粉末涂料廣泛應(yīng)用于鋁合金建筑型材表面處理中，同鋁合金陽極氧化和氟碳油漆表面能處理相比，粉末噴涂表面處理工藝流程簡單，污水排放量少，電能消耗低，無有毒的揮發(fā)性氣體（VOC）排放，顏色品種豐富多樣等眾多優(yōu)點(diǎn)。在鋁合金建筑型材產(chǎn)品中，粉末噴涂產(chǎn)品所占的比例越來越大，初步統(tǒng)計(jì)約占40%，粉末涂料在鋁合金建筑型材上的用量約為10萬噸，數(shù)量很大，而且粉末涂料的要求越來越高，日益受到消費(fèi)者和鋁型材生產(chǎn)商等各相關(guān)方的高度關(guān)注。而且，鋁合金型材的噴涂工藝自上世紀(jì)90年代引入國內(nèi)后，粉末噴涂技術(shù)水平和粉末質(zhì)量水平的提高很快，總體的工藝質(zhì)量水平也逐步提高，能滿足客戶各方面的需求。
然而，隨著客戶的各種要求越來越多越來越高，對涂層的耐用性，施工安全性等的關(guān)注度增大，以及市場競爭趨向白熱化，鋁型材企業(yè)對質(zhì)量控制也越來越嚴(yán)格，對生產(chǎn)成本的倒逼壓力增大，那么對粉末噴涂型材的技術(shù)質(zhì)量要求也越來越高，除原有的GB5237.4-2008《鋁合金建筑型材 第4部分 粉末噴涂型材》及YS/T 680-2008《鋁合金建筑型材用粉末涂料》的要求外，還有一些比較重要的問題值得大家探討,如粉末噴涂型材的禁噴面的處理，粉末涂層的尖角覆蓋率和粉末涂層的遮蓋率問題等。具體討論如下：
一．粉末噴涂的禁噴面問題
隱框玻璃鋁幕墻沒有用以夾持玻璃并承重的鋁合金外框。它是完全依靠結(jié)構(gòu)膠把成百上千塊的玻璃粘在鋁型材框架上，組合成一個(gè)大面積幕墻，玻璃間的空隙由密封膠粘接。隱框玻璃幕墻的玻璃所承受的水平荷載、玻璃的自重、地震作用以及溫度應(yīng)力等均由粘結(jié)用的結(jié)構(gòu)膠傳給鋁合金框架。結(jié)構(gòu)膠的施工工藝標(biāo)準(zhǔn)、膠的技術(shù)性能、粘結(jié)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)等都直接影響著隱框玻璃幕墻的安全性。為了使玻璃和鋁型材之間有較高的、可靠的粘接，設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮玻璃和鋁型材框架的粘結(jié)面積大小以及結(jié)構(gòu)膠與鋁型材、與玻璃粘結(jié)的相容性，以保證各種高度、各種重量隱框玻璃幕墻的需要。
適用于隱框玻璃鋁幕墻的噴涂鋁型材均要求同結(jié)構(gòu)密封膠粘結(jié)的部位禁止噴涂，稱為“禁噴面”，鋁型材廠臥式噴涂線處理禁噴面的傳統(tǒng)方法是：鋁型材經(jīng)過鉻化處理后，將高溫膜粘貼在禁噴面上，再進(jìn)行粉末噴涂處理（氟碳噴漆處理的情況相同），固化完成冷卻后，將高溫膜撕掉。幕墻施工單位均要求禁噴面必須經(jīng)過鉻化處理，而在鋁型材企業(yè)生產(chǎn)中面臨兩個(gè)問題：一是采用了無鉻處理工藝，沒有鉻化處理工藝，無鉻轉(zhuǎn)化膜是否能滿足隱形鋁幕墻的玻璃結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)要求；二是采用立式噴涂線的工廠，前處理和噴涂是連續(xù)的，一般立式線處理禁噴面的方式是：先將高溫膜粘貼在禁噴面上，再將鋁型材上架噴涂，固化冷卻后，將高溫膜撕掉。如果采用臥式生產(chǎn)線的傳統(tǒng)處理方法，需要將立式噴涂線停止生產(chǎn)，將需要進(jìn)行禁噴面處理的鋁型材先經(jīng)鉻化處理，再開始正常生產(chǎn)，這種低效率的生產(chǎn)方式，對生產(chǎn)運(yùn)作非常緊張的大型鋁型材生產(chǎn)企業(yè)是很難接受的。但采用前述立式線的禁噴面的處理方法，禁噴面是沒有經(jīng)過鉻化處理的，對隱形鋁幕墻可能存在質(zhì)量隱患。
