隨著金屬材料表面處理技術的發展與幕墻材料檔次的提高,氟碳涂層在越來越多的幕墻材料表面處理中被選用。但由于對氟碳涂料及其加工工藝的不了解,在應用過程中有很多單位的相關人員,針對幕墻材料的氟碳涂層的要求往往只是憑想象,以為涂層越厚越好,樹脂含量越高越好。規范要求≥40μm,他們要求不小于50μm,規范要求樹脂含≥70%,他則要求80%以上。這些不太合理的要求,一方面增加了工程成本,另一方面也達不到預期的效果。
因而深入地了解各種氟碳涂料的性能以及其涂裝方法,科學合理地選用氟碳材料的涂裝方法與涂層厚度,在當前的形勢下,具有很大的意義。
1.1 氟碳樹脂的種類
氟碳樹脂家族常見的有PTFE、PVDF、FEVE、PVF四種。 PTFE 即聚四氟乙烯樹脂,于1938年在美國開發出成功,其防腐性能特別優異,有“塑料王”之稱。如“特富龍”不粘鍋涂料,經常處在糖、油脂、鹽等多種成分在高溫反應復雜環境中,能保持不粘、自潔,PTFE軸承不需要潤滑油,具有自潤滑性。 PVDF 即聚偏二氟乙烯樹脂,60年代出現,主要作為建筑涂料應用于金屬裝飾板材的罩面保護涂層。以KYNAR500為品牌的PVDF氟涂料,經過30年真實考驗,能基本保持原貌,體現氟碳涂料優良的耐候性能,在國外主要作為標志性建筑的金屬裝飾板材的罩面保護。
PTFE和PVDF氟碳涂料屬烘烤型,必須高溫才能成膜,不能在常溫下施工。 FEVE 即聚三氟氯乙烯/乙烯基醚樹脂,由日本科學家于1982年利用分子鏈設計技術和膜技術開發成功,是一種可常溫固化的氟碳涂料。在室溫下,通過刷涂、輥涂、噴涂等普通涂裝方法,將氟碳涂料涂覆在各種基材表面,形成氟碳保護涂膜,極大的拓展了氟碳涂料的應用范圍,使氟碳涂料在日常生活使用成為可能。 PVF 即聚氟乙烯樹脂,由美國杜邦公司于1940年發明,這種專利產品是將PVF共擠而成的薄膜,厚度一般為12.5~50um。PVF薄膜通過與金屬板材復合用于建筑外墻,與PVC膜復合用于空間膜結構。其良好的抗UV性能,也使其廣泛地用于戶外廣告宣傳畫的保護膜等。 作為一種高科技功能性涂料,從其產生的過程不難發現氟涂料的發展經歷了熱熔型(PTFE、PVDF)、常溫交聯固化型(FEVE)、水基型三個發展階段。綠色環保和可持續發展的宏觀戰略成為 21世紀的發展主題,許多國家開始限制使用溶劑型涂料,高固體分氟涂料和水性氟涂料的開發成為氟涂料重點開發方向。目前市場上已有水性氟涂料銷售。
1.2 幕墻材料中的常用氟碳樹脂
幕墻材料涂層用氟碳樹脂涂料是一種以氟碳樹脂為基料,配以金屬微?;蛟颇妇w為色粉的有機涂料,其PVDF(聚偏二氟乙烯)的含量在70%(樹脂質量比)以上。氟碳基料的化學結構中以氟/碳化學鍵結合,這種結合是至今被認為最穩定、最牢固的結合。在正常情況下,它具有如下卓越性能: 耐候性―― 具有抵抗惡劣天氣和紫外線,因此長期保持顏色和光澤的能力。 耐腐蝕性 ―― 具有抗酸和液態堿的侵蝕及不受空氣污染、酸雨的侵襲氧、潮氣和腐蝕粒子的滲透率低,能長期承受惡劣的環境面不腐蝕的能力。
