彩色涂层钢板生产工艺技术及发展趋势
2003-09-09 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
彩涂板生产技术1927年首创于美国。自20世纪60年代以来，彩涂板的生产得以迅速发展，目前全世界彩板生产线已有400多条，生产能力约1400万t，其中美国和日本彩板生产线最多，产能最大，品种规格最齐全。在国外，彩板已广泛应用于建筑、家电、汽车制造等各行业。随着彩涂板消费的增长和应用领域的不断扩展，以及用户对其品种质量、性能要求的不断提高，彩板生产的各类新技术不断得以开发和应用，彩板的品种也逐步向着多样化和高级化的方向发展。
在中国，90年代末期开始兴起彩板的消费和生产，其增长势头异常迅猛，目前已投产的彩涂机组有30多条，年生产能力约250万t左右。但因为大多数生产线受装备水平较低、技术力量较薄弱、原料供应不稳定等因素的影响，所以机组作业率较低，2001年仅生产了85万t(作业率约50%)。目前国内彩板市场仍处于自产一半、进口一半、供不应求的状态。消费市场主要在建筑装饰业，在家电行业的应用尚处于始小批量试用阶段，在交通运输业的应用基本未启动。因此，彩涂板在国内具有广阔的市场前景。
1 彩涂板生产工艺
1.1 工艺流程
彩涂板主要有涂层板、贴塑板、压（印）花板三类，涂层钢板主要应用于建筑行业，而贴塑板和压（印）花板主要应用于家电行业，其工艺流程示意如下：
涂层板：开卷→双切剪→缝合机→脱脂清洗→化成处理→烘干→活套→初涂（底漆）→v固化烘干→精涂（面漆）→固化烘干→活套→卷取
贴塑板：开卷→双切剪→缝合机→脱脂清洗→化成处理→烘干→活套→涂胶（粘结剂）→固化活化→贴塑（PVC、PVF）→冷却（水、风）→活套→纵横剪→成垛
印花板：开卷→双切剪→缝合机→脱脂清洗→化成处理→烘干→活套→初涂（底漆）→固化烘干→精涂（面漆）→固化烘干→压（印）花→（涂光亮漆）→固化烘干→贴保护膜→活套→卷取
1．2 关键工艺及设备
（1）基板
彩涂用基板有冷轧板、普通锌花光整热镀锌板、小锌花光整热镀锌板、无锌花热镀锌板及电镀锌板。其中冷轧板用于彩涂基板的数量正日渐减少，电镀锌板正逐渐被热镀锌板替代，采用Galfan、Galvalume、Galvanneal及电镀Zn－Ni钢卷作基板的数量在增加，出现了以不锈钢作基板的彩涂板。此外，建筑用彩涂基板向薄规格（＜5mm）和高强度（＞500MPa）发展。家电用彩涂基板对表面质量的要求愈来愈高。
（2）预处理
锌系磷化+铬酸盐封闭的反应型化成处理是目前彩涂板最常用的预处理工艺。带钢浸入处理液中，首先对基板进行磷化处理，在基板表面一层磷酸盐化成膜，然后再用铬酸盐溶液进行钝化处理。该处理方式中磷化处理时，镀锌层中的Zn、Al易溶于处理液而形成淤泥，需定期进行去淤泥操作。
辊涂型化成处理是一次性处理方式，以铬酸盐为主的处理液（含有硅溶胶及丙烯基树脂等添加剂）被辊涂到基板上，与基板充分反应，生成所需要的化成膜，不必经冲洗而直接烘干，送去涂敷。其处理特点是：处理后无需水洗，没有含大量六价铬的废水，不用反应容器，生产线构成、工艺控制及处理液管理简单，设备维修容易。新建的彩涂机组普遍采用该化成处理方式。因世界范围内环保的呼声愈来愈高，无铬处理是大势所趋。目前尚无彩涂板无铬预处理取得突破性进展的相关报道。
（3）涂料
环氧底漆是最经典的底漆类型，1990年以前被用于几乎所有类型的彩板。其具有最好的膜下防腐性能，与预处理层和大部分面漆咬合力强。但其P.M.T高，固化能耗高，无法配合面漆达到0T、1T。聚脂底漆是欧洲和北美涂料公司近年开发的新型底漆。其耐蚀性与环氧底漆不相上下，P．M．T低（＜200℃），且其高柔韧性特别适合于生产对T弯要求高的家电用彩板。水基丙烯酸底漆是另一种新型底漆，属于环保型产品。其P．M．T更低（160℃），其它性能同聚脂底漆。但其易导致涂料化学稳定性的下降，所以仍无法被普遍接受。
