CN114032010A - 一种适用于金属屋面bipv***的彩钢板 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种彩钢板，所述彩钢板包括面漆层，所述面漆层的材料中含有填料，所述填料包括片状填料和粒状填料；其中，所述填料的加入量占面漆层材料总重量的20‑50％；所述片状填料的加入量占所述填料的重量百分比为20‑40％。本公开的彩钢板适用于金属屋面BIPV***，并且具有优异的胶粘性、耐湿热性及附着力。
Description
技术领域
本公开涉及建筑材料领域，具体地，涉及一种适用于金属屋面BIPV***的彩钢板。
背景技术
钢铁行业将有机涂层涂敷于钢材表面生产的彩色涂层钢板，具有外表美观、色彩艳丽、强度高、耐蚀性好、加工成型方便等优点，在建筑行业轻钢结构的屋面、墙面中应用广泛。光伏建筑一体化(BIPV)是一种将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术。在当前双碳目标的背景下，在建筑表面实现光伏发电将是未来建筑的发展趋势。工业厂房金属屋面屋顶因其面积大，结构简单，非常适合与光伏结合形成BIPV屋面。
彩钢板表面的有机涂层，长期经受环境老化如光照、温度、湿度等会出现失光、粉化、剥落等失效，使涂层失去对钢板的保护作用导致钢板锈蚀穿孔，彩钢板金属屋面与光伏结合后，其承受的环境老化条件更加严苛，如在炎热的夏季，大部分区域的坡面屋顶光伏组件工作时温度将超过70℃，处于组件下方的屋面温度比未安装光伏的屋面温度高；此外，受组件遮挡影响，下雨后组件下方屋顶的潮湿时间也会更长，由此导致BIPV屋面的彩钢板承受的湿热老化更严苛。光伏行业为验证组件服役的可靠性，会按照IEC 61215标准对组件进行湿热老化检测，具体老化参数为85℃，85％RH，测试时间1000h(以下简称DH1000)，而传统彩钢板耐湿热老化测试选择的老化参数为38℃，100％RH，测试时间1000h，笔者经大量测试发现目前通过彩钢板湿热老化测试的彩钢板无法通过光伏标准的DH1000测试。
BIPV屋面***的彩钢板与光伏组件以粘接的方式形成有机结合，因此彩钢板表面与结构胶的粘接可靠性尤为重要，经大量测试发现现有的彩钢板在开发设计时并未考虑该性能，大部分彩钢板与结构胶粘接后出现两者间的界面剥离现象，且能够粘接的在进行老化测试时仍会出现界面剥离。如果使用现有彩钢板制作BIPV屋面***，会增加***运行风险。
公开号为CN 105315854 A的专利公布了一种自清洁型高耐久面漆涂料及涂有该涂料的彩涂钢板，添加的有机硅类亲水助剂在与结构胶的粘接过程中可提供硅氧键，虽有助于面漆与结构胶的粘接，但其具有亲水性，彩钢板在高湿环境下使用时水汽能完全地渗入漆膜的缝隙和小孔中，降低了面漆层的阻水能力。且水汽进入胶与面漆的界面后会导致面漆里面的有机物发生水解降低粘接性能，导致面漆与胶的界面剥离。
发明内容
本公开的目的是提供一种适用于金属屋面BIPV***使用的具有优异的胶粘性、耐湿热性及附着力的彩钢板。
为了实现上述目的，本公开提供了一种彩钢板，所述彩钢板包括面漆层，所述面漆层的材料中含有填料，所述填料包括片状填料和粒状填料；其中，所述填料的加入量占面漆层材料总重量的20-50％；所述片状填料的加入量所述填料总重量的20-40％。
可选地，所述填料的加入量占面漆层材料总重量的25-45％；所述片状填料的加入量占所述填料总重量的25-35％。
可选地，所述片状填料的直径为50-120微米，所述片状填料的直径与厚度的比值不小于60。
可选地，所述片状填料的直径为60-100微米，所述片状填料的直径与厚度的比值不小于80。
可选地，所述片状填料选自片状云母和/或不锈钢鳞片。
可选地，所述面漆层还含有树脂、颜料、助剂和溶剂；
以所述面漆层的总重量为基准，所述树脂的加入量为35-55重量％，所述颜料的加入量为0.1-5重量％，所述助剂的加入量为5-15重量％，所述溶剂的加入量为8-20重量％；
