一种铝合金型材表面纹理加工工艺
技术领域
本发明涉及铝合金型材加工技术领域，具体为一种铝合金型材表面加工工艺。
背景技术
目前在建筑与家装行业以铝代木的趋势越来越大，所应用的铝型材主要为表面具有纹理装饰效果的产品。该产品现采用的加工处理方式为喷涂后再热转印，其花纹是利用转印膜上染料的溶解升华、转移渗透作用而形成纹理图案。先在铝型材表面喷涂一道底色印膜贴覆产品表面，然后进粉末涂膜，再用转印纹理膜包裹铝型材，抽真空，使转烘烤炉烘烤，在加热过程中，转印膜上的染料依附在涂膜上，随着烘烤温度的升高，介质溶剂溶解并挥发，涂膜的热分子运动加剧，染料分子通过涂膜分子的间隙渗入，大部分染料与粉末涂膜结合在一起，呈现出转印膜上的染料颜色，最后撕膜即可得到具有装饰效果的铝型材。
此种方法是利用染料的升华渗透作用在铝型材的表面形成纹理，纹理为平面图案，而且，染料本身的抗老化性能较差，易升华，在使用过程中受太阳照射后容易褪色老化，不适用于户外使用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种铝合金型材表面纹理加工工艺，生产的铝型材表面的纹理为立体的3D纹理，铝合金型材具有优异的耐候性能。
根据本发明的一个方面，提供了一种铝合金型材表面纹理加工工艺，包括以下步骤：a)将第一粉末喷涂到铝型材待装饰面上形成第一预设厚度的第一涂层；b)将铝型材置于第一预定温度中烘烤，将铝型材表面的第一涂层烘烤至半固化后取出；c)将具有镂空纹理的模具水平放置在铝型材待喷饰面上方，从模具上方向铝型材待装饰面施与第二粉末，第二粉末穿过模具的镂空纹理落在铝型材喷饰面上形成第二预设厚度的第二涂层；d)将铝型材置于第二预定温度中烘烤，烘烤至第二涂层和第一涂层完全固化后取出。
可选择地，步骤a)中包括：将第一粉末加入到喷涂机中，启动喷涂机将第一粉末喷涂到铝型材表面上形成第一预设厚度的第一涂层；喷涂机的喷涂参数为气流量4.0～8.0Nm3/H，输送气流量百分比10％～90％，送粉气压1～4bar，喷嘴到铝型材表面的距离200mm～350mm。
可选择地，步骤d)包括：将模具水平放置在铝型材待装饰面上方5～30mm处，将第二粉末均匀平铺在模具上，用毛刷刮扫第二粉末使其穿过模具上镂空的孔洞落到铝型材待装饰面上形成第二预设厚度的第二涂层。
可选择地，第一预设厚度为40-90μm，第二预设厚度为20～50μm。
可选择地，第一预定温度为100-160℃，铝型材在第一预定温度中烘烤10-30min；第二预定温度为180-210℃，铝型材在第二温度中烘烤10-30min。
可选择地，第一粉末为耐候性的聚酯粉末涂料或聚氨酯粉末涂料.
