3 涂氟背板發(fā)展機(jī)遇及氟碳涂料的技術(shù)研究

3.1 高分子柔性背板中氟碳涂料的技術(shù)發(fā)展

近年來，組件企業(yè)將降本的壓力紛紛轉(zhuǎn)嫁給組件材料供應(yīng)商，迫使材料企業(yè)特別是背板企業(yè)面臨材料技術(shù)更新的壓力和選擇。以氟碳涂料作為 PET 基材保護(hù)層的涂氟型背板材料（CPC、XFC）已逐漸成為主流，其工藝技術(shù)、成本和價格比傳統(tǒng) TPT 型背板更具優(yōu)勢，將在未來占據(jù)背板市場的重要位置。 氟碳涂料的綜合成本比氟膜低，同時具有極佳的耐候性，能保證組件 25年以上的使用壽命，目前還沒有一種新材料具有這種優(yōu)勢并進(jìn)行取代。因而在涂氟型高分子柔性背板中，耐候?qū)拥姆纪苛稀⒎紭渲茄芯康臒狳c(diǎn)。針對光伏應(yīng)用領(lǐng)域（如圖 2、表 1、表 2）展開研究，需提升氟碳涂料、氟碳樹脂的性能和功能性。現(xiàn)有氟碳涂料、氟碳樹脂主要采用可交聯(lián)固化型，即在氟樹脂中引入—OH、—COOH、雙鍵等官能團(tuán)，使之可與異氰酸酯、三聚氰胺和氨基樹脂等進(jìn)行加熱交聯(lián)成膜或微波、電子束固化成膜。相信經(jīng)過技術(shù)革新，以這些氟碳涂料改進(jìn)的背板材料將具有更優(yōu)異的功能和更環(huán)保的應(yīng)用。


彩鋼板，是指彩涂鋼板，彩涂鋼板是一種帶有有機(jī)涂層的鋼板。彩鋼板分為單板、彩鋼復(fù)合板、樓承板等。廣泛使用于大型公共建筑、公共廠房、活動板房、及集成房屋的墻面和屋面。
針對在濕熱海洋環(huán)境下長期服役的鐵路混凝土，設(shè)計了表面氟碳涂層成套體系，明確了涂層體系應(yīng)用技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上規(guī)范了施工措施并完善了質(zhì)量評價體系，實現(xiàn)了涂層防護(hù)成套技術(shù)在相應(yīng)工況下的成功應(yīng)用。效益分析表明，涂層技術(shù)的應(yīng)用降低了鐵路混凝土的全壽命期維修費(fèi)用，兼具環(huán)保和社會效益。

關(guān)鍵詞 材料工程;鐵路混凝土；氟碳涂層；應(yīng)用技術(shù)；海洋環(huán)境；耐久性

隨著我國對海洋開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各類碼頭、跨海大橋、人工島等海洋工程基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)數(shù)量正在逐漸增加。鋼筋混凝土由于具有易澆注、耐沖擊、耐磨等優(yōu)良性能以及較低的工程造價，成為進(jìn)行此類設(shè)施建設(shè)的可以選擇形式。但鋼筋混凝土在海洋環(huán)境下服役時面臨著較嚴(yán)重的鋼筋銹蝕等腐蝕問題，易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂、失效，縮短結(jié)構(gòu)使用壽命[1]。為保證安全服役，必須對已發(fā)生腐蝕的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，但技術(shù)難度與所需資金均十分巨大。因此，人們對處于嚴(yán)重腐蝕環(huán)境下的鋼筋混凝土越來越多地采取事前防護(hù)措施以提升其耐久性，從而降低全壽命周期的成本[2-3]。

