1 　概　述

隨著我國國民經濟的發展 , 對材料的性能提出了更高的要求。從 70 年代末開始 , 玻璃鋼作為一種新型的材料逐步進入國民經濟建設和人民的日常生活中 , 為大家所熟悉。但多年以來 , 玻璃鋼的表面質量如耐候性、耐磨性差及硬度低等仍是影響玻璃鋼制品進一步推廣應用的因素。在某些特殊的應用環境中要求玻璃鋼的表面具有某些特殊的功能 ; 外殼、容器、蓋類、貼面板等對表面質量要求高。隨著經濟的發展 , 市場迫切需求外觀好、性能價格比高的玻璃鋼制品 , 以提高玻璃鋼制品對其他材料的競爭力。

為了解決上述問題 , 人們開發了多種工藝方法 , 總的來說有兩種 , 內部改性和表面涂裝。內部改性方法是利用高性能的樹脂基體、增強纖維和添加劑 , 提高玻璃鋼的質量 , 但同時也增加了玻璃鋼的成本。表面涂裝是指在玻璃鋼制品的成型過程中或成型后 , 使用各種不同的 , 具有高性能的或某種特定功能的材料對其表面進行修飾、保護或賦予新的功能 , 提高制品的質量與競爭力 , 擴大其應用范圍的一種工藝方法。表面涂裝是玻璃鋼制品表面高質化和多能化的一種有效措施 , 并無須改變玻璃鋼的制品配方、工藝條件。

目前國內高質量、低價格的表面涂裝防護技術的開發較滯后。長期以來 , 國內大部分的玻璃鋼表面防護主要采用噴漆或噴涂膠衣等簡單的方法 , 質量較差 , 并需要經常維護。如北京某高速公路采用南方一玻璃鋼廠生產的防眩板 , 其噴漆防護面一年后老化嚴重 , 纖維外露。這嚴重影響了玻璃鋼行業的整體形象 , 并對玻璃鋼的應用產生了不良影響。即使在某些重點工程中 , 采用貼合高性能的聚四氟乙烯薄膜技術 , 價格高且質量不能保證。因此 , 研發工藝簡便 , 性能可靠的玻璃鋼表面防護技術是目前較緊迫的一個課題。實現玻璃鋼良好的表面性能和其他功能 , 延長玻璃鋼的使用壽命 , 降低使用成本 , 對于開拓玻璃鋼的應用領域和充分發揮其優點具有重要意義。

2 　表面涂裝

正確選擇涂料及相適應的涂裝技術是提高涂裝性能的必要條件。現代涂料的研究已臻成熟 , 涂層附著力良好 , 耐候性及耐腐蝕性好。目前的發展方向是開發符合環保要求的高性能品種。高性能是指高裝飾、重防腐、超耐久、功能化以及便于施工等。環保性涂料包括水性涂料、粉末涂料和高固體份及無溶劑涂料。在涂裝工藝方面向噴塑、模內涂層 (IMC) 等環保工藝方向發展。選擇涂料時要考慮以下因素 : ① 涂裝的目的 ; ② 制品所處的工作環境要求 ; ③ 施工的條件 , 所具有的施工設備及干燥設備的條件 ; ④ 根據具體的情況 , 從節約的原則出發 , 結合當前利益和長遠利益 , 直接利益和間接利益 ; ⑤ 配套性 ; ⑥ 環境保護的要求。高性能的涂層不僅取決于涂層材料本身的質量 , 與形成涂層的全過程的技術 , 如涂裝工藝、涂裝設備和作業環境等有極大的關系。分析國內玻璃鋼工業的發展現狀 , 筆者認為以下玻璃
鋼表面涂裝工藝有開發前景。

2 . 1 　浸塑及噴涂工藝

玻璃鋼的表面進行處理后 , 浸入或噴涂粘附一層保護薄膜 , 從而達到提高制品的耐老化性及耐候性等。浸塑工藝適用于小型、外形規整的制品。噴涂工藝適合于表面積較大、外形規整的制品。二者采用的原材料基本相同 , 目前性能較好的改性氟樹脂涂料和水性無機涂料等已有應用 , 得到的涂層表面質量好 , 投資也不高。技術關鍵是涂料配制時的加熱溫度、添加劑的份數控制。涂裝質量 ( 涂層厚度、表面效果 ) 和涂料粘度、塑化溫度之間有密切的聯系。在試驗中發現 , 如果粘度較小 , 成膜達不到要求 , 需要經過多次浸涂才能有一定的厚度 , 但是成膜太厚將導致成本增加 , 且表面的附著力、強度等都降低。分析試驗結果 , 并綜合考慮其他因素 , 發現膜的厚度為 0 . 1 ～ 0 . 15mm 最好。

(1) 改性丙烯酸 - 氟樹脂涂料 
        配方如表 1 所示
         
        丙烯酸樹脂與氟樹脂混合制成溶液 , 邊攪拌邊加入改性劑 , 攪攔均勻后用混合溶劑調整漆的粘度為涂 — 4 杯 300s 左右 , 過濾后即可使用。

(2) 氟樹脂涂料

配方如表 2 所示。
       表 2 　氟樹脂涂料配方 原料 配比 ( 重量份 ) 
       
 
 
       在氟樹脂中加入分散劑、消泡劑和催化劑 , 低速攪拌均勻 ; 加入鈦白粉 , 高速分散 ( > 1000rpm) , 檢查細度到 30 μ m 以下 ; 加入碳酸鈣 , 高速分散 , 檢查細度到 45 μ m 以下 ; 密封保存。

(3) 無機水性涂料

無機水性涂料是所有涂料中價格較高的 , 一次性投資較大。該產品對玻璃鋼制品表面的保護作用和美化裝飾效果很好 , 適用于各種工藝成型的玻璃鋼制品表面。最大優點是由無機材料組成 , 涂裝后的揮發物為水 , 沒有環境污染 , 涂層可自潔。

