1 前言
在市場早期，常溫封孔得到了普遍使用，但隨著新興市場的崛起，以及環(huán)保要求的日益提高，使中溫封孔在市場上得到大規(guī)模的使用，大有取代常溫封孔的趨勢。相對于常溫封孔而言，中溫封孔具有無氟、封孔速度快、失重更好、封孔后鋁材保持本色等優(yōu)點，尤其是太陽能邊框的廣泛應用，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標準的鋁型材，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1.3-1.5KG/噸。經(jīng)賽邦公司不同客戶總結使用數(shù)據(jù)，使用總成本低于常溫封孔。但市場中的中溫封孔根據(jù)各供應商的不同，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，封孔時間也有長有短，且市場不時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，針對以上問題，賽邦公司聯(lián)合相關科研機構，開發(fā)出新型單組份中溫封孔劑，并在福建南平、清遠豪美、佛山銀一百、肇慶藝華、上海浙東、廣西南南、紹興樂祥、臺山臺澳、浙江富麗華等大型企業(yè)成功使用多年，顯著解決以上問題，獲得市場的廣泛認可。
鋁合金陽極氧化膜高溫封孔和低溫封孔都存在一些缺點。例：高溫封孔的封孔溫度能耗大，封孔時間長、封孔品質(zhì)差等缺點。低封孔具有封孔速度快、品質(zhì)好、不加溫等優(yōu)點而被廣泛采用，但在實際生產(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。國內(nèi)外研究者紛紛將注意力轉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℃便能達到品質(zhì)要求。中溫封孔克服了高溫、低溫封孔的許多缺點，是目前鋁型材生產(chǎn)的關鍵工藝改良方向，雖說取得了一定的成功，但仍然存在能耗和槽液易揮發(fā)的缺點。
2 獨特的組成
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、促進劑、絡合劑、表面活性劑等。其作用分述如下：
抑灰劑：由大分子量的有機化合物組成。傳統(tǒng)使用的大分子有機化合物如羧酸鹽、磷酸鹽等，雖然可以抑制封孔灰的產(chǎn)生，但同時會抑制鎳鹽的沉積，使封孔質(zhì)量下降，更主要的問題是抑灰劑的使用量一般要求很低，使得其含量難以控制，濃度波動過快，效果無法持久，本封孔劑選用的抑灰劑無此副作用，可以吸附在陽極氧化膜的表面而不進入微孔內(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。封孔槽在使用的過程中其PH值有下降的趨勢，其原因一是因為前道工序帶入的酸性物質(zhì)，其二，與常溫封孔相反的是，含鎳中溫封孔的反應本身會使槽液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。
促進劑：此成份極為獨特，可以顯著提高封孔速度、封著色料不變色及不退色，并徹底解決粘膠問題。在產(chǎn)品開發(fā)的過程中，我公司實驗所采用的膠帶為一種常用封口膠帶，比市場普遍采用的太陽能邊框用膠帶粘性要強得多。在產(chǎn)品應用中，發(fā)現(xiàn)不同的封孔條件下，即使工藝參數(shù)變動到下限的情況，粘膠的問題也沒有發(fā)生。
絡合劑：絡合水中雜質(zhì)以及氧化槽帶入的有害離子，延長槽液使用壽命，即使生產(chǎn)較多的著色料，正常帶入各種復雜成份的著色槽液，也不影響封孔效果。因此，該中溫封孔劑使用自來水配槽也完全無問題。
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鎳的吸收，同時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
實驗條件：采用6063-T5噴砂太陽能邊框鋁型材。實驗所用鋁材型號、機械加工工藝及合金成份相同，氧化條件為一般標準工藝。墨水測試采用一種市售純藍墨水，失重采用硝酸預浸的磷鉻酸腐蝕失重試驗。其中墨水及粘膠測試為晾干后立即進行。
主要工序步驟：除油→堿蝕→出光→陽極氧化→中溫封孔
實驗數(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
實驗表明，鎳含量對封孔后表面狀態(tài)的影響不大，其他性能如貼膜、墨水測試等均合格。主要考察了鎳含量變化對失重的影響，結果如圖1。氧化膜厚度17-21微米，封孔時間15分鐘，溫度62℃，PH值5.58，陳化時間72小時。
可見，鎳含量保持在1.0以上是合適的，過高作用并不明顯，反而會因為帶出而造成浪費。
3.2 PH值的影響
3.2.1 PH值與溫度有一定的對應關系
與常溫封孔相同，PH值相對較高會加快鎳的封孔反應并使其反應產(chǎn)物沉積于膜孔之中。所遵循的規(guī)律是PH值相對越低時，溫度就需相應提高。其對應關系參考如圖2所示，不同情況下，各項性能檢測合格，包含失重、是否粘膠、表面是否起灰、墨水測試實驗等。試驗中鎳含量1.05g/L，膜厚18-21微米，封孔時間15分鐘。