不饱和聚脂在耐蚀性、装饰性及成本等各方面的综合优势使其在彩板面漆中占据主导地位，消耗量占全部面漆的50％以上。此外，欧洲多以PVC塑料溶胶作户外建筑用面漆，占面漆总消耗量的31％；而美国用改性聚脂，占39％。
贴膜板所用有机覆膜有乙烯基覆膜（PVC）、氟基树脂覆膜（PVF）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚酯基覆膜（PET）、丙烯基树脂覆膜（PMMA）等，其中PVC、PVF膜应用最广泛。
（4）涂敷
辊涂法在彩涂板生产中应用最广泛，约占70％－80％。其工艺段处理是由辊涂机的沾料辊沾液态涂料，经涂敷辊将涂料涂到经预处理后的带钢上下表面，然后进入固化炉加热烘烤，将涂料中的溶剂完全挥发出去，并将含溶剂的废气排出送至焚烧炉处理，涂层经烘烤固化后再经水淬冷却、热风干燥。辊涂工艺通常受辊涂机一次涂膜厚度及烘烤固化炉能力的限制，若产品要求涂膜厚度大，则要求多次涂覆及烘烤固化。因此，为满足不同涂层厚度的要求，辊徐工艺有一涂一烘、二涂二烘，甚至三涂三烘。目前广泛采用的辊涂工艺是二涂二烘式。
近年来，采用三涂三烘生产的印花板的用量有逐渐增长的趋势，其工艺流程：开卷→双切剪→缝合机→脱脂清洗→化成处理→烘干→活套→初涂→固化烘干→精涂→固化烘干→印花→辊涂光亮漆→固化烘干→（贴保护膜）→活套→卷取。
贴膜板、压花板较涂层板具有花色品种多、外观美丽、膜层较厚、粘结强度大等优点，主要应用于家电、家具、室内装饰及车船内部装饰等。彩色贴膜板是预处理后的带钢下表面涂上背漆，上表面涂热固粘结剂，经活化处理将有机膜粘结在基板上表面，经冷却、压平而获得。区别于传统的PVC塑料溶胶压花板，现代意义上的压花板指的是涂层和基材均被压成凹凸花纹的产品。在北美，一半以上的家电用彩板采用的是压花板。近年来英国贝克斯公司开发出了PET复合贴膜彩板（FerrDlite），它是一种采用聚乙烯对苯二（甲）酸盐膜（PET）与油漆复合的涂装技术。日本的TOYO制罐公司在1997年就计划大量使用该产品，NKK公司福山厂正在转产这种薄板，德国的拉色斯坦公司也已获得生产PET膜薄板的许可证。
粉涂法是一种新工艺：预处理后的基板表面涂上粉末粘结剂，经感应加热干燥，再通过内水冷辊将基板冷却后进入粉涂装置，粉涂装置处在一个强大的静电场下，粉末旋转刷产生涂料粉末云，粉末云的固体涂料颗粒带有很高的电荷，其飞向高速运行的基板，产生足够大的边界穿透力，粉末颗粒便均匀地沉积在带钢表面上。目前全世界有5条粉末彩涂线，其涂装带钢宽度达1300mm，机组工艺速度已达100m／min。
（5）烘干固化
基本的涂层烘干固化加热方式有三种：对流热风式加热、红外线加热、感应加热。对流热风式烘烤加热炉大部分采用天然气作燃料，也有用焦炉煤气的，有的将燃烧后的废气直接鼓入炉内，即直接加热，有的是通过燃料燃烧把空气预热后，再将热空气鼓入炉内，即间接加热。
电子束辐射固化技术（简称EBC）是一种全新的固化工艺。EBC是以大电流低能电子加速器产生的电子束辐射诱导特殊的卷材涂料在常温条件下瞬间完成固化。其涂料配方不同于一般的卷材涂料，是由预聚物、活性单体及其它助剂组成，当电子束轰击单体时会产生自由基进行聚合。其优点是常温瞬间成膜和涂料组分的100％成膜。目前仅有新日铁能以EBC工艺生产0T、2H的家电彩板，产品牌号为EBC ELLIO SHEET。
（6）后处理
一般说来，后处理工艺是指在带钢经过涂敷、烘烤后的各种处理，包括：印（压）花、复膜、平整和矫直、涂蜡等。
印（压）花一般要求涂膜的厚度不小于100μm，在生产线上进行，与贴膜工艺共用一套设备，只更换上一根印（压）花辊。复膜是指在成品表面复上一层保护膜，以防止在运输、储存过程中产品表面被污染或划伤。平整和矫直的目的是改善板形及涂层板的表面光洁度。涂蜡的目的和复膜一样是为了减少磨损和划伤，以使产品以良好的表面状态到达用户手中。
2 彩涂板生产技术发展趋势
