CN118973728A - 含有并入石墨烯的涂料的汽车流体管 - Google Patents

Abstract

一种用作汽车流体输送管的涂布的金属管道，其包括形成圆形横截面轮廓的管。在所述管上施加中间层。在所述中间层上施加的并入石墨烯衍生物的外部涂料面漆，除了耐化学性和耐磨性外，还提供优异的耐腐蚀性。

Description

含有并入石墨烯的涂料的汽车流体管

相关申请的交叉引用

本申请要求2023年2月16日提交的USSN 18/110584的优先权，该申请要求2022年2月17日提交的USSN 63/311111的权益，其全部内容(包括附图)通过引用并入本文。

技术领域

本发明公开了一种汽车流体输送管和相关的制造方法，用于提供优异的耐腐蚀/耐磨性。管可以由以下中的任一种构成：可镀镍的焊接有单壁管的低碳钢、挤压铝或可镀铜的钎焊有双壁管的低碳钢。中间层可以包括锌/铝合金、电镀锌、电镀Zn/Ni或热浸镀铝中的任一种。最上面的面漆由石墨烯分散在涂料中的水基或有机溶剂基涂料组成。

面漆可以包括环氧涂料、环氧酯涂料或聚二氟乙烯涂料中的任一种。分散到涂料体系中的石墨烯可以提供渗滤网络(percolation network)，以在经受标准汽车测试条件时提高耐腐蚀性以及耐化学性和耐磨性。

背景技术

车辆中的流体输送管在车辆运行期间起着输送燃料、制动液和变速器油冷却剂的关键作用。变速器油冷却(TOC)或燃料加注管包括由低碳钢制成的焊接管，可能容易受到腐蚀，从而影响车辆的安全运行。

为了减少易受腐蚀性，锌-铝合金、电镀锌、电镀锌/镍或热浸镀铝可以直接施加在钢管上。例如，锌层或电镀锌作为牺牲涂层，其又保护下面的钢管。顶部涂料涂层可以是有机溶剂基涂料或水基体系，其在某些情况下可能需要底漆以粘附到下层。

众所周知，石墨烯是一种二维平面纳米材料，其中包含填充在蜂窝晶格中的sp²键合碳原子。使石墨烯有利可图的许多材料性质，诸如高拉伸强度、高耐化学性、高导热性和导电性，都源于平面石墨烯的独特结合结构。然而，石墨烯在如汽车行业中的宏观应用仍然是一个挑战。

鉴于上述背景描述，Kerin, Jr.等人的US10,625,487教导了一种用作汽车流体输送管的涂布并且包括形成圆形横截面轮廓的单壁或双壁管中的任一种的金属管道。在管上施加中间底漆层。在中间层上进一步施加并入石墨烯粉末的聚酰胺。

Crain的US9,810,350涉及具有包含官能化石墨烯片的聚合物组合物的燃料体系部件。在一个实施方式中，燃料体系可以包括附着到燃料体系部件的多个层。燃料体系部件与一种或多种燃料直接接触，或者从与流动燃料直接接触的一个或多个第二部件提供一条或多条接地路径。每个第一层可以包括金属、纤维和编织材料中的任一种，每个第二层可以包括一种或多种聚合物和碳氧摩尔比为至少50:1的完全剥离的单层石墨烯的组合物。

CN104789092A教导了一种用于液压管的防腐涂料和相关的制备方法。该涂料包括树脂、石墨烯水基分散液、颜料填料、助剂和溶剂中的每种。

CN105969069A教导了一种石墨烯改性的环氧树脂防腐涂料，其包括70至80重量份的水性环氧树脂、4至7份的过氧化氢异丙苯、10至18份的石墨烯、2.5至4.5份的六亚甲基二异氰酸酯缩二脲、2.4至3.6份的乙二胺四乙酸二钠盐、5至9份的甲基苯并三唑、7至10份的壬基苯酚聚氧乙烯醚、5至8份的植酸酶、4至6份的蜡粉、4至13份的聚砜树脂和4至6份的硫酸铜。石墨烯改性环氧树脂防腐涂料具有高耐磨性、耐高温性、耐水性和耐化学腐蚀性，增强了涂层与基面之间的结合强度，提高了任何温度下的固化速度。

