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高分子柔性背板特指一類以高分子材料為主體經(jīng)過多層復(fù)合、涂覆、共擠等工藝成卷制成的背板,第1代高分子柔性背板以 TPT、KPK、TPE(一面干式復(fù)合PVF材料,另一面復(fù)合 PE 等烯烴類或改性的熱塑性)、KPE(一面干式復(fù)合PVDF,另一面復(fù)合PE等烯烴類或改性的熱塑性材料)含氟復(fù)合型背板為代表;因PE 等烯烴類或改性的熱塑性材料僅是從粘結(jié)性、低成本考量的短期環(huán)境應(yīng)用材料,故目前主流過渡到一面涂覆一面復(fù)合、雙面涂覆的雙面含氟背板,代表結(jié)構(gòu)類型有 XFB和 FFC,即往第2代背板方向發(fā)展,XFB 結(jié)構(gòu)背板所用氟膜主要為PVF和PVDF膜,PVDF 膜隨著國(guó)內(nèi)制膜技術(shù)的發(fā)展,未來2~3年有大規(guī)模取代的趨勢(shì);PET 結(jié)構(gòu)背板因其經(jīng)濟(jì)性,逐步從一代技術(shù)的多層復(fù)合PET過渡為 AB(A和B 2種或以上改性PET類材料共擠、共混等工藝)結(jié)構(gòu)共擠PET技術(shù),消除了復(fù)合PET的2個(gè)剛性界面粘結(jié)容易失效的短板,提升了 PET 結(jié)構(gòu)背板的耐濕熱 UV 循環(huán)的綜合性能,可以在溫和環(huán)境的分布式電站中應(yīng)用,同時(shí)降低了成本。 當(dāng)前高分子柔性背板的四大主流結(jié)構(gòu) XFB、FFC、XPE、PET 的技術(shù)路線如圖 4 所示。
圖4 當(dāng)前高分子柔性背板技術(shù)發(fā)展路線
圖5 含氟聚合物分子結(jié)構(gòu)中氟原子排布示意圖
背板的內(nèi)層材料及工藝方式都有向氟碳涂料涂層膜方向發(fā)展的趨勢(shì)。CPC 結(jié)構(gòu)的 FFC(雙面四氟型涂層材料)氟碳涂層背板近8年持續(xù)穩(wěn)定供電約15GW,大量戶外實(shí)際電站運(yùn)行驗(yàn)證,電站運(yùn)行正常,背板材料與初始比較幾乎沒有變化,克服了傳統(tǒng)復(fù)合型背板易產(chǎn)生層間粘結(jié)失效、黃變失效和粉化的問題,積累了大量的應(yīng)用數(shù)據(jù)。 XFB 結(jié)構(gòu)背板的 X(代表氟膜),當(dāng)前主要以為主,對(duì)比產(chǎn)品與國(guó)產(chǎn)氟膜產(chǎn)品,主要的區(qū)別在于兩方面:一是氟膜生產(chǎn)商的生產(chǎn)設(shè)備先進(jìn)、工藝配方成熟、原料控制手段完善;二是氟膜均有較長(zhǎng)的生產(chǎn)歷史,戶外應(yīng)用經(jīng)歷和案例多。國(guó)產(chǎn)氟膜生產(chǎn)商如何克服當(dāng)前的技術(shù)和裝備問題并且穩(wěn)定持續(xù)是氟膜國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中較大的難題。長(zhǎng)期的戶外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明:若背板內(nèi)、外層均為含氟型材料,則該類型背板具有更好的耐候性。背板材料耐候性優(yōu)劣的主要區(qū)別還在于材料自身分子結(jié)構(gòu)中是否含有C—F鍵(如圖 5 所示),氟原子的電負(fù)性是所有元素中較強(qiáng)的,C—F鍵的鍵長(zhǎng)短,鍵能大(485.6kJ/mol),能抵抗太陽光中波長(zhǎng)為 220~380nm的紫外光光子能量對(duì)其分子鍵的破壞,而小于220nm波長(zhǎng)的紫外線光子本身在太陽光中含量較少,這些短波紫外線在照向地球過程中已基本完全被地球外圍臭氧層所吸收,能達(dá)到地球表面的太陽光幾乎對(duì)含氟聚合物沒有分解影響 。同時(shí)從圖 5 可以進(jìn)一步看出,含氟聚合物分子結(jié)構(gòu)中氟原子呈螺旋形緊密排列,氟原子很好地保護(hù)了內(nèi)層非氟分子及其間相互作用鍵,從而使含氟材料具有優(yōu)異的耐候性、耐熱性、耐高低溫性和耐化學(xué)穩(wěn)定性等,這些是非氟材料不具有的優(yōu)勢(shì),因而含氟型背板仍是現(xiàn)階段及今后很長(zhǎng)一段時(shí)間應(yīng)用的主流。涂層技術(shù)在太陽能背板材料中的應(yīng)用發(fā)展,突破了傳統(tǒng)復(fù)合工藝的限制,讓背板差異化和功能化的設(shè)想得以輕松實(shí)現(xiàn),打開了背板以涂覆技術(shù)和材料功能選型決定來區(qū)分其功能結(jié)構(gòu)的窗口,同時(shí)也打開了氟碳涂料在太陽能電站在其他材料防護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用(如支架、接線盒、控制設(shè)施)的窗口。
