1 前言
在市場(chǎng)早期，常溫封孔得到了普遍使用，但隨著新興市場(chǎng)的崛起，以及環(huán)保要求的日益提高，使中溫封孔在市場(chǎng)上得到大規(guī)模的使用，大有取代常溫封孔的趨勢(shì)。相對(duì)于常溫封孔而言，中溫封孔具有無(wú)氟、封孔速度快、失重更好、封孔后鋁材保持本色等優(yōu)點(diǎn)，尤其是太陽(yáng)能邊框的廣泛應(yīng)用，使中溫封孔已成為極為重要的封孔方式，即使從成本的角度考慮，雖然中溫封孔需要加溫，但中溫封孔劑的消耗大大低于常溫封孔劑，例如，AA15標(biāo)準(zhǔn)的鋁型材，使用賽邦公司中溫封孔劑消耗僅需0.6-0.8KG/噸，而一般常溫封孔劑的消耗高達(dá)1.3-1.5KG/噸。經(jīng)賽邦公司不同客戶總結(jié)使用數(shù)據(jù)，使用總成本低于常溫封孔。但市場(chǎng)中的中溫封孔根據(jù)各供應(yīng)商的不同，其配方及工藝均有較大差別，如有的是雙組份，有的是單組份，封孔溫度及PH值有高有低，封孔時(shí)間也有長(zhǎng)有短，且市場(chǎng)不時(shí)反映出雙組分添加不方便、冬季失重不好、易粘膠、易起灰、封著色料褪色或變色等情況，針對(duì)以上問(wèn)題，賽邦公司聯(lián)合相關(guān)科研機(jī)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出新型單組份中溫封孔劑，并在福建南平、清遠(yuǎn)豪美、佛山銀一百、肇慶藝華、上海浙東、廣西南南、紹興樂(lè)祥、臺(tái)山臺(tái)澳、浙江富麗華等大型企業(yè)成功使用多年，顯著解決以上問(wèn)題，獲得市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。
鋁合金陽(yáng)極氧化膜高溫封孔和低溫封孔都存在一些缺點(diǎn)。例：高溫封孔的封孔溫度能耗大，封孔時(shí)間長(zhǎng)、封孔品質(zhì)差等缺點(diǎn)。低封孔具有封孔速度快、品質(zhì)好、不加溫等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用，但在實(shí)際生產(chǎn)中槽液不易控制，使用壽命短(指符合磷—鉻酸蝕失重小于30Mg/dm2槽液的壽命)，槽液中含有重金屬氟離子，廢水處理難度大不利環(huán)保，并常常出現(xiàn)掛灰、偏色、超失重、爆膜等缺點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外研究者紛紛將注意力轉(zhuǎn)移到中溫封孔的研究上。所謂中溫封孔是指：封孔劑的工藝溫度控制在60℃-80℃便能達(dá)到品質(zhì)要求。中溫封孔克服了高溫、低溫封孔的許多缺點(diǎn)，是目前鋁型材生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝改良方向，雖說(shuō)取得了一定的成功，但仍然存在能耗和槽液易揮發(fā)的缺點(diǎn)。
2 獨(dú)特的組成
該封孔劑以醋酸鎳為主要成份，輔助成份有抑灰劑、PH值緩沖劑、促進(jìn)劑、絡(luò)合劑、表面活性劑等。其作用分述如下：
抑灰劑：由大分子量的有機(jī)化合物組成。傳統(tǒng)使用的大分子有機(jī)化合物如羧酸鹽、磷酸鹽等，雖然可以抑制封孔灰的產(chǎn)生，但同時(shí)會(huì)抑制鎳鹽的沉積，使封孔質(zhì)量下降，更主要的問(wèn)題是抑灰劑的使用量一般要求很低，使得其含量難以控制，濃度波動(dòng)過(guò)快，效果無(wú)法持久，本封孔劑選用的抑灰劑無(wú)此副作用，可以吸附在陽(yáng)極氧化膜的表面而不進(jìn)入微孔內(nèi)部，不影響鎳的沉積，即使在槽液略顯渾濁的情況下，也能顯著地減少封孔灰的產(chǎn)生。