海南省處于典型的高溫、高濕、強(qiáng)腐蝕等多腐蝕因素耦合作用的海洋環(huán)境下，其區(qū)域內(nèi)鋼筋混凝土的腐蝕問題更為突出，對效果顯著、實施簡便、作用持久的混凝土耐久性提升技術(shù)措施的需求更加迫切。在諸多技術(shù)措施中，混凝土表面涂層技術(shù)較為簡單有效，不僅可以應(yīng)用到新建結(jié)構(gòu)上，還可以應(yīng)用于已有結(jié)構(gòu)的修復(fù)[4-8]。本文主要介紹成功應(yīng)用于新建海南西環(huán)鐵路提升混凝土耐久性的表面氟碳防腐蝕涂層技術(shù)。

1 工程概況
新建海南西環(huán)鐵路始于既有西環(huán)鐵路海口站，終于三亞站，線路走向沿海南西部沿海地段，正線全長345 km，設(shè)計時速200 km，為I級雙線鐵路。在西環(huán)鐵路中段，位于海南省儋州市與昌江縣境內(nèi)的珠碧江雙線特大橋全長 3 991 m，橋位與北部灣入海口不足5 km。由于海水倒灌影響，環(huán)境腐蝕作用異常嚴(yán)重，其中，氯鹽環(huán)境的作用等級為L3，化學(xué)侵蝕環(huán)境的作用等級為H4，鹽晶結(jié)晶破壞環(huán)境的作用等級為Y4，并存在大于Y4等級的高硫酸鹽含量的極端嚴(yán)重腐蝕環(huán)境，必須對相應(yīng)環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐蝕強(qiáng)化處理，提升混凝土耐久性。


2 氟碳涂層體系的應(yīng)用
2.1 體系設(shè)計

為提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，防腐蝕涂層體系需要與混凝土基面具有良好的適應(yīng)性，并維持較長的使用壽命。涂層體系一般由底漆+面漆或底漆+中間漆+面漆組成，各涂層分別承擔(dān)相應(yīng)功能并產(chǎn)生協(xié)同作用，達(dá)到有效避免外來腐蝕介質(zhì)破壞，從而保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)的目的[9]。

珠碧江雙線特大橋混凝土結(jié)構(gòu)的特殊性主要在于其結(jié)構(gòu)表面處于周期性的干濕交替狀態(tài)，而且潮汐現(xiàn)象導(dǎo)致部分混凝土結(jié)構(gòu)只有很短的時間位于水面之上。這要求涂層體系具備一些特殊性能，特別是要求封閉底漆能夠在潮濕的混凝土表面涂裝，即除了具備潮濕基面固化的能力外，還需要潮濕混凝土基面具有良好的潤濕性、滲透性、耐堿性和優(yōu)異的附著力。此外，中間漆應(yīng)具有良好的屏蔽性能，面漆應(yīng)具有優(yōu)異的耐候性，配套涂層之間還應(yīng)具有良好的相容性，并具備良好的復(fù)涂性。整體而言，作為濕熱海洋環(huán)境下混凝土的表面防護(hù)體系，應(yīng)具有良好的附著力，可防止水的滲透，耐常見化學(xué)制劑和生物附著，在寬廣的溫度范圍內(nèi)具有良好柔韌性等。

經(jīng)現(xiàn)場試驗對比與優(yōu)選，確定了TK系列滲透性環(huán)氧封閉底漆、柔性環(huán)氧云鐵中間漆和高耐候氟碳面漆的配套體系。該配套體系具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

1)涂層黏結(jié)性能佳。在涂料中采用了層間偶聯(lián)法，強(qiáng)化了涂層與基底之間以及各涂層之間的附著力，為整體涂層的長效防護(hù)提供了保障。

2)涂層耐久性好。在基礎(chǔ)成膜物方面，選用了目前防腐蝕涂料中耐候性較好的樹脂材料；在力學(xué)性能調(diào)控方面，采用了分子內(nèi)增韌技術(shù)以提高涂層力學(xué)性能，避免了涂層在服役過程中的小分子增塑劑遷移問題，降低了涂層脆化風(fēng)險。