機械性能 ―― 具有極佳的抗沖擊性、耐靡性及優良的漆膜柔性。 在以KYNAR500@命名的涂料中,要求KYNAR500@樹脂重量比≥70%。原因是在當樹脂含量在70%時PVDF的各項性能,特別是耐候性及耐久性,均能達到較高的要求,而在大于70%以上,其性能影響并不大,基本與70%處于同一性能狀態,而且底漆含量為30%與70%的PVDF相匹,性能最佳,經科學試驗證明,PVDF<70%的涂料,其性能顯著降低。例如含PVDF為50%的涂料,耐候性等性能只相當于含PVDF涂料性能的70%,而70%以上的與70%的處于同一性能狀態,考慮到實際生產中的偏差,一般涂料的含量為71%,大于此含量不但沒有必要,反而會增加成本,其性能甚至還不如70%的涂料性能。如果KYNAR500@樹脂含量低于70%,不允許使用KYNAR500@涂料的名稱。 氟碳涂層的卓越性能使其在建筑裝飾材料中越來越被廣泛采用。常用氟碳涂層的幕墻材料有氟碳噴涂鋁型材、氟碳噴涂鋁單板、氟碳輥涂鋁單板、氟碳輥涂表面處理的鋁塑復合板等。目前PVF全氟碳覆膜鋁單板在國內市場上也有銷售。
2.1幕墻材料用氟碳樹脂涂料的涂裝
氟碳涂料的涂裝方法很多,可以是輥涂、噴涂或靜電粉末噴涂。不同的涂裝方法其生產設備、對基材的處理要求不同,所產生的涂層厚度、涂層效果也不相同。氟碳涂層的處理目前噴涂在國內最為廣泛,輥涂在國外較為流行,靜電粉末只有少量應用。 下面就目前國內應用最多的噴涂與輥涂作一介紹。 3.1 氟碳樹脂涂料的噴涂 氟碳樹脂噴涂般是將成型好的金屬材料的成品或半成品,進行表面處理的方式。如鋁單板是在經過鈑金加工后送到噴涂流水線進行表面處理,鋁型材是擠壓成型后再進行噴涂表面處理。
2.1.1氟碳樹脂噴涂的工藝
噴涂工藝主要為前處理(脫脂、酸洗、鉻化)、噴涂和固化(烘烤)三道工序。根據對材料涂層的需要可選擇二涂、三涂或四涂。二涂(底漆 + 面漆);三涂(底漆 + 面漆+ 罩光漆);四涂(底漆 + 阻擋漆 + 面漆 + 罩光漆)。一般情況下,二涂涂層的厚度≥30μm±5μm,三涂涂層的厚度≥40μm±5μm。 前處理:在基材進行噴涂前,工件表面要經過去油去污及化學處理,以產生鉻化膜,增加涂層和金屬表面結合力和防氧化能力,有利于延長漆膜的使用年限。 底漆涂層:作為封閉底材的底漆涂層,其作用在于提高涂層抗滲透能力,增強對底材的保護,穩定金屬表面層,加強面漆與金屬表面的附著力,可以保證面漆涂層的顏色均勻性,漆層厚度一般為5~10微米。 面漆涂層:面漆涂層是噴涂層關鍵的一層 ,在于提供基材所需要的裝飾顏色,使鋁材外觀達到設計要求,并且保護金屬表面不受外界環境大氣,酸雨,污染的侵蝕,防止紫外線穿透。大大增強抗老化能力,面漆涂層是噴涂中最厚的一層漆層,漆層厚度一般為20~30微米。 罩光漆涂層:罩光漆涂層也稱清漆涂層, 主要目的是更有效地增強漆層抗外界侵蝕能力,保護面漆涂層,增加面漆色彩的金屬光澤,外觀更加顏色鮮明,光彩奪目,涂層厚度一般為5~10微米。 固化處理:三噴涂層一般需要二次固化,俗稱三涂二烤?;倪M入固化爐處理,固化溫度一般在180℃~250℃之間,固化時間為15~25分鐘,不同氟碳涂料生產廠家 ,都會根據自己的涂料,提供最佳的溫度和時間。氟碳噴涂廠也有的根據自己經驗把三噴時的兩次固化改為一次固化。
2.1.2 氟碳樹脂噴涂的設備