本實驗證明：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，同時證明，在高PH值或者高溫的情況下，也可以獲得完全無灰的表面，即賽邦公司中溫封孔劑可適應的工藝條件較為寬松，在中溫封孔劑市場，是具有明顯優(yōu)勢的特性之一。
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。如對熱裂性有要求，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。本實驗條件為鎳含量1.10g/L，氧化膜厚度19-21微米，封孔時間15分鐘，封孔溫度62℃，陳化時間72小時，通過稀氨水或冰乙酸調(diào)整PH值，失重結果與PH值的對應關系如圖3所示，其他性能如貼膜、表面狀態(tài)、墨水測試等均合格。
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，當加溫能力不足時，可選擇相對較高的PH值。本實驗鎳含量1.06g/L，氧化膜厚18-23微米，封孔時間15分鐘，PH值5.58，陳化時間24小時。試驗中，僅67℃時略有起灰，其他性能均正常。如圖4所示。
可見，當溫度提高至約60℃時，失重顯著降低，因此，建議的溫度下限為60℃。
3.4 堿蝕時間的影響
實驗及現(xiàn)場經(jīng)驗均發(fā)現(xiàn)，堿蝕時間對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，當鋁型材經(jīng)過噴砂后，經(jīng)過較長的堿蝕時間，即使使用不含抑灰劑的中溫封孔劑封孔后也基本不起灰。實驗中，鎳含量1.1g/L，溫度58℃，氧化膜厚度20-25微米，封孔時間18分鐘，PH值5.8-5.9，實驗結論如表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，對冬天的環(huán)境來說，起著很重要的作用，可提高生產(chǎn)效率。本實驗為了說明不同的溫度下對封孔效果的影響，以失重結果說明。鎳含量1.10g/L，氧化膜厚度18-23微米，PH值5.60，封孔溫度62℃，封孔時間相對常規(guī)時間而言縮短到10分鐘，熱水浸泡時間選擇了5分鐘，既可保證對生產(chǎn)效率影響不大，又可起到一定效果。封孔后陳化時間分別為1小時、24小時、48小時、120小時，觀察失重結果。其他性能如貼膜、表面狀態(tài)、墨水測試等均合格。數(shù)據(jù)如圖5、6、7、8所示：
可見，熱水洗溫度較低，如常用的50-60℃時，對失重的作用有限，主要起到快速干燥的作用，當溫度達70℃及以上時，對失重的貢獻明顯。
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。實驗條件：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，結果如圖9所示，其中A表示未貼膜，B表示貼膜。
結果發(fā)現(xiàn)，貼膜與不貼膜對封孔后的陳化效果可認為基本無影響，可見中溫封孔后其陳化反應在膜孔的內(nèi)部進行。
3.7 封孔時間的影響
鋁型材封孔時間與膜厚有密切關系。本實驗主要考察是否與常溫封孔一樣，延長封孔時間封孔效果越好，實驗條件：鎳含量1.12g/L，氧化膜厚度17-22微米，PH值5.55，封孔溫度62℃，陳化時間72小時。結果如圖10所示。
結果表明，對失重而言，封孔時間過短會影響失重結果，過長對失重的貢獻不大。因此，選用0.7-0.8分鐘/微米封孔是恰當?shù)摹?/p>
4 結論
由深圳市賽邦新材料有限公司與相關科研機構合作開發(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，對不同工藝條件所得到的結果進行了深入研究，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、時間、熱水洗的關系，以滿足鋁型材特別是太陽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 絕無僅有的配方技術使深圳市賽邦新材料有限公司的中溫封孔劑具有各項優(yōu)異的封孔效果，且具有寬廣的工藝參數(shù)適應性，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能邊框封孔要求的產(chǎn)品。
4.2 獨特的促進劑保證了封著色料不褪色不變色，以及行業(yè)領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，可以適當縮短封孔時間。
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。封孔時間延長作用有限。
4.5 是否貼膜并不影響失重的結果。
4.6 熱水洗溫度只有較高時才會對封孔有促進作用，常規(guī)50-60℃的情況下僅能使鋁件表面快速干燥。