现有技术的进一步的实例显示为Picco等人的US 6915820的汽车流体管，其配置用于承载汽油/柴油燃料或液压流体中的任一种，并且由具有铝涂层的金属组成，在该铝涂层上挤压涂布有聚酰胺12层，用于提高管的耐磨性和耐腐蚀性。

Berger等人的US9,556,358教导了一种涂布金属制品的方法，其中金属表面涂布有聚合物或双组分体系，该体系在施加到金属表面后反应以形成聚合物。该组合物包括70-2700 meq/kg的烯烃双键，这导致更强的粘附性和更高的耐腐蚀性。

Kawai的US2018/0119871也教导了一种涂布的金属管道，其中多层涂层包括化学转化层和底漆层，该底漆层进一步包括聚酰胺酰亚胺和选自聚酰胺、氟树脂、硅烷偶联剂和环氧树脂的至少一种添加剂组分。

本领域已知其他管体系，其利用PVDF(聚偏二氟乙烯)涂料和相关的水基涂料，诸如提供纯热塑性含氟聚合物，其是非反应性的并且具有多种涂层优点，包括耐溶剂和耐酸性，以及与类似的含氟聚合物相比具有更低的密度。Usui的US 6500565中阐述了一个实例，其教导了一种树脂涂层，该涂层具有耐腐蚀性、耐候性和耐化学性、耐久性和高耐热温度中的每个。形成任选地具有铜层的钢管。此时，在钢管的外圆周表面上形成锌或锌/镍镀层，并且在锌或锌-镍镀层上形成包括三价铬化合物的铬酸盐膜。根据需要，通过底漆形成至少一层选自聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯、聚乙烯和聚酰胺树脂的一种树脂。

最后，Hsich的US 6,589,617教导了一种涂布的金属管装置，其包括金属管和粘合到管上的第一聚合物材料的内层中的每个，以提供防腐保护。第一聚合物材料具有高结晶度、小于0.05的阻尼因子和至少100 MPa的弯曲模量。第二聚合物材料的外层挤压在内层周围，以吸收冲击能量并消除机械振动和声学噪音。第二聚合物材料具有至少0.05的阻尼因子和小于50 Mpa的弯曲模量，并且包括具有至少一种玻璃化转变温度低于室温的聚合物组分的多相聚合物。

发明内容

本发明涉及利用石墨烯的优异材料性质和合适的粘合剂，以产生高质量的涂料作为高级汽车工业规模流体输送管的面漆。更具体地说，本发明公开了一种汽车流体输送管和相关的制造方法，以提供优异的耐腐蚀性/耐磨性。

管可以由以下中的任一种构成：可镀镍的焊接单壁管的低碳钢、挤压铝或可镀铜的钎焊双壁管的低碳钢。中间层可以包括锌/铝合金、电镀锌、电镀锌/镍或热浸镀铝中的任一种。最上面的面漆由石墨烯粉末分散在涂料中的水基或有机溶剂基涂料组成。

在一个具体实例中，面漆可以是溶剂型环氧涂料，或环氧酯涂料或分散有石墨烯衍生物的聚二氟乙烯涂料。石墨烯衍生物可以包括但不限于，单层石墨烯、少层石墨烯、氧化石墨烯、还原的氧化石墨烯和官能化石墨烯。上述涂料体系可以通过喷涂、浸渍或流涂施加工艺施加到管上，然后使用特定的烘烤时间表进行固化工艺。分散到涂料体系中的石墨烯衍生物可以为腐蚀性元素提供渗滤网络，从而提供增强的耐腐蚀性。

在另一个具体实例中，面漆可能需要另外的底漆层，以便粘附到管上的中间金属层上。底漆可以是进一步为下面的涂层提供另外的耐腐蚀性的无机金属基牺牲层，或者其可以是用于粘附面漆的环氧类底漆。底漆可以通过喷涂、浸渍或流涂施加工艺施加到管上，并且可需要使用特定的烘烤时间表进行另外的固化工艺。石墨烯也可以分散到该底漆层中，以提供改进的耐腐蚀性。

附图说明

现在将参考附图，当结合以下详细描述阅读时，其中相同的参考数字在几个视图中指代相同的部分，并且其中：

图1是根据第一非限制性实施方式的汽车流体输送管的壁段的长度剖面图，并且描绘了第一层为低碳钢，该低碳钢可以镀镍、焊接有单壁管或者可以镀铜、钎焊有双壁管，中间为锌/铝合金并且外层或面漆为混合有石墨烯的涂料；

