可成形金属薄板上阳离子涂层配方、生产方法和设备的最新动态

1795年，拿破仑·波拿巴(Napoleon Bonaparte)领导下的法国政府为法国陆军和海军提供了一种保存食物的解决方案，奖金为1.2万法郎。1809年，尼古拉斯·阿佩尔(Nicolas Appert)通过灭菌保存罐头食品而获奖。1810年8月25日，英国国王乔治三世授予英国商人彼得·杜兰德发明的用锡罐保存食物的专利(图1)。1818年，皮尔·杜兰德将第一个镀锡钢罐引入美国，1819年，英国的老托马斯·肯塞特(Thomas Kensett)和埃兹拉·达格特(Ezra Daggett)在纽约市引入了水果、肉类、牡蛎和蔬菜罐头。

图1”一个早期的锡罐。

在19世纪20年代，海军少将威廉·爱德华·佩里爵士的两次西北航道北极探险都使用罐头食品作为补给。1825年，肯塞特在美国获得镀锡钢罐的专利。1847年，机器冲压锡罐和摆压机一起获得了专利，这种模具可以在一次操作中制造金属罐头，使罐头产量增加10倍，从手工每小时5 -6个增加到机器每小时50-60个。盖尔·波登在1856年获得了真空冷凝牛奶工艺的专利(波登炼乳，图2)，其独特的包装一直延续到今天(Nestlé康乃香炼乳)。

图2”早期的波登炼乳海报。

冷轧钢板，镀锡耐腐蚀，是最早生产的钢罐保护涂层方法，由于锡的可用性和焊接能力的钢端盖冲压件。这被用于钢和铝罐保护内衬的双酚A环氧化物所取代，随后被各种工业涂层替代品所取代——更常见的是新volac或脂肪族环氧化物，主要但不完全用于食品和/或饮料金属基容器的使用(图3)。

图3»双酚A的化学结构。

两组分环氧工业涂料进一步开发用于金属基材罐或容器使用，主要是制造，冲压，弯曲和/或成型薄钢。由于环氧树脂比传统乳胶和/或醇酸基涂料具有更强的耐热性，这些坚韧的、保护性的非多孔工业涂料在食品、工业和汽车应用中提供了优异的硬度，但仍然易受紫外线恶化，导致“白垩化”。

用于储存酸性食品、高极性溶剂和/或碳氢化合物的金属罐和容器也可以使用脂肪酸反应的环氧树脂来生产环氧酯工业保护涂层。

聚酯环氧树脂通常用于钢板器具的粉末涂层，其他白色家电和许多大容量和/或高价值的消费产品的钢板。

酚醛交联环氧树脂通常用于55加仑钢桶的涂层，或用于高性能工业透明和/或不透明装饰涂层的胺。这包括在加热头无气喷枪预混的无溶剂配方，在涂层固化时间非常高的情况下，和/或在真正恶劣的环境中指定高工业涂层厚度以保护铝或钢基板，如飞机机身、海上集装箱和海船、大直径钢或混凝土管道、桥梁结构、混凝土公路、高速感应列车支撑或机场跑道和滑行道的钢筋/接头/电缆，深海钻井平台等。

材料、方法和仪器

工业涂料配方、应用方法和专用于大量生产金属基材涂料的设备通常满足以下挑战:

降低整体制造加工成本;
增加处理吞吐量;
提高先进工业涂料配方的质量和全球可用性;
减少总体碳足迹;
改善紫外线防护、机械和/或功能工业涂料性能;
增加电和/或腐蚀衬底保护;
水性、粉状和100%固体UV或EB能量固化工业涂料的研究进展
消除有毒金属;
来自可再生资源而非传统石油资源的原材料;
符合当地APCD -空气污染控制区关于通过先进的工业化学配方、更高效率的应用方法和/或设备、回收和/或热氧化排放碳氢化合物的法规，以满足联邦法规;
减少从摇篮到坟墓的危险废物;
以上为oem和ODM合同制造商全球公司提供。

使用层压和/或可成形的不锈钢薄板——电抛光、拉丝、氧化和/或与彩色密封剂结合——在许多产品类别的消费产品中也是一个因素，但与处理、加工挑战和成本因素有不同的问题(图4)。

