机械缺陷少，对氧化着色工艺要求管理严格，因为任何微小的缺陷和沾污都会在透明漆下暴露无遗。对电泳工艺管理要求高，以提高成品率。1.2 电泳涂装的原理以阳极电泳为例，图1说明了阳极电泳的过程，此时工件为铝型材作阳极。图1阳极电泳的原理图涂料状态（乳化状态）：含羧基的丙烯酸树脂，中和剂为氢氧化钾，或有机胺，固化剂为三聚氰胺甲醛树脂。pH值：7.88.5之间。电沉积：在pH值下降时析出电极反应：阳极（铝型材）2H2O4H+4e-+O2RCOO-+H+RCOOH水溶性 水
9、不溶(涂膜)MeMen+ne-RCOO-+Men+(RCOO)nMe(析出)阴极(极板)2H2O+2e2OH-+H2从图1可知电泳时在工件表面涂膜沉积，阳极有氧气产生，可以促进成膜，但氧气产生过多会造成涂膜外观光亮度差，因此电泳过程中要对电导率进行控制，另外要控制液的pH值，它与涂膜的沉积密切相关，阳极电泳时有金属离子溶出，它参与成膜，铝型材电泳时的金属离子溶出和钢铁件不同，对颜色的影响甚微。1.3 铝型材用阳极电泳涂料的特性1.3.1 阳极电泳涂料的品种由于丙烯酸树脂具有优异的耐候性，耐磨性；树脂无色透明，可通过配方调节涂料性能，具有优异的装饰性和性能可调性，且这类树脂主链由碳-碳键组成，抗
10、化学性高，配成碱性的大量含水的电泳漆也不会分解，具有良好的稳定性，因此丙烯酸类型的阳极电泳涂料占据了铝型材电泳涂料的主流。目前还有一类为有色的聚氨酯电泳漆，性能较好，工艺简单，因为采用有色聚氨酯电泳漆，则可取消阳极氧化、着色、封闭工艺。有利于节约成本。此外为满足各种产品的不同需求，功能性的抗菌、绝缘、自润滑电泳涂料，及装饰性的亚光、消光、珠光电泳涂料也已经得到应用。1.3.2 电泳涂料的制造阳极电泳涂料是指将铝型材工件作为阳极，故阳极电泳涂料是阴离子型树脂，最常用的是水可稀释的带羧基的丙烯酸树脂，用三聚氨胺甲醛树脂作为交联剂固化，引入丙烯酸单体越多，则树脂水溶性越好。如配方： MMA:BA:H
11、EMA:AA=45:38:10:7其中MMA为甲基丙烯酸甲酯是硬单体，聚合物的主体；BA是丙烯酸丁酯，是软单体，用来调节玻璃化温度，提供链的柔性；HEMA是甲基丙烯酸-羟乙酯，它提供自由的羟基，与氨基树脂起交联反应，同时还增强树脂的亲水性，AA是丙烯酸提供羧基，基含量越高，亲水性愈好，一般电泳涂料中用5%10%，聚合在共溶剂丙二醇丁醚中进行，浓度为70%左右，引发剂可用过氧化苯甲酯（BPO），但以偶氧二异丁腈为好。反应温度为100左右，聚合完成后，用二甲基乙醇胺中和，然后用水稀释，固体含量一般为60%左右，pH值为7.58.5，在水性涂料中要用到溶剂，有时称共溶剂，多为亲水性醇类，如丙醇、丁醇
12、、乙二醇(或丙二醇)的单醚，主要依据挥发性能、毒性、价格来选择，中和剂作用在于中和丙烯酸树脂链上的羧基，保护树脂水溶性，多为有机胺或氢氧化钠，用有机胺，如三乙胺，二甲基乙醇胺，特别是三级胺有益于树脂稳定。2 电泳的工艺及设备2.1 电泳的工艺流程以阳极电泳为例，通常按如下工艺进行脱脂水洗水洗中和水洗阳极氧化水洗电解着色热水洗水洗电泳水洗干燥脱脂水洗水洗中和水洗阳极氧化水洗电解水洗热水洗水洗电泳水洗干燥检验成品工艺流程示意图阳极氧化： 除油温水洗流水洗碱蚀流水洗化学或电化学抛光流水洗除膜出光流水洗封闭处理流水洗热水洗干燥检验成品除油温水洗流水洗碱蚀流水洗化学抛光流水洗除膜出光流水洗封闭处理流水洗