PH值緩沖劑：其作用為穩(wěn)定槽液的PH值。封孔槽在使用的過(guò)程中其PH值有下降的趨勢(shì)，其原因一是因?yàn)榍暗拦ば驇氲乃嵝晕镔|(zhì)，其二，與常溫封孔相反的是，含鎳中溫封孔的反應(yīng)本身會(huì)使槽液PH值下降，因此，穩(wěn)定槽液的PH值較為困難，一般廠家通過(guò)加入氨水調(diào)整，但容易縮短槽液的使用壽命，并使槽液渾濁。因此加入PH值緩沖劑可有效穩(wěn)定PH值。
促進(jìn)劑：此成份極為獨(dú)特，可以顯著提高封孔速度、封著色料不變色及不退色，并徹底解決粘膠問(wèn)題。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，我公司實(shí)驗(yàn)所采用的膠帶為一種常用封口膠帶，比市場(chǎng)普遍采用的太陽(yáng)能邊框用膠帶粘性要強(qiáng)得多。在產(chǎn)品應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)不同的封孔條件下，即使工藝參數(shù)變動(dòng)到下限的情況，粘膠的問(wèn)題也沒(méi)有發(fā)生。
絡(luò)合劑：絡(luò)合水中雜質(zhì)以及氧化槽帶入的有害離子，延長(zhǎng)槽液使用壽命，即使生產(chǎn)較多的著色料，正常帶入各種復(fù)雜成份的著色槽液，也不影響封孔效果。因此，該中溫封孔劑使用自來(lái)水配槽也完全無(wú)問(wèn)題。
表面活性劑：研究發(fā)現(xiàn)，正確的表面活性劑有助于封孔時(shí)鎳的吸收，同時(shí)大大增加封孔后鋁表面的光滑度。但有的表面活性劑易使槽液渾濁，有的有較多泡沫，有的有抑制封孔的副作用，我公司采用的是一種非離子型表面活性劑，提高了封孔效果，且封孔后表面光滑，手感佳。
3 工藝研究
實(shí)驗(yàn)條件：采用6063-T5噴砂太陽(yáng)能邊框鋁型材。實(shí)驗(yàn)所用鋁材型號(hào)、機(jī)械加工工藝及合金成份相同，氧化條件為一般標(biāo)準(zhǔn)工藝。墨水測(cè)試采用一種市售純藍(lán)墨水，失重采用硝酸預(yù)浸的磷鉻酸腐蝕失重試驗(yàn)。其中墨水及粘膠測(cè)試為晾干后立即進(jìn)行。
主要工序步驟：除油→堿蝕→出光→陽(yáng)極氧化→中溫封孔
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由廣東豪美鋁業(yè)有限公司與深圳市賽邦新材料有限公司共同提供。
3.1 鎳含量的影響
實(shí)驗(yàn)表明，鎳含量對(duì)封孔后表面狀態(tài)的影響不大，其他性能如貼膜、墨水測(cè)試等均合格。主要考察了鎳含量變化對(duì)失重的影響，結(jié)果如圖1。氧化膜厚度17-21微米，封孔時(shí)間15分鐘，溫度62℃，PH值5.58，陳化時(shí)間72小時(shí)。
可見(jiàn)，鎳含量保持在1.0以上是合適的，過(guò)高作用并不明顯，反而會(huì)因?yàn)閹С龆斐衫速M(fèi)。
3.2 PH值的影響
3.2.1 PH值與溫度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系
