淺談如何提高鋁型材用粉末涂料的耐候性:噴涂在鋁型材表面的粉末涂膜的耐候性，是影響鋁型材壽命的關(guān)鍵性因素。本文主要從粉末涂料的原材料、配方結(jié)構(gòu)、制作工藝、固化條件等技術(shù)角度分析，并結(jié)合所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出幾個(gè)提高粉末涂料耐候性的可供參考的思路，從而*終達(dá)到延長鋁型材壽命的目的。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，粉末涂料的戶外應(yīng)用越來越普遍，人們對粉末涂層耐候性和耐久性的關(guān)注度不斷提高，特別是對鋁型材、天花板、幕墻板等室外用品表面的粉末涂膜的耐候性要求越來越高。粉末涂料主要由樹脂、固化劑、助劑、顏填料等組成，噴涂在鋁型材表面的涂層隨著時(shí)間的延長，受周圍自然因素如日曬、雨淋、氧化、冷熱變化以及生物等的作用，會出現(xiàn)性能逐漸降低的現(xiàn)象，即老化。粉末涂料抑制或延緩自然老化的能力稱為耐自然老化性，簡稱耐老化性，也叫耐候性。影響粉末涂料耐候性的因素很多，其中包括粉末涂料成分中的樹脂、固化劑、顏填料、助劑等各種原材料的性能、用量、配比等內(nèi)部因素；以及粉末涂料制作過程的工藝條件和涂料的固化程度；還有涂膜的使用環(huán)境如日光（主要是紫外線）的作用、大氣的組成（氧、臭氧、工業(yè)煙霧等）、濕度（包括酸雨、鹽霧等）、溫度變化等外部因素。
從粉末涂料本身的角度來看，提高粉末涂層耐候性能主要從原材料、配方結(jié)構(gòu)以及制作工藝等方面著手。一、原材料：粉末涂料主要由樹脂、固化劑、助劑、顏填料等材料組成，這些原材料的耐候性，基本上決定了涂料的耐候性。因此，要提高粉末涂料的耐候性能，首先要選擇耐候性能滿足鋁型材行業(yè)要求的原材料，而且這些耐候性合格的原材料也要滿足涂膜的其他性能。當(dāng)涂膜的各項(xiàng)性能相互間產(chǎn)生沖突時(shí)，可以根據(jù)客戶的要求側(cè)重于某項(xiàng)性能，但是人工加速老化試驗(yàn)結(jié)果要滿足GB 5237.4-2008中加速耐候性的要求。1.樹脂：因?yàn)闃渲欠勰┩苛系闹饕赡の镔|(zhì)，是決定粉末涂料性質(zhì)和涂膜性能的*主要成分，所以樹脂的選擇至關(guān)重要。選取市面上大型廠家常用的鋁型材用粉末涂料聚酯樹脂，使用同一配方結(jié)構(gòu)和相同制作工藝分別制粉進(jìn)行300小時(shí)耐老化試驗(yàn)以及涂膜外觀比較，結(jié)果如表1所示。（加速老化條件為8小時(shí)光照，4小時(shí)凝露循環(huán)；UVB-313EL燈，輻照度0.65W/㎡，光照溫度60℃；凝露溫度50℃）由試驗(yàn)結(jié)果可知，樹脂D、F、H在通一系列的樹脂中耐候性較好，但這種樹脂的缺點(diǎn)是分子量大，熔融黏度高，如果應(yīng)用在平面粉中*終會導(dǎo)致涂膜流平性能差。所以，通過在粉末涂料配方中選用耐候性能好的樹脂來提高平面粉的耐候性能時(shí)，必須考慮到涂膜的流平是否會變差，變差之后客戶能否接受。2.固化劑：盡管HAA體系的固化劑環(huán)保型眾所周知，但是它的缺點(diǎn)是固化反應(yīng)有副產(chǎn)物形成，厚噴時(shí)容易產(chǎn)生針孔、豬毛孔等弊端，涂膜過烘烤耐泛黃性和耐久性不如TGIC體系。[1]鋁型材行業(yè)目前難以接受HAA體系的這些弊端，或者說是大部分粉末廠家沒有解決這些弊端，所以鋁型材用粉末涂料還是以TGIC體系為主。固化劑TGIC對粉末涂料的耐候性能也有一定的影響。