①采用高质量的基板。无论采用何种涂装工艺，对基板的表面质量、板形及尺寸精度的要求都愈来愈高。采用Galfan、Galvalume、Galvanneal及电镀Zn-Ni钢卷作基板的趋势在增加。
②改进的预处理工艺。随着环保要求的提高，趋向于无铬表面处理。
③PET膜与油漆复合涂层技术正在兴起。
④采用新型双涂头和单滑轨涂装机。
⑤涂装机设置博士刀，使涂层厚度更均匀，表面更光滑。
在中国，90年代末期开始兴起彩板的消费和生产，其增长势头异常迅猛，目前已投产的彩涂机组有30多条，年生产能力约250万t左右。但因为大多数生产线受装备水平较低、技术力量较薄弱、原料供应不稳定等因素的影响，所以机组作业率较低，2001年仅生产了85万t(作业率约50%)。目前国内彩板市场仍处于自产一半、进口一半、供不应求的状态。消费市场主要在建筑装饰业，在家电行业的应用尚处于始小批量试用阶段，在交通运输业的应用基本未启动。因此，彩涂板在国内具有广阔的市场前景。
1 彩涂板生产工艺
1.1 工艺流程
彩涂板主要有涂层板、贴塑板、压（印）花板三类，涂层钢板主要应用于建筑行业，而贴塑板和压（印）花板主要应用于家电行业，其工艺流程示意如下：
涂层板：开卷→双切剪→缝合机→脱脂清洗→化成处理→烘干→活套→初涂（底漆）→v固化烘干→精涂（面漆）→固化烘干→活套→卷取
贴塑板：开卷→双切剪→缝合机→脱脂清洗→化成处理→烘干→活套→涂胶（粘结剂）→固化活化→贴塑（PVC、PVF）→冷却（水、风）→活套→纵横剪→成垛
印花板：开卷→双切剪→缝合机→脱脂清洗→化成处理→烘干→活套→初涂（底漆）→固化烘干→精涂（面漆）→固化烘干→压（印）花→（涂光亮漆）→固化烘干→贴保护膜→活套→卷取
1．2 关键工艺及设备
（1）基板
彩涂用基板有冷轧板、普通锌花光整热镀锌板、小锌花光整热镀锌板、无锌花热镀锌板及电镀锌板。其中冷轧板用于彩涂基板的数量正日渐减少，电镀锌板正逐渐被热镀锌板替代，采用Galfan、Galvalume、Galvanneal及电镀Zn－Ni钢卷作基板的数量在增加，出现了以不锈钢作基板的彩涂板。此外，建筑用彩涂基板向薄规格（＜5mm）和高强度（＞500MPa）发展。家电用彩涂基板对表面质量的要求愈来愈高。
（2）预处理
锌系磷化+铬酸盐封闭的反应型化成处理是目前彩涂板最常用的预处理工艺。带钢浸入处理液中，首先对基板进行磷化处理，在基板表面一层磷酸盐化成膜，然后再用铬酸盐溶液进行钝化处理。该处理方式中磷化处理时，镀锌层中的Zn、Al易溶于处理液而形成淤泥，需定期进行去淤泥操作。
辊涂型化成处理是一次性处理方式，以铬酸盐为主的处理液（含有硅溶胶及丙烯基树脂等添加剂）被辊涂到基板上，与基板充分反应，生成所需要的化成膜，不必经冲洗而直接烘干，送去涂敷。其处理特点是：处理后无需水洗，没有含大量六价铬的废水，不用反应容器，生产线构成、工艺控制及处理液管理简单，设备维修容易。新建的彩涂机组普遍采用该化成处理方式。因世界范围内环保的呼声愈来愈高，无铬处理是大势所趋。目前尚无彩涂板无铬预处理取得突破性进展的相关报道。
（3）涂料
环氧底漆是最经典的底漆类型，1990年以前被用于几乎所有类型的彩板。其具有最好的膜下防腐性能，与预处理层和大部分面漆咬合力强。但其P.M.T高，固化能耗高，无法配合面漆达到0T、1T。聚脂底漆是欧洲和北美涂料公司近年开发的新型底漆。其耐蚀性与环氧底漆不相上下，P．M．T低（＜200℃），且其高柔韧性特别适合于生产对T弯要求高的家电用彩板。水基丙烯酸底漆是另一种新型底漆，属于环保型产品。其P．M．T更低（160℃），其它性能同聚脂底漆。但其易导致涂料化学稳定性的下降，所以仍无法被普遍接受。
不饱和聚脂在耐蚀性、装饰性及成本等各方面的综合优势使其在彩板面漆中占据主导地位，消耗量占全部面漆的50％以上。此外，欧洲多以PVC塑料溶胶作户外建筑用面漆，占面漆总消耗量的31％；而美国用改性聚脂，占39％。
贴膜板所用有机覆膜有乙烯基覆膜（PVC）、氟基树脂覆膜（PVF）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚酯基覆膜（PET）、丙烯基树脂覆膜（PMMA）等，其中PVC、PVF膜应用最广泛。