图1A是图1的汽车流体输送管的端部剖面图；

图2是根据第二非限制性实施方式的汽车流体输送管的壁段的长度剖面图，并且描绘了第一层为低碳钢，该低碳钢可以镀镍、焊接有单壁管或者可以镀铜、钎焊有双壁管，中间为电镀锌并且外层或面漆为混合有石墨烯的涂料；

图2A是图2的汽车流体输送管的端部剖面图；

图3是根据第三非限制性实施方式的汽车流体输送管的壁段的长度剖面图，并且描绘了第一层为低碳钢，该低碳钢可以镀镍、焊接有单壁管或者可以镀铜、钎焊有双壁管，中间为热浸镀铝和并且外层或面漆为混合有石墨烯的涂料；

图3A是图3的汽车流体输送管的端部剖面图；

图4是根据第四非限制性实施方式的汽车流体输送管的壁段的长度剖面图，并且描绘了第一层为低碳钢，该低碳钢可以镀镍、焊接有单壁管或者可以镀铜、钎焊有双壁管，中间为电镀锌/镍并且外层或面漆为混合有石墨烯的涂料；

图4A是图4的汽车流体输送管的端部剖面图；

图5是根据第五非限制性实施方式的汽车流体输送管的壁段的长度剖面图，并且描绘了挤压铝的基层和混合有石墨烯的涂料的外层或面漆；和

图5A是图5的汽车流体输送管的端部剖面图；

具体实施方式

通过非限制性地参考附图，本发明教导了一种不同成分的汽车流体输送管，其每种都涂布有耐腐蚀、耐磨和抗冲击的多层或单涂层体系。本发明还教导了一种制造在本体系、制品或组件涵盖的任何管的相关方法。

在所公开的每个变型中，管包括可以镀镍的焊接单壁管的低碳钢、挤压铝或可以镀铜的钎焊有双壁管的低碳钢中的任一种。中间层可以包括锌/铝合金、电镀锌、电镀锌/镍或热浸镀铝中的任一种。最上面的面漆由具有分散在涂料中的石墨烯粉末的水基或有机溶剂基涂料组成。

首先参考图1，在10处一般地显示了根据第一非限制性实施方式的汽车流体输送管的壁段的长度剖面图。如图1A的端部剖面图所另外地显示，管描绘了第一层为低碳钢12，该低碳钢12可以镀镍、焊接有单壁管或者可以镀铜、钎焊有双壁管。还描绘了中间锌/铝合金14和在16处的混合有石墨烯的外层或面漆。

如本文所述，面漆可以包括防腐环氧涂料或环氧酯涂料或聚二氟乙烯，其中石墨烯衍生物任选地分散到涂料中。通过非限制性实例，分散到涂料体系中的石墨烯衍生物粉末可以提供渗滤网络，以增强阻隔性。

还可以设想，可以通过浸渍、喷涂或流涂施加工艺将上述环氧类涂料或聚二氟乙烯类涂料施加到管上，然后使用特定的烘烤时间表进行固化工艺。根据所采用的任何施加工艺和方法，在经受标准汽车测试条件时，使用具有分散的石墨烯衍生物的任何环氧类涂料或聚二氟乙烯类涂料型面漆可表现出优异的耐腐蚀性以及耐化学性和耐磨性。

还可以设想，上述环氧类涂料或聚二氟乙烯类涂料可需要另外的底漆层，以提高涂料面漆与下层中间金属层的粘附。底漆可以是进一步为下面的金属管提供另外的耐腐蚀性的无机金属型牺牲层，或者它可以是用于粘附面漆的环氧类底漆。底漆可以通过喷涂、浸渍或流涂施加工艺施加到管上，并且可需要使用特定的烘烤时间表进行另外的固化工艺。石墨烯衍生物也可以分散到该底漆层中，以提供改进的耐腐蚀性。

参考图2的长度剖面图和图2A的相应端部剖面图，在20处一般地显示了根据第二非限制性实施方式的汽车流体输送管的壁段，并且描绘了第一层22为低碳钢，该低碳钢可以镀镍、焊接有单壁管或者可以镀铜、钎焊有双壁管，中间层24为电镀锌，并且外层或面漆26为混合有石墨烯(其通常是本文前面所述的任何类型的石墨烯衍生物)的涂料。对于本文所述的本实施方式和所有其他实施方式，替代石墨烯材料的描述与图1的描述重复。

