CN105034481A - 耐磨耐高温有机涂层钢板 - Google Patents

耐磨耐高温有机涂层钢板 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耐磨耐高温有机涂层钢板，其包括：基板、第一化学钝化层、聚苯硫醚梯度涂层、第二化学钝化层及背涂层；其中，所述基板为镀锌-镍钢板；所述聚苯硫醚梯度涂层从下到上依次包括：底涂层，其包括100重量份的聚苯硫醚；中间涂层，其包括80重量份的聚苯硫醚及20重量份的聚醚醚酮；面涂层，其包括60重量份的聚苯硫醚、40重量份聚醚醚酮、1～5重量份的玻璃纤维、1～3重量份的硅化钼及0.5～1重量份的硫化银。本发明得到的有机涂层钢板耐高温性能稳定，耐磨损性能优异，磨损量小，抗磨性能稳定，且涂层与金属基体、涂层本身之间结合强度高，使得有机涂层钢板的综合性能大幅度提高。

Description

耐磨耐高温有机涂层钢板
技术领域
本发明涉及材料领域。更具体地说，本发明涉及具有优异耐磨耐高温特性的有机涂层钢板。
背景技术
彩涂板即彩色涂层钢板，其是以冷轧钢板和镀锌钢板为基板，经过表面预处理(脱脂、清洗、化学转化处理)，以连续的方法涂上涂料(辊涂法)，经过烘烤和冷却而制成的产品。涂层钢板具有轻质、美观和良好的防腐蚀性能，又可直接加工，它给建筑业、造船业、车辆制造业、家具行业、电气行业等提供了一种新型原材料，起到了以钢代木、高效施工、节约能源、防止污染等良好效果。
随着科学技术，尤其是石化、汽车、冶金、国防等行业的发展，需要应用到耐磨耐高温的设备和配套设施越来越多，目前生产的彩钢板在高温恶劣环境下，涂层很容易逐渐被破坏而失去保护作用，已不能满足特殊的耐高温耐磨要求。聚苯硫醚是一种可用于耐热性涂层制备的材料，其具有较高的强度，良好的尺寸性及较高的耐疲劳性，其在高温、高湿条件下不变形，但也存在着单独使用时摩擦系数不稳定、磨损率高、不易加工等缺点，这在一定程度上限制了其使用。
发明内容
作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，通过聚苯硫醚和聚醚醚酮进行梯度复合，既保证了两种材料良好的融合和性能互补，提高了涂层的耐磨性，又弱化了不同组份之间接触界面，防止了由于不同材料界面处由于物理性能不同，在高温或高强度下引起的分层破坏或裂缝等现象，同时还添加一些填料进一步提高涂层的综合性能。基于这种发现，完成了本发明。
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种耐磨耐高温有机涂层钢板，其耐高温性能稳定，且耐磨损性能优异，磨损量小，抗磨性能稳定，此外涂层与金属基体、涂层本身之间结合强度高，使得彩钢板的综合性能得到大幅度提高。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种耐磨耐高温有机涂层钢板，其包括：
基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、聚苯硫醚梯度涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；
其中，所述基板为镀锌-镍钢板；
所述聚苯硫醚梯度涂层从下到上依次包括：
底涂层，其包括100重量份的聚苯硫醚；
中间涂层，其包括80重量份的聚苯硫醚、20重量份的聚醚醚酮；
面涂层，其包括60重量份的聚苯硫醚、40重量份聚醚醚酮、1～5重量份的玻璃纤维、1～3重量份的硅化钼及0.5～1重量份的硫化银；
聚苯硫醚中苯环与硫交替的链结构具有很大的刚性和规整性，在高温、高湿条件下不变形，且对金属具有高度附着性，但纯聚苯硫醚在摩擦过程中摩擦系数不稳定，磨损率高，聚醚醚酮的添加可提高涂层的润滑性，降低摩擦磨损。聚苯硫醚与聚醚醚酮呈一定梯度在涂层内复合，既保证了两种材料良好的融合和性能互补，提高了涂层的耐磨性，又弱化了不同组份之间接触界面，防止了由于不同材料界面处由于物理性能不同，在高温或高强度下引起的分层破坏或裂缝等现象；