2.2 背板應(yīng)用創(chuàng)新
一直以來,太陽能背板材料主流是以PET為基膜的多層高分子材料,PET 基膜作為應(yīng)用較廣的絕緣材料,以其優(yōu)異的性價(jià)比在背板材料中作為骨架支撐,發(fā)揮了重要的絕緣和阻隔作用。 PET 材料作為背面骨架由來已久,經(jīng)歷大量的研究改進(jìn)和戶外驗(yàn)證后,已經(jīng)形成了太陽背板專用基膜 PET 材料。當(dāng)然,研究者同時(shí)也提出了很多替代性材料,如業(yè)內(nèi) CSI、Trina 等接到反饋,某國(guó)外背板企業(yè)提出并實(shí)施用尼龍(PA)材料作為背板主體,但經(jīng)過戶外實(shí)踐發(fā)現(xiàn)其具有開裂、發(fā)霉、組件發(fā)電可靠性等一系列外觀和性能問題,這一過渡創(chuàng)新也讓行業(yè)企業(yè)付出了巨大的代價(jià),同時(shí)該背板企業(yè)及采用類似技術(shù)的企業(yè)也隨之走入了窘境。 當(dāng)然,創(chuàng)新和顛覆在太陽能光伏領(lǐng)域一直上演,很多創(chuàng)新都帶來積極的價(jià)值,特別是改良型創(chuàng)新。隨著電池效率的不斷提升和光伏應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,光伏組件封裝方式需根據(jù)電池的設(shè)計(jì)和光伏應(yīng)用領(lǐng)域的需求進(jìn)行創(chuàng)新,隨之而來的各類功能型背板、IBC 背板、雙面發(fā)電背板等創(chuàng)新背板產(chǎn)品大量涌現(xiàn),如使用玻璃作為背板和高分子柔性涂氟透明背板的雙面透光組件在建筑幕墻、農(nóng)業(yè)大棚等領(lǐng)域得以應(yīng)用。在以玻璃為背板的非透光雙玻組件中,創(chuàng)新地應(yīng)用了白色 EVA 等封裝材料。以玻璃背板 白色EVA 組合替代高分子柔性白色背板,其白色 EVA 的耐候性和材料自身與組合的可靠性還需大量驗(yàn)證,同時(shí)因其組合材料成本低,也給傳統(tǒng)封裝方式的材料帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因而,氟碳涂料涂氟型背板在與傳統(tǒng)復(fù)合型背板競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí),需不斷提高自身功能性,以應(yīng)對(duì)創(chuàng)新型背板材料的競(jìng)爭(zhēng)。
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(jià)格比傳統(tǒng) TPT 型背板更具優(yōu)勢(shì),將在未來占據(jù)背板市場(chǎng)的重要位置。 氟碳涂料的綜合成本比氟膜低,同時(shí)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(shì)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(duì)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。
3.2 創(chuàng)新背板、組件前板和電站應(yīng)用中氟碳涂料的技術(shù)發(fā)展
氟碳涂料除應(yīng)用在傳統(tǒng)高分子柔性背板上外,在創(chuàng)新背板、組件前板及電站逆變器、支架、接線盒等器件中也會(huì)更多的應(yīng)用,傳統(tǒng)氟碳涂料可提高被涂覆材料的耐候性,延長(zhǎng)材料的使用壽命。另外,一些新型氟碳涂料如超疏水納米氟碳涂料可使上述材料或器件保持極強(qiáng)的耐水性、耐沾污性及自清潔性,使創(chuàng)新背板、玻璃前板及電站有更好的自清潔能力。同時(shí),氟碳涂料經(jīng)過納米防冰雪添加劑改性,可降低冰雪與基體的粘結(jié)性,使材料具有明顯的抗結(jié)冰性能,避免出現(xiàn)背板、前板或電站組件在冬天霜凍條件下不能正常工作的情況,甚至可避免溫度極低時(shí)冰雪負(fù)載壓力過大使組件損壞的情況。