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氟碳涂层介绍

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人气:-发表时间:2018-12-25 14:25【

    在各种塑料之中,氟碳树脂塑料由于引入的氟元素电负性大,碳氟键键能强,使得氟碳树脂具有特别优越的各项特性:耐候性、耐热性、耐低温型、耐化学药品性,而且还具有独特的不粘性和低摩擦性。这些优良的特性,使得氟碳树脂广泛应用于建筑、化学工业、电气电子工业、机械工业、航空航天产业、家庭用品等各个领域。

1. 氟碳树脂的种类

氟碳树脂家族常见的有PTFE、PVDFFEVEPVF四种。

PTFEPoly tetra fluoro ethylene)即聚四氟乙烯树脂,于1938年美国研发成功,其优异的防腐性能,有“塑料王”之称。“特富龙”是其别称,经常处在糖、油脂、盐等多种成分在高温反应复杂环境中能保持不粘、自洁,PTFE轴承不需要润滑油,具有自润滑性。

PVDF即聚偏二氟乙烯树脂,60年代出现,主要作为建筑涂料应用于金属装饰板材保护涂层。经过三十年真实考验,基本保持原貌。

上述两者氟碳涂层金属烤漆型,必须经过高温才能成膜,不能在常温下施工。

FEVE,即聚三氟氯乙烯/乙烯基醚树脂,由日本科学家于1982年利用分子链设计技术和膜技术开发成功,是一种可常温固化的氟碳涂料。在常温下,通过刷涂、辊涂、喷涂等普通涂装方法,将氟碳涂料涂覆在各种基材表面,形成氟碳保护涂层,极大拓展了氟碳涂料的应用范围,使氟碳涂料在日常生活中。

PVF,及聚氟乙烯树脂 polyvinyl fluoride ,由美国杜邦公司于1940年发明,这种专利产品是 PVF 共聚体挤压而成的薄膜,厚度一般为12.5~50μm这一形成过程保证了PVF装饰层致密无暇,决无PVDF涂料喷涂或滚涂过程中经常发生的针孔,发裂等缺陷。PVF薄膜通过与金属板材复合用于建筑外墙,与PVC膜复合用于空间膜结构。其良好的抗UV性能,也使其广泛用于户外广告宣传画的保护膜等。

(PVF 膜制造过程中分子晶格沿纵、横方向的挤压排列大大强化了它的物理强度,所以:

• PVF 膜具有更大的韧性, 180 °折弯试验后用放大 43 倍的放大镜观察 PVF 膜没有裂纹,而 PVDF涂层可见明显裂纹,其原因是: PVF 膜的延伸率可达 100% ,而 PVDF 涂层没有!)

2. 幕墙材料常用氟碳树脂

幕墙材料涂层用氟碳涂层是一种以氟碳树脂为基料,配以金属微粒或云母晶体为色粉的有机涂料,其PVDF(聚偏二氟乙烯)的含量在70%(树脂质量比)以上。氟碳基料的化学结构中以氟/碳化学键结合,这种结合是至今被认为最稳定、最牢固的结合。在正常情况下,它具有如下卓越性能:

² 耐候性具有抵抗恶劣天气和紫外线,因此长期保持颜色和光泽的能力;

² 耐腐蚀性具有抗酸和液态碱的侵蚀及不受空气污染、酸雨的侵袭,氧、潮气和腐蚀粒子的渗透率低,能长期承受恶劣的环境面不腐蚀的能力。

² 机械性能具有极佳的抗冲击性、耐磨性及优良的漆膜柔性。

在以KYNAR500 @命名的涂料中,要求的KYNAR500 @树脂重量比≥70%。原因是在当树脂含量在70%PVDF的各项性能,特别是耐候性及耐久性,均能达到较高的要求,而在大于70%以上,其性能影响并不大,基本与70%处于同一性能状态,而且底漆含量为30%70%PVDF相匹配,性能最佳,经科学实验证明,PVDF70%的涂料,其性能显著降低。

KYNAR500 @树脂含量低于70%,不允许使用KYNAR500 @涂料的名称。

常用的氟碳涂层的幕墙材料有氟碳喷涂铝型材、氟碳喷涂铝单板、氟碳辊涂铝单板、氟碳辊涂表面处理的铝塑复合板等。目前PVF全氟碳覆膜铝单板在国内市场上也有销售。

3. 幕墙材料用氟碳树脂涂料的涂装

氟碳树脂涂料的涂装方法很多,可以是辊涂、喷涂或静电粉末喷涂。不同的涂装方法,其生产设备、对基材的处理要求不同,所产生的涂层厚度、涂层效果也不相同。氟碳涂层的处理目前喷涂在国内最为广泛,辊涂在国外较为流行,静电粉末只有少量应用。