而且，面涂层内还添加有玻璃纤维、硅化钼及硫化银，其中，玻璃纤维和硅化钼的混合添加比单一玻璃纤维的添加效果更好，添加玻璃纤维和硅化钼后，涂层的耐热性能和强度得到明显提高，硫化银的添加可进一步降低涂层的磨损率，且得到的涂层面光滑度更高。
优选的是，其中，所述中间涂层还包括1～2重量份的玻璃纤维、0.5～1.5重量份的硅化钼及2～5重量份的硫化银，中间涂层通过逐步减少聚醚醚酮的量和增加聚苯硫醚的量，可提高整个涂层的结合力，其中，中间涂层还添加比例较少的玻璃纤维和硅化钼的混合物，保证中间层的使用强度，中间层硫化银的比例较高，其可提高中间涂层的致密性，以防止过厚的涂层内部结晶度不均匀或空穴等问题的产生。
优选的是，其中，所述底涂层还包括1～5重量份的氧化钛及1～3重量份的碳化硅，以减少涂层快速冷却过程中由于聚苯硫醚来不及结晶而产生的体积收缩，降低有机涂层的收缩应力，提高有机涂层与金属基板的结合强度。
优选的是，其中，所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均选自钼酸盐、钨酸盐、单宁酸中的任意一种，以降低传统使用的铬酸盐钝化膜对环境和人造成的危害。
优选的是，其中，所述背涂层包括70～80重量份的聚苯硫醚及20～30重量份的聚醚醚酮，以使背涂层的耐高温、耐磨及与基板结合性能可以得到较好的平衡。
优选的是，其中，所述聚苯硫醚梯度涂层的厚度为40～60μm，以保证涂层的防护效果。
优选的是，其中，所述面涂层的厚度为20～30μm，以提高涂层的耐磨和耐高温性能。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明的涂层采用呈一定浓度梯度变化的聚苯硫醚与聚醚醚酮进行复合，既保证了两种材料良好的融合和性能互补，提高了涂层的耐磨性，又弱化了不同组份之间接触界面，防止了由于不同材料界面处由于物理性能不同，在高温或高强度下引起的分层破坏或裂缝等现象；
(2)针对涂层的层与层之间不同的使用性能和应用目的，还分别添加一些填料，以进一步提高面涂层的耐磨耐高温性能，同时保证涂层与基板及层与层之间的结合强度，提高涂层的综合性能。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
<实例1>
一种耐磨耐高温有机涂层钢板，其包括：
基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、聚苯硫醚梯度涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；
其中，所述基板为镀锌-镍钢板；
所述聚苯硫醚梯度涂层的总厚度为40μm，其从下到上依次包括：底涂层，其包括100重量份的聚苯硫醚；中间涂层，其包括80重量份的聚苯硫醚及20重量份的聚醚醚酮；面涂层，其包括60重量份的聚苯硫醚、40重量份聚醚醚酮、1重量份的玻璃纤维、1重量份的硅化钼及0.5重量份的硫化银；
所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均选自钼酸盐、钨酸盐、单宁酸中的任意一种；所述背涂层包括70重量份的聚苯硫醚及30重量份的聚醚醚酮。
其中，所述面涂层的厚度为20μm；所述中间涂层还包括1重量份的玻璃纤维、0.5重量份的硅化钼及2重量份的硫化银；所述底涂层还包括1重量份的氧化钛及1重量份的碳化硅。
<实例2>
一种耐磨耐高温有机涂层钢板，其包括：
基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、聚苯硫醚梯度涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；
其中，所述基板为镀锌-镍钢板；
所述聚苯硫醚梯度涂层的总厚度为60μm，其从下到上依次包括：底涂层，其包括100重量份的聚苯硫醚；中间涂层，其包括80重量份的聚苯硫醚及20重量份的聚醚醚酮；面涂层，其包括60重量份的聚苯硫醚、40重量份聚醚醚酮、5重量份的玻璃纤维、3重量份的硅化钼及1重量份的硫化银；