與常溫封孔相同，PH值相對(duì)較高會(huì)加快鎳的封孔反應(yīng)并使其反應(yīng)產(chǎn)物沉積于膜孔之中。所遵循的規(guī)律是PH值相對(duì)越低時(shí)，溫度就需相應(yīng)提高。其對(duì)應(yīng)關(guān)系參考如圖2所示，不同情況下，各項(xiàng)性能檢測(cè)合格，包含失重、是否粘膠、表面是否起灰、墨水測(cè)試實(shí)驗(yàn)等。試驗(yàn)中鎳含量1.05g/L，膜厚18-21微米，封孔時(shí)間15分鐘。
本實(shí)驗(yàn)證明：在低溫高PH值條件下以及高溫低PH值條件下，均可獲得優(yōu)良的封孔效果，同時(shí)證明，在高PH值或者高溫的情況下，也可以獲得完全無(wú)灰的表面，即賽邦公司中溫封孔劑可適應(yīng)的工藝條件較為寬松，在中溫封孔劑市場(chǎng)，是具有明顯優(yōu)勢(shì)的特性之一。
從低碳環(huán)保的角度，以及工藝管理的程式化考慮，建議客戶酌情選用一種工藝條件，作為寫入工藝管理的內(nèi)容，在生產(chǎn)中保持此種工藝，以避免工藝的波動(dòng)。如對(duì)熱裂性有要求，可選用高溫低PH值的工藝。
3.2.2 PH值的影響
PH值是封孔工藝中的重點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)條件為鎳含量1.10g/L，氧化膜厚度19-21微米，封孔時(shí)間15分鐘，封孔溫度62℃，陳化時(shí)間72小時(shí)，通過(guò)稀氨水或冰乙酸調(diào)整PH值，失重結(jié)果與PH值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示，其他性能如貼膜、表面狀態(tài)、墨水測(cè)試等均合格。
3.3 封孔溫度的影響
由于各廠家加溫條件的不同，可能有廠家存在加溫能力不足的情況，從3.2.1可以看出，當(dāng)加溫能力不足時(shí)，可選擇相對(duì)較高的PH值。本實(shí)驗(yàn)鎳含量1.06g/L，氧化膜厚18-23微米，封孔時(shí)間15分鐘，PH值5.58，陳化時(shí)間24小時(shí)。試驗(yàn)中，僅67℃時(shí)略有起灰，其他性能均正常。如圖4所示。
可見(jiàn)，當(dāng)溫度提高至約60℃時(shí)，失重顯著降低，因此，建議的溫度下限為60℃。
3.4 堿蝕時(shí)間的影響
實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)，堿蝕時(shí)間對(duì)中溫封孔后的效果具有一定影響，其影響表現(xiàn)在表面起灰的難易程度，當(dāng)鋁型材經(jīng)過(guò)噴砂后，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的堿蝕時(shí)間，即使使用不含抑灰劑的中溫封孔劑封孔后也基本不起灰。實(shí)驗(yàn)中，鎳含量1.1g/L，溫度58℃，氧化膜厚度20-25微米，封孔時(shí)間18分鐘，PH值5.8-5.9，實(shí)驗(yàn)結(jié)論如表1所示：
有很多廠家在封孔后第二道水洗采用了熱水，這樣可以保證快速干燥，對(duì)冬天的環(huán)境來(lái)說(shuō)，起著很重要的作用，可提高生產(chǎn)效率。本實(shí)驗(yàn)為了說(shuō)明不同的溫度下對(duì)封孔效果的影響，以失重結(jié)果說(shuō)明。鎳含量1.10g/L，氧化膜厚度18-23微米，PH值5.60，封孔溫度62℃，封孔時(shí)間相對(duì)常規(guī)時(shí)間而言縮短到10分鐘，熱水浸泡時(shí)間選擇了5分鐘，既可保證對(duì)生產(chǎn)效率影響不大，又可起到一定效果。封孔后陳化時(shí)間分別為1小時(shí)、24小時(shí)、48小時(shí)、120小時(shí)，觀察失重結(jié)果。其他性能如貼膜、表面狀態(tài)、墨水測(cè)試等均合格。數(shù)據(jù)如圖5、6、7、8所示：
