熱交換器翅片用親水鋁箔預處理工藝控制

李高林

摘要：

親水鋁箔用作熱交換器時，在加工及使用過程中對其附著力、耐腐蝕性及親水性等涂層性能要求較高，為確保親水鋁箔涂層性能，涂覆前的清洗預處理尤為重要。通過中性鹽霧試驗、附著力測試及持續親水性測試等手段，分析了親水鋁箔預處理工藝參數的制定及優化控制，涂覆前預處理按照脫脂液濃度2%～5%（質量分數），脫脂液溫度20～40 ℃，pH 10～13，熱水清洗溫度40～60 ℃，處理后鋁箔板面清潔度達因值≥56即可滿足親水鋁箔的生產需求。

關鍵詞：

熱交換器; 親水鋁箔; 涂覆; 預處理; 附著力; 耐腐蝕性

中圖分類號： TG 178 文獻標志碼： A

Control of Pretreatment Process of Hydrophilic Foil for Heat Exchanger Fin

LI Gaolin

（Changzhou Changfa Refrigeration Technology Co.， Ltd.， Changzhou 213000， China）

Abstract：

Hydrophilic aluminum foil used as heat exchanger in the course of processing and using，the requirement of its adhesion，corrosion resistance and hydrophilic coating performance is higher.The pretreatment before coating is very important in order to ensure the coating properties of hydrophilic aluminium foil.In this paper，neutral salt spray test，adhesion test and continuous hydrophilic test were introduced.The formulation and optimization control of pretreatment parameters of hydrophilic aluminium foil were presented as well.The concentration of the degreasing solution before coating is 2%-5%（mass fraction），the degreasing solution temperature is 20-40 degrees Celsius，the pH is controlled within the range of 10-13，and the hot water cleaning temperature is 40-60 degrees Celsius.And after treatment，the surface cleanliness of aluminum foil is more than 56 to meet the demand of hydrophilic aluminum foil production.

Keywords：

heat exchanger; hydrophilic foil; coating; pretreatment process; adhesion; corrosion property

用于熱交換器的鋁箔翅片在運作過程中有進行散發熱量和吸收熱量兩方面的轉換，通常情況下，翅片表面溫度低于空氣露點溫度，因此空氣中的水分易在翅片表面凝結。空調制冷時室內熱交換器吸收熱量，該冷凝水擴散在散熱片表面，或者呈現水珠狀，導致翅片之間形成水橋，堵塞空氣循環，增大風阻和噪音，降低熱交換效率。空調制熱時，室外熱交換器冷凝水以霜的形式附著在散熱翅片的表面，不僅

增大風阻力，而且導致暖風運轉能力下降，導致除霜時間增加[1-6]。在翅片之間形成的水橋會導致熱交換器使用壽命降低，主要表現在：鋁箔表面容易腐蝕;增大風阻和能源消耗;縮短空調機的使用壽命。水汽混合后易在鋁箔表面產生“白粉”。其形成機理如下[7-8]：

4Al+3O2=2Al2O3

Al2O3+H2O=Al2O3·H2O

白色粉末就是Al2O3·H2O，既破壞鋁箔，又降低兩器熱交換能力。為解決上述問題，在實際生產中，親水鋁箔主要用于空調熱交換器翅片，由于具有較好的親水性，翅片表面水滴的接觸角較小，快速擴散沿表面流出，如圖1所示。與光箔相比，經親水化處理后的鋁箔用做散熱翅片，可有效消除翅片間的“水橋”現象，從而降低空調器的通風阻力和噪音，減小空調器的能耗。但在親水涂料涂覆前，需對基材進行脫脂清洗處理，保障涂覆過程的順利進行，確保涂層性能。空調兩器用親水鋁箔作為兩器制作過程中的原材料，經過翅片沖床沖制成翅片，再經銅管穿管并脹管后形成空調用兩器，由于空調使用環境及運行條件的要求，鋁箔本身除優異的親水性外，還需滿足其他性能方面的要求[9-12]，性能及檢測方法見表1。本文針對涂覆預處理工藝控制進行了討論。

圖1 水滴與鋁箔表面接觸角

Fig.1 Contact angle between water droplet and aluminum foil surface

表1 親水鋁箔性能要求及檢測方法

Tab.1 Performance requirements and detection methods for hydrophilic aluminum foil

1 工藝流程

親水鋁箔預處理工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程

Fig.2 Process flow

2 涂覆前預處理工藝的制定

2.1 脫脂處理

目前使用的脫脂劑是含有Na+的堿性溶液，適宜工作溫度為20～40 ℃，使用脫脂劑描述見表2。脫脂溫度過低時，脫脂劑活性較低，與鋁箔表面油污等反應緩慢，影響鋁箔表面清洗效果。當脫脂液溫度高于40 ℃時，脫脂劑活性較高，能與鋁箔表面油污激烈反應[13]，清洗效果較好。但如果脫脂液濃度過高或者脫脂時間過長會導致鋁箔表面產生腐蝕點，影響涂覆生產，反應機理為：