所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均选自钼酸盐、钨酸盐、单宁酸中的任意一种；所述背涂层包括80重量份的聚苯硫醚及20重量份的聚醚醚酮。
其中，所述面涂层的厚度为30μm；所述中间涂层还包括2重量份的玻璃纤维、1.5重量份的硅化钼及5重量份的硫化银；所述底涂层还包括5重量份的氧化钛及3重量份的碳化硅。
<实例3>
一种耐磨耐高温有机涂层钢板，其包括：
基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、聚苯硫醚梯度涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；
其中，所述基板为镀锌-镍钢板；
所述聚苯硫醚梯度涂层的总厚度为50μm，其从下到上依次包括：底涂层，其包括100重量份的聚苯硫醚；中间涂层，其包括80重量份的聚苯硫醚及20重量份的聚醚醚酮；面涂层，其包括60重量份的聚苯硫醚、40重量份聚醚醚酮、2重量份的玻璃纤维、2重量份的硅化钼及0.7重量份的硫化银；
所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均选自钼酸盐、钨酸盐、单宁酸中的任意一种；所述背涂层包括75重量份的聚苯硫醚及25重量份的聚醚醚酮。
其中，所述面涂层的厚度为25μm；所述中间涂层还包括1.5重量份的玻璃纤维、1重量份的硅化钼及4重量份的硫化银；所述底涂层还包括2重量份的氧化钛及2重量份的碳化硅。
<实例4>
一种耐磨耐高温有机涂层钢板，其包括：
基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、聚苯硫醚梯度涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；
其中，所述基板为镀锌-镍钢板；
所述聚苯硫醚梯度涂层的总厚度为45μm，其从下到上依次包括：底涂层，其包括100重量份的聚苯硫醚；中间涂层，其包括80重量份的聚苯硫醚及20重量份的聚醚醚酮；面涂层，其包括60重量份的聚苯硫醚、40重量份聚醚醚酮、3重量份的玻璃纤维、1.5重量份的硅化钼及0.6重量份的硫化银；
所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均选自钼酸盐、钨酸盐、单宁酸中的任意一种；所述背涂层包括72重量份的聚苯硫醚及28重量份的聚醚醚酮。
其中，所述面涂层的厚度为23μm；所述中间涂层还包括1.2重量份的玻璃纤维、0.8重量份的硅化钼及3重量份的硫化银；所述底涂层还包括3重量份的氧化钛及1.5重量份的碳化硅。
<实例5>
一种耐磨耐高温有机涂层钢板，其包括：
基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、聚苯硫醚梯度涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；
其中，所述基板为镀锌-镍钢板；
所述聚苯硫醚梯度涂层的总厚度为55μm，其从下到上依次包括：底涂层，其包括100重量份的聚苯硫醚；中间涂层，其包括80重量份的聚苯硫醚及20重量份的聚醚醚酮；面涂层，其包括60重量份的聚苯硫醚、40重量份聚醚醚酮、4重量份的玻璃纤维、2.5重量份的硅化钼及0.9重量份的硫化银；
所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均选自钼酸盐、钨酸盐、单宁酸中的任意一种；所述背涂层包括78重量份的聚苯硫醚及22重量份的聚醚醚酮。
其中，所述面涂层的厚度为28μm；所述中间涂层还包括1.8重量份的玻璃纤维、1.2重量份的硅化钼及4重量份的硫化银；所述底涂层还包括4重量份的氧化钛及2.5重量份的碳化硅。
为了说明本发明的效果，发明人提供比较实验如下：
<比较例1>
所述聚苯硫醚梯度涂层的总厚度为60μm，其从下到上依次包括：底涂层，其包括100重量份的聚苯硫醚；面涂层，其包括60重量份的聚苯硫醚、40重量份聚醚醚酮、5重量份的玻璃纤维、3重量份的硅化钼及1重量份的硫化银。其余参数与实例2中的完全相同，工艺过程也完全相同。