图4»使用层压和/或可成型不锈钢薄板的消费产品示例。

一些消费产品oem，如LG，已经在钢或铝钣金家电基材上应用了二维，二次表面印刷装饰正面透明聚合物薄板或第一次表面印刷聚合物层压板。但它本身就无法满足三维装饰和功能钣金衬底保护和/或制造要求，而目前工业中用于钣金衬底的保形涂层几乎没有任何限制。

专门从事热浸镀锌卷钢板的电保护的钢厂，通过控制镀锌槽的化学还原和改善表面流变性，为消费产品提供不同水平的表面外观。进一步的表面细化是通过将镀锌板钢通过高压缩辊，提高基材的光滑度，并赋予抗拉伸着色和凹槽的能力，这是表面外观和流变性是因素的关键问题。

一家美国主要钢铁厂¹品牌镀锌卷钢板为光滑，特别光滑和超光滑，因此允许使用消费产品钢板具有不同的钢板厚度和电保护程度，表面无缺陷的应用工业装饰涂料。如果内部涂装设施缺乏卷钢预处理处理(即清洗)的方法和/或设备，则在镀锌钢上涂一层薄的锌-磷酸盐涂层，以允许直接对卷钢薄板进行工业涂装。

对于用于中等成形、弯曲、冲压和/或制造操作的商用薄板，如消费产品，薄板在成形时不产生凹槽(成形过程中的拉伸应变)的能力，钢通常经过回火处理，并具有碳和合金金属含量的特定公差。在需要更大成形的地方(超深拉深钢)，碳含量随着专有的钢处理而降低，如真空脱气，和/或添加钛，产生超深拉深钢加-称为无间隙或I-F^®钢。

对于大批量和/或高价值的消费产品，原始设备制造商目前可以毫不犹豫地结合工业和机械设计，这些设计具有可成形钢板衬底的特点、效益和优势，需要高度复杂的钣金成型、弯曲、冲压和/或制造操作。但是，可成形薄板钢需要应用工业保形涂层用于化妆品装饰或非镀锌钢用于装饰和功能电保护，从而在零售销售点成功地营销和销售成品消费品。

彼得·杜兰德(Peter Durand)的镀锡罐、现代厨房和洗衣房的主要电器、机械师的滚动工具柜和户外家庭四或五炉烧烤架都有一个共同的特点。由于材料、方法和设备要求不同，钣金成型、弯曲、冲压和/或加工操作和随后的工业保形涂层操作是完全独立的操作(图5)。

图5»钣金成型、弯曲、冲压和/或加工操作和后续工业保形涂层操作对于烧烤架和滚动工具柜是完全独立的操作。

如果可成形的钣金可以很容易地预先涂上装饰性和/或功能性的工业涂层，钣金成型、弯曲、冲压和/或制造操作可以生产高质量和/或大容量的成品钣金基板消费产品或其他预先装饰的产品，准备进行最终组装。注意，钣金成型、弯曲、冲压和加工工具、夹具、加工操作和搬运需要调整以适应A级加工标准——所有这些都完全可以通过复杂的钣金成型、弯曲、冲压和加工操作实现。

钣金成型，弯曲，冲压和/或制造操作需要特殊钢材的拉深，深拉和超深拉加工应用。

现有的哪些工业涂料配方能够提供足够的涂层伸长率，使可成形的钢板深拉成形、弯曲、冲压和/或制造工艺操作，而不需要应用工业涂料剪切或分离紧冲滚翻接缝边缘的钣金衬底——内径或外径、角和/或内支撑特征?此外，要保持完全不透明度，不受限制地采用最新的云母专业颜料或着色剂，同时在成型、弯曲、冲压和/或制造预期的大批量和/或高价值的金属薄板消费产品后，保持所需的工业涂层性能，如保持光泽、抗紫外线、硬度、磨损、划伤和/或抗mar ?