針對此問題，我們進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，考察未經(jīng)過表面處理的，鉻化處理以及無鉻化處理的鋁型材表面對結(jié)構(gòu)密封膠的粘結(jié)力的差異。其中鋁型材的無鉻化處理的試劑是采用的國際知名品牌德國漢高公司的無鉻化學(xué)品。
1.試驗(yàn)方法：經(jīng)過不同表面處理的一種丁字性的型材，鋸短成30mm左右，在兩只的型材之間采用一種品牌硅酮結(jié)構(gòu)密封膠粘結(jié)，實(shí)驗(yàn)室溫度條件下，采用材料試驗(yàn)機(jī)拉伸兩只丁字型材，每組表面處理的試樣為10個(gè)，測量粘結(jié)力的大小。圖示如下：
表1 拉力試驗(yàn)結(jié)果如下表：
拉伸樣品斷裂描述：
所粘合的樣品無論是否經(jīng)過表面處理，絕大部分?jǐn)嗔烟巸擅娼哉秤型暾Y(jié)構(gòu)密封膠，出現(xiàn)露底現(xiàn)象較少。見下圖1
圖1 拉伸試樣斷裂示例照片
3.檢測初步結(jié)論：
從檢測結(jié)果表可以看出未經(jīng)表面處理的結(jié)構(gòu)密封膠粘合橫向抗拉強(qiáng)度平均值只有1.29MPa，經(jīng)過鉻化和無鉻鈍化處理的結(jié)構(gòu)密封膠粘合橫向抗拉強(qiáng)度平均值分別是1.74 MPa、1.81 MPa。即經(jīng)過表面處理后的結(jié)構(gòu)密封膠與基材粘合力有所提高，鉻化處理和無鉻鈍化處理粘結(jié)力相差不大，無鉻鈍化處理的粘結(jié)力甚至稍大。
從拉伸斷裂后的樣品可以看出，結(jié)構(gòu)密封膠本身的抗拉強(qiáng)度比結(jié)構(gòu)密封膠與基材的粘合力要稍為偏低，即結(jié)構(gòu)密封膠本身抗拉強(qiáng)度才是兩個(gè)粘合物件橫向抗拉能力的主要影響因素。
而根據(jù)玻璃結(jié)構(gòu)密封膠的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16775-2005《建筑用硅酮機(jī)構(gòu)密封膠》的要求，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠同基材（玻璃和鋁型材）拉伸粘結(jié)強(qiáng)度為≥0.6Mpa。
綜合以上所述，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)密封膠同質(zhì)量好的無鉻處理及鉻化處理的鋁型材粘結(jié)力相同，不經(jīng)過表面處理的鋁型材同結(jié)構(gòu)密封膠的粘結(jié)力稍差，但大于GB16776-2005標(biāo)準(zhǔn)要求。由于以上為初步試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)際應(yīng)用需要更深入的研究，并且按照隱形鋁幕墻的施工程序，結(jié)構(gòu)密封膠和鋁型材的粘結(jié)力需要施工單位做相容性試驗(yàn)，才能最終確定鋁型材的表面處理是否符合施工要求。
二．噴涂鋁型材的尖角覆蓋率
尖角覆蓋率是粉末噴涂產(chǎn)品表面尖角部位膜厚同平面部位膜厚的比例。對于光面粉末，在粉末噴涂鋁型材曲率半徑0.5mm以下的的尖角部位,其膜厚一般小于平面部位。產(chǎn)生尖角處膜厚偏低的原因是由于光面粉末需要增強(qiáng)流平性，其熔融粘度低，容易流掛，通過表面張力的作用，導(dǎo)致尖角部位的覆蓋率低。典型的尖角覆蓋率的顯微斷面圖如下：
圖2 尖角覆蓋率低的粉末噴涂型材斷面顯微照片×100
圖3 尖角覆蓋率高的粉末噴涂型材斷面顯微照片×100