<比较例2>
面涂层，其包括60重量份的聚苯硫醚、40重量份聚醚醚酮、2重量份的玻璃纤维及0.7重量份的硫化银。其余参数与实例3中的完全相同，工艺过程也完全相同。
<比较例3>
面涂层，其包括60重量份的聚苯硫醚、40重量份聚醚醚酮、3重量份的玻璃纤维、1.5重量份的硅化钼。其余参数与实例4中的完全相同，工艺过程也完全相同。
<比较例4>
所述底涂层中不添加氧化钛及碳化硅，其余参数与实例5中的完全相同，工艺过程也完全相同。
分别依据GB/T3960-1983测定有机涂层的体积磨损量和摩擦系数，依据GB/T9286-1998中的划格法测定彩涂板涂层的附着力，通过将有机涂层钢板放置于300℃的电热炉内24h观察涂层外观变化，进行涂层耐高温性能的考察，依据GB1732-79测定有机涂层的抗冲击性能，上述各实例和对比例中有机涂层钢板的各项性能参数见表1。
表1彩涂板涂层的各项性能参数
从上表1能够看出，实例中由于通过聚苯硫醚和聚醚醚酮进行梯度复合制备得到涂层，同时还根据每层的不同使用目的添加一些填料，从而明显提高了涂层的综合性能。
比较例1与实例相比，面涂层采用共混聚醚醚酮对聚苯硫醚进行改性，底涂层采用100重量份的聚苯硫醚，没有设置中间过渡层，层与层之间的结合强度降低，高温环境下易出现裂缝；
比较例2与实例相比，面涂层中添加单一玻璃纤维物质和硫化银，有机涂层的耐热性能和强度略有下降，由此可以看出实例中玻璃纤维和硅化钼的混合添加比单一玻璃纤维的添加效果更好；
比较例3与实例相比，面涂层中没有添加硫化银，涂层的磨差系数和磨损量均有所升高，涂层的抗磨性降低；
比较例4与实例相比，所述底涂层中没有添加氧化钛及碳化硅，由于受到有机涂层收缩应力的影响，涂层与基板的附着力降低，在高温环境下涂层易受到破坏。
可见，本发明的涂层采用聚苯硫醚与聚醚醚酮呈一定浓度梯度进行复合，既保证了两种材料良好的融合和性能互补，提高了涂层的耐磨性，又弱化了不同组份之间接触界面，防止了由于不同材料界面处由于物理性能不同，在高温或高强度下引起的分层破坏或裂缝等现象；
此外，针对涂层的层与层之间不同的使用性能和应用目的，还分别添加一些填料，以进一步提高面涂层的耐磨耐高温性能，同时保证涂层与基板及层与层之间的结合强度，提高涂层的综合性能。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的具体实施方式。

Claims (7)

1.一种耐磨耐高温有机涂层钢板，其特征在于，包括：
基板，所述基板上表面从下到上依次设有第一化学钝化层、聚苯硫醚梯度涂层，所述基板下表面从上到下依次设有第二化学钝化层、背涂层；
其中，所述基板为镀锌-镍钢板；
所述聚苯硫醚梯度涂层从下到上依次包括：
底涂层，其包括100重量份的聚苯硫醚；
中间涂层，其包括80重量份的聚苯硫醚及20重量份的聚醚醚酮；
面涂层，其包括60重量份的聚苯硫醚、40重量份聚醚醚酮、1～5重量份的玻璃纤维、1～3重量份的硅化钼及0.5～1重量份的硫化银。
2.如权利要求1所述的耐磨耐高温有机涂层钢板，其特征在于，所述中间涂层还包括1～2重量份的玻璃纤维、0.5～1.5重量份的硅化钼及2～5重量份的硫化银。
3.如权利要求1所述的耐磨耐高温有机涂层钢板，其特征在于，所述底涂层还包括1～5重量份的氧化钛及1～3重量份的碳化硅。
4.如权利要求1所述的耐磨耐高温有机涂层钢板，其特征在于，所述第一化学钝化层和第二化学钝化层均选自钼酸盐、钨酸盐、单宁酸中的任意一种。
5.如权利要求1所述的耐磨耐高温有机涂层钢板，其特征在于，所述背涂层包括70～80重量份的聚苯硫醚及20～30重量份的聚醚醚酮。
6.如权利要求1所述的耐磨耐高温有机涂层钢板，其特征在于，所述聚苯硫醚梯度涂层的厚度为40～60μm。
7.如权利要求1所述的耐磨耐高温有机涂层钢板，其特征在于，所述面涂层的厚度为20～30μm。
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