一种碳系可点焊导电涂料及其制备方法与流程

本发明涉及功能涂料领域，尤其涉及一种碳系可点焊导电涂料及其制备方法，主要适用于保证喷涂碳系导电涂料的板材能够顺利点焊。

背景技术：

在现代制造工业中，某些钢制状构件，特别是某些小批量的大型构件都需要先涂装再焊接，以提高焊缝的防腐能力，由于漆膜的导电性不良，电阻非常大，大多时候焊接都采用弧焊工艺，在有薄板材料的焊接时，由于弧焊工艺极易造成薄板件变形，从而影响工件的平整度和外形尺寸精度。

中国专利授权公告号为CN103483997B，授权公告日为2015年9月9日的发明公开了一种可焊接防腐漆，该防腐漆采用醇酸树脂作为单组份成膜体系，以磷铁粉为导电填料，磷铁粉占干膜质量比不低于60﹪，至少包括长油度醇酸树脂100固体份，复合填料160～450份，单烷氧基类钛酸酯偶联剂1.6～9份，有机膨润土5～20份，催干剂0.1～0.5份，复合填料为磷铁粉或磷铁粉与硅酸盐类体质填料的混合物，磷铁粉为不同粒径的混合物，该发明的缺陷为：采用磷铁粉作为导电填料，电阻太大，填料含量高，只适合弧焊工艺，不适合点焊工艺。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的电阻太大，填料含量高，不适合点焊工艺的缺陷与问题，提供一种电阻小，填料含量低，适合点焊工艺的碳系可点焊导电涂料及其制备方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种碳系可点焊导电涂料，包括树脂、溶剂、颜填料、碳源，所述碳源包括碳纳米管，碳纳米管的类型为碳纳米管阵列，所述碳系可点焊导电涂料中颜填料的质量百分比浓度为10wt﹪～30wt﹪，且该碳系可点焊导电涂料的颜基比为0.6～0.8。

所述碳系可点焊导电涂料中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～1.5wt﹪。

所述碳源还包括片状石墨、球形石墨。

所述碳纳米管阵列中的碳管为线性结构，碳纳米管阵列、片状石墨、球形石墨在所述碳系可点焊导电涂料中交织形成三维导电网络。

所述片状石墨为磷片石墨，所述球形石墨为导电炭黑SP或中间相碳微球。

所述碳系可点焊导电涂料中片状石墨的质量百分比浓度大于0wt﹪且小于等于1wt﹪，所述碳系可点焊导电涂料中球形石墨的质量百分比浓度大于0wt﹪且小于等于1wt﹪。

一种碳系可点焊导电涂料的制备方法，所述制备方法依次包括以下步骤：

a、先将碳纳米管阵列、分散剂加入溶剂中，再进行预分散以得到预分散体，然后将预分散体进行一次分散以得到碳管浆液；

b、先将树脂、颜填料加入上述碳管浆液中，再进行二次分散以得到所述碳系可点焊导电涂料，该碳系可点焊导电涂料中颜填料的质量百分比浓度为10wt﹪～30wt﹪，且该碳系可点焊导电涂料的颜基比为0.6～0.8。

步骤a中，所述碳管浆液中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～2wt﹪；

步骤b中，所述碳系可点焊导电涂料中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～1.5wt﹪。

步骤a中，所述碳纳米管阵列与分散剂的质量比为1:0.5～1:2；所述预分散时，用高速分散机进行预分散以得到预分散体，高速分散机的转速为600rpm～800 rpm，预分散时间为5分钟；所述一次分散时，先用带研磨介质的卧式砂磨机将预分散体进行一次分散至其细度小于等于5微米，以得到一次分散体，再过滤掉一次分散体中的研磨介质以得到碳管浆液，分散时间为2小时；

步骤b中，所述二次分散时，先用带研磨介质的高速分散机进行二次分散以得到二次分散体，再过滤掉二次分散体中的研磨介质以得到所述碳系可点焊导电涂料，带研磨介质的高速分散机先用600rpm～800 rpm的转速进行预分散，预分散时间为5分钟，再用2000rpm的转速进行分散以得到二次分散体，分散时间为40分钟。