2.2 技術(shù)要求

依據(jù)室內(nèi)加速試驗及現(xiàn)場涂裝測試的結(jié)果，并綜合《混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面涂層防腐技術(shù)條件》(JT/T 695—2007)等技術(shù)規(guī)范的相關(guān)要求，對應(yīng)用的涂料及涂層性能指標(biāo)做出以下規(guī)定(見表1)。

表1 混凝土表面氟碳涂料及相應(yīng)涂層技術(shù)指標(biāo)



氟碳彩鋼板該產(chǎn)品積累了三十多年的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗涂料采用專利配方, Kynar Kynar5000,無機(jī)陶瓷顏料,每一種新的原料都必須經(jīng)過佛羅里達(dá)十年曝曬證明才能商業(yè)使用,從而使產(chǎn)品質(zhì)量得到可靠保證。美國 Fitzpartrick核電站廠房彩板采用熱鍍鋅基板,涂上含70%樹脂的氟碳涂料。1971年建成至今不僅表面及基板完好,而且色彩依舊。寶鋼氟碳涂料的供應(yīng)商為世界上較早的也是較大的氟碳涂料公司之一,提供20年涂層質(zhì)量保證,保證20年內(nèi)涂層不脫落,不粉化。
氟碳涂料是以氟樹脂為成膜物質(zhì)的涂料，由于在氟樹脂大分子鏈中F-C鍵的存在，使得用氟樹脂為基料配成的氟樹脂涂料具有許多優(yōu)異的性能，如超耐氣候老化性、超耐化學(xué)腐蝕性等。其穩(wěn)定性比市面上流行的聚氨酯、有機(jī)硅、丙烯酸樹脂涂料優(yōu)越，在許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

氟碳涂料形成的涂層通常有以下優(yōu)點(diǎn)：
·不粘性能或防粘性能，易清洗；
·表面張力小，自潤滑性能與低摩擦性能優(yōu)異；
·憎油憎水性能，不污染設(shè)備內(nèi)的物料等；
·涂層衛(wèi)生，耐溫性好；
·化學(xué)穩(wěn)定性高，耐候性能、介電性能和耐熱性能突出。

當(dāng)然，由于氟樹脂以及氟碳涂料的品種多樣性，造成不同類型的氟碳涂料形成的涂層在性能上各有不同側(cè)重點(diǎn)。

二、氟碳涂料的類型有哪些？

1、 從狀態(tài)來分，有液體狀的和粉末狀的，其中液體狀的又分為溶劑型（油性）和水性（水分散型）的；

2、 從成膜基料氟樹脂的類型來分，有以下幾種：

①、PTFE型

PTFE型即聚四氟乙烯型，也常衩稱為“鐵氟龍、特氟龍、teflon、特氟隆”，有液體分散體型的，也有粉末型的。一般被用作不粘涂層或易清潔涂料，表面自清潔性非常好，粘附的污物容易清洗。涂層抗酸抗堿、耐各種有機(jī)溶劑、耐高溫、摩擦系數(shù)非常低，主要用于炊具（如不粘鍋）、化工操作設(shè)備內(nèi)壁、電熨斗等。

這類涂料涂于工件表面后，通常需要300℃以上高溫熔融燒結(jié)成膜。

②、PVDF型

主要成膜樹脂為聚偏氟乙烯樹脂+熱塑性丙烯酸樹脂，有液體分散體型的，也有粉末型的。該類涂料具有超強(qiáng)耐候性，具體表現(xiàn)壽命長、不褪色、無污染和耐老化等。較常用于建筑外裝飾鋁幕墻板和鋁型材。

這類涂料涂于工件表面后，通常需要230℃以上高溫?zé)崛鄢赡ぁＫ砸脖环Q為熱熔型氟樹脂(PVDF)涂料，目前有相關(guān)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T3793—2005。

