聚碳酸酯中空板性能评价与选择要点

聚碳酸酯中空板性能评价与选择要点邢荣 【摘要】连栋智能温室屋面采光材料的选择有很多种类，根据不同的环境条件和 使用要求，选择适合的采光材料十分重要。聚碳酸酯（PC）中空板进入中国已有 20年时间，因其具有透明率高、强度高、质量轻、以及保温隔热、安装简便等特 点，而被广泛应用于农业温室工程。【期刊名称】农业工程技术【年（卷），期】2016（036）016【总页数】4页（P22-25） 【关键词】聚碳酸酯;中空板;性能评价;采光材料;智能温室;保温隔热;温室工程 【作者】邢荣【作者单位】北京西宏联新型材料有限公司，北京100054【正文语种】中文【中图分类】S625连栋智能温室屋面采光材料的选择有很多种类，根据不同的环境条件和使用要求， 选择适合的采光材料十分重要。聚碳酸酯（PC）中空板进入中国已有20年时间， 因其具有透明率高、强度高、质量轻、以及保温隔热、安装简便等特点，而被广泛 应用于农业温室工程。多年来，经过专业研发人员的努力，聚碳酸酯（PC）中空 板不仅在结构形式上有了许多改进，在品质和性能上也有了跨越式的提高和创新。 聚碳酸酯（PC）板分为实心板和中空板两大类。中空板（又称阳光板）是以高性 能的聚碳酸酯（PC）树脂为主要原料加工而成的双层或多层结构中空板材，是一 种综合性能卓越、节能环保型塑料板材，是目前国际上普遍采用的建筑采光材料， 广泛应用于建筑屋面、幕墙，体育场馆、机场、火车站的采光屋面，以及遮阳棚、 农业温室、花卉市场，和汽车站台、灯箱广告、建筑装饰等领域。聚碳酸酯（PC）中空板具有以下特征：抗撞击强度高，优于玻璃，几乎没有破碎 的危险；质量轻，是中空玻璃的1/10，大大降低了钢结构的承载；保温隔热性能 好，本身具有中空玻璃的结构及功能；安装制作简单，可以冷弯成型，提高了设计 安装造型的随意性；透光度高，不影响植物生长所需要的光照。在近些年的实际应用中，各建造商使用PC中空板作为温室覆盖材料的意愿在逐渐 下降。主要原因有，PC中空板的透光率衰减过快；黄化、脆化问题凸显；在使用 寿命上远远不如玻璃。据在一定范围内的调查证实，真正使用到10年的应用案例 少之又少，一般短则34年，长则56年就开始黄化、脆化，需要更换。不少 温室在用到10年时，已经更换过12次，无形中增加了温室的应用成本。抗老化性和透光率、黄化率是判断PC板好坏的关键因素，而抗老化性又决定了 PC板的使用寿命。抗老化性众所周知，有机化学材料的老化，主要是受紫外线照射和材料本身稳定性的影响所 致。那么，要保证PC板的抗老化性、一方面要保证原材料的稳定性，另一方面要 做好板材表面的抗紫外线（UV）保护层。稳定性原材料的稳定性取决于2个方面。原材料本身的质量（是否添加回收料）； 不同板材原料配方及改善物理性能的添加剂。抗紫外线工艺抗紫外线（UV）工艺技术直接影响PC板的使用寿命。对PC板抗UV保护层的具 体做法进行技术分析，目前有如下3种类型：（1）把抗UV吸收剂涂覆在PC板表面，或以极低浓度的UV吸收剂添加在PC原 料之中。这种工艺下的抗UV的持久性比较差。（2）在线共挤抗UV技术。即以一定浓度的抗UV吸收剂添加在PC原料之中（般浓度在5%7%），以一定厚度（30-50 pm）共挤在PC板表层。在这 种工艺下，PC板的抗UV效果大大提高。但是，由于抗UV吸收剂在PC原料 中的浓度不可能过高，所以不能保证紫外线100%不能穿透；抗UV吸收剂本 身也有质量和寿命周期的限制，因此就决定了 PC板的抗老化性能依然没有绝对的 保障；一定厚度的抗UV共挤层中的UV吸收剂会对PC原料分子结构产生不良 影响，严重时，形成PC原料分子链的断裂，会出现板材脆化、抗撞击强度降低等 现象。以上不足是提高PC板持久透光率和长久使用寿命难以突破的瓶颈。（3）化学镀层抗UV和热固化技术。在20世纪90年代，美国GE公司研发出了 一种新的抗UV工艺技术化学镀层抗UV和热固化技术。这项新技术，是把 高度稳定的UV吸收材料和本征耐候材料组成的化学镀层热固化在PC板表层，保 证更好的耐候性和更小的黄变；克服了共挤层技术所采用的UV吸收剂种类和浓度 不同而导致耐候性能的巨大差异。这项新技术的出现，突破了有机化学材料抗UV 技术提升的瓶颈，大大延长了 PC板的使用寿命，是PC板生产工艺技术的一次革 新和飞跃。从功能角度讲，由于这种新型工艺技术的诞生，使得PC板的各种附加功能得以实 现，即通过以化学镀层的工艺技术，可以在PC板上做很多非导体材料的复加功能， 例如，做石英镀层以增加PC板表面的硬度和耐磨性能；做防滴露镀层，使防滴露 层热固化在板材表面，不易脱落，延长了防滴露层的使用寿命；做防紫外线或红外 线镀层；做双面抗UV镀层；还可以做防尘易洁功能镀层，等等。总之，化学镀层 工艺技术可以改善和增加PC板的性能和附加功能。这种抗UV技术生产的板材不 仅可以100%阻挡紫外线，而且提高了 PC板材表面的流平性和光洁度，改善和提 高了板材的光学性能。