一种碳系可点焊导电涂料的制备方法，所述制备方法依次包括以下步骤：当所述碳源还包括片状石墨与球形石墨时：

a、先将碳纳米管阵列、分散剂加入溶剂中，再进行预分散以得到预分散体，然后将预分散体进行一次分散以得到碳管浆液；

b、先将片状石墨、球形石墨、树脂、颜填料加入上述碳管浆液中，再进行二次分散以得到所述碳系可点焊导电涂料，该碳系可点焊导电涂料中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～1.5wt﹪，该碳系可点焊导电涂料中片状石墨的质量百分比浓度大于0wt﹪且小于等于1wt﹪，该碳系可点焊导电涂料中球形石墨的质量百分比浓度大于0wt﹪且小于等于1wt﹪，该碳系可点焊导电涂料中颜填料的质量百分比浓度为10wt﹪～30wt﹪，且该碳系可点焊导电涂料的颜基比为0.6～0.8。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、由于本发明一种碳系可点焊导电涂料及其制备方法中导电添加剂为碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列能提高涂料的导电性，使涂料电阻小，保证点焊电流顺利通过，从而使点焊顺利完成；碳系可点焊导电涂料中颜填料的质量百分比浓度为10wt﹪～30wt﹪，该颜填料的含量较低，点焊过程中，保证点焊高温将焊点处的漆膜迅速局部破坏排出，且不因电阻过大，导致产生焊接飞溅，甚至焊穿，使点焊完成并保证点焊质量，从而克服现有技术存在的电阻太大，填料含量高，不适合点焊工艺的缺陷。因此，本发明电阻小，填料含量低，适合点焊工艺。

2、由于本发明一种碳系可点焊导电涂料及其制备方法中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～1.5wt﹪时，涂料具备较低电阻（小于等于10³欧姆），以保证点焊电流更加顺利通过，使点焊顺利完成；碳纳米管阵列中的碳管为线性结构，碳纳米管阵列、片状石墨、球形石墨在碳系可点焊导电涂料中交织形成三维导电网络，不仅进一步增强了涂料的导电性能、防腐性能，而且碳纳米管阵列中的碳管为有取向排列，同时，片状石墨为磷片石墨，球形石墨为导电炭黑SP或中间相碳微球，使得石墨程度高，易分散，达相同导电性时，碳管与石墨的用量少。因此，本发明不仅导电性能好、可点焊性能高，而且防腐性能好、成本低。

3、由于本发明一种碳系可点焊导电涂料及其制备方法中，在制备产品时，先制备碳管浆液，再将碳管浆液与树脂、颜填料混合配制碳系可点焊导电涂料，步骤简易、清晰、便于操作，同时，所采用的碳管浆液和石墨直接加入即可，不需要任何前置工艺，不仅简化了工艺、降低了生产成本。因此，本发明制备方法简易、便于操作、成本低。

4、由于本发明一种碳系可点焊导电涂料及其制备方法中，在制备产品时，碳管浆液中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～2wt﹪，使得制得的碳系可点焊导电涂料中碳纳米管阵列的质量百分比浓度达到0.5wt﹪～1.5wt﹪的要求，进而满足涂料导电性能好的要求，使得涂料易于点焊；另外，碳纳米管阵列与分散剂的质量比为1:0.5～1:2、用高速分散机进行预分散、用带研磨介质的卧式砂磨机进行一次分散、用带研磨介质的高速分散机进行二次分散，这些操作都是为了使树脂和溶剂充分润湿碳纳米管阵列，使得碳纳米管阵列的利用率高，达到相同导电性时，碳纳米管阵列的用量少，降低了成本。因此，本发明不仅导电性能好，易于点焊，而且成本低。

附图说明

图1是本发明的实施例3中的不同碳源构成的三维导电网络的平面示意图。

图2是本发明的实施例1中的焊接示意图。

图3是本发明的实施例2中的焊接示意图。

图1中：曲线代表碳纳米管阵列，矩形代表片状石墨，黑点代表球形石墨。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种碳系可点焊导电涂料，包括树脂、溶剂、颜填料、碳源，所述碳源包括碳纳米管，碳纳米管的类型为碳纳米管阵列，所述碳系可点焊导电涂料中颜填料的质量百分比浓度为10wt﹪～30wt﹪，且该碳系可点焊导电涂料的颜基比为0.6～0.8。