在氟碳涂料技術(shù)及施工應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步下,氟碳涂料將在光伏組件材料各個(gè)領(lǐng)域顯示越來越重要的作用。雙玻組件也將是氟碳涂料應(yīng)用的重要領(lǐng)域,如玻璃面板的鍍膜材料壽命短,長(zhǎng)時(shí)間戶外應(yīng)用后出現(xiàn)鍍膜層剝落、白化等。以氟碳涂料為基礎(chǔ)的玻璃鍍膜材料將對(duì)延長(zhǎng)鍍膜壽命,提高鍍膜玻璃的功能性帶來巨大貢獻(xiàn)。同時(shí)氟碳涂料在傳統(tǒng)背板上的應(yīng)用解決了高分子柔性板背面的保護(hù)問題。 在西北沙塵地區(qū)的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn) FFC 四氟型材料的表面長(zhǎng)期應(yīng)用不積灰塵,帶來了風(fēng)自潔的效果。三氟型背板材料也可在功能助劑改性下獲得良好的自清潔效果,同樣的透明氟碳涂料技術(shù)可以滿足玻璃表面的自潔問題。因此,從氟碳材料本身的特點(diǎn)出發(fā),結(jié)合涂氟工藝技術(shù)和裝備的進(jìn)步,將助力光伏新能源打開材料功能化的創(chuàng)新之窗,拓展創(chuàng)新材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
4 結(jié) 語
通過對(duì)光伏背板發(fā)展的技術(shù)歷史可以推斷未來背板市場(chǎng)還將是高分子柔性背板、玻璃背板和其他材質(zhì)背板共存的時(shí)代;傳統(tǒng)的以氟碳材料為耐候?qū)拥谋嘲鍛?yīng)用仍是市場(chǎng)主流;以氟碳涂料涂覆的背板將在傳統(tǒng)高分子柔性背板市場(chǎng)上占據(jù)重要位置。同時(shí)背板材料更加關(guān)注背板抗沙塵侵蝕能力與抗紫外能力的兼容性、背板的長(zhǎng)期阻隔性、抗應(yīng)力等力學(xué)性能、戶外應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)測(cè)試緊密關(guān)聯(lián)性以及環(huán)境因素的影響;如何有效保護(hù)背板材料被影響、維護(hù)材料長(zhǎng)時(shí)間性能穩(wěn)定及背板材料特定環(huán)境應(yīng)用功能化是未來氟碳涂料的發(fā)展方向和挑戰(zhàn)。隨著涂氟技術(shù)和工藝、裝置技術(shù)的不斷進(jìn)步,氟碳涂料將在光伏電站等更多環(huán)節(jié)領(lǐng)域得以應(yīng)用。同時(shí),隨著國(guó)家對(duì)太陽能新能源政策扶持力度的不斷加大,我國(guó)氟碳涂料技術(shù)將迎來更快的發(fā)展。
氟碳彩鋼板詳細(xì)介紹
耐候性涂層 :
1>普通聚酯(PE):一般 7-8年涂層顏色輕微變化
2>硅改性聚酯(SMP):一般 8-12年涂層顏色輕微變化
3>高耐久性聚酯(HDP):15年涂層不變色保證(寶鋼出具承若書)
4>氟碳彩涂板(PVDF):20年涂層不變色保證(寶鋼出具承若書)
基板種類及鍍層含量(鍍鋅120G)
基板的屈服強(qiáng)度或者牌號(hào)(TS350GD屈服350兆帕)
涂層種類及性能(PE.SMP.PVDF,HDP,自潔,防靜電)
膜厚及涂層結(jié)構(gòu)(2/1,正面UM,背面UM)
使用時(shí)間及用量(關(guān)系到期貨與現(xiàn)貨的選擇)
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(jí)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(shí)請(qǐng)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(shí)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(shí)變形不復(fù)雜,通常選用TDC51D即可。對(duì)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(duì)于有承重要求的構(gòu)件,就應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)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