即使是多层中空板，也不会出现视觉影像扭曲变形，如果做 温室立面用，也具有良好的视觉通透性。化学镀层抗UV与共挤层抗UV进行比较，影响PC板抗UV共挤层效果的因素有 很多，一是抗UV吸收剂本身的浓度不一样；二是抗UV吸收剂本身的使用寿命不 同；三是抗UV吸收剂本身的质量层次不同；四是抗UV吸收剂混入PC原料和挤 出的均匀度受设备的限制会有不同。因此，共挤抗UV工艺下的抗UV效果会有很 大差别。另外，抗UV吸收剂本身应是无色透明的，以目视观察抗UV共挤层的颜 色来辨别板材的抗UV功能是不科学的。透光率与黄化率聚碳酸酯（PC）中空板的透光率取决于以下因素：纯净的原材料；要选择最好的、全新的、透光率高的原材料；各种添加剂的透光率要在98%以上；板材挤出后的平整度和表面光洁度要高。聚碳酸酯（PC）中空板的透光率是温室采光的重要条件。对于温室而言，屋面采 光材料虽然所占成本比例不是很大，但对温室形象来说十分重要，是温室的脸面； 也是温室采光应用价值的重要体现。温室的受益者是植物，植物最需要的是温度和 阳光；而对温室覆盖材料最主要的要求是透光率。沙伯基础创新塑料研发中心（原美国GE研发中心）对不同工艺的产品进行的抗老 化检测，检测结果从图1可以看出，没有抗UV共挤层的产品会很快老化，一般 不会超过3年时间；有抗UV共挤层的寿命有了很大提升，可以延长到10年黄化 指数所不超过10 ；而沙伯基础创新塑料化学镀层抗UV的产品，10年黄化指数 Yi不超过2，透光率衰减，10年也不超过2%。产品黄化就意味着透光率在衰减，产品开始老化。因此，只有提高产品的抗老化性 能，降低黄化率，才能保持产品的良好透光率。如果PC板能够长期保持良好的透光率和稳定的机械稳性能，其他方面又优于普通 玻璃或中空玻璃，不失是一种优异的温室采光覆盖材料。国际、国内聚碳酸酯（PC）板同类产品有很多，如：以色列的登普、魄丽佳、帕 拉姆、原德国的拜耳（现在的科思创）、台湾的尚亚、高峰、力佳龙等，国内目前 也有几十个品牌，每个品牌都各有特色，不一列举。在此，仅以沙伯基础创新塑 料（中国）有限公司的PC板产品为例进行分析。沙伯基础创新塑料的产品就是原 美国通用电气（GE）公司塑料集团的产品。美国（GE）公司于1953年率先研发 出聚碳酸酯（PC）原料，并很快进入产品深加工和应用进程。在20世纪70年代 初，就已经应用于采光材料（实心板和中空板）的生产制造，至今已有40多年的 产品生产历史，目前已获得1万多项国际专利。产品品种达上百种，还有很多创 新产品，例如：自洁型防滴露板、防红外线高隔热型中空板、磨砂型光扩散多层结 构板、之字形高透光率结构板、与柔性太阳能板复合的光电复合板，等等。在国外，沙特基础（原GE公司）PC板应用20 30年的案例有很多，仅以荷兰 阿姆斯特丹体育馆屋面作为典型案例分析。2010年，荷兰阿姆斯特丹体育馆屋面 已经使用了 15年，经欧洲权威第三方检测机构TNO进行实地抽样检测，与初始 产品数值相比，板材透光率衰减小于等于1.12% ；板材黄化指数AYi = 1.31。以此 数据推理，如10 mm透明中空板新板初始透光率为80%，按此衰减数值，15年 之后是78.88% （有的新板初始透光率也可能是78% ）, 30年之后板材的透光率 为77.76%。依据目前我国常规的10年质保标准数据（10年时，板材透光率衰减 小于等于6% ；板材黄化指数不大于AYi = 10 ）推算，至少还要经过10年板材的透 光率才会衰减到此限值。这个检测结果标志着沙伯基础创新塑料公司的PC板产品 进入了半永久性（25年）建筑采光材料的行列。在我国，沙伯基础创新塑料公司（原美国GE ）比较早的产品应用案例有1998年 王府井东面的东方广场，（GE16mm透明中空板）；2001年，北京花乡花卉产 业园花卉市场温室（15000 m2GE6mm透明中空防滴露板），已经历了 15年以 上时间，目视PC板透光率没有明显变化，至今仍然在使用之中。自洁型防滴露板得到了客户的欢迎，自2012年以来，相继建立了国际花卉文化城 温室、2014世界种子大会温室、中粮集团智慧农场温室等典型应用案例。从应用 情况看，效果还是比较明显的。经过了几年的时间，目视透光率没有变化，特别是 在雨后，板材表面十分清洁。无论是顶面还是立面，均通透性良好。综上所述，聚碳酸酯（PC）中空板作为温室屋面采光材料是很好的选择。但是， 就像其他产品一样，P C板也存在质量上的差异。做好产品的选择是保证温室工程 质量的重要环节。一味追求低成本和低价格的产品是很难做到品质兼优”的，或 者说低于成本价值的产品是不可能做到真实的质量保证的。先进的科学技术和严谨的工匠精神是产品质量的唯一保证。这就要求从业者们，对 产品的选择要采取科学的态度；对产品的分析要采取科学的方法，对产品的质量要 进行科学的分析，对产品的保证要落实到具体数据，对产品的价格要进行性能和价 值对比。这样，既是对自己负责，也是对客户负责，更是对项目工程负责。