國內氟碳噴涂設備多為美國、德國、日本設計,并引進計算機軟件,引進各種國家的不同類型靜電噴槍。 根據噴涂生產線的不同,噴涂方式有全懸掛式和半懸掛式。 全懸掛式是指基材的前處理和噴涂、固化過程均懸掛起來,由計算機操作工件在吊裝上行走,清洗、多次噴涂、固化直到噴涂完畢出產品。這種全自動線長度達到420米,不僅可以噴各種規格、厚度的鋁板,而且還可以自動噴涂六米長鋁型材。 半懸掛式,是指基材的前處理在幾個槽液中處理(如鋁材陽極氧化的清洗槽),鉻化也在槽液中進行,然后再把基材懸掛起來,工件在吊架上行走,完成噴涂固化工序直到出產品。這種生產線一般只有100多米,相對來講投資少。 一般而言,全懸掛式的噴涂效率高質量穩定,半懸掛式的噴涂方式效率低,且由于槽洗有二次污染的問題,質量控制難度相對較大。 噴槍也是噴涂的一種重要設備,氟碳涂料本身性能要求噴涂設備必須保證有出色的霧化效果,保證噴涂層的均勻性,氟碳涂料中的金屬微粒的分布,直接影響涂層的外觀效果。涂層均勻,質量優秀的氟碳涂層具有金屬光澤,顏色鮮明、明顯的立體感。而使用不合適的噴涂設備的氟碳噴涂層,會產生顏色不均,表面有陰影或涂層不牢。大大影響了氟碳的裝飾效果,為了達到好的噴涂效果,均采用高壓靜電電氣噴槍。 3.2 氟碳樹脂涂料的輥涂 氟碳樹脂輥涂多用于金屬板材基材的表面處理,亦稱預涂。通常將卷材置于生產線上進行表面處理后涂敷(輥涂)涂料或粘接有機薄膜并烘烤而成產品,輥涂好的卷材作一般需要二次成型加工后使用。
2.2.1 氟碳樹脂輥涂的工藝
氟碳輥涂的生產工藝與噴涂不同的是為邊涂邊烤,一般涂幾次需烤幾次。常用的為三涂三烤或二涂二烤。一般情況下,三涂三烤涂層厚度為40μm±4μm,二涂二烤涂層厚度為≥25μm±4μm。受機械輥彎設備與基材本身的材質特性限制,輥涂材料的厚度受到一定的限制,鋁卷一般在2.5mm以內。另外,由于輥涂的方向性,其產品在陽光下的折射效果會有差異,在使用時要注意使用方向的一致。
3.2.2 氟碳輥涂幕墻材料 幕墻用氟碳輥涂金屬板主要有兩類,一類是用于復合鋁板面層的預涂板,厚度不小于0.5mm。另一類是2mm厚度或以上的預涂鋁單板,經二次成型加工后采用。
3. 幕墻用氟碳樹脂涂層性能要求
目前國內對建筑幕墻用鋁型材、鋁板氟碳噴涂質量與性能有明確規定,對外墻用復合鋁板的氟碳輥涂層也有較明確的規定,兩種涂層質量性能對比如表。
由上表可知,對于氟碳噴涂層的要求較輥涂層的要求更具體更細致一些,這可能是標準出臺的時間造成的??梢妰煞N不同加工工藝的涂層具有完全相同的性能,對于目前尚無相關標準的外墻用氟碳輥涂鋁單板,其氟碳涂層的要求其主要性能指標按照氟碳噴涂的質量標準去要求也是可以接受的。 5. 幕墻用氟碳樹脂涂層選 幕墻材料采用氟碳樹脂涂層的有兩類,一類是金屬板材,通常為采用噴涂工藝的鋁單板和采用輥涂工藝的鋁單板及鋁塑復合板用鋁卷。另一類是采用噴涂工藝的鋁型材。
3.1 氟碳噴涂涂層的選用