經(jīng)過對國內(nèi)三家銷售量排名靠前的廠家的TGIC進(jìn)行耐老化檢測，發(fā)現(xiàn)它們的耐老化性能基本一致，無較大的差別。因此，在通過固化劑TGIC的選擇上去提高粉末涂料的耐候性，并無多大的意義。3.顏料：顏料對粉末涂料耐候性的影響在原材料中是除了樹脂之外影響*大的因素，因?yàn)轭伭显谑褂眠^程中會褪色，所以對于鋁型材用粉末涂料的顏料的選擇也很重要。市場上即使是用一種顏色的顏料，它的品種非常多，不同品種的色相、著色力、遮蓋力、耐候性、耐熱性等性能千差萬別，這給我們粉末涂料廠家的選擇帶來很大的難度。顏料按化學(xué)組成分為無機(jī)顏料和有機(jī)顏料，它們的優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。顏料的選擇要從多方面考慮，如顏料的色相、著色力、遮蓋力、耐熱性、耐候耐光性、耐沸水性、毒性等等；而且由于一些顏料可能帶有對樹脂和固化劑起到促進(jìn)作用的活性基團(tuán)，所以也要考慮顏料對涂料反應(yīng)速度、粘度的影響。為了提高粉末涂料的耐候性，顏料要選擇耐光性在7-8級（8級*好），耐候性4-5級（5級*好）的品種，同時(shí)耐熱性和耐沸水性要滿足鋁型材行業(yè)的使用要求。從表2可知，由顏料本身的性質(zhì)決定，有機(jī)顏料的耐光性和耐候性有限，而無機(jī)顏料不夠鮮艷，所以一些鮮艷顏色的粉末大多使用了耐光性和耐候性有限的有機(jī)鮮艷顏料，這就是鮮艷顏色的涂膜耐老化色差較大的主要原因。因此，為了保證鮮艷顏色涂膜的耐候性，除了選用耐候性能優(yōu)異的其他材料，更加要注意顏料的選擇。4.填料：填料的重要功能是添加到粉末涂料中以后，能夠改進(jìn)涂膜的硬度、剛性和耐劃傷性等物理力學(xué)性能，同時(shí)有利于改進(jìn)粉末涂料的貯存穩(wěn)定性、松散性和帶電等性能。[3]鋁型材粉末涂料中*常用的填料為硫酸鋇，經(jīng)過對多個(gè)廠家的硫酸鋇進(jìn)行耐老化檢測，發(fā)現(xiàn)耐候性能無明顯差別。因此，為了保證涂料的耐候性，必須使用純度高的硫酸鋇作為填料。硫酸鋇進(jìn)倉前必須經(jīng)過檢驗(yàn)，使用10%的鹽酸溶液是*簡單快捷的方法，可以快速檢測出硫酸是否含有碳酸鈣，碳酸鈣會降低涂料的耐候性能，不能作為鋁型材用粉末涂料的填料。5.助劑：在粉末涂料配方中，助劑的用量很少，但在一般粉末涂料配方組成中是不可缺少的成分，而且對涂膜的外觀及某些性能起決定性作用。經(jīng)過對各國內(nèi)大型廠家同類助劑進(jìn)行加速老化對比試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)不同廠家的流平劑、光亮劑、安息香等對涂膜耐老化性能影響不大；而不同廠家的蠟粉、消光劑對涂膜耐老化的影響較大。因此，為了提高粉末涂料的耐候性，可以考慮使用耐老化性能好的蠟粉和消光劑。二、配方結(jié)構(gòu)：通過粉末涂料中聚酯樹脂的酸值和固化劑羥基當(dāng)量的計(jì)算，設(shè)計(jì)合適的固化劑用量，并通過加速老化試驗(yàn)的驗(yàn)證，使用*佳的固化劑用量，使涂料在固化時(shí)能夠充分固化，從而達(dá)到*好的耐候性能。