3.1氟碳树脂涂料喷涂

是将成型好的金属材料的成品或半成品,进行表面处理。如,铝单板是在经过钣金加工后送到喷涂流水线进行表面处理,铝型材是挤压成型后再进行喷涂表面处理。

3.1.1 喷涂工艺

喷涂工艺主要为前处理(脱脂、酸洗、铬化)、喷涂和固话(烘烤)三道工序。根据对材料涂层需要,可选择二涂、三涂或者四涂。二涂(底漆+面漆);三涂(底漆+面漆+罩光漆);四涂(底漆+阻挡漆+面漆+罩光漆)。一般情况下,二涂涂层厚度≥30μm±5μm,三涂涂层的厚度≥40μm±5μm

前处理:

在基材进行喷涂前,工件表面要经过去油去污及化学处理,以产生铬化膜,增加涂层和金属表面结合力与抗氧化能力,有利于延长漆膜的使用年限。

底漆涂层:作为封闭底材的底漆涂层,其作用在于提高涂层抗渗透能力,增强对底材的保护,稳定金属表面层,加强面漆与金属表面的附着力,可以保证面漆涂层的颜色均匀性,漆层厚度一般为5~10μm

面漆涂层:面漆涂层是喷涂层关键的一层,在于提供基材所需要的装饰颜色,使铝材外观达到设计要求,并且保护金属表面不受外界环境大气、酸雨、污染物的侵蚀,防止紫外线穿透。大大增强抗老化能力,面漆涂层是喷涂中最厚的一层漆层,漆层厚度一般为20~30μm

罩光漆涂层:罩光漆涂层也称清漆涂层,主要目的是更有效地增强漆层抗外界侵蚀能力,保护面漆涂层,增加面漆色彩的金属光泽,外观更加颜色鲜艳,光彩夺目,涂层厚度一般为5~10μm

固化处理:三喷涂层一般需要二次固化,俗称三涂二烤。基材进入固化炉处理,固化温度一般在180~250℃,固化时间为15~25分钟,不同氟碳涂层生产厂家,都会根据自己的涂料,提供最佳的温度和时间。氟碳喷涂厂也有根据自己经验把三喷时的两次固化改为一次固化。

3.1.2 氟碳树脂喷涂的设备

国内氟碳喷涂设备多为美国、德国、日本设计,并引进计算机软件,引进各种国家的不同类型静电喷枪。

根据喷涂生产线的不同,喷涂方式有全悬挂式和半悬挂式。

全悬挂式是指基材的前处理和喷涂、固化过程均悬挂起来,由计算机操作工件在吊装上行走,清洗、多次喷涂、固化知道喷涂完毕出产品。这种全自动线长度达到420m,不仅可以喷各种规格、厚度的铝板,而且还可以自动喷涂六米长铝型材。

半悬挂式,是指基材的前处理在几个槽液中处理(如铝材阳极氧化的清洗槽),铬化也在槽液中进行,然后再把基材悬挂起来,工件在吊架上行走,完成喷涂固化工序直到出产品。这种生产线一般只有100多米,相对来讲,投资少。

一般而言,全悬挂式喷涂效率高、质量稳定,半悬挂式喷涂方式效率低,而且由于槽洗有二次污染的问题,质量控制难度相对较大。

喷枪也是喷涂的一种重要设备,氟碳涂料本身性能要求喷涂设备必须保证有出色的雾化效果,保证喷涂层的均匀性,氟碳涂料中的金属微粒的分布,直接影响涂层的外观效果。涂层均匀,质量优秀的氟碳涂层具有金属光泽,颜色鲜明,有明显的立体感。使用不当的喷涂设备的氟碳喷涂层,会产生颜色不均,表面有阴影或涂层不牢。大大影响了氟碳的装饰效果,为了达到好的喷涂效果,均采用高压静电电气喷枪。

3.1 氟碳树脂涂料的辊涂

氟碳树脂辊涂多用于金属板材基材的表面处理,亦称预涂。通长将卷材置于生产线上进行表面处理后涂敷(辊涂)涂料或粘接有机薄膜并烘烤而成产品,辊涂好的卷材一般需要两次成型加工后使用。

3.2.1 氟碳树脂辊涂工艺

辊涂生产工艺与喷涂不同的是边涂边烤,一般涂几次需烤几次。常用的为三涂三烤,或二涂二烤。一般情况下,三涂三烤涂层厚度为40μm±4μm,二涂二烤涂层厚度为≥25μm±4μm。受机械辊弯设备与基材本身的材质特性限制,辊涂材料的厚度受到一定的限制,铝卷一般在2.5mm以内。另外,由于辊涂的方向性,其产品在阳光下的折射效果会有差异,在使用时要注意使用方向的一致。

