背板的内层材料及工艺方式都有向氟碳涂料涂层膜方向发展的趋势。CPC 结构的 FFC(双面四氟型涂层材料)氟碳涂层背板近8年持续稳定供电约15GW,大量户外实际电站运行验证,电站运行正常,背板材料与初始比较几乎没有变化,克服了传统复合型背板易产生层间粘结失效、黄变失效和粉化的问题,积累了大量的应用数据。 XFB 结构背板的 X(代表氟膜),当前主要以为主,对比产品与国产氟膜产品,主要的区别在于两方面:一是氟膜生产商的生产设备先进、工艺配方成熟、原料控制手段完善;二是氟膜均有较长的生产历史,户外应用经历和案例多。国产氟膜生产商如何克服当前的技术和装备问题并且稳定持续是氟膜国产化进程中较大的难题。长期的户外实践经验证明:若背板内、外层均为含氟型材料,则该类型背板具有更好的耐候性。背板材料耐候性优劣的主要区别还在于材料自身分子结构中是否含有C—F键(如图 5 所示),氟原子的电负性是所有元素中较强的,C—F键的键长短,键能大(485.6kJ/mol),能抵抗太阳光中波长为 220~380nm的紫外光光子能量对其分子键的破坏,而小于220nm波长的紫外线光子本身在太阳光中含量较少,这些短波紫外线在照向地球过程中已基本完全被地球外围臭氧层所吸收,能达到地球表面的太阳光几乎对含氟聚合物没有分解影响 。同时从图 5 可以进一步看出,含氟聚合物分子结构中氟原子呈螺旋形紧密排列,氟原子很好地保护了内层非氟分子及其间相互作用键,从而使含氟材料具有优异的耐候性、耐热性、耐高低温性和耐化学稳定性等,这些是非氟材料不具有的优势,因而含氟型背板仍是现阶段及今后很长一段时间应用的主流。涂层技术在太阳能背板材料中的应用发展,突破了传统复合工艺的限制,让背板差异化和功能化的设想得以轻松实现,打开了背板以涂覆技术和材料功能选型决定来区分其功能结构的窗口,同时也打开了氟碳涂料在太阳能电站在其他材料防护领域应用(如支架、接线盒、控制设施)的窗口。
优点:
一是规格多样化,且色泽鲜艳,*表面装饰;
二是安装灵活方便,不仅能够减少建筑物的基础工程和结构工程费用,且能多次拆装,综合效益十分显著;
三是防火性好,彩钢板芯材为B1级难燃材料,其氧指数≥26,燃烧时不会熔融,且无黑烟,无高温分解滴落物;
四是使用温度范围广,彩钢板芯材使用温度在-70℃~120℃,瞬间达200℃,在低温甚至**低温环境中使用时,收缩小,不脆化,是深冷(冷库)工程理想的绝热材料;
五是导热系数低(λ=0.041w/mk),隔热保温性能好;
六是无无味,彩钢板芯材不用氟利昂发泡剂,燃烧时无无味,溢出的气体对人体与环境均无害,符合环保要求;
七是防水防湿,彩钢板芯材属于**高分子发泡材料,其结构属闭孔型,具有良好的抗吸水性和抗水蒸气渗透性;
八是自重轻。
氟原子范德华半径较小(0.135 nm),与碳原子形成共价键时,键长短(0.1317 nm)、键能大 (485.7 kJ/mol),电负性大(4.0)。由于氟原子核对其核外电子及成键电子云的束缚作用较强,结构相对对称,分子是非极性的,氟的较化率小。同时氟原子在高聚物中所起到的高度屏蔽效应和空间位阻作用,使其共聚物具有比普通非氟共聚物更高的化学惰性。因而决定含氟聚合物具有优异的性能,如光电学(低折射率、高绝缘性和低介电常数)、化学稳定性、特殊表面性能(耐水性、耐油性和耐沾污性)等。
氟含量情况分析
目前国内市场上使用的溶剂型氟碳树脂多是以CTFE(三氟氯乙烯)为主的产品,氟含量为19%〜 28 %,变化范围较大。氟树脂是一种共聚物,组成是比较复杂的,不同氟化单体氟含量情况是不一样 的,引进的非氟共聚单体不一样,对聚合物氟含量也有一定影响。由于氟树脂涂料长期的保光性和保色性难以用短时间的人工试验方法(如QUV等)做出准确判定,而在实际环境中曝哂时间又较长,因此对氟含量的规定是必要的,但氟含量的规定应该和组成联系在一起,而且要综合考察氟涂料的相关性能。
不同氟单体及其氟含量
单体名称
均聚物氟含量(质量分数)/%
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(六氟异丁烯)
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的烷基基团
其中n=3-17,m=1-10
由于氟单体均聚物很难做成常温使用的氟涂料,需采用与非氟单体共聚制备含氟共聚物,因此氟含量都有不同程度地下降,引入非氟单体越多,下降越多;或者通过混拼的方式,也可以导致氟含量的下降,但要根据实际应用情况进行综合考虑。从表中可以看出,在均聚物中,氟乙烯具有较低的氟含量,但其聚合物同样具有氟材料各种优异的光学、化学等稳定性能。
对于全氟丙烯酸酯类共聚物而言,由于受价格和共聚条件等限制,一般引进的氟单体的量很低,若按含氟单体的氟含量为50.55 %计算,引进单体量为8 %,F %(理论)为4.044 % ,而实际测得共聚物的氟含量更低一些,为2.667 %。结论表明,尽管氟含量很低,但该种共聚物充分利用全氟烷基侧链一(CF2)nCF3(n=2〜11)取向朝外占据涂层与空气界面,从而赋予聚合物优异的斥水、斥油等表面特性,而且与氟烷基在表面分布的程度有关。