可見(jiàn)，熱水洗溫度較低，如常用的50-60℃時(shí)，對(duì)失重的作用有限，主要起到快速干燥的作用，當(dāng)溫度達(dá)70℃及以上時(shí)，對(duì)失重的貢獻(xiàn)明顯。
3.6 是否貼膜的影響
貼膜之后，阻斷了氧化膜與空氣的接觸。實(shí)驗(yàn)條件：鎳含量1.07g/L，氧化膜厚度17-22微米，PH值5.62，封孔溫度62℃，封孔時(shí)間15分鐘。我們選用了一種其所有表面均可貼膜的鋁型材，結(jié)果如圖9所示，其中A表示未貼膜，B表示貼膜。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，貼膜與不貼膜對(duì)封孔后的陳化效果可認(rèn)為基本無(wú)影響，可見(jiàn)中溫封孔后其陳化反應(yīng)在膜孔的內(nèi)部進(jìn)行。
3.7 封孔時(shí)間的影響
鋁型材封孔時(shí)間與膜厚有密切關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)主要考察是否與常溫封孔一樣，延長(zhǎng)封孔時(shí)間封孔效果越好，實(shí)驗(yàn)條件：鎳含量1.12g/L，氧化膜厚度17-22微米，PH值5.55，封孔溫度62℃，陳化時(shí)間72小時(shí)。結(jié)果如圖10所示。
結(jié)果表明，對(duì)失重而言，封孔時(shí)間過(guò)短會(huì)影響失重結(jié)果，過(guò)長(zhǎng)對(duì)失重的貢獻(xiàn)不大。因此，選用0.7-0.8分鐘/微米封孔是恰當(dāng)?shù)摹?/p>
4 結(jié)論
由深圳市賽邦新材料有限公司與相關(guān)科研機(jī)構(gòu)合作開(kāi)發(fā)的新型單組份固體中溫封孔劑，經(jīng)與廣東豪美鋁業(yè)有限公司合作，對(duì)不同工藝條件所得到的結(jié)果進(jìn)行了深入研究，探討了封孔效果（主要是失重）與槽液溫度、是否貼膜、PH值、鎳濃度、時(shí)間、熱水洗的關(guān)系，以滿足鋁型材特別是太陽(yáng)能邊框型材的特殊要求，如不起灰、不粘膠、低消耗、失重合格、封著色料不變色不褪色等。
4.1 絕無(wú)僅有的配方技術(shù)使深圳市賽邦新材料有限公司的中溫封孔劑具有各項(xiàng)優(yōu)異的封孔效果，且具有寬廣的工藝參數(shù)適應(yīng)性，不同條件的使用廠家都可以根據(jù)情況確定出理想的工藝條件，生產(chǎn)出滿足普通鋁合金建材尤其是太陽(yáng)能邊框封孔要求的產(chǎn)品。
4.2 獨(dú)特的促進(jìn)劑保證了封著色料不褪色不變色，以及行業(yè)領(lǐng)先的貼膜不粘膠能力。
4.3 建議的封孔工藝：鎳含量1.0-1.2g/L，PH值5.5-5.8，溫度60-65℃，封孔時(shí)間0.7-0.8分鐘/微米。有條件的話采用70℃以上的熱水洗，可以適當(dāng)縮短封孔時(shí)間。
4.4 較高的封孔溫度、較高的PH值、較高的熱水洗溫度可以提高封孔效果。封孔時(shí)間延長(zhǎng)作用有限。
4.5 是否貼膜并不影響失重的結(jié)果。
4.6 熱水洗溫度只有較高時(shí)才會(huì)對(duì)封孔有促進(jìn)作用，常規(guī)50-60℃的情況下僅能使鋁件表面快速干燥。