13、热水洗干燥检验成品工艺流程示意图电解着色： 着色处理脱脂温水洗流水洗碱蚀水洗抛光硫酸阳极氧化流水洗去离子水洗电解着色流水洗去离子水洗封闭水洗干燥着色处理脱脂温水洗流水洗碱蚀水洗抛光硫酸阳极氧化流水洗去离子水洗电解着色流水洗去离子水洗封闭水洗干燥工艺流程示意图电泳涂装 预清理上线除油水洗除锈水洗中和水洗磷化水洗钝化电泳涂装槽上清洗超滤水洗烘干下线预处理上线除油水洗除锈水洗中和水洗磷化水洗钝化电泳涂装槽上清洗超滤水洗烘干下线工艺流程示意图附：除油配方及规范：磷酸三钠 40克/升硅酸钠 1015克/升温度 5060时间 13分钟2.2 电泳的工艺条件 电泳槽液的条件固体份：7%9%温度：2025pH
14、：8.08.8电阻率/cm(20)：15002500 电泳的工艺参数电压：80250V(DC)电泳时间：13min电流密度：1550A/具体工艺规范依产品的要求进行。涂膜厚度：712m2.3 铝型材电泳工艺所需设备电泳槽。铝型材电泳槽多设计为长方形矩形槽，基内部大小取决于装挂吊的尺寸，槽体用46mm，钢板内衬用聚丙烯或环氧玻璃钢，需设置溢流槽。电源。直流要求0250A任意可调，电流大小根据50A/计算，约2000A/槽。电源的波纹因素一定要小于6%，其值愈大，电泳涂膜产生孔隙的几率愈大。电极。在阳极电泳时，铝型材作为阳极，阴极板采用不锈钢板或铝板，阴极面积为工件总面积的1倍。板隔膜采用聚丙烯纤
15、维布。热交换系统。可保证槽液温度稳定。预配槽及自动添加系统。预配槽可完成电泳槽液的配制，以保证达到正常参数；自动添加系统，可保证补充每槽铝型材所消耗的电泳漆的量，保证电泳槽固体份在工艺范围之内，以确保膜厚的均一。离子交换处理（IR）系统。阳极电泳时，阴极pH值会不断增加，采用离子交换树脂系统可去除槽液中的杂质，阴、阳离子使槽液pH值稳定，若再加上反渗透装置（RO）则可实现闭路系统。RO闭路循环系统流程如图2所示。图2 RO闭路循环系统烘烤系统。多采用辐射对流式，阳极电泳漆膜需经过140170温度烘烤。2.4 电泳的工艺管理铝型材阳极电泳的生产工艺管理是一个系统工程，要求严格，需要经常检查的项目
16、如表2-4-1。此外溶剂量、电泳性能及涂膜性能也需经常检测。表1 阳极电泳常检项目表2.4.1 影响阳极电泳的几个主要因素及管理方法在阳极电泳工艺中，电压、通电时间、固体份、电阻率的增加会促进膜厚的增长，而pH值的变化趋势却相反，pH值增加，膜厚降低，为了有效地控制电泳工艺，应该对以上因素进行管理和控制。固体份 随着电泳处理量的增加，必须不断地进行补充。固体份的大小对膜厚有最直接的影响，因此为保证膜厚均匀，应将固体份控制在0.2%的范围内。pH值 铝型材阳极电泳是通过碱或胺中和成盐呈弱碱性来达到稳定的水溶体系的，其pH值在7.59之间，在电泳过程中，带负电荷的树脂沉积在工件上，同时在阴极上不断
17、有胺产生，漆液的pH值会逐渐增加。另外，若电泳槽液放置时间太长，则由于胺的挥发，pH值会有下降的趋势。pH值的变化会引起电沉积特性和漆膜的变化，pH值太高，涂膜变薄，电泳后涂膜会再次溶解而造成膜厚不足，外观失光异常；pH值太低，电泳槽液稳定性差。因此，应严格控制pH值，保证在工艺参数之内。可通过离子交换树脂法有效地控制铝型材阳极电泳的pH值。电阻率 电阻率随胺量、温度、固体份、氨基树脂量的变化而变化，应控制在2000500cm的范围内。胺量的变化对电阻率的影响比pH值的影响大。通过定期的离子交换处理，除去过剩的胺和杂质离子，可维持电阻率在正常范围。胺值。其值的高低表示电泳液中胺的量。胺值随电泳