这是为钢铁厂、钣金成型、弯曲、冲压和/或加工大批量和/或高价值钢基板OEM消费产品的内部和/或制造操作的工业涂层配方商提供的圣杯——用于深拉薄板预涂的工业涂层的可行生产和加工可用性，很少或没有限制。成功的结果需要正确的材料、方法和设备的组合。

材料

食品或非食品级钢罐和/或容器的卷涂工业涂料是一项长期成熟的涂料技术，可采用多种配方，以适应特定的方法和设备要求，不断有新的工业涂料配方，涂料成分的进步和/或发现。所述的保护涂层是环氧化物或某种形式的反应环氧化物，无论是水性的，单组分或双组分固化，热或紫外线能量固化，或100%固体，由于环氧化物基团的高活性性质，导致非常坚固但高脆性固化的环氧化物，天生缺乏板材成型操作所需的延伸能力和/或灵活性，更不用说通过180°芯轴弯曲测试，导致灾难性的故障。²

环氧基可以很容易地与一种或多种阴离子催化剂反应，如脂肪族、环脂肪族或芳香胺，或与阳离子UV或EB能量反应催化剂，如三氟化硼，产生一种强，但仍然脆，高耐热和耐化学反应的聚合物。当方法和设备允许在UV或EB能量固化下，将环氧基聚合物共形涂覆在深拉薄板上时，它是阳离子UV催化剂，或更常见的阳离子涂层。

将环氧化物与其他阳离子UV能量固化反应基团的配方，如，但不限于，氧烷和/或氧烷，聚己内酯^3.和/或聚酯多元醇作为交联剂和/或柔韧剂，与活性稀释剂如三甲基丙烷氧烷用于粘度控制，导致阳离子聚合物配方，不仅提高整体硬度，耐热性和耐化学性，而且增加了高柔性和可成形的工业涂层的耐磨，划伤和破坏性，适合用于深拉钢。

作者发现紫外线能固化为200 mJ/cm²使用150瓦的D灯就足够了。环氧化物和其他阳离子UV能量固化反应基团和/或配体都是吸水性的，因此在高湿和/或高湿环境期间，应采取额外的措施进行生产工艺涂层操作。

与传统的自由基聚合丙烯酸酯相比，围绕UV阳离子涂层体系构建的工业涂层材料配方具有显著的特点和优势。笔者对阳离子涂层材料配方的体会如下:

对符合ASTM D-1044-05的磷酸盐涂层和/或镀锌深拔钢具有优异的附着力;
低膜收缩;
杰出的屏障属性;
超深拉深成形性;
60°保持光泽120单位以上;
高的热稳定性;
压缩系数;
无明显雾霾损失;
铅笔硬度≥4H;
耐溶剂性符合ASTM D-5402;
抗划伤和破坏@苏格兰布里特^®根据ISO DIN 53778;
耐磨性符合ASTM D1044-05;
高表面触感润滑性;
透明、半透明或不透明的彩色和/或效果颜料。

方法

任何传统的工业涂层应用方法都可以用于可成形的深拔钢，例如:

窗帘的外套;
流的外套;
打印的外套;
辊外套;
屏幕打印;
喷雾涂层;

在卷对卷卷或薄板深拉钢上应用阳离子涂层的最有可能的候选方法是在线辊涂——允许高度可控的工业涂层膜厚度，足以100%不透明度的所有后成型、弯曲、冲压和/或消费产品中使用的制造普通钣金钢规。

在线流动涂层也适用于阳离子涂层应用于辊对辊或薄板拉深钢，其中更高的工业涂层膜厚度和/或更无碎片的涂层结果是要求a级表面处理。

对于深拉钢上的辊涂或流涂阳离子涂层，生产加工可达到~50+ M /分钟的在线速度。重要的是要记住，钣金成型、弯曲、冲压和/或加工操作将涉及成型、弯曲、冲压和加工工具和夹具，这些工具和夹具与钣金加工操作相同，可以在高压缩压力和产生的热量下进一步平滑应用的阳离子涂层，进一步增强表面流变性结果。换句话说，工业阳离子涂料是沿着钣金成型，弯曲，冲压和/或制造操作。

使用钣金衬底保护膜，适当的钣金处理和高度抛光的配套工具和夹具是不讲究的。有专门针对钣金成型、弯曲、冲压和制造操作的可拆卸保护膜，通常保持完整，直到最终钣金组装或制造操作。为消费产品和/或组件成型、弯曲、冲压和/或制作的预涂阳离子涂层应与应用装饰性和/或功能性常规工业涂层后的任何金属板组件一样，在内部使用或运输时处理和保护性包装。

钣金部门经理和/或钣金制造业务最初可能会对必须加工阳离子预涂深拉拔钢的特殊处理，加上高度抛光和匹配的工具和夹具组的额外成本表示担忧。但来自定制专用工装和夹具的额外收入，很有可能意味着工装和夹具加上OEM钢板消费产品或组件程序保持内部或成为特定的钣金制造业务，这对所有各方都是双赢的。