所述碳系可点焊导电涂料中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～1.5wt﹪。

所述碳源还包括片状石墨、球形石墨。

所述碳纳米管阵列中的碳管为线性结构，碳纳米管阵列、片状石墨、球形石墨在所述碳系可点焊导电涂料中交织形成三维导电网络。

所述片状石墨为磷片石墨，所述球形石墨为导电炭黑SP或中间相碳微球。

所述碳系可点焊导电涂料中片状石墨的质量百分比浓度大于0wt﹪且小于等于1wt﹪，所述碳系可点焊导电涂料中球形石墨的质量百分比浓度大于0wt﹪且小于等于1wt﹪。

一种碳系可点焊导电涂料的制备方法，所述制备方法依次包括以下步骤：

a、先将碳纳米管阵列、分散剂加入溶剂中，再进行预分散以得到预分散体，然后将预分散体进行一次分散以得到碳管浆液；

b、先将树脂、颜填料加入上述碳管浆液中，再进行二次分散以得到所述碳系可点焊导电涂料，该碳系可点焊导电涂料中颜填料的质量百分比浓度为10wt﹪～30wt﹪，且该碳系可点焊导电涂料的颜基比为0.6～0.8。

步骤a中，所述碳管浆液中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～2wt﹪；

步骤b中，所述碳系可点焊导电涂料中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～1.5wt﹪。

步骤a中，所述碳纳米管阵列与分散剂的质量比为1:0.5～1:2；所述预分散时，用高速分散机进行预分散以得到预分散体，高速分散机的转速为600rpm～800 rpm，预分散时间为5分钟；所述一次分散时，先用带研磨介质的卧式砂磨机将预分散体进行一次分散至其细度小于等于5微米，以得到一次分散体，再过滤掉一次分散体中的研磨介质以得到碳管浆液，分散时间为2小时；

步骤b中，所述二次分散时，先用带研磨介质的高速分散机进行二次分散以得到二次分散体，再过滤掉二次分散体中的研磨介质以得到所述碳系可点焊导电涂料，带研磨介质的高速分散机先用600rpm～800 rpm的转速进行预分散，预分散时间为5分钟，再用2000rpm的转速进行分散以得到二次分散体，分散时间为40分钟。

一种碳系可点焊导电涂料的制备方法，所述制备方法依次包括以下步骤：当所述碳源还包括片状石墨与球形石墨时：

a、先将碳纳米管阵列、分散剂加入溶剂中，再进行预分散以得到预分散体，然后将预分散体进行一次分散以得到碳管浆液；

b、先将片状石墨、球形石墨、树脂、颜填料加入上述碳管浆液中，再进行二次分散以得到所述碳系可点焊导电涂料，该碳系可点焊导电涂料中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～1.5wt﹪，该碳系可点焊导电涂料中片状石墨的质量百分比浓度大于0wt﹪且小于等于1wt﹪，该碳系可点焊导电涂料中球形石墨的质量百分比浓度大于0wt﹪且小于等于1wt﹪，该碳系可点焊导电涂料中颜填料的质量百分比浓度为10wt﹪～30wt﹪，且该碳系可点焊导电涂料的颜基比为0.6～0.8。

本发明的原理说明如下：

目前，在大型客车小批量生产过程中，客车蒙皮和骨架的焊接，其涂装、焊接方案一般为：先将骨架用普通底漆涂装，再用弧焊对蒙皮和骨架焊装，然后进行刮涂腻子工序。采用弧焊发热量大，漆膜烧糊有异味，温度高蒙皮面板变形严重，致使后道涂装工序使腻子的用量大，不仅填补、抹平、打磨等工作繁重，而且严重影响质量。如果在蒙皮和骨架涂装时，骨架采用可点焊导电底漆，则能够采用点焊替代弧焊，减少焊接对蒙皮平整度的影响，减少腻子用量，大幅提高客车车身质量。

