專利名稱：一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及材料技術領域，具體的說，涉及一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板。
背景技術：
彩色涂層鋼板是指在基板上帶有有機涂層的鋼板，一般簡稱為彩涂板。彩色涂層鋼板具有耐蝕性好，色彩鮮艷，外觀美觀，加工成型方便，強度高，成本較低等優(yōu)點，廣泛用于建筑家電和交通運輸?shù)刃袠I(yè)，特別是建筑業(yè)，主要用做鋼結構廠房、機場、庫房和冷庫等工業(yè)及商業(yè)建筑的屋頂墻面和門等。經(jīng)過二十多年的發(fā)展歷史，彩色涂層鋼板行業(yè)在我國得到極大發(fā)展，其產(chǎn)量以每年平均40%的速度增長，我國已成為世界彩色涂層鋼板生產(chǎn)大國。但我國的彩鋼產(chǎn)品的質(zhì)量還處于低端，其耐久性、表觀性以及功能性與國外同類產(chǎn)品還有一定的差距。傳統(tǒng)彩色涂層鋼板是以鍍鋅或鍍鋁鋅基板為基材，經(jīng)預處理脫脂、涂化學轉化膜、涂底涂層/背涂層、 涂面涂層后二次烘烤而成。普通彩色涂層鋼板以環(huán)氧或聚酯或聚氨酯樹脂作為底涂層的主要成膜物質(zhì)，以聚酯或硅改性樹脂或其他樹脂作為面涂層的主要成膜物質(zhì)。根據(jù)產(chǎn)品用途的不同對底涂層和面涂層成分相應搭配以滿足不同使用場合對涂膜的性能要求。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，彩色涂層鋼板的應用領域不斷擴大，高檔彩色涂層鋼板已被用于部分電器如機頂盒、部分家電用板如冰箱冷柜背側板、太陽能熱水器集水箱等。但傳統(tǒng)的家電用彩色涂層鋼板，因其漆膜較軟而在加工或使用過程中極易損壞。 因此，家電板使用的涂層鋼板要求漆膜具有優(yōu)異的機械性能，制備高硬度的涂層鋼板能夠克服這一問題。碳納米管是一類具有完美石墨結構的管形碳材料，直徑一般從幾個納米到幾十個納米。碳納米管以其較低的相對密度(僅為鋼的1/6)、極高的拉伸強度(50-200 Gpa，是鋼的100倍)、極高的彈性模量(高達600 Gpa)成為理想的增強材料，引起了研究人員的廣泛關注。但由于碳納米管具有巨大的比表面積，相互之間存在十分強的團聚作用，碳納米管多以大量單根碳納米管并排形成的束狀形式存在，使得碳納米管幾乎不溶于所有的溶劑，致使碳納米管作為增強材料很難分散在基體材料中。同時很難與基體材料形成有效的界面結合和實現(xiàn)有效的承載轉換，這極大地限制了碳納米管的實際應用。本實用新型以表面含胺基的碳納米管作為增強材料添加到環(huán)氧樹脂中，碳納米管表面的胺基使之具有良好的分散性，防止團聚；同時還可在環(huán)氧樹脂固化過程充當部分固化劑的作用，與環(huán)氧基團形成共價鍵，從而提高碳納米管與環(huán)氧基體之間的結合力。制備碳納米管增強的環(huán)氧樹脂作為彩色涂層鋼板的底涂層和背涂層，制備高硬度涂層鋼板，可提高涂層的彎曲加工性能。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板。