尖角覆蓋率低會導(dǎo)致尖角部位涂層膜厚低，甚至完全無涂膜，降低了尖角部位的耐腐蝕性，從而降低粉末噴涂產(chǎn)品的整體防護(hù)性，嚴(yán)重影響鋁型材粉末產(chǎn)品的質(zhì)量。尖角覆蓋率低的產(chǎn)品缺陷一般不被鋁型材生產(chǎn)企業(yè)所關(guān)注，在國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)很少提到，僅在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T21776-2008《粉末涂料及粉末涂層試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)指南》中列入了尖角覆蓋率的項(xiàng)目，該標(biāo)準(zhǔn)等同采用ASTM D 3451-2006，在美國ASTM D 3451-06《Standard guide for test coating powder and powder coating》（粉末涂料及粉末涂層試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)指南）列入了尖角覆蓋率的測試方法ASTM D2967 《Standard test method for corner coverage of powder coating》（粉末尖角覆蓋率測試方法）。光面噴粉鋁型材尖角處膜厚偏低的問題在實(shí)際生產(chǎn)中時(shí)常有發(fā)生，如果鋁型材噴光面粉后，其尖角部位的膜厚會低于平面部位的膜厚。如果粉末涂料中的配方不合理，如白炭黑添加量太少，尖角部位的膜厚會很低，甚至無涂膜。此缺陷發(fā)生后，如在淺色粉末的裝飾面，尖角部位將呈黑色線狀，會導(dǎo)致返工或報(bào)廢，如果應(yīng)用在門窗和幕墻建筑上，腐蝕將首先發(fā)生在尖角涂層薄弱處，降低了涂層的整體防護(hù)性，對粉末噴涂鋁型材的產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
總之，尖角覆蓋率是值得粉末生產(chǎn)廠和鋁型材廠關(guān)注的問題，需要各方共同深入研究和探討，以進(jìn)一步提高粉末涂料和粉末噴涂型材產(chǎn)品的質(zhì)量水平。
三．粉末涂料的遮蓋率
粉末涂料的遮蓋率是指粉末涂料在特定厚度下對底材顏色的遮蓋能力。YS/T680-2008《鋁合金建筑型材用粉末涂料》中沒有粉末的遮蓋率指標(biāo)，但鋁型材的噴涂實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到此類問題，例如，白色粉末涂層的平均膜厚為50μm,但涂層的顏色仍然發(fā)青，如果涂層膜厚達(dá)60μm，顏色才能符合要求。對于鋁型材廠來說，獲得每種粉末的遮蓋率指標(biāo)，對于實(shí)際生產(chǎn)組織和質(zhì)量控制，以及降低生產(chǎn)成本，具有十分重要的作用，增加粉末遮蓋率的質(zhì)量要求很有必要。
美國ASTM D 3451-06《Standard guide for test coating powder and powder coating》（粉末涂料及粉末涂層試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)指南）中有粉末的遮蓋率的檢測項(xiàng)目，而且列出了檢測方法ASTMD6441 《Standard test method for hiding power of powder coating》（粉末遮蓋率測試方法），參照ASTMD6441的方法：測量粉末涂層在給定膜厚條件下黑白底板上的反射率比；以及測量粉末涂層黑白底板上反射率比為0.98時(shí)（認(rèn)為完全遮蓋），粉末涂層的膜厚。此方法制出底板太困難，因?yàn)榈装宓姆瓷渎室筇撸咨装宓姆瓷渎屎茈y達(dá)到78%以上。