③、FEVE型

目前市場上的液體狀的FEVE型氟碳涂料從成膜氟樹脂上主要有兩類，一類為三氟氯乙烯和烷基乙烯基醚（酯）的共聚物（常被稱為：三氟型）；另一關(guān)為四氟乙烯/乙烯基單體的共聚物（常被稱為：四氟型）。這兩種氟樹脂分子鏈上都含在羥基，可用異氰酸酯或氨基與羥基反應(yīng)而交聯(lián)固化。如采用非封閉異氰酸酯作為固化劑則可常溫交聯(lián)固化，可用于重防腐領(lǐng)域，在鋼結(jié)構(gòu)、橋梁防腐方面應(yīng)用較為廣泛，是目前防腐涂料中**涂料產(chǎn)品，也可用于建筑外墻等。而若采用封閉異氰酸酯或氨基固化劑則需烘烤固化型的氟碳涂料。目前有相關(guān)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《HG/T3792-2014交聯(lián)型氟樹脂涂料》。


氟碳彩鋼板
合理的選材不僅可以滿足使用要求,而且可以較大限度地降低成本。如果選材不當(dāng),其結(jié)果可能是材料性能超過了使用要求,造成不必要的浪費(fèi),也可能是達(dá)不到使用要求,造成降級或無法使用。因此,用戶應(yīng)高度重視合理選材的重要性,必要時請與我們聯(lián)系。彩涂板的選擇主要指力學(xué)性能、基板類型(鍍層種類和鍍層重量、正面涂層性能和反面涂層性能的選擇。用途、環(huán)境腐蝕性、使用壽命、耐久性、加工方式和變形程度等是選材時應(yīng)考慮的重要因素。
力學(xué)性能、基板類型和鍍層重量的選擇
力學(xué)性能主要依據(jù)用途、加工方式和變形程度等因素進(jìn)行選擇。例如,建筑物的屋面板通常不承重,且加工時變形不復(fù)雜,通常選用TDC51D即可。對于變形程度比較大的零件,應(yīng)選擇TDC52D、TDC53D這樣成形性好的材料。而對于有承重要求的構(gòu)件,就應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求選擇合適的結(jié)構(gòu)鋼,如TS280GD、TS350GD等。彩涂板常用的加工方式有剪切
保溫隔熱
該彩鋼板復(fù)合板常用保溫材料有：巖棉、玻璃纖維棉、聚苯乙烯（EPS）、聚氨酯等，導(dǎo)熱系數(shù)低，從而活動房具有良好保溫隔熱效果。高強(qiáng)度彩鋼板采用高強(qiáng)度鋼板為基材（抗張拉強(qiáng)度5600kg/cm）再加上較先進(jìn)的設(shè)計與滾壓成型。因此彩鋼板活動房具有極佳的結(jié)構(gòu)特性。
氟碳彩鋼板（聚偏氟乙烯PolyvinylideneFluoride)

PVDF氟碳涂層彩涂板為現(xiàn)有建筑彩涂板當(dāng)中的，為公認(rèn)的具有好保護(hù)作用的有機(jī)涂層，能保證金屬建筑板幾十年不受損害，并始終保持美麗的顏色。從1965年進(jìn)入市場起，氟碳涂層在世界各地的建筑物經(jīng)歷了40多年的日曬風(fēng)吹雨打，始終保持**無損。PVDF為聚偏氟乙烯樹酯。氟原子大的電負(fù)性能形成十分穩(wěn)固的氟碳鍵，加上其分子獨(dú)特的對稱性，使PVDF具有超常的穩(wěn)定性獨(dú)特的抗紫外光解性能及優(yōu)異的絕緣性能和機(jī)械性能。正因為氟碳彩涂板積累了三十多年的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗，涂料采用專利配方Kynar500或Kynar5000無機(jī)陶瓷顏料，每一種新的原料都必須經(jīng)過佛羅里達(dá)十年曝曬證明才能商業(yè)使用，從而使產(chǎn)品質(zhì)量得到可靠保證。

-/gjdfhe/-