3.2.2 氟碳辊涂幕墙材料

    幕墙用氟碳辊涂金属板主要有两类,一类是用于复合铝板面层的预涂板,厚度不小于0.5mm。另一类是2mm厚度或以上的预涂铝单板,经二次成型加工后采用。

4. 幕墙用氟碳树脂涂层性能要求

目前国内对建筑幕墙用铝型材、铝板氟碳喷涂质量与性能有明确规定,对外墙用复合铝板的氟碳辊涂层也有较明确的规定,两种涂层质量性能对比如表。

项目

技术要求

标准

JG/T 133-2000

对喷涂层的要求

GB/T17748-1999

对辊涂层的要求

平均涂层厚度

二涂≥30μm,三涂≥40μm

25μm

色差

目视无色差或单色用电脑色差计测试ΔE≤2NBS

--

光泽60

≤规定值±5


铅笔硬度

HB

HB

附着力

划格法,0

不次于1

耐冲击

50kgcm,无脱漆

50kgcm,不脱漆,无裂痕

耐化学性

耐盐酸

15min点滴,无气泡,外观无变化

无变化

耐硝酸

颜色变化不超过ΔE≤6NBS

无变化

耐砂浆

无任何变化

无变化

耐洗涤剂

无气泡,漆膜无脱落

无变化

耐腐蚀

耐湿

4000h,二级以上

--

耐盐雾

4000h,二级以上

不次于2

耐候性

褪色

10年后,ΔE≤5NBS

--

粉化

10年后,GB/T1766,1级

--

光泽保持率

10年后,保持率≥50%

--

膜厚损失

10年后,≤10%

--

耐人工老化

褪色

2000h后,ΔE≤3NBS

3.0

粉化等级

2000h后,0

--

失光等级

2000h后,不次于2

不次于2

5. 氟碳喷涂涂层选用

氟碳喷涂涂层选取一般要考虑如下几个方面:油漆、涂层厚度、质感方面的其他要求,如需增加金属粉的效果等。

氟碳油漆的一般要求选用PVDF含量不能少于70%的氟碳漆。氟碳油漆的选定也就意味着颜色,不同颜色的油漆体系,工艺性有差别,选用的喷枪也不一样,涂装工艺控制也有所不同。根据不同的涂料供应商其涂装工艺控制有所不同。

涂层厚度按规范要求二涂≥30μm,三涂≥40μm。但涂层厚度与其耐候性能是相关联的。涂层越厚,耐候性能会有所提高。

根据国外大量工程经验及曝晒试验,对处于一般气候条件下的幕墙构件可采用二涂系统,涂层厚度须大于25μm;对于特殊气候环境,如高盐雾的海洋性气候或高污染地区,可使用增加罩面清漆的三涂系统,三涂系统中由于罩面清漆氟碳树脂相对含量高,可以进一步提高整个涂层的耐候性、耐摩擦性和耐污染性。由于金属闪光漆有着亮丽的光彩,被广泛地采用。如果涂料选用大颗粒的金属颜料,因为金属颗粒易被氧化,紫外线隔离也不彻底,因此也必须增加罩面清漆。另外需要在底漆之上增加隔离涂层,或设法提高底漆的耐候性时,也可采用三涂或者四涂系统,涂层厚度须大于40μm。如果要达到类似的金属闪光效果,也可以采用二涂的耐候性光云母粉颜料涂料,以便降低材料成本和加工成本。

氟碳喷涂铝型材:JGJ102-2003第3.2.2条,表3.2.2要求氟碳喷涂涂层厚度≥40μm,也就是需要进行三涂处理。铝型材在幕墙中的使用大部分是用在室内,其装饰性能要求多于耐候性能的要求。如非采用金属闪光效果的涂层时,室内部分二涂就可以满足要求,但室外部分要根据需要采用二涂或三涂。

6. 氟碳辊涂涂层选用

氟碳辊涂涂层的应用,根据其生产工艺,其主要用于外墙用复合铝板的外层铝卷与铝板幕墙用铝单板原板。目前国内相关规范中仅有对外墙用复合铝板的涂层要求,对其涂层厚度仅要求≥25μm。对于辊涂铝单板目前国内还无规范,但作为外墙用产品,其要求可参照喷涂层去选取。

PVDF氟碳涂料,应用于工厂专用设备喷涂或辊涂,不适用于现场涂刷,需要烘烤。

FEVE氟碳涂料,适用于工地刷涂,尤其是超过烘箱尺寸的大构件。

PVF适用于工厂专用设备贴膜,已大量用于冰箱等家用电器,下一凹步推广用于幕墙板材的表面处理。

KYNAR500氟碳涂料,氟碳树脂70%,丙烯树脂30%,为黄金配比,选用时应遵守。

 

附:铬化处理知识

一. 概述:

铝合金铬化处理是铝制品一种常用的前处理方法,通过化学反应在产品表面形成一层铬化膜,增强产品的耐腐蚀性能和涂层的附着力。

目前常用的铬化种类有三价铬铬化和六价铬铬化。因铬化膜对环境污染严重,残留的铬化物对人体有害。所以三价铬和六价铬处理将逐步被无铬转化取待。


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