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一种超薄铝型材的制作方法

2021-08-10 16:29:00 来源:中国专利 TAG:
本发明属于铝材制备加工
技术领域
,具体涉及一种超薄铝型材。
背景技术
:铝是一种轻金属,其化合物在自然界中分布极广,地壳中铝的含量约为8%,仅次于氧和硅,具第三位。在金属品种中,仅次于钢铁,为第二大类金属。铝具有特殊的化学、物理特性,是当今最常用的工业金属之一,不仅重量轻,质地坚,而且具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性,是国民经济发展的重要基础原材料。铝的比重2.7,密度约为一般金属的1/3。而常用铝导线的导电度约为铜的61%,导热度为银的一半。虽然纯铝极软且富延展性,但仍可靠冷加工及做成合金来使它硬化。铝及铝合金是有色金属中应用最广泛的材料之一,铝合金具有密度小、易加工、热膨胀系数低、热导率高、比刚度和比强度高等诸多优异性能。铝型材是指铝棒通过热熔、挤压,从而得到不同截面形状的铝材料。工业铝型材是以铝为主要的合金元素,再加入其它的合金元素,如铜、镁、硅等,通过加热、挤压、表面处理等一系列的工序,从而得到不同截面形状的材料。根据加入合金元素的不同,得到的工业铝型材的性能和用途也各不相同。中空薄壁铝型材是一种常见的型材,市场上的需求量也非常大,但由于中空薄壁铝型材的壁要求薄,挤压变形量大,出料后在后道校直工序易产生变形,批量生产的成品率很低,中空薄壁铝型材的生产一直是挤压生产的难点,按照传统的挤压工艺无法实现中空薄壁铝型材的批量生产。由于铝的性质非常活泼,容易与空气中的氧结合形成一层致密的自然氧化膜,这层氧化膜的摩尔体积比铝大很多,即使遭到破坏也会立即再生成,所以可以对工业铝型材进行多种表面加工处理,这些处理方式可以改善氧化膜的致密性、增加氧化膜的厚度、提高氧化膜的绝缘性和抗腐蚀能力、耐磨性、耐热性以及各种装饰性能,以应用于在日常生产和生活以及航空、汽车、高铁、发动机活塞、光学仪器、导弹镶嵌结构等各种不同的工业环境。现有技术中通常采用在铝合金表面涂覆涂层的方法来改善其表面性能。水性涂料是一种环保、绿色涂料,近年来水性涂料在涂料领域方面的应用呈上升趋势。但由于水自身的特点、表面张力大,导致了水性涂料的成膜性能、涂层附着力、涂层防腐性能有待提高,且自清洁效果不佳。技术实现要素:为克服以上技术问题,本发明提供了一种超薄铝型材,该铝材具有较好的表面性能,其加工方法简单易行,适于工业化推广应用。为实现以上目的,本发明提供的技术方案如下:一种超薄铝型材,包括铝型材基体和包覆在铝型材基体表面的纳米涂料,其中,所述纳米涂料包括以下组分:纳米sio2颗粒、纳米tio2颗粒、纳米级天然硅铝粘土和纳米级吸附材料。优选地,所述纳米涂料,还包括成膜剂、成膜助剂、改性剂、渗透剂、流平剂。优选地,按照质量百分数计,所述纳米涂料包括以下组分:纳米sio2颗粒5-8%、纳米tio2颗粒3-5%、纳米级天然硅铝粘土5-7%和纳米级吸附材料8-10%、成膜剂20-30%、成膜助剂0.5-2.0%、改性剂0.5-0.8%、渗透剂1-5%、流平剂0.5-1.0%,其余为水。优选地,所述纳米级天然硅铝粘土为高岭土、累托土、伊利石中的任一种或多种。优选地,所述纳米级吸附材料为纳米β型分子筛和纳米zsm-5分子筛的混合物;优选地,所述纳米级吸附材料中纳米β型分子筛和纳米zsm-5分子筛质量比为1-3:1;优选地,所述纳米zsm-5分子筛的硅铝比220-400,尺寸<100nm。优选地,所述纳米β分子筛,硅铝比100,尺寸100-300nm。优选地,所述成膜剂为非离子型水性双酚a型环氧树脂乳液;优选地,所述成膜助剂为十二碳醇酯、丙酮缩甘油和1-硫代甘油的混合物;优选地,所述成膜助剂中十二碳醇酯、丙酮缩甘油和1-硫代甘油的质量比为1:2-6:1-3。优选地,所述改性剂为2402酚醛树脂;优选地,所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠和乙二醇的混合物;优选地,所述渗透剂中脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠和乙二醇的质量比为1:1-2:3-5:1。