檢驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo) 準(zhǔn)檢驗(yàn)依據(jù)涂料及漆膜外觀滿足標(biāo)準(zhǔn)色卡的色差范圍 GB/T3181—2008漆膜顏色標(biāo)準(zhǔn)固體含量≥55% GB1725—1979涂料固化含量測(cè)定法可溶物含氟量≥24% HG/T3792—2005交聯(lián)型氟樹脂涂料附著力(拉開法)≥6MPa GB/T5210—2006色漆和清漆拉開法附著力試驗(yàn)表干時(shí)間(25℃)≤4h GB1728—1979漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測(cè)定法實(shí)干時(shí)間(25℃)≤24h細(xì) 度≤35μm GB1724—1979涂料細(xì)度測(cè)定法柔韌性1mm GB1750—1979涂料流平性測(cè)定法沖擊強(qiáng)度≥50cm GB/T1732—1993漆膜耐沖擊測(cè)定法耐酸性(10%H2SO4)240h無異常 GB/T9274—1988色漆和清漆耐液體介質(zhì)的測(cè)定耐堿性(10%NaOH)240h無異常抗氯離子滲透性(活動(dòng)涂層抗氯離子的滲透性試驗(yàn),30d)≤50×10-3mg/(cm2·d) JT/T695—2007混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面涂層防腐蝕技術(shù)條件耐磨性(1kg·500r)≤005g GB1768—1979漆膜耐磨性測(cè)定法抗拉強(qiáng)度≥10MPa GB/T528—2009硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定斷裂伸長(zhǎng)率≥100%耐紫外老化保光率(6000h)≥70% GB/T14522—2008機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗(yàn)方法熒光紫外燈
2.3 氟碳涂層體系配套方案
依據(jù)腐蝕環(huán)境作用等級(jí),并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與調(diào)整,確定了適用于高溫高濕強(qiáng)腐蝕海洋環(huán)境下的防腐蝕氟碳涂層體系配套方案,見表2。
表2 防腐蝕氟碳涂層體系配套方案
產(chǎn)品類別涂裝道數(shù)干膜厚度/μm參考用量/(kg/m2)滲透性環(huán)氧封閉底漆240~60012~020環(huán)氧云鐵中間漆1~2100~150030~045氟碳面漆270~100025~035
3 施工措施
3.1 基底要求
背板的內(nèi)層材料及工藝方式都有向氟碳涂料涂層膜方向發(fā)展的趨勢(shì)。CPC 結(jié)構(gòu)的 FFC(雙面四氟型涂層材料)氟碳涂層背板近8年持續(xù)穩(wěn)定供電約15GW,大量戶外實(shí)際電站運(yùn)行驗(yàn)證,電站運(yùn)行正常,背板材料與初始比較幾乎沒有變化,克服了傳統(tǒng)復(fù)合型背板易產(chǎn)生層間粘結(jié)失效、黃變失效和粉化的問題,積累了大量的應(yīng)用數(shù)據(jù)。 XFB 結(jié)構(gòu)背板的 X(代表氟膜),當(dāng)前主要以為主,對(duì)比產(chǎn)品與國(guó)產(chǎn)氟膜產(chǎn)品,主要的區(qū)別在于兩方面:一是氟膜生產(chǎn)商的生產(chǎn)設(shè)備先進(jìn)、工藝配方成熟、原料控制手段完善;二是氟膜均有較長(zhǎng)的生產(chǎn)歷史,戶外應(yīng)用經(jīng)歷和案例多。國(guó)產(chǎn)氟膜生產(chǎn)商如何克服當(dāng)前的技術(shù)和裝備問題并且穩(wěn)定持續(xù)是氟膜國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中較大的難題。長(zhǎng)期的戶外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明:若背板內(nèi)、外層均為含氟型材料,則該類型背板具有更好的耐候性。