为克服现有技术中存在的电阻太大，填料含量高，不适合点焊工艺的缺陷，本设计提供一种电阻小，碳管与颜填料含量较低，适合点焊工艺、生产成本较低的碳系可点焊导电涂料及其制备方法。该导电涂料涂覆的漆膜具有良好的导电性、较低的颜填料，两者共同作用使涂覆该导电涂料的金属板材可以采用点焊连接，导电涂料涂覆成的漆膜具有良好的导电性，源于碳纳米管阵列作为导电添加剂；点焊过程中，碳纳米管阵列作为导电添加剂，使涂料电阻小，保证点焊电流顺利通过，点焊电流通过漆膜产生电阻热，同时，该导电涂料具有较低的颜填料，保证点焊高温将焊点处的漆膜迅速局部破坏排出，且不因电阻过大，导致产生焊接飞溅，甚至焊穿，保证点焊质量，从而完成点焊工艺。

碳纳米管阵列中的碳管都是朝一个方向的、有取向的碳管，碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～1.5wt﹪，该碳系可点焊导电涂料经喷涂后形成的漆膜的面电阻小于等于10³欧姆，碳纳米管阵列中的碳管为线性结构，碳纳米管阵列、片状石墨、球形石墨在喷涂的漆膜中交织形成三维导电网络，这些设计都是为了进一步增强漆膜的导电性，保证点焊电流更顺利通过，从而使得点焊更顺利完成。颜填料一般采用碳酸钙、碳酸钡、云母粉或氧化硅等高熔点矿物盐，在对导电涂料板进行点焊时，电流通过漆膜产生电阻热，可将焊点处的漆膜迅速局部破坏排出，从而完成点焊工艺。因此，在对导电涂料配方设计时，降低涂料中的颜填料的含量以使点焊顺利完成。

碳系可点焊导电涂料喷涂过程中，对粘度的调节是为了使喷涂后漆膜的厚度为15微米～25微米，该范围内的漆膜厚度不仅能更好的保证点焊时焊点处的漆膜迅速局部被破坏，而且更好的达到防腐要求。所述树脂为醇酸树脂、环氧树脂或丙烯酸树脂等；所述溶剂为芳香烃类、酯类或二醇衍生物类，其中，芳香烃类，如二甲苯等，酯类，如醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯以及正丁醇等，所述稀释剂即为溶剂，所述分散剂为购买的油漆专用分散剂，比如分散剂DA–01；所述步骤a中，研磨介质为直径1.2毫米～1.4毫米的锆珠，装填量为研磨腔体容积的70﹪～80﹪，预分散是为了将碳纳米管、分散剂与溶剂混合均匀，让分散剂和溶剂充分润湿碳纳米管阵列；所述步骤b中，研磨介质为直径1.0毫米～1.5毫米的玻璃珠，加入量为物料总重量的100﹪～120﹪，预分散是为了将碳管浆液与树脂混合均匀，让树脂和溶剂充分润湿碳纳米管阵列。

实施例1：

一种碳系可点焊导电涂料，包括树脂、溶剂、颜填料、碳源，所述碳源包括碳纳米管，碳纳米管的类型为碳纳米管阵列。

制备时，制备方法依次包括以下步骤：

a、先将碳纳米管阵列、分散剂加入溶剂中（碳纳米管阵列与分散剂的质量比为1:0.5～1:2），再用高速分散机进行预分散以得到预分散体，高速分散机的转速为600rpm～800 rpm，预分散时间为5分钟，然后用带研磨介质的卧式砂磨机将预分散体进行一次分散至其细度小于等于5微米，以得到一次分散体，分散时间为2小时，再过滤掉一次分散体中的研磨介质以得到碳管浆液，该碳管浆液中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～2wt﹪；

b、先将树脂、颜填料加入上述碳管浆液中，再用带研磨介质的高速分散机进行二次分散以得到二次分散体，所述二次分散时，带研磨介质的高速分散机先用600rpm～800 rpm的转速进行预分散，预分散时间为5分钟，再用2000rpm的转速进行分散以得到二次分散体，分散时间为40分钟，然后过滤掉二次分散体中的研磨介质以得到所述碳系可点焊导电涂料，该碳系可点焊导电涂料中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～1.5wt﹪，该碳系可点焊导电涂料中颜填料的质量百分比浓度为20wt﹪，且该碳系可点焊导电涂料的颜基比为0.7。