可选地，所述树脂选自聚酯树脂、高耐候聚酯、硅改性聚酯和聚偏氟乙烯树脂中的至少一种；所述颜料选自氧化铁红和/或钛黄；所述助剂选自丙烯酸流平剂和/或聚偏四氟乙烯蜡润滑剂；所述溶剂选自乙二醇丁醚、醋酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯的至少一种。
可选地，所述彩钢板包括：冷轧基板；金属镀层，其形成于所述冷轧基板的表面；化学转化层，其形成于所述金属镀层的表面；底漆层，其形成于所述化学转化层的表面；以及，所述面漆层，其形成于所述底漆层的表面。
可选地，所述金属镀层选自铝锌镀层或锌铝镁镀层。可选地，以所述金属镀层的材料的总质量计，铝的质量百分比为50-60重量％。
可选地，所述化学转化层为在金属镀层表面进行化学转化处理后形成的金属复合氧化物和/或盐类化合物；所述金属复合氧化物为ZnO、Cr2O3和Al2O3中的一种或多种，所述盐类化合物为ZnMOO4、ZnMO3O8和ZnSiO3中的一种或多种。
可选地，所述底漆层为环氧树脂和/或聚氨酯。
通过上述技术方案，本公开提供的彩钢板通过在彩钢板的面漆中加入一定比例的片状填料，并控制填料的直径和径厚比，降低了面漆中的孔隙率，提升面漆的阻水能力，提高了彩钢板的耐湿热性和附着力。通过控制片状填料的类型，使面漆与结构胶之间形成键能较高的Si-O-Me键，实现两者间的稳定键合，提高彩钢板与结构胶的长期粘接可靠性。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开的发明人经过大量实验发现，彩钢板产品现有技术路线无法满足金属屋面BIPV***胶粘性、耐湿热性及附着力使用需求，钢板与结构胶制成的工字件经过水浴、湿热老化后出现钢板与胶的界面破坏，更为严重的会出现涂层起泡、脱落，主要原因在于彩钢板的面漆与结构胶之间的化学键合能力较弱，以及面漆的水蒸汽渗透率较高，导致漆膜中的有机物水解，一方面影响面漆与结构胶的粘接，另一方面破坏底漆，使腐蚀介质进入直接腐蚀碳钢基板，降低底漆与基板的附着力。因此，本公开提供了一种彩钢板，所述彩钢板包括面漆层，所述面漆层的材料中含有填料，所述填料包括片状填料和粒状填料；其中，所述填料的加入量占面漆层材料总重量的20-50％；其中，所述片状填料的加入量占所述填料总重量的20-40％。
本公开的面漆层能够确保彩钢板与光伏组件良好的胶粘性以及光伏屋面***长期服役过程中的耐湿热性和附着力。具体的，本公开的发明人经过大量实验发现，通过在面漆中增加一定比例的片状填料，在面漆烘烤成膜过程中溶剂挥发不可避免的在面漆层留下微小孔洞，片状填料与当前采用的粒状填料相比，成膜后面漆中具有更低的孔隙率，低面漆孔隙率可以有效提升面漆的阻水能力。
本公开的发明人发现，片状填料加入的比例过低或过高，均可以导致面漆的孔隙率增加，降低阻水能力。作为本公开的一种优选的实施方式，所述填料的加入量可以占面漆层材料总重量的25-45％；所述片状填料的加入量可以占所述填料总重量的25-35％。
进一步的，所述片状填料的粒径及径厚比过小，面漆孔隙率会相应增大；粒径过大，漆膜的成膜性能不佳，同样导致面漆孔隙率增加。因此，本公开的所述片状填料的直径可以为50-120微米，所述片状填料的直径与厚度的比值可以不小于60。作为本公开的一种优选的实施方式，所述片状填料的直径可以为60-100微米，所述片状填料的直径与厚度的比值可以不小于80。
为提高面漆与结构胶的粘接可靠性，所述片状填料可以选自片状云母和/或不锈钢鳞片。其中，片状云母的主要成分为硅、铝的氧化物，不锈钢鳞片表面为铬的氧化物。片状填料中的金属氧化物可与结构胶中的硅烷形成键能较高的Si-O-Me键，其中Me表示金属元素，如铝、铬、硅等，从而与结构胶形成稳定的化学键合。
本公开中使用的粒状填料可以为本领域技术人员所公知的，例如可以使用钛白粉作为粒状填料。