在滿足粉末涂料各項(xiàng)性能的前提下，盡量在配方中減少原材料的種類，特別是對涂膜耐候性起負(fù)作用的材料。在不影響涂膜遮蓋力以及硬度、耐磨性的前提下，適當(dāng)降低配方中的顏料（特別是吸油量大的顏料）和填料的用量，使配方中的顏料能夠在熔融混煉過程充分被樹脂包覆，在涂膜的使用過程中減少顏料的顏色變化，從而達(dá)到提高涂膜耐候性的目的。三、制作工藝：粉末涂料制作過程主要包括預(yù)混合、熔融擠出、壓片破碎、分級粉碎四個(gè)階段，其中預(yù)混合、熔融擠出兩個(gè)工藝對粉末涂料的耐候性能有很大影響。預(yù)混合的作用是為了使粉末涂料配方中的各種原材料組成分散均勻，為熔融擠出打下良好的基礎(chǔ)。為了提高耐候性，在預(yù)混合階段，原材料必須按一定的先后順序進(jìn)行投料，而且投料量控制在混料缸容量的20%-80%，并適當(dāng)延長混合時(shí)間。熔融擠出是為了使粉末涂料組成中的各種成分混合均勻，也就是達(dá)到粉末涂料成品中的每個(gè)粒子組成成分一樣。為了提高耐候性，在熔融擠出階段，在不出現(xiàn)膠化粒子的前提下，適當(dāng)提高擠出機(jī)溫度（特別是在氣溫較低的情況下），使樹脂熔融成一種流體，保證顏料能有良好的潤濕和獲得*大的剪切力，有利于顏料等的高度分散，使各組分成為一個(gè)均勻的體系；在保證生產(chǎn)進(jìn)度的同時(shí)，可以適當(dāng)降低擠出速度，保證物料有充足的熔融混煉時(shí)間；從而提高混煉效果，使粉末涂料中的顏料填料被樹脂充分包覆，而且各種原材料成分粒子分散均勻，特別是固化劑和樹脂能按配方的比例混煉均勻，固化時(shí)涂膜能夠充分固化，從而增加涂膜的表面致密性，*終提高粉末涂層的耐候性。四、固化條件：粉末涂料只有充分固化的情況下，樹脂的高分子鏈才會和固化劑完全交聯(lián)，各項(xiàng)物理化學(xué)性能才會達(dá)到*佳狀態(tài)，耐候性能也不例外。因此，提高耐候性能必須使粉末涂料充分固化，固化時(shí)要控制好溫度和時(shí)間。綜上所述，對于提高鋁型材用粉末涂料的耐候性，可參考如下思路：選用耐候性能好且流平不至于太差的樹脂；注意鮮艷顏料、蠟粉、消光劑的選擇；設(shè)計(jì)有利于提高涂膜耐候性的配方結(jié)構(gòu)；控制好粉末涂料生產(chǎn)工藝。

         鋁中雜質(zhì)對性能的影響---1.合金元素影響：銅元素-鋁銅合金富鋁有些548時(shí)，銅在鋁中的較大溶解度為5.65%,溫度降到302時(shí)，銅的溶解度為0.45%。銅是重要的合金元素，有必定的固溶強(qiáng)化效果，此外時(shí)效分出的CuAl2有著顯著的時(shí)效強(qiáng)化效果。鋁合金中銅含量一般在2.5%~5%，銅含量在4%~6.8%時(shí)強(qiáng)化效果較好，所以大有些硬鋁合金的含銅量處于這規(guī)模。鋁銅合金中能夠富含較少的硅、鎂、錳、鉻、鋅、鐵等元素。硅元素-Al—Si合金系富鋁有些在共晶溫度577時(shí)，硅在固溶體中的較大溶解度為1.65%。雖然溶解度隨溫度下降而削減，介這類合金一般是不能熱處理強(qiáng)化的。鋁硅合金具有極好的鍛造功能和抗蝕性。若鎂和硅一起參加鋁中構(gòu)成鋁鎂硅系合金，強(qiáng)化相為MgSi。鎂和硅的質(zhì)量比為1.73:1。規(guī)劃Al-Mg-Si系合金成分時(shí)，基體上按此份額裝備鎂和硅的含量。有的Al-Mg-Si合金，為了進(jìn)步強(qiáng)度，參加適當(dāng)?shù)你~，一起參加適當(dāng)?shù)你t以抵消銅對立蝕性的晦氣影響。