（4）涂敷
辊涂法在彩涂板生产中应用最广泛，约占70％－80％。其工艺段处理是由辊涂机的沾料辊沾液态涂料，经涂敷辊将涂料涂到经预处理后的带钢上下表面，然后进入固化炉加热烘烤，将涂料中的溶剂完全挥发出去，并将含溶剂的废气排出送至焚烧炉处理，涂层经烘烤固化后再经水淬冷却、热风干燥。辊涂工艺通常受辊涂机一次涂膜厚度及烘烤固化炉能力的限制，若产品要求涂膜厚度大，则要求多次涂覆及烘烤固化。因此，为满足不同涂层厚度的要求，辊徐工艺有一涂一烘、二涂二烘，甚至三涂三烘。目前广泛采用的辊涂工艺是二涂二烘式。
近年来，采用三涂三烘生产的印花板的用量有逐渐增长的趋势，其工艺流程：开卷→双切剪→缝合机→脱脂清洗→化成处理→烘干→活套→初涂→固化烘干→精涂→固化烘干→印花→辊涂光亮漆→固化烘干→（贴保护膜）→活套→卷取。
贴膜板、压花板较涂层板具有花色品种多、外观美丽、膜层较厚、粘结强度大等优点，主要应用于家电、家具、室内装饰及车船内部装饰等。彩色贴膜板是预处理后的带钢下表面涂上背漆，上表面涂热固粘结剂，经活化处理将有机膜粘结在基板上表面，经冷却、压平而获得。区别于传统的PVC塑料溶胶压花板，现代意义上的压花板指的是涂层和基材均被压成凹凸花纹的产品。在北美，一半以上的家电用彩板采用的是压花板。近年来英国贝克斯公司开发出了PET复合贴膜彩板（FerrDlite），它是一种采用聚乙烯对苯二（甲）酸盐膜（PET）与油漆复合的涂装技术。日本的TOYO制罐公司在1997年就计划大量使用该产品，NKK公司福山厂正在转产这种薄板，德国的拉色斯坦公司也已获得生产PET膜薄板的许可证。
粉涂法是一种新工艺：预处理后的基板表面涂上粉末粘结剂，经感应加热干燥，再通过内水冷辊将基板冷却后进入粉涂装置，粉涂装置处在一个强大的静电场下，粉末旋转刷产生涂料粉末云，粉末云的固体涂料颗粒带有很高的电荷，其飞向高速运行的基板，产生足够大的边界穿透力，粉末颗粒便均匀地沉积在带钢表面上。目前全世界有5条粉末彩涂线，其涂装带钢宽度达1300mm，机组工艺速度已达100m／min。
（5）烘干固化
基本的涂层烘干固化加热方式有三种：对流热风式加热、红外线加热、感应加热。对流热风式烘烤加热炉大部分采用天然气作燃料，也有用焦炉煤气的，有的将燃烧后的废气直接鼓入炉内，即直接加热，有的是通过燃料燃烧把空气预热后，再将热空气鼓入炉内，即间接加热。
电子束辐射固化技术（简称EBC）是一种全新的固化工艺。EBC是以大电流低能电子加速器产生的电子束辐射诱导特殊的卷材涂料在常温条件下瞬间完成固化。其涂料配方不同于一般的卷材涂料，是由预聚物、活性单体及其它助剂组成，当电子束轰击单体时会产生自由基进行聚合。其优点是常温瞬间成膜和涂料组分的100％成膜。目前仅有新日铁能以EBC工艺生产0T、2H的家电彩板，产品牌号为EBC ELLIO SHEET。
（6）后处理
一般说来，后处理工艺是指在带钢经过涂敷、烘烤后的各种处理，包括：印（压）花、复膜、平整和矫直、涂蜡等。
印（压）花一般要求涂膜的厚度不小于100μm，在生产线上进行，与贴膜工艺共用一套设备，只更换上一根印（压）花辊。复膜是指在成品表面复上一层保护膜，以防止在运输、储存过程中产品表面被污染或划伤。平整和矫直的目的是改善板形及涂层板的表面光洁度。涂蜡的目的和复膜一样是为了减少磨损和划伤，以使产品以良好的表面状态到达用户手中。
2 彩涂板生产技术发展趋势
①采用高质量的基板。无论采用何种涂装工艺，对基板的表面质量、板形及尺寸精度的要求都愈来愈高。采用Galfan、Galvalume、Galvanneal及电镀Zn-Ni钢卷作基板的趋势在增加。
②改进的预处理工艺。随着环保要求的提高，趋向于无铬表面处理。
③PET膜与油漆复合涂层技术正在兴起。
④采用新型双涂头和单滑轨涂装机。
⑤涂装机设置博士刀，使涂层厚度更均匀，表面更光滑。