采用阳离子预涂深拔钢的一些基本特点和好处包括:

可以消除加工工业涂布机的运输成本、包装和滞期费;
工业涂料缺陷的相关成本降低到接近于零;
消除了二次工业涂装成本;
完全消除了从摇篮到坟墓的危险物质责任和危险工业涂料废物的运输成本;
完全消除空气涂料VOCs、颗粒污染物和所有相关成本和负债;
干燥和/或固化烤箱和相关废气处理的能源成本完全消除;
直插式辊涂和/或流涂意味着100%的材料转移效率——而不是25-30%，这是由于100%覆盖和不透明度要求所需的喷枪转移效率损失和过喷足迹的组合;
不再需要一个可行和可靠的保形涂层供应商应用基础;
世界上有成千上万的高产量和/或高价值的钣金成型、弯曲、冲压和制造业务，以支持消费产品或其他组件使用的阳离子预涂深拔钢;
专有的、独特的和/或定制的装饰涂料配方可能更严格地控制;
阳离子预涂深拔钢可以运往世界各地，没有限制;
OEM有前景的新市场化妆品彩色和/或效果颜料或刷新装饰可以很容易地完成或测试销售，最高机密通过运输阳离子预涂深拉钢样品直接到目前的钣金成型操作，并运行在目前的程序钣金成型，弯曲，冲压和/或制造工具- 100或10万件，都是一样的;
可能会减少假冒和/或欺诈性消费品;
公开和/或隐蔽标识符可用于防止欺诈和/或消费品身份验证。

装置

可成形深拔钢厂的内部阳离子预涂设备将采用卷对卷卷板的配置，或通过添加分切机和自动堆板机而采用卷对板的配置，尽管由于堆垛和卸料站增加了复杂性，卷对板配置的吞吐量将较低。

大批量和/或高价值的消费产品指定阳离子预涂深拉拔钢通常指定卷而不是薄板和堆叠钢格式，以节省整体材料成本，便于运输和处理，以及接近100%的可靠性，接收未损坏的薄板钢材料。

作者可以证明，一旦离开钢铁厂，在接收因运输事故和/或处理不当而完好无损的薄钢板和堆垛钢板时所面临的挑战。卷钢有一个附加的保护外层钢板覆盖整个线圈表面和暴露的钣金边缘。人们不能把钢板卷装到福特F-150的底盘上。

由于钢是一种高导电性的基材，在线工艺线圈钢需要保持接地，与涂层加工设备的接地分离，以防止杂散电荷吸引空气中的碎片和/或带电粒子。阳离子预涂深拔钢涂层表面将保持介电表面。再加上钣金每分钟移动50米以上，自然会产生气流运动，并增加加工过程中表面碎片污染的可能性。

在受控环境中，通过适当的工艺空气处理设计和颗粒过滤设备，对在线辊式或流式阳离子涂层设备和生产前卷钢衬底进行处理，以解决空气中的碎片污染是非常可取的。

对于任何用于深拔钢阳离子涂层的特定直插式卷钢辊或流涂设备，也强烈建议从加载卷后的工位开始，经过UV或EB能量固化后的自粘可拆卸临时表面保护膜层合工位，在更严格的环境条件下，整个镀膜设备线圈钢路径被进一步隔离，以允许A级表面阳离子预涂深拉钢在线圈或薄板成品格式中卸载接近完美的输出。

由于环氧化物和其他阳离子UV能量固化反应基团配体是吸水性的，因此建议使用清洁的、过滤过的、相对无水蒸气的空气来源，和/或基本上没有所有水分和颗粒物质的加热空气。为此，作者找到了Can-Am Engineered Products, Inc.。⁴成为清洁、大容量干燥空气的交钥匙解决方案，远优于用于洁净室控制的过程和生产涂层环境的传统空气处理系统，因此允许在最潮湿的气候和/或全球高降水地区对深拉钢进行阳离子涂层，没有限制。

例子

家庭厨房和洗衣房的主要用具采用拉丝不锈钢，拉丝和氧化不锈钢和传统工业涂料，在可成形钢板上具有各种颜色和纹理效果，用于化妆品和市场品牌推广。

一个主要的全球家电品牌花费了大量的时间和金钱，试图从镀锌和/或磷化卷钢转移到冷轧卷钢，以节约成本。需要特别注意的是，用于镀锌和/或磷化薄板和/或轧钢的工业涂层预处理化学物质、工艺和设备与直接从工厂生产的冷轧钢完全不同。