2 . 2 　噴塑工藝

(1) 靜電噴塑工藝

靜電噴塑工藝運用高壓電場感應效應 , 使粉末涂料和被涂覆物件分別帶上彼此相反的電荷 , 粉末在電場力的作用下飛向并吸附在制品表面 , 然后加熱使粉末涂料熔融成膜。靜電噴塑具有效率高、涂層均勻、污染少等特點 , 適應于規模化自動涂料生產線。隨著各種高性能、中低溫固化的粉末涂料的開發 , 該工藝在玻璃鋼方面的應用前景良好 , 是當前工藝研究的重點之一。此工藝最關鍵的問題是玻璃鋼的導靜電問題。由于玻璃鋼表面導電率低 , 不能良好地靜電吸附涂料粉末。通過技術攻關 , 本文已成功地解決了涂層與玻璃鋼的界面問題 , 實現了高性

能粉末涂料的涂裝。

(2) 熱熔噴塑工藝

綜合塑料粉末涂裝工藝的優缺點以及對玻璃鋼制品的性能分析和要求 , 新開發了熱熔噴塑工藝。它類似于靜電噴塑工藝 , 但此工藝省略了靜電噴塑中對玻璃鋼制品的導靜電要求 , 粉末塑化溫度較低 , 適用于基材厚度較大的玻璃鋼制品。選擇合適分子量階段的聚合物 , 熔融后在制品的表面形成一層塑料薄膜 , 以吸收紫外線、避免機械傷害和利用涂層優良的耐老化、耐腐蝕等性能保護制品。該工藝通過加熱玻璃鋼制品 , 粉末在熱空氣壓力下飛向制品并熱熔 , 附著在制品表面后塑化 , 形成保護涂層。涂層厚度由制品的溫度控制 , 涂層與玻璃鋼的界面良好 , 質量控制參數容易掌握 , 可實現工業化生產。技術關鍵是玻璃鋼表面的前處理工藝和基體溫度的確定。

(3) 粉末浸塑工藝

粉末涂料在壓縮空氣的作用下懸浮 , 將預熱到高于粉料熔點溫度的玻璃鋼制品浸入容器中 ; 粉料均勻地粘附于制品表面 , 到預定時間取出制品機械振動 , 除掉多余的粉末 ; 最后將制品送入塑化爐流平、塑化 , 冷卻 , 得到均勻的涂層。玻璃鋼制品的粉末浸塑工藝和普通的鋼鐵制品的浸塑不同之處在于玻璃鋼制品不能象鋼鐵制品一樣加高溫后在流化床中涂粉再高溫塑化。因此 , 此工藝主要應用于耐高溫的厚壁玻璃鋼制品 , 如 SMC 、纏繞等玻璃鋼制品的表面防護。由于目前性能較好的粉末涂料的溶點一般較高 , 它主要應用于有特殊功能要求的制品表面涂覆 , 以增加制品的功能。

2 . 3 　模內涂層技術

模內涂層技術是當前國際上水平較高的表面涂裝技術 , 主要用于 SMC 模壓制品。它省略了二次底涂工序及所需設備 , 避免了揮發性溶劑的污染 , 解決了常規成型制品和二次涂裝制品易出現的針孔、鼓泡等缺陷 , 可實現 A 級表面。基本操作步驟是① 將片材加入模具中 , 閉合壓機 , 使制品成型 , 直至獲得最低的初始強度 ; ② 開啟模具約 0. 5mm , 將涂料注入制件表面 ; ③ 閉合壓機 , 其壓力較成型壓力低 , 使涂料固化 ; ④ 開啟壓機 , 取出制件。 IMC 需要計算機控制。在批量大、制件質量要求高的情況下 , IMC 的優越性將顯示出來。

在 IMC 的基礎上國外已開發出多種表面涂裝技術 , 如高壓模內涂層技術 (HPIMC) 、 RIM 模內著 色技術和粒化注射噴涂技術 (GIPT) 等。

3 　涂裝技術的應用前景

玻璃鋼應用的發展給表面處理技術提供了廣闊的應用前景。從 80 年代初開始 , 我國的民用玻璃鋼制品的研究開始為人們所重視 , 并且迅速發展。預計到 2010 年我國的玻璃鋼產量將達到 90 萬 t , 并居世界第二位。

從經濟角度分析 , 玻璃鋼表面涂裝技術具有以下優勢 : ① 目前由于技術、工藝等原因 , 玻璃鋼制品的表面不盡如人意。大批成品僅由于表面的缺陷而成為不合格品 , 造成不必要的成本增加。運用玻璃鋼表面涂裝技術 , 可以提高制品的表觀質量 , 從而降低制品的廢品率。② 在某些條件下可用相對價低的中堿纖維、通用樹脂來代替無堿纖維、耐腐蝕樹脂 , 在不影響制品的使用性能的前提下 , 降低原材料的成本。以 SMC 片材為例 , 用中堿纖維代替無堿纖維可節約成本 7 % 。③ 玻璃鋼表面涂裝技術還可以提高助劑的利用率 , 如紫外線吸收劑、抗氧化劑等。因為這些助劑只需在表面層使用。④ 試驗研究表明 , 玻璃鋼的老化一般都是從表面開始的 , 并且主要在 0. 7mm 范圍內。主要表現在表面起花、纖維外露。表面涂裝技術可以增加玻璃鋼制品的使用壽命 , 節約維護成本。

玻璃鋼表面涂裝技術是玻璃鋼行業的一項新興的技術 , 工藝簡單、成本較低、性能可靠。它有很好的發展前景。