背板材料耐候性優(yōu)劣的主要區(qū)別還在于材料自身分子結(jié)構(gòu)中是否含有C—F鍵(如圖 5 所示),氟原子的電負(fù)性是所有元素中較強(qiáng)的,C—F鍵的鍵長(zhǎng)短,鍵能大(485.6kJ/mol),能抵抗太陽光中波長(zhǎng)為 220~380nm的紫外光光子能量對(duì)其分子鍵的破壞,而小于220nm波長(zhǎng)的紫外線光子本身在太陽光中含量較少,這些短波紫外線在照向地球過程中已基本完全被地球外圍臭氧層所吸收,能達(dá)到地球表面的太陽光幾乎對(duì)含氟聚合物沒有分解影響 。同時(shí)從圖 5 可以進(jìn)一步看出,含氟聚合物分子結(jié)構(gòu)中氟原子呈螺旋形緊密排列,氟原子很好地保護(hù)了內(nèi)層非氟分子及其間相互作用鍵,從而使含氟材料具有優(yōu)異的耐候性、耐熱性、耐高低溫性和耐化學(xué)穩(wěn)定性等,這些是非氟材料不具有的優(yōu)勢(shì),因而含氟型背板仍是現(xiàn)階段及今后很長(zhǎng)一段時(shí)間應(yīng)用的主流。涂層技術(shù)在太陽能背板材料中的應(yīng)用發(fā)展,突破了傳統(tǒng)復(fù)合工藝的限制,讓背板差異化和功能化的設(shè)想得以輕松實(shí)現(xiàn),打開了背板以涂覆技術(shù)和材料功能選型決定來區(qū)分其功能結(jié)構(gòu)的窗口,同時(shí)也打開了氟碳涂料在太陽能電站在其他材料防護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用(如支架、接線盒、控制設(shè)施)的窗口。
氟原子范德華半徑較小(0.135 nm),與碳原子形成共價(jià)鍵時(shí),鍵長(zhǎng)短(0.1317 nm)、鍵能大 (485.7 kJ/mol),電負(fù)性大(4.0)。由于氟原子核對(duì)其核外電子及成鍵電子云的束縛作用較強(qiáng),結(jié)構(gòu)相對(duì)對(duì)稱,分子是非極性的,氟的極化率小。同時(shí)氟原子在高聚物中所起到的高度屏蔽效應(yīng)和空間位阻作用,使其共聚物具有比普通非氟共聚物更高的化學(xué)惰性。因而決定含氟聚合物具有優(yōu)異的性能,如光電學(xué)(低折射率、高絕緣性和低介電常數(shù))、化學(xué)穩(wěn)定性、特殊表面性能(耐水性、耐油性和耐沾污性)等。
氟含量情況分析
目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上使用的溶劑型氟碳樹脂多是以CTFE(三氟氯乙烯)為主的產(chǎn)品,氟含量為19%? 28 %,變化范圍較大。氟樹脂是一種共聚物,組成是比較復(fù)雜的,不同氟化單體氟含量情況是不一樣 的,引進(jìn)的非氟共聚單體不一樣,對(duì)聚合物氟含量也有一定影響。由于氟樹脂涂料長(zhǎng)期的保光性和保色性難以用短時(shí)間的人工試驗(yàn)方法(如QUV等)做出準(zhǔn)確判定,而在實(shí)際環(huán)境中曝哂時(shí)間又較長(zhǎng),因此對(duì)氟含量的規(guī)定是必要的,但氟含量的規(guī)定應(yīng)該和組成聯(lián)系在一起,而且要綜合考察氟涂料的相關(guān)性能。
不同氟單體及其氟含量
單體名稱
均聚物氟含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%
CH2=CF2(偏氟乙烯)
59.20
CH2=CHF(氟乙烯)
41.18
CF2=CFCl(三氟氯乙烯)
48.75
CF2=CF2(四氟乙烯)
75.60
CFH=CF2(三氟乙烯)
69.40
CF3—CF=CF2(六氟丙烯)
75.60
CF2=C(CF2H)—CF2H(六氟異丁烯)
69.40
CH3=C(CH3)—CO2—M*
33.81-60.58
含氟丙烯酸酯,其中M代表含有Fn和Cm的烷基基團(tuán)
其中n=3-17,m=1-10
由于氟單體均聚物很難做成常溫使用的氟涂料,需采用與非氟單體共聚制備含氟共聚物,因此氟含量都有不同程度地下降,引入非氟單體越多,下降越多;或者通過混拼的方式,也可以導(dǎo)致氟含量的下降,但要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行綜合考慮。從表中可以看出,在均聚物中,氟乙烯具有較低的氟含量,但其聚合物同樣具有氟材料各種優(yōu)異的光學(xué)、化學(xué)等穩(wěn)定性能。
對(duì)于全氟丙烯酸酯類共聚物而言,由于受價(jià)格和共聚條件等限制,一般引進(jìn)的氟單體的量很低,若按含氟單體的氟含量為50.55 %計(jì)算,引進(jìn)單體量為8 %,F(xiàn) %(理論)為4.044 % ,而實(shí)際測(cè)得共聚物的氟含量更低一些,為2.667 %。結(jié)論表明,盡管氟含量很低,但該種共聚物充分利用全氟烷基側(cè)鏈一(CF2)nCF3(n=2?11)取向朝外占據(jù)涂層與空氣界面,從而賦予聚合物優(yōu)異的斥水、斥油等表面特性,而且與氟烷基在表面分布的程度有關(guān)。