3[0007]碳納米管增強的高硬度涂層鋼板包括面涂層、碳納米管增強的底涂層、第一化學轉換層、第一鍍鋅或鍍鋁鋅層、基板、第二鍍鋅或鍍鋁鋅層、第二化學轉換層和碳納米管增強的背涂層；基板上表面從下到上順次設有第一鍍鋅或鍍鋁鋅層、第一化學轉換層、碳納米管增強的底涂層和面涂層；基板下表面從上到下順次設有第二鍍鋅或鍍鋁鋅層、第二化學轉換層、碳納米管增強的背涂層。所述的第一化學轉換層和第二化學轉換層的材料為鉻酸鹽皮膜。所述碳納米管增強的底涂層和碳納米管增強的背涂層的材料是重量百分含量為5 10%碳納米管增強改性的環(huán)氧樹脂。所述碳納米管增強的底涂層的厚度為4 6 Mffl0所述碳納米管增強的背涂層的厚度為5 12 Mm。所述面涂層的材料為聚酰胺改性聚酯樹脂。所述面涂層的厚度為 15 20 Mm。本實用新型通過采用碳納米管增強改性的環(huán)氧樹脂作為底涂層和背涂層，制備一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板，其優(yōu)點主要有具有良好的彎曲加工性能，在各種復雜加工條件下，涂層不開裂、不剝離。而且本實用新型的制備方法簡單有效，非常適合于大工業(yè)生產(chǎn)。
圖1是碳納米管增強的高硬度涂層鋼板剖面結構示意圖；圖中，面涂層1、碳納米管增強的底涂層2、第一化學轉換層3、第一鍍鋅或鍍鋁鋅層4、基板5、第二鍍鋅或鍍鋁鋅層6、第二化學轉換層7、碳納米管增強的背涂層8。
具體實施方式
如圖1所示，碳納米管增強的高硬度涂層鋼板包括面涂層1、碳納米管增強的底涂層2、第一化學轉換層3、第一鍍鋅或鍍鋁鋅層4、基板5、第二鍍鋅或鍍鋁鋅層6、第二化學轉換層7和碳納米管增強的背涂層8 ；基板5上表面從下到上順次設有第一鍍鋅或鍍鋁鋅層 4、第一化學轉換層3、碳納米管增強的底涂層2和面涂層1 ；基板5下表面從上到下順次設有第二鍍鋅或鍍鋁鋅層6、第二化學轉換層7、碳納米管增強的背涂層8。所述的第一化學轉換層3和第二化學轉換層7的材料為鉻酸鹽皮膜。所述碳納米管增強的底涂層2和碳納米管增強的背涂層8的材料是重量百分含量為5 10%碳納米管增強改性的環(huán)氧樹脂。所述碳納米管增強的底涂層2的厚度為4 6 Mffl0所述碳納米管增強的背涂層8的厚度為5 12 Mm。所述面涂層1的材料為聚酰胺改性聚酯樹脂。所述面涂層1的厚度為15 20 Mm。本實用新型所述的一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板，以鍍鋅或鍍鋁鋅基板為基材，采用以下步驟制備1)噴淋脫脂；2)涂敷化學轉化膜，烘干；3)輥涂碳納米管增強改性的環(huán)氧樹脂作為底漆、背漆，烘烤；4)輥涂聚酰胺改性聚酯樹脂作為面漆，烘烤成型。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。實施例1(1)制備羧基化的碳納米管(CNT-COOH)在250 ml的燒瓶中加入5 g碳納米管 (CNT)和100 ml的濃硝酸，進行超聲處理30 min。然后，在磁力攪拌下回流24 h。反應后， 將回流后的液體冷卻至室溫，然后轉移至大燒杯，并用200 ml去離子水進行稀釋，以結束反
4應。稀釋后的液體用0. 22 μ m微孔濾膜進行真空抽濾，并用蒸餾水洗至濾液呈中性。收集濾紙上的產(chǎn)物，在60 °C真空烘箱干燥12h，得到羧基化的碳納米管(CNT-C00H)。紅外結果證實所制得的產(chǎn)物具有預期的結果；(2)制備胺基化的碳納米管(CNT-NH2)將4. 5 g干燥后的CNT-COOH和10 ml亞硫酰氯加入至250 ml三頸瓶中在150 °C下攪拌4 h，減壓抽干溶劑。在得到的干燥的 CNT-COCl中加入200 ml無水1，3-丁二胺在80 °C下攪拌48 h。產(chǎn)物純化和后處理產(chǎn)物用0.22 μ m微孔濾膜進行過濾。然后用四氫呋喃(THF)洗5 6遍。收集濾紙上的產(chǎn)物， 在100 °C真空烘箱干燥12 h。得到4. 