2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑

Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2↑

NaAlO2+2H2ONaOH+Al（OH）3↓

生產過程中各槽體溫度控制方式為計算機程序化自動控制，槽體內溫度可維持在±5 ℃范圍內，生產中控制在20～40 ℃。生產線速度為80～100 m/s，在涂覆前預處理時間約為9 s。當脫脂槽溫度不變時，脫脂液濃度與脫脂時間對鋁箔表面的影響如圖3所示。

表2 使用脫脂劑描述

Tab.2 Description of degreasing agent

圖3 濃度與時間對鋁箔表面的影響

Fig.3 Influence of concentration and time on

the surface of aluminum foil

由圖3可知，當溫度穩定在20～40 ℃，預處理時間為7～10 s時，脫脂液濃度控制在6%（質量分數）以下。為確保脫脂效果，且避免造成鋁箔表面腐蝕，脫脂液濃度控制在2%～5%（質量分數）較為合適。

2.2 水洗處理

為防止堿性脫脂液殘留對鋁箔表面造成影響，需對鋁箔進行二次清潔，在鋁箔脫脂液清洗槽過后經過了熱水清洗槽和常溫水清洗槽。因為當溫度在40 ℃以上時脫脂液活性較強，為有效清洗鋁箔表面脫脂液及反應后的油污混合物，熱水清洗槽溫度控制在40～60 ℃。同時，在熱水清洗槽過后，進入常溫水洗槽處理，確保鋁箔表面脫脂液及脫脂液與油污反應混合物徹底清洗干凈。為了維持各清洗槽的溫度及濃度，在脫脂液清洗槽、熱水清洗槽及常溫水清洗槽出口處分別設置有擠干輥。

2.3 干燥處理

鋁箔在清洗預處理結束后，在涂覆生產前必須進行干燥處理，確保在涂覆生產時鋁箔表面潔凈、干燥，防止因鋁箔表面潮濕在涂覆生產時造成色差及漏涂缺陷，影響涂覆生產質量。干燥爐氣溫度控制在300～400 ℃，保證鋁箔表面干燥且不會因為溫度過高造成變形打皺，保障涂覆生產質量。

2.4 預處理分析討論

為了在生產過程中監控預處理效果，每隔1 h取樣，分別測試脫脂液的游離堿濃度及pH，測試結果見表3。表3中的數據表明，游離堿濃度與pH呈正相關關系。實際生產數據表明，可以通過監視脫脂液的pH來反映其濃度，由于pH可通過pH試紙直接測量，大大便捷了生產監控，適合企業產業化生產的需求。圖4為表3中游離堿濃度、溫度和pH之間的三維對應關系，可從中更直觀地了解各指標的可控制范圍。

表3 生產過程脫脂液變化及表面清潔情況

Tab.3 Changes in degreasing fluid and surface cleaning in production process

圖4 生產過程中溫度、游離堿濃度和pH之間的關系

Fig.4 Relationship between temperature，free alkali and pH in the production process

為了更好地證實親水鋁箔涂覆前預處理的重要性，在生產驗證時進行了對比試驗。涂覆生產前不使用脫脂液，預處理全部使用水處理，其他條件保持不變。對其干燥后表面清潔程度檢測，達因值僅有40，在涂覆生產后發現局部有色差出現，甚至某些部位油脂出現漏涂。而采用本文預處理工藝控制條件，干燥后檢測鋁箔表面清潔程度，達因值為56～70，涂覆生產的親水鋁箔有效避免了上述不良現象的出現。對涂覆生產的親水鋁箔成品進行各項涂層性能測試，結果見表4。生產實踐證明，在其他條件不變的情況下，脫脂液pH控制在10～13可以滿足實際生產需求。

表4 親水鋁箔性能測試結果

Tab.4 Performance test results of hydrophilic aluminum foil

3 結 論

綜上所述，經過實際生產驗證，在親水鋁箔涂覆前預處理工藝控制中可得出以下結論：

（1） 涂覆前預處理過程中，脫脂液濃度應控制在2%～5%（質量分數），脫脂液溫度控制在20～40 ℃，熱水清洗溫度控制在40～60 ℃。

（2） 在涂覆生產過程中可通過檢測脫脂液pH來維持脫脂液效果，pH控制在10～13。在涂覆前，鋁箔表面清潔狀態預處理后達因值≥56，可滿足涂覆生產要求。

（3） 親水鋁箔涂覆前預處理采用本文描述工藝參數控制，生產出的親水鋁箔表面均勻，涂膜附著力較強，耐腐蝕性較好，持續親水性較好，可滿足不同客戶對親水鋁箔的生產需求。

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