274-paper-宝钢建筑用彩涂产品的新发展（录用中文)

宝钢建筑用彩涂产品的新发展任玉苓，储双杰，李正荣（宝钢分公司冷轧厂，上海200941）摘要：本文在分析国内、外彩涂产品生产、应用等方面发展变化的同时，系统地介绍了近年宝钢建筑用彩涂产品在品种开发、生产工艺改进方面的进步。关键词：彩涂，建筑，涂料TheDevelopmentofPrepaintedSteelforConstructioninBaosteelRenYuling,CHUShuangjie,LiZhengrong(ColdRollingPlantofBaosteelBranch,Shanghai200941，China)ABSTRACT:Thedevelopmentofprepaintedsteelonproducingandusageinalloftheworldwasanalysizedinthispaper.TheadvancementaboutthenewproductsandthetechnologiesforbuildingofprepaintedsteelinBaosteelwasalsointroduced.KEYWORDS:prepaintedsteel,building,coating1国内外彩涂产品的发展彩涂产品的发展起源于美国二十世纪30年代，最初为窄带应用在百叶窗，50-60年代在美国、欧洲、日本得到迅速发展。据欧洲卷涂协会(ECCA)和美国卷涂协会(NCCA)的统计,2003年全球钢铁基板的年产量已经达到了1570万吨，钢铁基板彩涂产品的应用已经扩展到建筑、汽车（运输）、家电、家具、包装等各领域（见表1），建筑用途仍然是彩涂产品的主要用途，占全球总产量的65.3%。表12003年全球钢铁基板彩涂产品用途和产量TABLE1Theproductionandusageofprepaintedsteelintheworld从1998年到2003年全球钢铁基板彩涂产品的增长比例为5.7%，在美州（NCCA）产量下降和欧洲（ECCA）平稳发展的同时（见图1），其他地区（ROW，主要指美州和欧洲以外的地区）彩涂产品产量急剧增长，特别是中国已经成为彩涂产品蓬勃发展的主要地区之一。①中国大陆的彩涂产品生产起源于上世纪80年代，国家投资建设了多条彩涂机组，包括武钢、宝钢、北京门窗厂和西南铝等的彩涂线。由于当时国内对彩涂产品在建筑行业的应用认识较粗浅，彩涂产品的发展和应用较为缓慢（见图2）。当彩涂板应用在建筑行业上的快捷、方便、低成本逐渐被认识到，以及后续加工和施工方法得到有意补充之后，国内对彩涂用途建筑家电运输家具包装其他零售商出口总计总计（万吨）1024.618270.316.13.545.253.9174.31570比例%65.311.64.510.22.93.411.1100产品的需求逐年提高，由于产能低于消费量，此阶段彩涂产品进口量较大，最高达到110万吨/年。相对于其他钢铁连续机组，彩涂机组对设备精度的要求较低，且投资少和建设周期短，国内产能的空缺和利益趋势，大量的民间资本投向彩涂产品的发展。据不完全统计，2005年国内彩涂产品产量达到300万吨，占国内需求的91%。国内大批彩涂机组的建设，产能大幅度提升（2005年预计达到1597万吨），而国内需求并没有高速增长，导致彩涂机组的开工率急剧下降②（见图3）。图1不同地区钢铁基板彩涂产品近年的产量趋势Fig1Thetrendofproductionofprepantedsteelintheworld(asdifferentzone)图2中国大陆彩涂产品表观消费量图3国内彩涂机组开工率和产量趋势Fig2ThetrendofconsumptionandproductionFig3TheratioofrunningaboutcolorcoatingonprepaintedsteelinmainlandofchinalineinmainlandofChina2彩涂产品在建筑行业的应用国内彩涂产品大幅度增加，但是用途仍主要为建筑领域，2004年约95%以上的产品用于屋顶、墙面、隔墙、钢门窗等，用于家电的产品估计仅为10万吨（3.8%）。