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  • 【知识分享】建筑幕墙用氟碳涂层

  • 发布日期:2019/7/9      查看次数:24

  • 随着金属材料表面处理技术的发展与幕墙材料档次的提高,氟碳涂层在越来越多的幕墙材料表面处理中被选用。但由于对氟碳涂料及其加工工艺的不了解,在应用过程中有很多单位的相关人员,针对幕墙材料的氟碳涂层的要求往往只是凭想象,以为涂层越厚越好,树脂含量越高越好。规范要求40μm,他们要求不小于50μm,规范要求树脂含量 ≥70%,他则要求80%以上。这些不太合理的要求,一方面增加了工程成本,另一方面也达不到预期的效果。因而深入地了解各种氟碳涂料的性能以及其涂装方法,科学合理地选用氟碳材料的涂装方法与涂层厚度,在当前的形势下,具有很大的意义




    2. 氟碳树脂的种类及其在幕墙材料中的应用

    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、耐低温性、耐化学药品性, 而且还具有独特的不粘性和低磨擦性。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、家庭用品的各个领域。

    2.1 氟碳树脂的种类 氟碳树脂家族常见的有PTFEPVDFFEVEPVF四种。 PTFE 即聚四氟乙烯树脂,于1938年在美国开发出成功,其防腐性能特别优异,有“塑料王”之称。如“特富龙”不粘锅涂料,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的罩面保护涂层。以KYNAR500为品牌的PVDF氟涂料,经过30年真实考验,能基本保持原貌,体现氟碳涂料优良的耐候性能,在国外主要作为标志性建筑的金属装饰板材的罩面保护。PTFEPVDF氟碳涂料属烘烤型,必须高温才能成膜,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。在室温下,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,形成氟碳保护涂膜,极大的拓展了氟碳涂料的应用范围,使氟碳涂料在日常生活使用成为可能。 PVF 即聚氟乙烯树脂,由美国杜邦公司于1940年发明,这种专利产品是将PVF共挤而成的薄膜,厚度一般为12.550umPVF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,也使其广泛地用于户外广告宣传画的保护膜等。 作为一种高科技功能性涂料,从其产生的过程不难发现氟涂料的发展经历了热熔型(PTFEPVDF)、常温交联固化型(FEVE)、水基型三个发展阶段。绿色环保和可持续发展的宏观战略成为 21世纪的发展主题,许多国家开始限制使用溶剂型涂料,高固体分氟涂料和水性氟涂料的开发成为氟涂料重点开发方向。目前市场上已有水性氟涂料销售。

    2.2 幕墙材料中的常用氟碳树脂 幕墙材料涂层用氟碳树脂涂料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: 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。 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。 机械性能 ―― 具有极佳的抗冲击性、耐靡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,性能最佳,经科学试验证明,PVDF70%的涂料,其性能显著降低。例如含PVDF50%的涂料,耐候性等性能只相当于含PVDF涂料性能的70%,而70%以上的与70%的处于同一性能状态,考虑到实际生产中的偏差,一般涂料的含量为71%,大于此含量不但没有必要,反而会增加成本,其性能甚至还不如70%的涂料性能。如果KYNAR500@树脂含量低于70%,不允许使用KYNAR500@涂料的名称。 氟碳涂层的卓越性能使其在建筑装饰材料中越来越被广泛采用。常用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。 下面就目前国内应用最多的喷涂与辊涂作一介绍。 3.1 氟碳树脂涂料的喷涂 氟碳树脂喷涂般是将成型好的金属材料的成品或半成品,进行表面处理的方式。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 氟碳树脂喷涂的工艺 喷涂工艺主要为前处理(脱脂、酸洗、铬化)、喷涂和固化(烘烤)三道工序。根据对材料涂层的需要可选择二涂、三涂或四涂。二涂(底漆 + 面漆);三涂(底漆 + 面漆 + 罩光漆);四涂(底漆 + 阻挡漆 + 面漆 + 罩光漆)。一般情况下,二涂涂层的厚度≥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和防氧化能力,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510微米。 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2030微米。 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,外观更加颜色鲜明,光彩夺目,涂层厚度一般为510微米。 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℃之间,固化时间为1525分钟,不同氟碳涂料生产厂家 ,都会根据自己的涂料,提供最佳的温度和时间。氟碳喷涂厂也有的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、固化直到喷涂完毕出产品。这种全自动线长度达到420米,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,全悬挂式的喷涂效率高质量稳定,半悬挂式的喷涂方式效率低,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、明显的立体感。而使用不合适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。 3.2 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。通常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,辊涂好的卷材作一般需要二次成型加工后使用。

    3.2.1 氟碳树脂辊涂的工艺 氟碳辊涂的生产工艺与喷涂不同的是为边涂边烤,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。

    由上表可知,对于氟碳喷涂层的要求较辊涂层的要求更具体更细致一些,这可能是标准出台的时间造成的。可见两种不同加工工艺的涂层具有完全相同的性能,对于目前尚无相关标准的外墙用氟碳辊涂铝单板,其氟碳涂层的要求其主要性能指标按照氟碳喷涂的质量标准去要求也是可以接受的。 5. 幕墙用氟碳树脂涂层选 幕墙材料采用氟碳树脂涂层的有两类,一类是金属板材,通常为采用喷涂工艺的铝单板和采用辊涂工艺的铝单板及铝塑复合板用铝卷。另一类是采用喷涂工艺的铝型材。

    5.1 氟碳喷涂涂层的选用 氟碳喷涂铝单板:氟碳喷涂铝单板的应用最为普遍,通常是板材成型后进行表面喷涂处理。氟碳喷涂涂层的选取一般要考虑如下几个方面:油漆、涂层厚度、质感方面的其它要求,如需增加金属粉的效果等。 氟碳油漆一般要求选用PVDF的含量不能少于70%的氟碳漆。氟碳漆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。 根据国内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;对于特殊的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、耐磨擦性和耐污染性。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:JGJ102-20033.2.2条表3.2.2要求氟碳喷涂涂层厚度≥40μm。也就是需进行三涂处理,此要求有些太绝对。笔者认为,铝型材在幕墙中的使用大部分用在室内,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。

    5.2 氟碳辊涂涂层的选用 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的原板。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。


    5. 结束语

    现在氟碳树脂涂料产品及其涂装技术正日新月异的发展,原来氟碳涂料仅适用于铝板、镀铝钢板、镀锌钢板等金属基材,现已开发出适用于玻璃、不锈钢等基材表面的氟碳涂料及涂装技术。对于不同的基材、不同的使用环境,如室内或室外,一般地区或海边、严重酸雨地区,均应根据厂家及相关试验资料对涂层厚度、涂装方式作出适当的选择。既不是涂层越厚越好,也不是树脂的含量越高就越有价值。只有科学地分析合理地采用才能达到经济性与合理性的统一。


    对于幕墙常用材料氟碳涂层的选取,首先要了解选用涂料的性能,其次是了解选用涂层的加工工艺,最后要根据其使用环境来综合选定,不能盲目地按照某一规范某一单项要求或不良供应商的目的宣传武断地选择。氟碳喷涂在我国是一种较新的产品,其品种多范围广,我们只有不断地去了解它认识它,才能正确科学地使用。 对于成员众多的氟碳涂料,选用时需注意下几点: 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,如钢梁、鱼腹型钢桁架等。 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。

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