18、处理量的增加而增加。通过离子交换处理可使胺值降低。胺值的大小体现在pH值和电阻率上，通常是通过控制pH值和电阻率来管理的。杂质离子 杂质主要有SO42-、CO32-、Cl-等阴离子和Na+、Mg2+及其他金属阳离子，它们对电泳涂装有害。铝型材表面由于氧化着色工艺易带有SO42-，应加强清洗，避免带入电泳槽中。2.4.2 电泳工艺的前处理及后洗工艺配槽及补充，通常阳极电泳原液需经稀释搅拌均匀后投入电泳槽中，另外每天都需补充，所有稀释用水都应用去离子水。电泳前水洗。应采用两次以上水洗，最后一道水洗采用纯水，以确保电泳槽液不被污染。电泳后水洗。电泳后也应有两次或两次以上的水洗，最后应用纯水洗，若采用
19、RO装置，则可宏观地使用RO闭路系统，水洗后最好有吸水或滴水装置，如采用压缩空气或高压风以吹净型材表面及缝隙内的水分，设置倾斜装置滴掉在沟槽上的积水。因为若被表面有积水烘干时易产生水痕斑，影响装饰性。三废处理RO闭路系统所谓RO即反渗透装置，是压力驱动下的逆向渗透，海水淡化，透析都是利用反渗透的原理(见图3)。RO装置的作用：1)回收电泳涂料，提高涂料利用率，由原来的55%提高到98%以上。2)透过液可作为水洗用水，实现了闭路循环系统。3)减少或无废水排放，有利于环保。图3 反渗透(RO)原理图 RO透过液的组成见表2。 表2 RO透过液的组成由于经过RO后的水几近纯水，可以直接用来清洗，故可
20、实现闭路水洗系统，有利于环境保护。3 结语 本工艺设计针对铝型材电泳涂装而设计，涉及有涂装前处理工艺、涂装工艺和后处理工艺。设计中选择的涂料在当前的涂料品种中性能较为优良，涂装工艺方法和操作方法也较为适宜。设计中对铝型材电泳涂装工艺参数及影响影响因素亦有提及，方便参考。此外还设计有配套的工艺维护措施和环保工艺设计，以确保工艺的正常运行和对环境的保护。设置过程中感谢有老师的指导和同组同学的帮助，没有他们这份设计是很难完成的。设计过程中，参阅了大量的文献，搜集不少的参考资料，可以说整个设计过程是艰苦的，但整个设计过程也是收获良多。设计者本意是希望这个设计尽善尽美的，但由于设计者本身知识的不完善和设
21、计时间的仓促，疏漏、错误之处在所难免。在以后的设计中，设计者一定会尽量完善。4 参考文献1 肖鑫编，防护工艺设计，院内讲义。2 张学敏，涂装工艺学，化学工业出版社。3 冯立明，涂装工艺与设备，化学工业出版社。4 文凌飞，刘娅莉，暨调和,铝型材的电泳涂装工艺。5 洪潇吟，涂装化学【M】，科学出版社，1997,173174。6 暨调和。我国铝型材氧化着色现状及发展趋势C，第七届电子电镀年会论文集，3336。7 暨调和。建筑铝型材的氧化着色【M】。湖南科学技术出版社，1994。化学化工学院课程设计评分表（)专业班级 姓名 XXX 学号 评价单元评价要素评价内涵满分评分知识水平30%文献查阅与知识运用
22、能力能独立查阅文献资料，并能合理地运用到课程设计之中；能将所学课程（专业）知识准确地运用到课程设计之中，并归纳总结本课程设计所涉及的有关课程知识20课程设计方案设计能力课程设计整体思路清晰，课程设计方案合理可行10说明书质量50%文题相符与课程设计任务书题目相符，内容与文题相符5写作水平整体思路清晰，结构合理，层次分明，语言表达流畅，综合概括能力强30写作规范符合课程设计说明书的基本要求，用语、格式、图表、数据、量和单位及各种资料引用规范（符合标准）；符合课程设计规定字数15学习表现20%工作量课程设计工作量饱满，能按时完成课程设计规定的工作量10学习态度学习态度认真，遵守课程设计阶段的纪律，作风严谨，按时完成课程设计规定的任务，按时上交课程设计有关资料10指导教师评定成绩：实评总分；成绩等级指导教师（签名）注：按优（90-100分）、良（80-89分）、中（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（60分以下）五档制评定成绩。设计评语： 指导教师：年 月 日成绩评定：备注：