彩涂产品在建筑行业的应用主要为大型的工业厂房、标志性建筑、民用建筑等。作为建筑用途的彩涂板30004000500060007000Year'000TonnesNCCAECCAROW1999200020012002200302040608010012014016018019951996199719981999200020012002200305101520253035404550国内产量开工率05010015020025030035019921996199719981999200020012002200320042005万吨产量进口量表观消费量必须满足的条件包括：2.1耐用性建筑物都有一定的使用年限，因此彩涂板必须能经受太阳光中紫外线的照射，空气中水分和腐蚀性粒子的侵蚀；同时彩涂板必须有一定的强度，能承受在加工成型后安装、维护及对相关附属物的支持，更需经受自然环境下的风载、雪载，风吹、日晒、雨淋是对彩涂板的最大考验。有些工业厂房中存在酸性、碱性或其他腐蚀性介质是对彩涂板耐久性的最大考验。因此在涂料耐久性、涂镀层厚度、基板强度等方面都是每个彩涂产品生产者需要考虑的。2.2美观随着彩涂板在机场、办公楼等标志性建筑的应用，对彩涂板及其成型后的美观要求越来越高，彩涂板在美观上最大的优势在于它颜色的绚烂多彩，越来越多的建筑物追求流行颜色和流行效果。横拼平板一改压型竖板的呆板，成为时尚的建筑物代表，珠光、银色也迎合了目前在装饰、装修行业的时尚。因此彩涂板的生产需要对板形不断改进，也需要开发出更多多姿多彩的颜色品种。2.3加工性彩涂板一般采用辊压成型的方式制作成单板，也可以采用一边辊压一边填充隔热材料的方式制作夹心板，也有部分部件采用折弯方式，极少会采用冲压成型方式（门类除外）。因此彩涂板必须适应辊压成型机对涂膜的磨损，也必须适应隔温材料胶水的粘结。2.4成本低彩涂板成本占建筑成本的比例较高，因此彩涂板的价格对建筑材料的选择影响较大，在满足用户需求的前提下，降低彩涂产品的生产成本也是重要的。3宝钢建筑用彩涂产品的新发展3.1生产能力大幅度提高宝钢分公司目前拥有三条彩涂机组，1#彩涂机组在1988年建成投产，年产22.7万吨，是国内最早建设的彩涂机组之一，目前仍是国内产能最高的机组。2#和3#彩涂机组分别于2002年和2004年建成投产，2#彩涂机组在设备能力和设备先进性方面都名列国内彩涂机组之首(图5)，在多年的生产和建设经验的基础上，宝钢自行设计建设了3#彩涂机组。目前宝钢股份宝钢分公司的彩涂产品产能达到了55万吨。随着新机组的建成，宝钢克服了市场压力和基板不足的影响，产量稳步提高，图6为宝钢彩涂机组产量逐年提高的趋势。图5宝钢2#彩涂机组图6宝钢彩涂产品历年产量Fig5The2#CCLofBaosteelFig6Theproductionvolumeofprepaintedsteelinbaosteel3.2生产工艺的改进3.2.1预处理预处理工艺是彩涂产品生产过程中的重要工序之一，目的是在彩涂基板表面形成复合氧化膜或者钝化膜以提高涂料与基板的附着力。由于作为彩涂基板的品种多而杂，对预处理的适应能力要求非常高，热镀锌、镀铝锌、电镀锌基板的表面活性存在差异，甚至不同产线的热镀锌基板由于锌液成分、平整工艺等的差异，均会影响表面预处理膜的效果。为了适应不同的基板活性，宝钢对2#彩涂机组浸没式预处理溶液的工艺参数进行优化，可以共线生产热镀锌基板和热镀铝锌基板的彩涂产品。也对3#彩涂辊涂预处理溶液的类型、工艺参数进行了改进，适应不同的基板。3.2.2烘烤工艺宝钢的3条机组均为高速生产机组，涂料在烘烤炉内的时间最短仅为20秒左右，因此不仅要求有快速固化的卷钢涂料，而且也要求合适的烘烤工艺。