Al-Mg2Si合金系合金平衡相圖富鋁有些Mg2Si在鋁中的較大溶解度為1.85%，且隨溫度的下降而減速小。變形鋁合金中，硅獨(dú)自參加鋁中只限于焊接資料，硅參加鋁中亦有必定的強(qiáng)化效果。鎂元素-Al-Mg合金系平衡相圖富鋁有些雖然溶解度曲線標(biāo)明，鎂在鋁中的溶解度隨溫度下降而大大地變小，但是在大有些工業(yè)用變形鋁合金中，鎂的含量均小于6%，而硅含量也低，這類合金是不能熱處理強(qiáng)化的，但是可焊性杰出，抗蝕性也罷，并有中等強(qiáng)度。鎂對鋁的強(qiáng)化是顯著的，每增加1%鎂，抗拉強(qiáng)度大概升高瞻遠(yuǎn)34MPa。假如參加1%以下的錳，能夠彌補(bǔ)強(qiáng)化效果。因而加錳后可下降鎂含量，一起可下降熱裂傾向，別的錳還能夠使Mg5Al8化合物均勻沉淀，改進(jìn)抗蝕性和焊接功能。錳元素-Al-Mn合金系平平衡相圖有些在共晶溫度658時(shí)，錳在固溶體中的較大溶解度為1.82%。合金強(qiáng)度隨溶解度增加不斷增加，錳含量為0.8%時(shí)，延伸率達(dá)較大值。Al-Mn合金對錯時(shí)效硬化合金，即不可熱處理強(qiáng)化。錳能阻撓鋁合金的再結(jié)晶進(jìn)程，進(jìn)步再結(jié)晶溫度，并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒。再結(jié)晶晶粒的細(xì)化首要是經(jīng)過MnAl6化合物彌散質(zhì)點(diǎn)對再結(jié)晶晶粒長大起阻止效果。MnAl6的另一效果是能溶解雜質(zhì)鐵，構(gòu)成(Fe、Mn)Al6，減小鐵的有害影響。錳是鋁合金的重要元素，能夠獨(dú)自參加構(gòu)成Al-Mn二元合金，更多的是和其它合金元素一起參加，因而大多鋁合金中均富含錳。鋅元素-Al-Zn合金系平衡相圖富鋁有些275時(shí)鋅在鋁中的溶解度為31.6%，而在125時(shí)其溶解度則下降到5.6%。鋅獨(dú)自參加鋁中，在變形條件下對鋁合金強(qiáng)度的進(jìn)步非常有限，一起存在應(yīng)力腐蝕開裂、傾向，因而約束了它的運(yùn)用。在鋁中一起參加鋅和鎂，構(gòu)成強(qiáng)化相Mg/Zn2，對合金發(fā)生顯著的強(qiáng)化效果。Mg/Zn2含量從0.5%進(jìn)步到12%時(shí)，可顯著增加抗拉強(qiáng)度和屈從強(qiáng)度。鎂的含量超越構(gòu)成Mg/Zn2相所需超硬鋁合金中，鋅和鎂的份額操控在2.7擺布時(shí)，應(yīng)力腐蝕開裂抗力較大。如在Al-Zn-Mg基礎(chǔ)上參加銅元素，構(gòu)成Al-Zn-Mg-Cu系合金，基強(qiáng)化效果在所有鋁合金中較大，也是航天、航空工業(yè)、電力工業(yè)上的重要的鋁合金資料。2.量元素的影響：鐵和硅--鐵在Al-Cu-Mg-Ni-Fe系鍛鋁合金中，硅在Al-Mg-Si系鍛鋁中和在Al-Si系焊條及鋁硅鍛造合金中，均作為合金元素加的，在基它鋁合金中，硅和鐵是常見的雜質(zhì)元素，對合金功能有顯著的影響。它們首要以FeCl3和游離硅存在。在硅大于鐵時(shí)，構(gòu)成β-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相，而鐵大于硅時(shí)，構(gòu)成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。