據(jù)介紹,日本道路協(xié)會(huì)涂料標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定氟含量為15 %以上,分科會(huì)各成員公司的氟含量都在20% 以上,日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)規(guī)定氟含量標(biāo)準(zhǔn):溶劑可溶物的氟元素的含量在15 %以上。我國(guó)參照上述標(biāo)準(zhǔn),在《交聯(lián)型氟樹脂涂料》(草)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定溶劑型雙組分交聯(lián)固化型樹脂A組分氟含量大于20 %,而單組分烘烤交聯(lián)型氟含量大于14 %。
FEVE樹脂與PVDF樹脂性能比較
PVDF使用時(shí)一般與丙烯酸樹脂混拼,其使用量大于70 % ,丙烯酸樹脂為30 % ,其商品名稱為 Kynar500,氟含量大于41.38 %,耐久性高達(dá)20年之久,而FEVE樹脂的氟含量很低,耐久性與Kynar 500相比是有差距的,一般達(dá)到10~15年。這種現(xiàn)象歸因于FEVE樹脂在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的戶外曝哂之后非氟單體鏈段降解導(dǎo)致。可見,氟含量是影響FEVE樹脂性能的一個(gè)重要因素,但聚合物中氟單體鏈段不能提供足夠的遮蔽保護(hù)。
溶劑型氟樹脂涂料與性能之間的關(guān)系
選擇國(guó)內(nèi)溶劑型氟樹脂制備不同氟含量的白色、銀色等幾種色漆,在標(biāo)準(zhǔn)條件下用石棉水泥板制成測(cè)試
不同氟含量與漆膜性能之間的關(guān)系
F/%
顏色
QUV1000h,保光率/%
ΔE
耐化學(xué)腐蝕性(常溫7d)
耐溶劑性
5%H2SO4,5%NaOH
MEK擦拭
23
白色
64
1.1
+
+
光澤度輕微降低
23
白色
55
1.4
+
+
涂膜溶解,光澤降低
23
白色
63
1.1
+
+
光澤度輕微降低
19
白色
69
1.0
+
-
光澤度降低
27
銀色
74
0.5
+
-
光澤度降低
23
銀色
57
7.0
+
+
無異常
22
銀色
37
4.4
+
+
只有擦拭痕跡
19
銀色
32
4.0
+
-
光澤度降低
19
茶色
29
6.7
+
+
涂膜有一點(diǎn)溶解
27
綠色
14
5.8
+
-
只有擦拭痕跡
23
淺灰色
15
1.8
+
-
涂膜溶解,光澤降低
20
灰色
66
0.4
+
+
光澤度降低
注:+表示無異常,- 表示漆膜表面發(fā)生變化(光澤降低、變色或起泡)
所有樣品在耐5% H2SO4方面和多數(shù)樣品在耐5% NaOH方面,均表現(xiàn)出良好的特性,其中,少數(shù)樣品在耐5% NaOH方面表現(xiàn)較差。在進(jìn)行MEK擦拭試驗(yàn)吋,多數(shù)產(chǎn)品都表現(xiàn)出光澤度降低;在經(jīng)過1000h的老化試驗(yàn)后,樣品之間保光率的差距是非常大的。從表中數(shù)據(jù)看出,涂料性能的好壞并不完全取決于氟含量,還與含氟共聚物的分子結(jié)構(gòu)、色漆配方以及具體工藝過程等因素有直接的關(guān)系。
氟含量對(duì)氟涂料其他性能的影響
氟原子極性低,表面性質(zhì)光滑,具有不粘性及平滑性,保持含氟聚合物一定的氟含量能使氟涂料具有突出的抗污染特性、自潔性;由于氟原子的特殊物性常數(shù)及氟原子三維排列的螺旋結(jié)構(gòu),含氟聚合物的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、抗光化學(xué)降解性等性能也十分突出。
但是過高的氟含量(如TFE共聚物)還會(huì)出現(xiàn)低黏附性、低反射率(光澤低)、低極性(溶解性差、 附著性降低、顏料相容性差)等負(fù)面影響。
氟含量是氟聚合物的一個(gè)重要指標(biāo),對(duì)于不同類型聚合物,有不同的可比性,其高低對(duì)性能的影響也不一致,要區(qū)別對(duì)待。根據(jù)使用環(huán)境和性能要求,做到氟含量與性能之間的較佳平衡
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