尽管如此，冷轧钢一旦进入任何工业涂层预处理漂洗操作(动力喷涂、窗帘涂层或浸渍)，将立即开始闪光生锈，因此在很大程度上不适合任何OEM消费产品。

由于电器的整体性质和尺寸，加上主要电器是4面、5面或6面钣金基板组件，家庭厨房和洗衣房主要电器钣金成型、弯曲、冲压、制造和工业镀膜操作在规模和范围上都是巨大的。顶载洗衣主电器通常有独立的顶部和后部子组件钣金件，前载洗衣电器有独立的前部、底部和/或后部子组件钣金件。这两种器具的设计都包含了弯、角、入口、附加的制造功能和/或用于附加硬件和/或子组件附件的翻转，所有可见的表面都需要工业涂层，以达到美观和/或功能目的。这是一个主要的、多步骤的制造过程，钢板金属的成型、弯曲、冲压和制造，然后是所有主要钢构件和子构件的预处理和工业涂层，然后是装配。

冰箱、冰柜和冰箱/冰柜设备遵循与洗衣设备相同的一般可成形钣金场地，但由于顶部或盖的尺寸和种类、前面、顶部和底部、并排和顶部和底部的门配置并排组合，包括门中的新前门，其复杂性要大得多。

主要家电制造商在制造、制造和装配操作中指定并采用阳离子预涂深拉拔钢的潜在特点和好处，如上述方法项目所强调的，具有几乎压倒性的财务影响。

主要的家电钣金部门经理和/或钣金合同制造业务，通过引入阳离子预涂深拉拔钢，实现了在全球范围内大批量和/或高价值消费产品的预涂深拉拔钢的成型、弯曲、冲压和/或制造的关键关键组件。

可成形钣金钢是世界范围内商业、工业和机构暖通空调系统管道的首选基板。新鲜的、过滤过的外部空气通过管道进气风扇通过镀锌钣金管道工作进入，并根据需要通过HVAC系统管道分布到整个结构的内部(图6)。

图6»可成形钣金钢是商业、工业和机构暖通空调系统管道的首选基板。

为了运行的经济性，在大型和/或多层建筑结构中，一定比例的室内空气可能通过HVAC管道系统进行再循环，通常没有或只有有限的通道或入口来进入室外空气环境。屋顶水冷蒸发塔也可用于大量空气的快速冷却。将暖湿潮湿的空气冷却到温度-湿度露点以下，导致室外和室内的水雾或云凝结——水珠凝结在暖通钣金管道内。亚微米大小的空气微粒有助于水滴成核。

静止的死水，特别是在长期缺乏明亮阳光的紫外线照射的环境中，为致病菌创造了肥沃的滋生地。结核病是最常见的细菌性疾病-结核分枝杆菌。其他致病菌可引起感染，如破伤风、白喉或伤寒、由沙门氏菌引起的食源性疾病和由链球菌、假单胞菌和最显著的军团菌引起的肺炎引起的肺部炎症。较温和的军团菌菌株可导致庞蒂亚克热的流感样症状，而较严重的菌株感染老年人或因吸烟、癌症治疗和/或艾滋病毒导致免疫系统严重减弱的人，在没有积极的抗生素治疗的情况下很可能会屈服，但往往会导致军团病的终身生活质量问题。

在美国，导致死亡的三大原因是心脏病、癌症和医院获得性感染。UV阳离子涂料代表了一种理想的新型病原体抑制和生物杀灭效能技术的传递传输机制，作为对细菌、真菌、寄生虫、朊病毒和病毒病原体感染的广泛威慑，以一种适合的方式将威慑传递给病原体，使它们被抑制和/或死亡。2022世界杯八强水位分析

通过在深拔钢上涂上致病菌阻遏剂的UV阳离子涂层，作者认为，对于常见的顽固致病菌，但不限于CDI、HAI、MSRA、TSE和VRE域，在接触时间仅为30秒的HVAC系统管道和其他可成形钣金用途(包括预涂深拔钢，致命致病菌的交叉污染传播可能被抑制和/或死亡)，验证有效性CFU/ml R值可达到6+。