本公开的一种具体的实施方式，所述面漆层还含有树脂、颜料、助剂和溶剂；以所述面漆层的总重量为基准，所述树脂可以选自聚酯树脂、高耐候聚酯、硅改性聚酯和聚偏氟乙烯树脂中的至少一种；所述颜料可以选自氧化铁红和/或钛黄中的至少一种，此外根据实际应用需要，还可以添加其他各种颜料成分使得面漆具有各种不同的颜色；所述助剂可以选自丙烯酸流平剂和/或聚偏四氟乙烯蜡润滑剂；所述溶剂可以选自乙二醇丁醚、醋酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯的至少一种。
根据本公开，所述彩钢板可以包括：冷轧基板；金属镀层，其形成于所述冷轧基板的表面；化学转化层，其形成于所述金属镀层的表面；底漆层，其形成于所述化学转化层的表面；以及，所述面漆层，其形成于所述底漆层的表面。
根据本公开，所述金属镀层可以为冷轧基板提供阳极保护，延长钢板的使用寿命，为与光伏组件实现同寿命匹配，用于BIPV的彩钢板的镀层金属可以选自铝锌镀层或锌铝镁镀层。
作为本领域技术人员所熟知的，所述冷轧基板可以为碳钢基板。
根据本公开，为提高彩钢板的使用寿命及切口耐蚀性，以所述金属镀层的材料的总质量计，铝的质量百分比可以为50-60重量％。
根据本公开，所述化学转化层为在金属镀层表面进行化学转化处理后形成的金属复合氧化物和/或盐类化合物；所述金属复合氧化物为ZnO、Cr2O3、Al2O3中的一种或多种，所述盐类化合物为ZnMOO4、ZnMO3O8、ZnSiO3中的一种或多种。
根据本公开，所述底漆层可以为环氧树脂和/或聚氨酯。
作为本公开的一种具体的实施方式，所述彩钢板的制备方法可以包括以下步骤：
S1、对冷轧基板进行清洗后进行热浸镀处理得到表面附有金属镀层的冷轧基板。其中，镀液中铝的质量百分比可以为50-60重量％，余量为锌，或者镀液中铝的质量百分比可以为50-60重量％，镁的质量百分比可以为1-3重量％，余量为锌。本公开的钢板单面镀层厚度为20-30μm。
S2、对表面附有金属镀层的冷轧基板表面进行化学转化处理，在镀层表面形成金属复合氧化物和/或盐类化合物，得到具有化学转化层的冷轧基板。其中，所述金属复合氧化物为ZnO、Cr2O3和Al2O3中的一种或多种，所述盐类化合物为ZnMOO4、ZnMO3O8和ZnSiO3中的一种或多种；化学转化层的厚度为1-4nm。
S3、采用辊涂方式在具有化学转化层的冷轧基板表面涂覆底漆，得到具有底漆层的冷轧基板。为提高底漆耐蚀性，底漆可以为环氧树脂或聚氨酯底漆中的一种，底漆烘干后的厚度为3-8μm。
S4、采用辊涂方式在底漆层的冷轧基板表面涂覆本公开所述面漆，其中，面漆层烘干后的厚度为15-30μm，面漆完成后即得到彩钢板。
下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
本公开实施例和对比例中的使用的粒状填料为钛白粉。
本公开中实施例和对比例中的彩钢板的制备方法包括：在碳钢基板上形成28μm厚度的锌铝镁镀层，其中锌铝镁镀层中铝的质量百分比为52％，镁的质量百分比为2重量％；在锌铝镀层表面进行化学转化处理生成2nm厚度的化学转换层；在化学转换层表面依次形成6μm厚度的底漆层得到未涂覆面漆层的冷轧基板。40重量％高耐候聚酯树脂、2重量％氧化铁红颜料、2重量％丙烯酸流平剂、3重量％聚偏四氟乙烯蜡润滑剂和10重量％醋酸丁酯溶剂混合后得到第一混合物料。
实施例1
将28重量％的片状云母和72重量％钛白粉混合得到本实施例的填料，将43重量的上述填料与57重量的第一混合物料混合得到本实施例的面漆层，其中，使用的片状云母的直径、厚度见表1。
实施例2
将40重量％的片状云母和60重量％钛白粉混合得到本实施例的填料，将43重量的上述填料与57重量的第一混合物料混合得到本实施例的面漆层，其中，使用的片状云母的直径、厚度见表1。
实施例3
将35重量％的不锈钢鳞片和65重量％钛白粉混合得到本实施例的填料，将43重量的上述填料与57重量的第一混合物料混合得到本实施例的面漆层，其中，使用的不锈钢鳞片的直径、厚度见表1。
实施例4
将10重量％的片状云母、10重量％的不锈钢鳞片和80重量％钛白粉混合得到本实施例的填料，将43重量的上述填料与57重量的第一混合物料混合得到本实施例的面漆层，其中，使用的片状云母和不锈钢鳞片的直径、厚度见表1。