喷涂时，先将所述碳系可点焊导电涂料用稀释剂调整其粘度，用稀释剂调整后，于25摄氏度下，用涂–4杯测得碳系可点焊导电涂料的喷涂粘度为16s～20s，再将调整粘度后的碳系导电涂料喷涂在0.8毫米的钢板上，喷涂方式为单面喷涂，然后放入80摄氏度的烘箱中烘烤30分钟，以得到带漆膜的金属板材，用表面电阻仪测得漆膜的面电阻小于等于10³欧姆，用测厚仪测得漆膜的厚度为15微米～25微米，漆膜的硬度，为铅笔硬度为2B～H。参见图2，先按照上述制作带漆膜的金属板材的方法制作一号金属板材1，一号金属板材1的表面涂覆有一号漆膜11，再将一号金属板材1与钢板2进行点焊试验，点焊时，点焊电流通过漆膜产生的电阻热，可将焊点处的漆膜迅速局部破坏排出，从而使点焊完成以形成焊点3，因此，带漆膜的金属板材可焊接。

实施例2：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

参见图3，先按照上述制作带漆膜的金属板材的方法制作二号金属板材4，二号金属板材4的表面涂覆有二号漆膜41，再将一号金属板材1与二号金属板材4进行点焊试验，点焊时，点焊电流通过漆膜产生的电阻热，可将焊点处的漆膜迅速局部破坏排出，从而使点焊完成以形成焊点5，因此，带漆膜的金属板材可焊接。

实施例3：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

当所述碳系可点焊导电涂料中颜填料的质量百分比浓度为25wt﹪，且该碳系可点焊导电涂料的颜基比为0.75，所述碳源还包括片状石墨与球形石墨时：步骤b中，先将片状石墨（片状石墨为磷片石墨）、球形石墨（球形石墨为导电炭黑SP或中间相碳微球）、树脂、颜填料加入上述碳管浆液中，再用带研磨介质的高速分散机进行二次分散以得到二次分散体，然后用滤网过滤掉二次分散体中的研磨介质以得到所述碳系可点焊导电涂料，该碳系可点焊导电涂料中碳纳米管阵列的质量百分比浓度为0.5wt﹪～1.5wt﹪，该碳系可点焊导电涂料中片状石墨的质量百分比浓度1wt﹪，该碳系可点焊导电涂料中球形石墨的质量百分比浓度1wt﹪，对该碳系可点焊导电涂料进行分析得到如图1所述的结构，该结构中碳纳米管阵列中的碳管为线性结构，碳纳米管阵列、片状石墨、球形石墨在碳系可点焊导电涂料中交织形成三维导电网络；将喷涂该碳系导电涂料的金属板材和钢板进行点焊试验，或者将两块喷涂该碳系导电涂料的金属板材进行点焊试验，发现两种点焊试验中该带漆膜的金属板材均可焊接。

实施例4：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

当所述碳系可点焊导电涂料中颜填料的质量百分比浓度为10wt﹪，且该碳系可点焊导电涂料的颜基比为0.6时：将最后得到的碳系导电涂料喷涂在金属板材上，然后将该带漆膜的金属板材与钢板进行点焊试验，或者将两块该带漆膜的金属板材进行点焊试验，发现两种点焊试验中该带漆膜的金属板材均可焊接。

实施例5：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

当所述碳系可点焊导电涂料中颜填料的质量百分比浓度为30wt﹪，且该碳系可点焊导电涂料的颜基比为0.8时：将最后得到的碳系导电涂料喷涂在金属板材上，然后将该带漆膜的金属板材与钢板进行点焊试验，或者将两块该带漆膜的金属板材进行点焊试验，发现两种点焊试验中该带漆膜的金属板材均可焊接。