图3是根据第三非限制性实施方式的通常为30的汽车流体输送管的壁段的长度剖面图，并且描绘了第一层为低碳钢32，该低碳钢32可以镀镍、焊接有单壁管或者可以镀铜、钎焊有双壁管，在其上施加为热浸镀铝34的中间层和为混合有石墨烯的涂料的外层或面漆36。图3A描绘了图3中汽车流体输送管的端部剖面图。

图4是根据第四非限制性实施方式的通常为40的汽车流体输送管的壁段的长度剖面图，并且描绘了第一层为低碳钢42，该低碳钢42可以镀镍、焊接有单壁管或者可以镀铜、钎焊有双壁管，在其上施加为电镀锌/镍的中间层44和为混合有石墨烯的涂料的外层或面漆46。图4A描绘了图4中汽车流体输送管40的端部剖面图。

转到图5，提供了根据第五非限制性实施方式的通常为50的汽车流体输送管的壁段的长度剖面图，并且描绘了为挤压铝的基层52和为混合有石墨烯的涂料的外层或面漆54。最后，图5A呈现了图5的汽车流体输送管50的端部剖面图。

在描述了本发明之后，在不偏离所附权利要求的范围的情况下，其他和附加的优选实施方式对所属领域技术人员来说将变得显而易见。这可以进一步包括由镀铜低碳钢、低碳钢、不锈钢或铝中的任一种构成的管，但不限于此。本发明进一步考虑了挤出以外的其他应用工艺，以便将外聚合物层施加到管上。

在相关变体中，这可以包括使用任何合适的成型工艺，不限于挤出，还包括其他注射成型技术，用于在内金属管周围形成外聚酰胺/石墨烯粉末层和所需的中间腐蚀抑制层的组合。

在描述了本发明之后，在不偏离所附权利要求的范围的情况下，其他和附加的优选实施方式对所属领域技术人员来说将变得显而易见。详细描述和附图被进一步理解为支持本公开内容，其范围由权利要求书限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求保护的教导的一些最佳模式和其他实施方式，但存在各种替代设计和实施方式来实践所附权利要求中限定的公开内容。

上述公开内容被进一步理解为不旨在将本公开内容限制于所公开的精确形式或特定使用领域。因此，可以设想，根据本公开内容，对本公开内容的各种替代实施方式和/或修改，无论是在本文中明确描述还是暗示，都是可能的。在如此描述了本公开的实施方式之后，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。因此，本公开内容仅受权利要求书的限制。

在上述说明书中，已经参考具体实施方式描述了本公开内容。然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，本文公开的各种实施方式可以以各种其他方式进行修改或以其他方式实现。因此，本说明书应被视为说明性的，并且旨在教导本领域技术人员制造和使用本公开内容的各种实施方式的方式。应当理解，本文所示和所述的公开内容的形式将被视为代表性实施方式。等效的元件、材料、工艺或步骤可以替代本文中代表性示出和描述的那些。此外，本公开内容的某些特征可以独立于其他特征的使用而使用，所有这些对于本领域技术人员在受益于本公开内容的描述后都是显而易见的。用于描述和要求保护本公开内容的“包括”、“包含”、“并入”、“由……组成”、“具有”、“是”等表达旨在以非排他性的方式进行解释，即允许未明确描述的项目、部件或元素也存在。提及单数也应解释为涉及复数。

进一步地，本文公开的各种实施方式应被视为具有说明性和解释性意义，并且绝不应被解释为对本公开内容的限制。所有连接参考(例如，附接、附着、耦合、连接等)仅用于帮助读者理解本公开内容，并且可能不会造成限制，特别是对本文公开的系统和/或方法的位置、方向或使用的限制。因此，连接参考，如果存在，应作广义解释。此外，这种连接参考不一定推断出两个要素直接相互连接。

另外，所有数字术语，诸如但不限于“第一”、“ 第二”、“第三”、“首要”、“次要”、“主要”或任何其他普通和/或数字术语，也应仅被视为标识符，以帮助读者理解本公开内容的各种要素、实施方式、变体和/或修改，并且可能不会产生任何限制，特别是关于任何要素、实施方式、变体或修改相对于另一个要素、实施方式、变体和/或修改的顺序或偏好。