实施例5
将13重量％的片状云母、12重量％的不锈钢鳞片和75重量％钛白粉混合得到本实施例的填料，将43重量的上述填料与57重量的第一混合物料混合得到本实施例的面漆层，其中，使用的片状云母和不锈钢鳞片的直径、厚度见表1。
对比例1
本对比例仅采用粒状填料制备的面漆，不含片状云母和不锈钢鳞片，将43重量的钛白粉与57重量的第一混合物料混合得到本对比例的面漆层。
对比例2
本对比例的面漆的材料中含有5重量％的片状云母，将5重量％的片状云母和95重量％钛白粉混合得到本实施例的填料，将43重量的上述填料与57重量的第一混合物料混合得到本实施例的面漆层，其中，使用的片状云母的直径、厚度见表1。
表1
测试例1
采用JG/T 475制备彩钢板与结构胶粘接试件，采用IEC 61215、JG/T 475等标准中的湿热老化测试评价彩钢板阻水及胶粘性能，试验完成后对试件进行拉力测试，通过试件的破坏形式可判断结构胶与彩钢板的粘接可靠性及耐湿热性。测试结果见表2。
其中破坏形式：1表示结构胶内聚破坏；2表示彩钢板漆膜与结构胶界面破坏。结构胶内聚破坏表明彩钢板与结构胶的粘接可靠，出现彩钢板漆膜与结构胶的界面破坏表明彩钢板不适用于采用胶粘技术的BIPV***
表2
通过表2可以看出，本公开中的面漆材料未出现彩钢板漆膜与结构胶界面破坏，因此，本公开制备的彩钢板适用于采用胶粘技术的BIPV***。
以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种彩钢板，其特征在于，所述彩钢板包括面漆层，所述面漆层的材料中含有填料，所述填料包括片状填料和粒状填料；其中，所述填料的加入量占面漆层材料总重量的20-50％；所述片状填料的加入量占所述填料总重量的20-40％。
2.根据权利要求1所述的彩钢板，其中，所述填料的加入量占面漆层材料总重量的25-45％；所述片状填料的加入量占所述填料总重量的25-35％。
3.根据权利要求1所述的彩钢板，其中，所述片状填料的直径为50-120微米，所述片状填料的直径与厚度的比值不小于60。
4.根据权利要求3所述的彩钢板，其中，所述片状填料的直径为60-100微米，所述片状填料的直径与厚度的比值不小于80。
5.根据权利要求1所述的彩钢板，其中，所述片状填料选自片状云母和/或不锈钢鳞片。
6.根据权利要求1所述的彩钢板，其中，所述面漆层还含有树脂、颜料、助剂和溶剂；
以所述面漆层的总重量为基准，所述树脂的加入量为35-55重量％，所述颜料的加入量为0.1-5重量％，所述助剂的加入量为5-15重量％，所述溶剂的加入量为8-20重量％；
可选地，所述树脂选自聚酯树脂、高耐候聚酯、硅改性聚酯和聚偏氟乙烯树脂中的至少一种；所述颜料选自氧化铁红和/或钛黄；所述助剂选自丙烯酸流平剂和/或聚偏四氟乙烯蜡润滑剂；所述溶剂选自乙二醇丁醚、醋酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯的至少一种。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的彩钢板，其中，所述彩钢板包括：
冷轧基板；
金属镀层，其形成于所述冷轧基板的表面；
化学转化层，其形成于所述金属镀层的表面；
底漆层，其形成于所述化学转化层的表面；以及
所述面漆层，其形成于所述底漆层的表面。
8.根据权利要求7所述的彩钢板，其中，所述金属镀层选自铝锌镀层或锌铝镁镀层；
可选地，以所述金属镀层的材料的总质量计，铝的质量百分比为50-60重量％。
9.根据权利要求7所述的彩钢板，其中，所述化学转化层为在金属镀层表面进行化学转化处理后形成的金属复合氧化物和/或盐类化合物；所述金属复合氧化物为ZnO、Cr2O3和Al2O3中的一种或多种，所述盐类化合物为ZnMOO4、ZnMO3O8和ZnSiO3中的一种或多种。
10.根据权利要求7所述的彩钢板，其中，所述底漆层为环氧树脂和/或聚氨酯。
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