可选择地，第一粉末为热固型纯聚酯涂料粉末或封闭型聚氨酯异氰酸酯涂料粉末。
可选择地，第二粉末为粒度为30～40μm的第二粉末颗粒。
可选择地，步骤a)之前还包括预处理步骤：酸洗：用酸液洗清除铝型材待装饰面以去除表面上的油污；一次清洗：将铝型材置于清水中超声清洗5-10min以除去铝型材待装饰面上残留的酸液；钝化处理：将钝化剂涂在铝型材待装饰面上形成钝化膜，钝化膜的膜重为600～1200mg/m2；二次清洗：将铝型材置于清水中超声清洗5-10min，除去铝型材待装饰面残留的钝化剂；干燥：将铝型材置于60-100℃氛围内烘干铝型材表面水分，时间设定为10-30min。
可选择地，步骤c)模具为设置有镂空纹理的有机材料薄膜，第二粉末通过镂空纹理的孔洞垂直落到铝型材待装饰面的对应位置上，在铝型材待装饰面形成第二涂层。
本申请预处理中清洗铝合金表面的酸液为硫酸、柠檬酸、氟化氢铵和表面活性剂的混合液，其中，硫酸溶度太低，溶解速度慢，效率低，溶度过高则槽液带出量大，浪费药剂，甚至出现过腐蚀，影响表面光泽；氟化氢铵可提供氟离子，作为脱除氧化膜的加速剂，能加速溶解铝表面的氧化膜，溶解铝合金表面的锰、铜、硅等合金及杂质元素，使铝型材表面平整光洁、均匀一致。脱除氧化膜的腐蚀速度随氟化氢铵浓度的增加而增长，氟化氢铵含量不宜过高否则反应剧烈易造成过腐蚀，降低表面光泽；柠檬酸起缓蚀作用，能有效地抑制铝在酸性介质中的腐蚀，避免出现过腐蚀的情况；表面活性剂对油污有润湿、乳化作用，在酸腐蚀产生氢气的机械剥离作用下，使油污脱离铝表面。本申请清洗铝型材基材的酸液优选为硫酸40～60g/L、柠檬酸2～4g/L、氟化氢铵4～8g/L、表面活性剂0.5～1g/L的混合液。
钝化膜是影响产品耐腐蚀性和涂膜附着力的关键因素之一，钝化膜太薄，产品的耐腐蚀性和涂膜附着力差，钝化膜太厚，膜层易粉化，同样涂膜附着力差。钝化膜膜重控制在600～1200mg/m2，即可保证产品的耐腐蚀性优秀，又可满足涂膜附着力要求。本申请中的钝化剂为磷铬酸盐，优选地，本申请的钝化剂包括铬酸酐2～6g/L、磷酸30～50g/L。
向铝型材表面喷涂第一粉末的喷涂距离过近容易产生放电击穿粉末涂层，过远会增加粉末用量和降低生产效率，本申请中喷涂第一涂层时，喷涂机的喷嘴到铝型材表面的距离为200mm～350mm。气流量是粉末输送的关键参数之一，粉管内的气流量过低，会造成粉末传输不稳定，出现“吐粉”现象。第一粉末气压越高则粉末的沉积速度越快，有利于快速获得预定厚度的涂层，但过高就会增加粉末用量和喷枪的磨损速度，平面产品时，涂粉末气压可取高值，复杂型材时，涂粉末气压要取低值，有利于获得均匀的涂膜。本申请中喷涂第一涂层时，气流量4.0～8.0Nm3/H，输送气流量百分比为10％～90％，送粉气压为1～4bar。
本申请中喷涂第一涂层的第一粉末为热固型纯聚酯涂料粉末或封闭型聚氨酯异氰酸酯涂料粉末。一般以粉末状态存在，需要先熔融流平后才能附着在工件上，再通过交联固化形成保护涂膜。烘烤温度过高或时间太长，会导致涂膜的固化交联反应完全，影响与后续喷涂的面粉涂层的结合力，容易导致层间分离现象。烘烤温度过低或时间太短，涂层间的熔融固化程度不够，导致后续处理时涂层表面外观效果差，且因第二涂层与第一涂层重新熔融固化后出现3D立体质感不强等现象。因此本申请在一次固化时采取半固化工艺，保证第一涂层留有部分组成可与第二涂层进行交联固化反应，提高层间粘结力，同时因第一涂层已半固化，第二涂层无法完全熔融进第一涂层，可在第一涂层上呈现3D立体效果的纹理。
第二粉末通过纹理模具的孔洞垂直落到铝型材待喷饰面上粒度太小在垂直下落时容易飘散，造第二涂层成纹理不清晰；第二粉末粒度太大，不易通过模具孔洞，影响生产效率。本申请第二粉末的平均粒径分布一般控制在30～40μm之间。模具与铝型材待装饰面的距离也是影响纹理清晰度的关键因素之一，模具与铝型材待装饰面距离太远，第二粉末在下落时也容易飘散，造成纹理不清晰，因此应尽量缩短距离，但太近模具则容易黏附到第一涂层上，导致板材成为废板，因此，本申请中模具与铝型材待喷饰面间的距离为5～30mm。第二涂层厚度也是影响纹理呈现的3D立体效果关键因素之一，第二涂层太薄，纹理的3D立体感不强，但第二涂层太厚，多个装饰面旋转处理时，第二粉末容易松散，粘附到第一涂层上或从板材上脱落影响表面效果，因此，综合板材上纹理的表面效果和操作难度，本申请中将第二涂层的厚度设定为20～50μm。