据介绍,日本道路协会涂料标准中规定氟含量为15 %以上,分科会各成员公司的氟含量都在20% 以上,日本工业标准(JIS)规定氟含量标准:溶剂可溶物的氟元素的含量在15 %以上。我国参照上述标准,在《交联型氟树脂涂料》(草)标准中规定溶剂型双组分交联固化型树脂A组分氟含量大于20 %,而单组分烘烤交联型氟含量大于14 %。
FEVE树脂与PVDF树脂性能比较
PVDF使用时一般与丙烯酸树脂混拼,其使用量大于70 % ,丙烯酸树脂为30 % ,其商品名称为 Kynar500,氟含量大于41.38 %,耐久性高达20年之久,而FEVE树脂的氟含量很低,耐久性与Kynar 500相比是有差距的,一般达到10~15年。这种现象归因于FEVE树脂在经历长时间的户外曝哂之后非氟单体链段降解导致。可见,氟含量是影响FEVE树脂性能的一个重要因素,但聚合物中氟单体链段不能提供足够的遮蔽保护。
溶剂型氟树脂涂料与性能之间的关系
选择国内溶剂型氟树脂制备不同氟含量的白色、银色等几种色漆,在标准条件下用石棉水泥板制成测试
不同氟含量与漆膜性能之间的关系
F/%
颜色
QUV1000h,保光率/%
ΔE
耐化学腐蚀性(常温7d)
耐溶剂性
5%H2SO4,5%NaOH
MEK擦拭
23
白色
64
1.1
+
+
光泽度轻微降低
23
白色
55
1.4
+
+
涂膜溶解,光泽降低
23
白色
63
1.1
+
+
光泽度轻微降低
19
白色
69
1.0
+
-
光泽度降低
27
银色
74
0.5
+
-
光泽度降低
23
银色
57
7.0
+
+
无异常
22
银色
37
4.4
+
+
只有擦拭痕迹
19
银色
32
4.0
+
-
光泽度降低
19
茶色
29
6.7
+
+
涂膜有一点溶解
27
绿色
14
5.8
+
-
只有擦拭痕迹
23
浅灰色
15
1.8
+
-
涂膜溶解,光泽降低
20
灰色
66
0.4
+
+
光泽度降低
注:+表示无异常,- 表示漆膜表面发生变化(光泽降低、变色或起泡)
所有样品在耐5% H2SO4方面和多数样品在耐5% NaOH方面,均表现出良好的特性,其中,少数样品在耐5% NaOH方面表现较差。在进行MEK擦拭试验吋,多数产品都表现出光泽度降低;在经过1000h的老化试验后,样品之间保光率的差距是非常大的。从表中数据看出,涂料性能的好坏并不完全取决于氟含量,还与含氟共聚物的分子结构、色漆配方以及具体工艺过程等因素有直接的关系。
氟含量对氟涂料其他性能的影响
氟原子极性低,表面性质光滑,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**的抗污染特性、自洁性;由于氟原子的特殊物性常数及氟原子三维排列的螺旋结构,含氟聚合物的耐热性、耐化学腐蚀性、抗光化学降解性等性能也十分**。
但是过高的氟含量(如TFE共聚物)还会出现低黏附性、低反射率(光泽低)、低极性(溶解性差、 附着性降低、颜料相容性差)等负面影响。
氟含量是氟聚合物的一个重要指标,对于不同类型聚合物,有不同的可比性,其高低对性能的影响也不一致,要区别对待。根据使用环境和性能要求,做到氟含量与性能之间的较佳平衡
检验项目标 准检验依据涂料及漆膜外观满足标准色卡的色差范围 GB/T3181—2008漆膜颜色标准固体含量≥55% GB1725—1979涂料固化含量测定法可溶物含氟量≥24% HG/T3792—2005交联型氟树脂涂料附着力(拉开法)≥6MPa GB/T5210—2006色漆和清漆拉开法附着力试验表干时间(25℃)≤4h GB1728—1979漆膜、腻子膜干燥时间测定法实干时间(25℃)≤24h细 度≤35μm GB1724—1979涂料细度测定法柔韧性1mm GB1750—1979涂料流平性测定法冲击强度≥50cm GB/T1732—1993漆膜耐冲击测定法耐酸性(10%H2SO4)240h无异常 GB/T9274—1988色漆和清漆耐液体介质的测定耐碱性(10%NaOH)240h无异常抗氯离子渗透性(活动涂层抗氯离子的渗透性试验,30d)≤50×10-3mg/(cm2·d) JT/T695—2007混凝土桥梁结构表面涂层防腐蚀技术条件耐磨性(1kg·500r)≤005g GB1768—1979漆膜耐磨性测定法抗拉强度≥10MPa GB/T528—2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定断裂伸长率≥**耐紫外老化保光率(6000h)≥70% GB/T14522—2008机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法荧光紫外灯
2.3 氟碳涂层体系配套方案
依据腐蚀环境作用等级,并经现场测试与调整,确定了适用于高温高湿强腐蚀海洋环境下的防腐蚀氟碳涂层体系配套方案,见表2。
表2 防腐蚀氟碳涂层体系配套方案
产品类别涂装道数干膜厚度/μm参考用量/(kg/m2)渗透性环氧封闭底漆240~60012~020环氧云铁中间漆1~2100~150030~045氟碳面漆270~100025~035
3 施工措施
3.1 基底要求
-/gjdfhe/-
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