还将理解，附图/图中描绘的一个或多个元件也可以以更分离或集成的方式实现，或者在某些情况下甚至被移除或变得不可操作，这根据特定应用是有用的。此外，除非另有特别说明，否则附图/图中的任何信号阴影应仅被视为示例性的，而非限制性的。

Claims (20)

1.一种用作汽车流体输送管的涂布的金属管道，其包括：

形成圆形横截面轮廓的管；

施加在所述管上的中间层；和

施加在所述中间层上的并入石墨烯衍生物的外涂料涂层，除了耐化学性和耐磨性外，其还提供优异的耐腐蚀性。

2.根据权利要求1所述的涂布的金属管道，所述管进一步包括低碳钢或者镍或铜镀覆的低碳钢中的任一种。

3.根据权利要求1所述的涂布的金属管道，所述中间层进一步包括直接施加在所述管上的腐蚀抑制锌/铝合金、电镀锌、电镀锌/镍或热浸镀铝中的任一种。

4.根据权利要求1所述的涂布的金属管道，其进一步包括所述石墨烯衍生物作为粉末与所述外涂料涂层混合。

5.根据权利要求1所述的涂布的金属管道，所述外涂料涂层进一步包括防腐溶剂型环氧涂料、或者环氧酯涂料或聚二氟乙烯涂料。

6.根据权利要求1所述的涂布的金属管道，所述外涂料涂层进一步包括用于提供增强的阻隔性的渗滤网络。

7.根据权利要求1所述的涂布的金属管道，所述外涂料涂层进一步包括通过喷涂、流动或浸渍施加型工艺施加到所述管上的水基或溶剂基涂料体系，随后使用特定的烘烤时间表进行固化工艺。

8.根据权利要求1所述的涂布的金属管道，所述外涂料进一步包括位于所述面漆涂料下方的底漆层，以提高粘附性，所述底漆层包括但不限于无机金属型或环氧型。

9.根据权利要求8所述的涂布的金属管道，其进一步包括所述石墨烯衍生物作为粉末与所述底漆层混合。

10.根据权利要求8所述的涂布的金属管道，所述底漆进一步包括渗滤网络，用于提供增强的阻隔性。

11.根据权利要求8所述的涂布的金属管道，所述底漆进一步包括通过喷雾、流动或浸渍施加型工艺施加到所述管上的水基或溶剂基底漆体系，随后可以使用特定的烘烤时间表进行固化工艺。

12. 一种用作汽车流体输送管的涂布的金属管道，其包括：

挤压铝管，其形成为圆形横截面轮廓；和

施加在所述中间层上的具有石墨烯衍生物的外涂料涂层，除了耐化学性和耐磨性外，其还提供优异的耐腐蚀性。

13.根据权利要求12所述的涂布的金属管道，其进一步包括所述石墨烯衍生物作为粉末与所述外涂料层混合。

14.根据权利要求12所述的涂布的金属管道，所述外涂料涂层进一步包括防腐富铝环氧涂料或环氧酯涂料或聚二氟乙烯涂料。

15.根据权利要求12所述的涂布的金属管道，所述外涂料涂层进一步包括渗滤网络，用于提供增强的阻隔性。

16.根据权利要求12所述的涂布的金属管道，所述外涂料涂层进一步包括所施加的环氧树脂、环氧酯类涂料或聚二氟乙烯体系中的任一种，其通过喷雾、流动或浸渍施加类型工艺中的任一种施加到所述管上，然后使用特定的烘烤时间表进行固化工艺。

17.根据权利要求12所述的涂布的金属管道，所述外涂料涂层进一步包括下面的底漆层以提高粘附性，所述底漆层包括但不限于无机金属型或环氧型。

18.根据权利要求17所述的涂布的金属管道，所述下面的底漆层进一步包括水基或溶剂基底漆体系中的任一种，其通过喷涂、流动或浸渍施加类型工艺中的任一种施加到所述管上，之后根据特定的烘烤时间表进行所述管的固化工艺。

19.根据权利要求17所述的涂布的金属管道，其进一步包括所述石墨烯衍生物作为粉末与所述底漆层混合。

20.根据权利要求17所述的涂布的金属管道，所述底漆层进一步包括渗滤网络，用于提供增强的阻隔性。