优选地,所述流平剂为聚丙烯酸、羧甲基纤维素中的任一种或两种。本发明的另一目的在于提供所述超薄铝型材的制备方法,包括以下步骤:(1)将纳米sio2颗粒、纳米tio2颗粒、纳米级天然硅铝粘土和纳米级吸附材料混合,制得混合物a;(2)在成膜剂中加入成膜助剂、改性剂、渗透剂、流平剂和水,制得混合物料b;(3)取铝型材基体进行预处理;将混合物料a和混合物料b混合后喷涂于铝型材基体表面即可。优选地,所述预处理为将铝型材基体通过超声波除油后进行酸洗。优选地,所述除油过程中加入除油剂,所述除油剂为碳酸钠、op乳化剂、葡萄糖酸钠和硅酸钠的混合溶液。优选地,所述除油剂中含碳酸钠20-25g/l、op乳化剂0.5-1g/l、葡萄糖酸钠0.5-1g/l和硅酸钠5-10g/l,其余为水。优选地,所述酸洗用的酸洗液为磷酸、氨基磺酸和柠檬酸的混合水溶液。优选地,按照质量百分数计,所述酸洗液中含0.5-1%的磷酸、1-3%氨基磺酸和1-3%的柠檬酸,其余为水。优选地,步骤(3)中,所述混合在加热搅拌的条件下进行,所述加热的温度为40-60℃。与现有技术比,本发明的技术优势在于:(1)本发明提供的铝型材镀膜具有优异的抗污性、杀菌性、耐腐性、耐磨性,且与铝合金基材结合强度好,起到长效保护作用,能提高铝合金使用寿命,扩大其应用领域。(2)本发明对铝型材喷涂前进行前处理,首先通过超声波除油,利用超声波在液体中产生的空化效应,彻底洗掉铝型材表面沾附的油污,然后通过预处理液对铝型材进行酸洗,利于形成复合膜保护层;处理方法简单、生产成本低、零排放、零污染,而且经过预处理后的铝型材提高了与喷涂镀膜的结合力。(3)本发明中成膜助剂、改性剂与其它组分具有较好的协同作用,在提升改善耐温及耐腐蚀性能的同时可改善脆性,提高粘接能力,改进静弯曲性能,提高耐酸性能。具体实施方式下面通过具体实施例对本发明进行说明,以使本发明技术方案更易于理解、掌握,但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得并不做特殊要求。实施例1一种超薄铝型材,包括铝型材基体和包覆在铝型材基体表面的纳米涂料,其中,所述纳米涂料包括以下组分:表1实施例1的纳米涂料组成所述超薄铝型材的制备方法,包括以下步骤:(1)将纳米sio2颗粒、纳米tio2颗粒、纳米级天然硅铝粘土和纳米级吸附材料混合,制得混合物a;(2)在成膜剂中加入成膜助剂、改性剂、渗透剂、流平剂和水,制得混合物料b;(3)取铝型材基体进行通过超声波除油后进行酸洗预处理;将混合物料a和混合物料b在50℃下,搅拌,混合均匀后喷涂于铝型材基体表面即可;其中,所述除油过程中加入除油剂,所述除油剂为碳酸钠、op-10、葡萄糖酸钠和硅酸钠的混合溶液;除油剂中含碳酸钠23g/l、op-100.7g/l、葡萄糖酸钠0.8g/l和硅酸钠7g/l,其余为水;按照质量百分数计,所述酸洗液中含0.9%的磷酸、2.7%氨基磺酸和1.4%的柠檬酸,其余为水。实施例2一种超薄铝型材,包括铝型材基体和包覆在铝型材基体表面的纳米涂料,其中,所述纳米涂料包括以下组分:表2实施例2的纳米涂料组成所述超薄铝型材的制备方法,包括以下步骤:(1)将纳米sio2颗粒、纳米tio2颗粒、纳米级天然硅铝粘土和纳米级吸附材料混合,制得混合物a;(2)在成膜剂中加入成膜助剂、改性剂、渗透剂、流平剂和水,制得混合物料b;(3)取铝型材基体进行通过超声波除油后进行酸洗预处理;将混合物料a和混合物料b在40℃下,搅拌,混合均匀后喷涂于铝型材基体表面即可;其中,所述除油过程中加入除油剂,所述除油剂为碳酸钠、op-10、葡萄糖酸钠和硅酸钠的混合溶液;除油剂中含碳酸钠20g/l、op-100.5g/l、葡萄糖酸钠0.5g/l和硅酸钠10g/l,其余为水;按照质量百分数计,所述酸洗液中含0.5%的磷酸、3%氨基磺酸和1%的柠檬酸,其余为水。实施例3一种超薄铝型材,包括铝型材基体和包覆在铝型材基体表面的纳米涂料,其中,所述纳米涂料包括以下组分:表3实施例3的纳米涂料组成所述超薄铝型材的制备方法,包括以下步骤:(1)将纳米sio2颗粒、纳米tio2颗粒、纳米级天然硅铝粘土和纳米级吸附材料混合,制得混合物a;(2)在成膜剂中加入成膜助剂、改性剂、渗透剂、流平剂和水,制得混合物料b;(3)取铝型材基体进行通过超声波除油后进行酸洗预处理;将混合物料a和混合物料b在60℃下,搅拌,混合均匀后喷涂于铝型材基体表面即可;其中,所述除油过程中加入除油剂,所述除油剂为碳酸钠、op-10、葡萄糖酸钠和硅酸钠的混合溶液;除油剂中含碳酸钠25g/l、op-101g/l、葡萄糖酸钠1g/l和硅酸钠5g/l,其余为水;按照质量百分数计,所述酸洗液中含1%的磷酸、1%氨基磺酸和3%的柠檬酸,其余为水。