4 g胺基化的碳納米管(CNT-NH2)15紅外結果證實所制得的產(chǎn)物具有預期的結果；(3)將4 g表面胺基化的碳納米管溶于50 mL丙酮中超聲分散后，加入76 g環(huán)氧樹脂及固化劑，磁力攪拌均勻，并攪拌均勻，升溫至50° C。減壓抽除溶劑，將混合液于真空下脫泡待用。這種重量百分含量為5%的碳納米管增強改性的環(huán)氧樹脂作為彩色鋼板的底涂層和背涂層；(4)采用鍍鋁鋅基板為基材，一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板的連續(xù)自動化生產(chǎn)工藝流程如下所示開卷一噴淋脫脂一三道水洗一化學轉化膜一烘干一底涂/背涂一烘烤一冷卻 I —面涂一烘烤一冷卻II—檢驗一收卷；噴淋脫脂采用堿性脫脂法，主要成分為氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、硅酸鈉等以及表面活性劑組成，槽液溫度控制在55士5°C;噴淋壓力2. Okg/cm2 ；有效噴淋時間為10秒；三道水洗中，第一、二道采用軟化水，第三道水洗采用去離子水以保證基板表面清潔度；涂敷鉻酸鹽皮膜形成第一化學轉化膜和第二化學轉換膜，烘干溫度為80°C ；以步驟(3)中制備的碳納米管增強改性的環(huán)氧樹脂作為彩色鋼板的底涂層和背涂層，控制底涂層/背涂層的烘烤溫度為PMT2M 232°C，底涂層厚度為4Mm，背涂層厚度為 5 Mm ；以聚酰胺改性聚酯樹脂作為面涂層，面涂層烘烤溫度為PMT216 2M°C，面涂層厚度為15 Mm；(5)對碳納米管增強的高硬度涂層鋼板進行彎曲強度試驗，按照彩色涂層鋼板及鋼帶試驗方法國家標準(GB/T13448 — 2006)，測定T彎為0級。實施例2(1)制備羧基化的碳納米管(CNT-C00H):在250 ml的燒瓶中加入5 g碳納米管和 30 ml的濃硝酸，進行超聲處理48 h。然后，在磁力攪拌下回流80 h。反應后，將回流后的液體冷卻至室溫，然后轉移至大燒杯，并用200 ml去離子水進行稀釋，以結束反應。稀釋后的液體用0. 22 μ m微孔濾膜進行真空抽濾，并用蒸餾水洗至濾液呈中性。收集濾紙上的產(chǎn)物，在120 °C真空烘箱干燥10 h，得到羧基化的碳納米管(CNT-C00H)。紅外結果證實所制得的產(chǎn)物具有預期的結果；(2)制備胺基化的碳納米管(CNT-NH2)將4. 5 g干燥后的CNT-COOH和25 ml三溴化磷加入至250 ml三頸瓶中在150 °C下攪拌4 h，減壓抽干溶劑。在得到的干燥的 CNT-COBr中加入200 ml無水乙二胺在80 °C下攪拌48 h。產(chǎn)物純化和后處理產(chǎn)物用0.22 μ m微孔濾膜進行過濾。然后用四氫呋喃(THF)洗5 6遍。收集濾紙上的產(chǎn)物，在 100 °C真空烘箱干燥12 h。得到4 g胺基化的碳納米管(CNT-NH2)15紅外結果證實所制得的產(chǎn)物具有預期的結果；(3)將4 g表面胺基化的碳納米溶于50 mL丙酮中超聲分散后，加入36 g環(huán)氧樹脂及固化劑，磁力攪拌均勻，并攪拌均勻，升溫至50° C。減壓抽除溶劑，將混合液于真空下脫泡待用。