固化第二涂层时，如固化温度太高，且时间偏长，会出现涂层老化现象，如涂层颜色变黄等，而固化温度太低或时间太短，则涂层交联成膜不彻底，涂层附着力差、物化性能差，本申请中在第二涂层处理完成后在180-210℃温度中烘烤10-30min，生产得到的铝型材表面的纹理立体美观、颜色均匀鲜艳、过渡自然、纹路细腻逼真。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用耐候性的聚酯或聚氨酯粉末涂料先喷涂成第一涂层，再通过纹理模具喷洒第二涂层，两层粉末涂层的覆盖偏差和颜色反差使产品表面拥有3D纹理装饰效果。由于两层粉末涂膜均采用耐候性的户外粉末涂料，因此产品具有优异的耐候性能，且产品纹理立体层次，图案清晰、自然，纹理逼真，装饰效果好。
本发明的处理工艺生产对两次固化过程的参数严格控制，以使第一次固化将第一涂层加热至半固化状态，第二粉末落到铝型材待喷饰面上形成第二涂层后进行二次固化，第一涂层与第二涂层共同固化成为一体，使的生产出的铝型材表面的纹理与第一涂层结合牢固。
本发明通过严格控制固体粉末上粉工艺参数和固化时间，提高喷涂表面效果，生产出的铝型材表面的纹理为3D立体纹理，美观、颜色均匀、过渡自然、纹理表面细腻逼真。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是实施例中铝合金型材表面纹理加工工艺的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征向量可以相互任意组合。
如图1所示，一种铝合金型材表面纹理加工工艺，包括以下步骤：
S1预处理铝型材基材以去除铝型材待装饰面上的油污。
S2将第一粉末喷涂到铝型材待装饰面上形成第一预设厚度的第一涂层。
S3将铝型材置于第一预定温度中烘烤，将铝型材待装饰面上的第一涂层烘烤至半固化后取出。
S4将具有镂空纹理的模具水平放置在铝型材待装饰面上方，从模具上方向铝型材装饰面洒落第二粉末，第二粉末穿过模具上镂空的孔洞落在铝型材待装饰面上形成第二预设厚度的第二涂层。
S5将铝型材置于第二预定温度中烘烤，将第二涂层和第一涂层烘烤至完全固化后取出。
其中，步骤S1包括：
S11用酸液洗清除铝型材表面油污，在实际操作过程中可以选择硫酸40～60g/L、柠檬酸2～4g/L、氟化氢铵4～8g/L、表面活性剂0.5～1g/L的混合液清洗铝型材表面。在此条件下，能够快速除去铝型材基材表面的油污以及氧化膜层，酸洗后的铝型材表面平整光洁、均匀一致。
S12将铝型材置于清水中超声清洗5-10min以除去铝型材表面残留的酸液，超声清洗的频率为20-30KHz。
S13将钝化剂涂在铝型材表面形成钝化膜，钝化膜的膜重为600～1200mg/m2。其中，本申请中选用的钝化剂为磷铬酸盐，作为一种示例，本申请中选用的钝化剂为铬酸酐2～6g/L和磷酸30～50g/L的混合钝化剂，在此条件下，处理后的铝型材的表面的钝化膜分布均匀，厚度适宜，铝型材具有良好的耐腐蚀性和表面附着力，第一涂层与铝型材表面结合牢固，不易脱落，铝型材的使用寿命更长。
S14将铝型材置于清水中超声清洗5-10min，除去铝型材表面残留的钝化剂，超声清洗的频率为20-30KHz。
S15将铝型材置于60-100℃氛围内烘干铝型材表面水分，时间设定为10-30min。