对比例1与实施例1相比,区别仅在于渗透剂的组成不同。一种超薄铝型材,包括铝型材基体和包覆在铝型材基体表面的纳米涂料,其中,所述纳米涂料包括以下组分:表4对比例1的纳米涂料组成所述超薄铝型材的制备方法,步骤同实施例1。对比例2与实施例1的相比,区别仅在于成膜助剂的组成不同。一种超薄铝型材,包括铝型材基体和包覆在铝型材基体表面的纳米涂料,其中,所述纳米涂料包括以下组分:表5对比例2的纳米涂料组成所述超薄铝型材的制备方法,步骤同实施例1。对比例3与实施例1的相比,区别仅在于成膜助剂的组成不同。一种超薄铝型材,包括铝型材基体和包覆在铝型材基体表面的纳米涂料,其中,所述纳米涂料包括以下组分:表6对比例3的纳米涂料组成所述超薄铝型材的制备方法,步骤同实施例1。对比例4与实施例1相比,区别仅在于成膜助剂的组成不同。一种超薄铝型材,包括铝型材基体和包覆在铝型材基体表面的纳米涂料,其中,所述纳米涂料包括以下组分:表7对比例4的纳米涂料组成所述超薄铝型材的制备方法,步骤同实施例1。对比例5与实施例1相比,区别仅在于酸洗液组成不同。一种超薄铝型材,包括铝型材基体和包覆在铝型材基体表面的纳米涂料,其中,所述纳米涂料组成同实施例1。所述超薄铝型材的制备方法,包括以下步骤:(1)-(2)同实施例1;(3)取铝型材基体进行通过超声波除油后进行酸洗预处理;将混合物料a和混合物料b在50℃下,搅拌,混合均匀后喷涂于铝型材基体表面即可;其中,所述除油过程中加入除油剂,所述除油剂为碳酸钠、op-10、葡萄糖酸钠和硅酸钠的混合溶液;除油剂中含碳酸钠23g/l、op-100.7g/l、葡萄糖酸钠0.8g/l和硅酸钠7g/l,其余为水;按照质量百分数计,所述酸洗液中含0.9%的磷酸、2.7%氨基磺酸和1.4%的碳酸,其余为水。效果试验按照实施例1-3及对比例1-5中的方法制备铝型材,其中,覆在铝型材基体表面的纳米涂料厚度为50μm。1.耐腐蚀性能参考《gb/t10125-2012人造气氛腐蚀实验》评价实施例1-3及对比例1-4中制备的铝型材的耐腐蚀性能,试验条件:中性盐雾试验,氯化钠溶液浓度50g/l,调节ph值为6.5±0.5,温度35±2℃,观察96h后,计算平均腐蚀速率。参照公式:平均腐蚀速率(mm/a)=(k×w)/(a×t×d)式中:k=3.65×103;w=式样腐蚀失重,g;a=试样面积,cm2;t=试验时间,天;d=材料密度,g/cm3,结果见表1。平均腐蚀速率越低,说明耐腐蚀性越好。2.耐磨性参考标准《gb/t12967.1-2020铝及铝合金阳极氧化膜及有机聚合物膜检测方法第1部分:耐磨性的测定》评价实施例1-3及对比例1-4中制备的铝型材的耐磨性能,采用喷磨法进行,利用喷磨试验仪,磨料为粒度为f100的绿碳化硅,测试角度45°、测试压力15kpa、测试高度10mm,进行喷磨实验,测试喷磨时间,结果见表1。时间越长,说明耐磨性越好。表1耐腐蚀性和耐磨性结果试验组平均腐蚀速率(mm/a)喷磨时间(s)实施例10.0675.1实施例20.0774.4实施例30.0775.2对比例10.1154.9对比例20.2558.3对比例30.3246.8对比例40.0960.5由此可见,本发明提供的铝型材具有较好的耐腐蚀和耐磨性,且纳米涂料的组成对其效果具有较大的影响。3.附着力参照《gb1720-1979(1989)漆膜附着力测定法》的方法,评价实施例1-3及对比例1-5中铝型基材与表面纳米涂料的附着力,结果见表2。表2附着力由此可见,本发明中铝型基材与表面涂料的附着力较好,且纳米涂料的组成及铝型材基体的预处理剂组成对其效果具有较大的影响。上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明,该实施例并非用以限制本发明的专利范围,凡未脱离本发明所为的等效实施或变更,均应包含于本发明技术方案的范围内。当前第1页12
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