氟碳噴涂鋁單板:氟碳噴涂鋁單板的應用最為普遍,通常是板材成型后進行表面噴涂處理。氟碳噴涂涂層的選取一般要考慮如下幾個方面:油漆、涂層厚度、質感方面的其它要求,如需增加金屬粉的效果等。 氟碳油漆一般要求選用PVDF的含量不能少于70%的氟碳漆。氟碳漆油漆的選定也就意味著顏色,不同顏色的油漆體系,工藝性有差別,選用的噴槍也不一樣,涂裝工藝控制也有所不同。根據不同的涂料供應商其涂裝工藝控制有所不同。 涂層厚度按規范要求二涂≥30μm,三涂≥40μm。但涂層厚度與其耐候性能是相關聯的。涂層越厚,耐候性能會有所提高。 根據國內外大量工程經驗及曝曬試驗,對處于一般氣候條件下的幕墻構件可采用二涂系統,涂層厚度須大于25μm;對于特殊的氣候環境如高鹽霧的海洋性氣候或高污染地區,可使用增加罩面清漆的三涂系統,三涂系統中由于罩面清漆氟碳樹脂相對含量高,可以進一步提高整個涂層的耐候性、耐磨擦性和耐污染性。由于金屬閃光漆有著亮麗的光彩被廣泛地采用。如果涂料選用大顆粒的金屬顏料,因為金屬顆粒易被氧化,紫外線隔離也不徹底,因此也必須增加罩面清漆。另外需要在底漆之上增加隔離涂層或設法提高底漆的耐候性時,也可采用三涂或四涂系統,涂層厚度須大于40μm。如果要達到類似的金屬閃光效果也可采用二涂的耐候性光云母粉顏料涂料,以便降低材料成本和加工成本。 氟碳噴涂鋁型材:JGJ102-2003第3.2.2條表3.2.2要求氟碳噴涂涂層厚度≥40μm。也就是需進行三涂處理,此要求有些太絕對。筆者認為,鋁型材在幕墻中的使用大部分用在室內,其裝飾性能要求多于耐候性能的要求。如非采用金屬閃光效果的涂層時,室內部分二涂就可以滿足要求,但室外部分要根據需要采用二涂或三涂。
3.2 氟碳輥涂涂層的選用
氟碳輥涂涂層的應用,根據其生產工藝,其主要用于外墻用復合鋁板的外層鋁卷與鋁板幕墻用鋁單板的原板。目前國內相關規范中僅有對外墻用復合鋁板的涂層要求,對其涂層厚度僅要求≥25μm。對于輥涂鋁單板目前國內還無規范,但作為外墻用產品,其要求可參照噴涂層去選取。
4. 結束語
現在氟碳樹脂涂料產品及其涂裝技術正日新月異的發展,原來氟碳涂料僅適用于鋁板、鍍鋁鋼板、鍍鋅鋼板等金屬基材,現已開發出適用于玻璃、不銹鋼等基材表面的氟碳涂料及涂裝技術。對于不同的基材、不同的使用環境,如室內或室外,一般地區或海邊、嚴重酸雨地區,均應根據廠家及相關試驗資料對涂層厚度、涂裝方式作出適當的選擇。既不是涂層越厚越好,也不是樹脂的含量越高就越有價值。只有科學地分析合理地采用才能達到經濟性與合理性的統一。
對于幕墻常用材料氟碳涂層的選取,首先要了解選用涂料的性能,其次是了解選用涂層的加工工藝,最后要根據其使用環境來綜合選定,不能盲目地按照某一規范某一單項要求或不良供應商的目的宣傳武斷地選擇。氟碳噴涂在我國是一種較新的產品,其品種多范圍廣,我們只有不斷地去了解它認識它,才能正確科學地使用。 對于成員眾多的氟碳涂料,選用時需注意下幾點: PVDF氟碳涂料,應用于工廠專用設備噴涂或輥涂,不適用于現場涂刷,需要烘烤。 FEVE氟碳涂料,適用于工地刷涂,尤其是超過烘箱尺寸的大構件,如鋼梁、魚腹型鋼桁架等。 PVF適用于工廠專用設備貼膜,已大量用于冰箱等家用電器,下一步推廣用于幕墻板材的表面處理。 KYNAR500氟碳涂料,氟碳樹脂70%,丙烯樹脂30%為黃金配比,選用時應遵守。
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