彩涂卷钢涂层厚度对耐老化性能的影响

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随着彩色涂层钢板在国内外建筑行业的日益普及,我国彩涂卷钢的市场需求量不断上升。据统计,2005年的市场需求在400万t左右,而2006年达到500万t以上。伴随着彩涂板产量的不断提高,各种彩板质量问题不断地暴露出来,彩板耐老化性能方面存在的问题就是其中最为突出的问题之一,例如:一些工程中使用的彩板在投入使用的1～2年内即发生表面严重失光、变色等质量问题。按照国家标准GB/T13448—2006[1]《彩色涂层钢板及钢带试验方法》的规定,评价彩板耐老化性能的相关指标主要包括色差、光泽保持率、表面粉化、开裂等几个方面。而国外最权威的行业标准,欧洲彩涂卷钢协会(ECCA)标准也着重在彩板的耐老化性能方面进行了详细的规定,例如:该标准在T2—光泽[3]、T3—色差[4]、T10—UV加速气候老化试验[5]及T14—表面粉化[6]等方面都提供了详细的试验方法。目前,我国的彩板生产行业随着产量的逐步放大,其行业内部出现了两极分化的趋势。一方面,以宝钢、鞍钢、武钢为首的大型彩板生产企业,秉承一贯的产品质量标准,以优异的产品性能正在逐渐占据高端建筑产品市场,并在彩板出口国外的总量上占有绝对优势;另一方面,一些中小彩板生产企业,为了降低生产成本,在价格上提高市场竞争力,不惜降低彩板涂层的漆膜厚度,这样的彩涂板势必在产品性能方面尤其是耐老化性能上存在严重的问题。本文通过紫外光人工加速老化试验(UV老化试验)着重研究了彩板的不同面漆厚度对其耐老化相关性能的影响,并通过显微照片对比了老化试验后不同涂层厚度试样的表面状态。
    1实验条件
    1.1基板规格
    尺寸:23mm×15mm×0.5mm;表面状态:Z12热镀锌无锌花FB表面。
    1.2彩涂前处理
    脱脂处理:温度为(50±5)℃,药液浓度为5.5%(体积分数),喷淋;表面调整:温度为(40±5)℃,药液浓度为15%(体积分数),喷淋;钝化处理:Cr(T)附着量控制目标(30±5)g,辊涂。
    1.3涂层涂漆及烘烤条件
    试验样板的涂层体系:底漆为聚氨酯、淡黄色;面漆为普通聚酯、墨绿色。在室温条件下,使用不同规格涂漆线棒进行湿法涂装,涂装完成后将样板放入BLUE-M新型恒温对流烘箱中进行烘烤固化,实际工艺参数如下:
    (1)涂漆用线棒:底漆:20#;面漆:30#、50#、80#。
    (2)涂层烘烤条件:炉温设定为290℃;底漆烘烤峰值温度为232℃;面漆烘烤峰值温度为224℃。
2结果与讨论
    格罗塞斯-德雷珀定律:彩板发生老化或光化学反应的第一个必要条件是彩板表面成分能够吸收辐射能;其次,分子吸收的辐射能大于分子键能时,彩板涂层才能发生降解。由于光线的波长越短,其所含的能量就越高。根据上述理论,彩板在大气环境中发生的老化是涂层分子吸收了太阳光中高于其分子键能的紫外光波段的能量,导致涂层分子发生降解。由于UV-A340灯管发射的光谱与大气曝晒条件下的太阳光光谱在紫外光波段具有较好的相似性,因此,试验中采用A340标准荧光灯进行人工加速老化试验。
    2.1漆膜厚度对彩板表面保光率的影响
    图1是在3000hQUV老化试验中,薄涂层彩板(面漆6μm、9μm)和正常涂层厚度彩板(面漆17μm)表面保光率的变化情况。

图 1 不同厚度涂层 QUV 老化试验表面保光率对比

    图1不同厚度涂层QUV老化试验表面保光率对比
    由图1可知,在人工加速老化试验(QUV老化试验)中,不同涂层厚度对彩板的保光率的影响是不同的。薄涂层(6μm、9μm)彩涂板表面的保光率在试验开始时即呈现出急速下降的趋势,然而,正常厚度涂层(17μm)的变化趋势与前者存在较大差异,保光率的下降幅度很小,且在试验的前1500h内,正常涂层表面的保光率大于90%。这些现象说明正常厚度涂层在投入使用的相当长一段时间内光泽的稳定性高于相对较薄的涂层。
    2.2漆膜厚度对彩板表面色差的影响
    图2是在3000hQUV老化试验中,薄涂层彩板(面漆6μm、9μm)和正常涂层厚度彩板(面漆17μm)表面色差的变化情况。   

图 2 不同厚度涂层 QUV 老化试验后表面色差对比

    图2不同厚度涂层QUV老化试验后表面色差对比
    由图2可知,在人工加速老化(QUV老化试验)试验中,不同涂层厚度对彩板表面色差的影响是不同的。薄涂层的表面色差变化较大,而正常涂层的表面色差在整个试验过程中变化相对较小,ΔE≤1.0。这些现象说明,阳光的曝晒将会导致薄涂层彩板在投入使用的一段时间内较正常涂层彩板发生较大的颜色改变。
2.3漆膜厚度对彩板耐粉化、开裂性能的影响
    经过3000hQUV老化试验后,按照GB/T1766—1995[2]涂层老化评级方法对试验后的样板表面进行粉化和开裂评级,表1和表2分别为试样表面粉化和开裂的评级结果。
    表1不同涂层厚度3000hQUV老化试验后的表面粉化评级结果

表 1 不同涂层厚度 3 000 h QUV 老化试验后的表面粉化评级结果

    表2不同涂层厚度3000hQUV老化试验后的表面开裂评级结果   

表 2 不同涂层厚度 3 000 h QUV 老化试验后的表面开裂评级结果

    随着涂膜的老化,基料本体逐渐丧失,涂层表面逐渐变粗糙而失光。基料的这种丧失最终留下较为稳定的颜料粒子,它们以未粘接的粉末形式留在涂膜表面,此过程称为粉化[7]。表1和表2的数据显示,经过3000h的QUV老化试验后,不同涂层厚度彩板表面虽然未出现漆膜开裂现象,但均出现了粉化倾向,且薄涂层的粉化程度较为严重。
    2.4QUV老化试验后彩板涂层表面形态对比
    图3是厚度为6μm、9μm和17μm涂层经QUV老化试验3000h后,表面微观形貌对比。

图 3 涂层经老化 3 000 h 试验后表面形貌

    图3涂层经老化3000h试验后表面形貌
    根据图3的QUV老化试验后样板表面形态的对比可以看出,厚度6μm涂层的表面出现较大的粗糙突起,说明该涂层分子发生了严重的降解反应,而厚度9μm和17μm涂层的表面发生的降解程度是不同的,呈现出逐渐减轻的趋势,说明正常涂层较薄涂层在耐老化性能方面存在优势,这与上述的试验结果是一致的。
    3结语
    综上所述,不同涂层厚度的聚酯彩板在耐老化性能上存在较大差别,薄涂层彩板的耐老化能力较差,正常厚度涂层的耐老化性能相对较好。因此,依靠减薄涂层来降低彩板生产成本的方法不可行,必然带来严重的质量问题,同时也从侧面论证了国外彩板进口商的订货合同中明确注明涂层厚度的必要性。