當(dāng)鐵和硅份額不當(dāng)時(shí)，會引起鑄件發(fā)生裂紋，鑄鋁中鐵含量過高時(shí)會使鑄件發(fā)生脆性。鈦和硼-鈦是鋁合金中常用的增加元素，以Al-Ti或Al-Ti-B中心合金方式參加。鈦與鋁構(gòu)成TiAl2相，成為結(jié)晶時(shí)的非自覺中心，起細(xì)化鍛造安排和焊縫安排的效果。Al-Ti系合金發(fā)生包反應(yīng)時(shí)，鈦的臨界含量約為0.15%，假如有硼存在則減速小到0.01%。鉻-鉻在Al-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-Mg系合金中常見的增加元素。600℃時(shí)，鉻在鋁中溶解度為0.8%，室溫時(shí)基本上不溶解。鉻在鋁中構(gòu)成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金屬間化合物，阻止再結(jié)晶的形核和長大進(jìn)程，對合金有必定的強(qiáng)化效果，還能改進(jìn)合金耐性和下降應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。但會場增加淬火敏感性，使陽極氧化膜呈黃色。鉻在鋁合金中的增加量一般不超越0.35%，并隨合金中過渡元素的增加而下降。鍶-鍶是外表活性元素，在結(jié)晶學(xué)上鍶能改變金屬間化合物相的行動。因而用鍶元素進(jìn)行蛻變處理能改進(jìn)合金的塑性加工性和終究產(chǎn)品質(zhì)量。因?yàn)殒J的蛻變有效時(shí)刻長、效果和再現(xiàn)性好等長處，近年來在Al-Si鑄造合金中替代了鈉的運(yùn)用。對揉捏用鋁合金中參加0.015%~0.03%鍶，使鑄錠中β-AlFeSi相成為漢字形α-AlFeSi相，削減了鑄錠均勻化時(shí)刻60%~70%，進(jìn)步資料力學(xué)功能和塑性加工性;改進(jìn)成品外表粗糙度。對于高硅(10%~13%)變形鋁合金中參加0.02%~0.07%鍶元素，可使初晶削減至較低極限，力學(xué)功能也顯著進(jìn)步，抗拉強(qiáng)度бb由233MPa進(jìn)步到236MPa，屈從強(qiáng)度б0.2由204MPa提高到210MPa，延伸率б5由9%增至12%。在過共晶Al-Si合金中參加鍶，能減小初晶硅粒子尺寸，改進(jìn)塑性加工功能，可順暢地?zé)彳埡屠滠?。鋯元?鋯也是鋁合金的常用增加劑。一般在鋁合金中參加量為0.1%~0.3%，鋯和鋁構(gòu)成ZrAl3化合物，可阻止再結(jié)晶進(jìn)程，細(xì)化再結(jié)晶晶粒。鋯亦能細(xì)化鍛造安排，但比鈦的效果小。有鋯存在時(shí)，會下降鈦和硼細(xì)化晶粒的效果。在Al-Zn-Mg-Cu系合金中，因?yàn)殇唽Υ慊鹈舾行缘挠绊懕茹t和錳的小，因而宜用鋯來替代鉻和錳細(xì)化再結(jié)晶安排。雜質(zhì)元素-稀土元素參加鋁合金中，使鋁合金熔鑄時(shí)增加成分過冷，細(xì)化晶粒，削減二次晶距離，削減合金中的氣體和攙雜，并使攙雜相趨于球化。還可下降熔體外表張力，增加流動性，有利于澆注成錠，對工藝功能有著顯著的影響。各種稀土參加量約為0.1%at%為好?；旌舷⊥?La-Ce-Pr-Nd等混合)的增加，使Al-0.65%Mg-0.61%Si合金時(shí)效G?P區(qū)構(gòu)成的臨界溫度下降。含鎂的鋁合金，能激起稀土元素的蛻變效果。