近几年来，宝钢在提高1#彩涂机组速度和2#、3#彩涂机组投产调试中，对卷钢涂料的高速烘烤工艺进行了大胆的尝试，根据不同机组的设备条件、涂料品种制定了不同的烘烤工艺参数，使涂层的固化充分而且稳定。3.3品种多样化在最初艰难的市场开拓之后，彩涂产品逐渐为公众接受，而在市场成熟之后，对产品的需求也出现了多样性的变化。近年来，宝钢随着市场需求、新材料的应用、卷钢涂料发展开发出了越来越多的彩涂新产品。在介绍宝钢新产品之前，我们先认识一下彩涂板的基本结构（图7），由于彩涂产品结构较为复杂，在基板、涂料方面进行不同的选择与改进，就能创造出许多新的产品。在这样的思路引导下，近年来宝钢逐步推出了镀铝锌基板彩涂产品、高0.010.020.030.040.050.060.070.0198919911993199519971999200120032005产量（万吨）强度薄规格彩涂产品，也推出了抗静电、隔热、自洁、2/1M、氟碳、高耐候聚酯等建筑用途新产品，满足了用户不断增长的品种需求。3.3.1基板方面为了降低成本，越来越多的用户要求降低基板厚度，同时提高基板强度以弥补建筑物在承载方面的损失。这类产品开发主要采用两种方式进行，一种是依靠合金化提高钢种强度，一种是采用特殊的退火方式提高强度。降低基板厚度主要通过热轧机和冷轧机共同完成，难点在于不断的减薄，特别是低合金钢种的减薄；另外的难点在于宽度的扩展，随着钢板的减薄，宽钢板在退火过程中容易出现钢板的变形（瓢曲）。经过多年的实践，宝钢在彩涂基板方面已经形成了完整的强度系列（250、280、350、550MPA等）,基板最薄也已经达到0.22毫米。3.3.2镀层作为建筑用途的彩涂基板主要为热镀锌基板，也有采用55%铝-锌，5%铝-锌的热镀铝锌品种作为基板。随着宝钢在镀锌方面的发展，已经从原先仅有的热镀锌彩涂品种，扩展出55%铝-锌彩涂品种。镀铝锌基板相比热镀锌基板在耐蚀性方面有很大提高，通常情况下，耐蚀性是热镀锌的2-5倍，镀铝锌基板彩涂产品的切口耐蚀性问题一直是争论的焦点。近来许多室外曝晒结果表明：在长期耐蚀性方面，镀铝锌彩涂产品比镀锌彩涂产品优异③④⑤，在野村广正等人的研究报告中指出：与镀锌基板彩涂产品相比，虽然在初期（2年之内）镀铝锌彩涂产品的边部、划线处的腐蚀扩展速度较快，但在随后的4－6年腐蚀速度趋缓，直至曝晒15年的结果表明，镀铝锌基板彩涂产品比镀锌基板彩涂产品有更好的耐蚀性表现。图7宝钢彩涂产品基本结构图8宝钢不同涂料品种产品的性能比较Fig7TheprofileofprepaintedsteelofBaosteelFig8ThepropertyofthedifferentcoatinginBaosteel镀层重量是彩涂产品耐蚀性的主要保障之一，一般情况下，建筑用彩涂基板的热镀锌锌层重量在90克/平方米以上，对于提供年限保障的产品更要在140克/平方米以上，这是宝钢多年坚持的特色。除了正常提供标准镀锌厚度外，为了适应用户要质量也要降低生产成本的需求，宝钢也能提供差厚镀热镀锌基板的彩涂产品，例如140/70克/平方米镀锌基板的彩涂产品。3.3.3涂料品种随着涂料行业的技术进步和发展，卷钢涂料品种的多样化和性能差异化也带来彩涂产品的多样化。在涂料品种方面，宝钢不断完善涂料种类，目前可以提供普通聚酯、硅改性聚酯、高耐候聚酯、氟碳等产品，不同涂料品种的性能有较大差异（图8）。在颜色方面也不断适应用户的需求，每年生产的颜色品种数已经超过200种。涂料发展的另一个方向是功能性涂料的开发，个性化的发展在宝钢彩涂产品上最大体现是自洁、抗静电、隔热、抗菌等等新概念、新思路带来的一个个新产品。4、结语宝钢彩涂产品在经历了十七年的风风雨雨后，从产量提升到品种多样化，走出了自身发展的道路，成为中国彩涂产品市场的先导。参考文献1）FRNCK.CoilCoatingWorldStatistics2003.ECCAAUTUMNCONGRESS2004–BRUSSELS.2）潘峻岭.宝钢彩涂产品发展设想.内部资料.2004.3）安藤敦司,内田淳一等.