美國粉末涂料協(xié)會（Powder coating institute,縮寫PCI）也有一種實(shí)用的遮蓋率測試方法，參照美國粉末涂料協(xié)會（PCI）推薦的方法：該方法是一定厚度的粉末涂料噴涂在T-12G（見下圖4）黑白板上固化后，測量黑板和白板上涂層顏色的三刺激值（Y）,然后對比黑板和白板的三刺激值（Y），比值不小于0.98為完全覆蓋,此方法已經(jīng)在AKZON等知名的粉末涂料廠應(yīng)用。
圖4 T-12G板圖樣
具體的操作是：在一塊T-12G板上噴粉，粉末的膜厚從板底部到上部呈梯度變化，測量相同粉末厚度黑白板處的顏色Y值。
這個(gè)指標(biāo)對鋁型材噴涂廠很重要，涉及到生產(chǎn)成本和質(zhì)量問題。如果需要生產(chǎn)超出GB5237.4要求很多的粉末涂層厚度才能達(dá)到符合要求的遮蓋率效果，意味著鋁型材噴涂廠的粉末消耗量更大。
因此，在供貨前測定粉末的遮蓋率指標(biāo)，對粉末涂料廠和鋁型材噴涂廠都有必要。粉末的遮蓋率問題值得各方共同關(guān)注和研究探討。
四．粉末噴涂的其他問題
1.粉末的加熱減量：粉末涂料的加熱減量比液態(tài)的油漆要少很多，通常情況下其主要來源為水分子和小分子的有機(jī)物或一些阻聚劑，檢測加熱減量的主要目的是為了控制固化揮發(fā)性有機(jī)物廢氣（VOC），達(dá)到國家相關(guān)環(huán)保法律法規(guī)要求，同時(shí)可以控制粉末涂料的質(zhì)量。
鋁建筑型材粉末涂料的加熱減量是一直被各方忽視的問題，粉末的加熱減量大，意味著粉末固化過程中的揮發(fā)性物質(zhì)多，對環(huán)境的污染大，同時(shí)由于揮發(fā)物凝結(jié)在固化爐中，使清爐周期短，噴涂產(chǎn)品容易產(chǎn)生渣粒，嚴(yán)重影響噴涂產(chǎn)品質(zhì)量。
美國ASTM D 3451-06《粉末涂料及粉末涂層試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)指南》和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T21776-2008《粉末涂料及粉末涂層試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)指南》均列入了粉末加熱減量的檢測方法。
因此將粉末加熱減量列入粉末涂料質(zhì)量的考察指標(biāo)很有必要，通過對比不同粉末廠的粉末加熱減量的大小，確定粉末質(zhì)量的好壞，對提高建筑鋁型材用粉末涂料的質(zhì)量水平，保護(hù)環(huán)境，具有重要的意義。
2. 粉末噴涂產(chǎn)品自然耐候性：鋁合金建筑型材粉末噴涂產(chǎn)品的自然耐候性由于測試時(shí)間長，一直被國內(nèi)鋁型材企業(yè)所忽視。隨著客戶對粉末噴涂鋁型材要求的提高，有必要加強(qiáng)這方面的研究和試驗(yàn)，以提高粉末噴涂鋁型材的整體質(zhì)量，更好的滿足客戶要求。
五．總結(jié)
本文對粉末噴涂的鋁隱形幕墻禁噴面處理、尖角覆蓋率和遮蓋率等問題進(jìn)行了初步探討，并給出了一些初步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及建議。隨著粉末噴涂鋁合金建筑型材的市場越來越大，對粉末噴涂產(chǎn)品的質(zhì)量及相關(guān)要求也越來越高。粉末噴涂型材的禁噴面、尖角覆蓋率等以往為大多數(shù)鋁型材廠和粉末廠忽視的問題，應(yīng)該得到一定程度的關(guān)注和重視，并且各相關(guān)方均應(yīng)該共同研究探討，找到解決的方法，平衡各相關(guān)方利益，以提高我國粉末噴涂鋁合金型材的產(chǎn)品質(zhì)量水平。