步骤S2包括：将第一粉末加入到喷涂机中，启动喷涂机将第一粉末喷涂到铝型材待装饰面上形成第一预设厚度的第一涂层。喷涂机在喷涂时的气流量为4.0～8.0Nm3/H，在此条件下喷涂机粉末的输出量稳定在铝型材待装饰面形成的第一涂层厚度均匀，例如在实际应用过程中，可以选择气流量为5.0Nm3/H、5.5Nm3/H、6.0Nm3/H、6.5Nm3/H、7.0Nm3/H、7.5Nm3/H。喷涂机在喷涂时输送气流量百分比为10％～90％，在实际应用过程中，可以选择送气流量百分比为20％、40％、50％、75％、85％。喷涂机在喷涂时送粉气压为1～4bar，在实际应用过程中，可以选择送粉气压为1.5bar、2.5bar、3bar、3.5bar。喷嘴到铝型材表面的距离200mm～350mm，在实际应用过程中，可以选择喷涂机的喷嘴到铝型材表面的距离为220mm、240mm、260mm、300mm或320mm。
其中，第一预设厚度为40-90μm，在此条件下，第一涂层足以覆盖铝型材表面，第一涂层完全覆盖铝型材的待装饰面且与铝型材待装饰面牢固结合。优选地，第一预设厚度为60-80μm，例如可以将第一预设厚度设定为60μm、65μm、70μm、75μm等。
其中，第一粉末、第二粉末均为耐候性的聚酯粉末涂料或聚氨酯粉末涂料。在此条件下，生产得到的铝型材长期在户外使用，受太阳照射后也不会出现严重的褪色老化或从铝型材表面脱落等情况。
优选地，第一粉末、第二粉末中还包括有固化剂，在此条件下，第二粉末洒在第一涂层上使，在后续烘烤过程中，固化剂加强第二涂层与第一涂层熔融交联，加强涂层间牢固结合。
步骤S3将铝型材置于第一预定温度中烘烤，烘烤铝型材表面的第一涂层呈半固化后取出。第一预定温度为100-160℃，铝型材在第一预定温度中烘烤10-30min。在此条件下，第一涂层被烘干至半固化，此条件下的第一涂层部分固化与铝型材牢固结合，后序步骤中，向第一涂层上喷洒第二粉末时第二粉末无法完全熔融进第一涂层中在第一涂层形成第二涂层，生产出的铝型材表面纹理为3D立体结构。例如，在实际应用过程中，第一预定温度可以为110℃、120℃、130℃、145℃或155℃，烘烤15min、20min或25min。
步骤S4包括：将模具水平放置在铝型材待喷饰面上方5～30mm处，将第二粉末均匀平铺在模具上，用毛刷刮扫第二粉末使其通过模具上镂空的孔洞落到铝型材待喷饰面上形成第二预设厚度的第二涂层。模具放置在铝型材待喷饰面上方5～30mm处，在此条件下，涂料在下落时不会飘散，不会黏附到第一涂层上，生产得到的铝型材底色和纹理分明。第二粉末为粒度为30～40μm的第二粉末颗粒，第二粉末通过模具上镂空的花纹孔洞落到铝型材待喷饰面的过程中不易飘散，形成的纹理图案边缘清晰，3D纹理立体美观。具体的，模具到铝型材待喷饰面的距离根据模具上的花纹图案调整，优选地，模具放置在铝型材待喷饰面上方10～20mm处。第二粉末的粒度平均值可以为30～33μm、35～37μm、或39～40μm。
优选地，第二预设厚度为20～50μm，在此条件下，铝型材的纹理3D立体感强、图案清晰。例如，在实际应用过程中，可以选择第二预设厚度为25μm、30μm、35μm、40μm、45μm。
作为一种示例，模具为设置有镂空纹理的有机材料薄膜，第二粉末通过镂空纹理的孔洞垂直落到铝型材待喷饰面的对应位置上，在铝型材待喷饰面形成第二涂层。例如，模具的镂空纹理可以根据加工需求设置为各种形状，例如可以为木纹、花草、卡通等形状。
步骤S5将铝型材置于第二预定温度中烘烤，铝型材的第二涂层与第一涂层完全固化后取出，第二预定温度为180-210℃，铝型材在第二预定温度中烘烤10-30min。优选地，第二预定温度为200-210℃，铝型材在第二预定温度中烘烤15～25min。在此条件下，第二涂层底面与第一涂层交联，第二涂层牢固附着在第一涂层上，图层颜色鲜明美观。例如，第二预定温度可以为200℃、203℃、205℃、207℃或210℃，烘烤15min、18min、20min、22min或25min。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