這種重量百分含量為10 %的碳納米管增強改性的環(huán)氧樹脂作為彩色鋼板的底涂層和背涂層；(4)采用鍍鋁鋅基板為基材，一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板的連續(xù)自動化生產(chǎn)工藝流程如下所示開卷一噴淋脫脂一三道水洗一化學轉化膜一烘干一底涂/背涂一烘烤一冷卻 I —面涂一烘烤一冷卻II—檢驗一收卷；涂敷鉻酸鹽皮膜形成第一化學轉化膜和第二化學轉換膜，烘干溫度為100°C ；以步驟(3)中制備的碳納米管增強改性的環(huán)氧樹脂作為彩色鋼板的底涂層和背涂層，控制底涂層/背涂層的烘烤溫度為PMT224 232°C，底涂層厚度為6Mm，背涂層厚度為 12Mm ；以聚酰胺改性聚酯樹脂作為面涂層，面涂層烘烤溫度為PMT216 224°C，面涂層厚度為20Mm ；(5)對碳納米管增強的高硬度涂層鋼板進行彎曲強度試驗，按照彩色涂層鋼板及鋼帶試驗方法國家標準(GB/T13448 — 2006)，測定T彎為0級。
權利要求1.一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板，其特征在于包括面涂層(1)、碳納米管增強的底涂層(2)、第一化學轉換層(3)、第一鍍鋅或鍍鋁鋅層、基板(5)、第二鍍鋅或鍍鋁鋅層(6)、第二化學轉換層(7)和碳納米管增強的背涂層(8)；基板( 上表面從下到上順次設有第一鍍鋅或鍍鋁鋅層G)、第一化學轉換層(3)、碳納米管增強的底涂層( 和面涂層 (1)；基板( 下表面從上到下順次設有第二鍍鋅或鍍鋁鋅層(6)、第二化學轉換層(7)、碳納米管增強的背涂層(8)。
2.如權利要求1所述的一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板，其特征在于所述的第一化學轉換層(3)和第二化學轉換層(7)的材料為鉻酸鹽皮膜。
3.如權利要求1所述的一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板，其特征在于所述碳納米管增強的底涂層(2)和碳納米管增強的背涂層(8)的材料是重量百分含量為5 10%碳納米管增強改性的環(huán)氧樹脂。
4.如權利要求1所述的一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板，其特征在于所述碳納米管增強的底涂層(2)的厚度為4 6 Mm。
5.如權利要求1所述的一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板，其特征在于所述碳納米管增強的背涂層(8)的厚度為5 12 Mm。
6.如權利要求1所述的一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板，其特征在于，所述面涂層(1)的材料為聚酰胺改性聚酯樹脂。
7.如權利要求1所述的一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板，其特征在于所述面涂層 (1)的厚度為15 20 Mm。
專利摘要本實用新型公開了一種碳納米管增強的高硬度涂層鋼板。它包括面涂層、碳納米管增強的底涂層、第一化學轉換層、第一鍍鋅或鍍鋁鋅層、基板、第二鍍鋅或鍍鋁鋅層、第二化學轉換層和碳納米管增強的背涂層；基板上表面從下到上順次設有第一鍍鋅或鍍鋁鋅層、第一化學轉換層、碳納米管增強的底涂層和面涂層；基板下表面從上到下順次設有第二鍍鋅或鍍鋁鋅層、第二化學轉換層、碳納米管增強的背涂層。本實用新型通過對鋼板彩色涂層進行碳納米管增強改性，制備了高硬度涂層鋼板，具有良好的彎曲加工性能，在各種復雜加工條件下，涂層不開裂、不剝離。
文檔編號B32B33/00GK202071468SQ20112016777
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權日2011年5月24日
發(fā)明者周慶艷, 張林元, 楊建仁, 秦昌河, 許曲鋒 申請人:蘇州揚子江新型材料股份有限公司