電弧噴塗用導電塑料絲材及其製備方法

2023-05-16 22:15:51

電弧噴塗用導電塑料絲材及其製備方法
【專利摘要】電弧噴塗用導電塑料絲材及其製備方法，該絲材包括塑料基體和碳材料導電物質，其中碳材料導電物質在塑料基體中沿軸向連續分布。該絲材的製備方法，包括以下步驟：(1)將熔融態或粉末態塑料基體與碳材料導電物質粉末進行充分混合得到混合物；(2)將混合物在制絲機上進行制絲得到所述電弧噴塗用導電塑料絲材。本發明的絲材適合於電弧噴塗，能夠應用到金屬設備的防腐耐磨塗層上，從而大大提高金屬設備的使用壽命。
【專利說明】電弧噴塗用導電塑料絲材及其製備方法

【技術領域】
[0001]本發明總體涉及熱噴塗用絲材，具體涉及電弧噴塗用導電塑料絲材及其製備方法。

【背景技術】
[0002]在金屬(例如鋼鐵)製成的工業設備(例如容器、管道等)在使用過程中容易發生腐蝕和磨損，採用熱噴塗工藝在金屬設備表面製備一層防腐和/或耐磨塗層能夠有效提高金屬設備的使用壽命。通常的熱噴塗工藝，例如火焰噴塗、等離子噴塗、爆炸噴塗等，都採用粉體作為熱噴塗材料，並且這些熱噴塗設備結構較複雜、附屬設備多、能耗高、不易於現場移動作業。電弧噴塗設備具有體積小、效率高、易於現場移動作業的優點，廣泛用於金屬絲材的噴塗作業。由於電弧噴塗需要用絲材作為電極來產生電弧從而將絲材熔融，因此要求噴塗的絲材必須能夠導電。
[0003]目前，用於電弧噴塗的絲材包括實芯絲材和粉芯絲材，實芯絲材主要包括鋅、鋁及其合金絲材；粉芯絲材包括外皮和內芯，外皮為導電金屬，內芯為金屬、合金或陶瓷。不管是實芯絲材還是粉芯絲材，其中都必須含有導電的金屬，而金屬在防腐和耐磨上都存在著很大的不足，特別是在腐蝕環境中容易產生電化學反應，因此利用現有的電弧噴塗絲材製備的防腐和耐磨塗層，只能在有限程度上延緩基體的腐蝕和磨損。


【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種電弧噴塗用導電塑料絲材及其製備方法，能夠將塑料應用到電弧噴塗塗層中。
[0005]根據本發明的一個方面，提供一種電弧噴塗用導電塑料絲材，包括塑料基體和碳材料導電物質，其中碳材料導電物質在塑料基體中沿軸向連續分布。
[0006]優選地，塑料基體包含聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)或它們的改性物；另夕卜，為了改善塑料基體的性能，還可以在塑料基體中摻加交聯劑等助劑。
[0007]優選地，碳材料導電物質包括炭黑、石墨、石墨烯和碳納米管中的一種或幾種。
[0008]優選地，碳材料導電物質佔絲材的質量百分數為10-50%。
[0009]優選地，所述絲材直徑為0.2_5mm。
[0010]優選地，所述絲材電阻率在10_8_10_5 Ω.m之間連續可調。
[0011]根據本發明的另一個方面，提供一種上述電弧噴塗用導電塑料絲材的製備方法，包括以下步驟:
[0012](I)將熔融態或粉末態塑料基體與碳材料導電物質粉末進行充分混合得到混合物；
[0013](2)將混合物在制絲機上進行制絲得到所述電弧噴塗用導電塑料絲材。
[0014]其中，混合物在進入制絲機前或在制絲機中先被處理成半熔融狀態，然後再進行制絲。
[0015]本發明通過在塑料基體中加入碳材料導電物質，所製備的絲材能夠適合於電弧噴塗。並且，由於PEEK和PTFE具有較高的熔點(PEEK的熔點為334°C，PTFE的熔點為327°C )、耐酸鹼腐蝕以及耐磨損等優點，使得製備的導電塑料絲材能夠應用到金屬設備的防腐耐磨塗層上，從而大大提高金屬設備的使用壽命。另外，PEEK和PTFE都為熱塑性塑料，在製備以及使用過程中產生的廢料，還可以循環再次作為原料來製備本發明的導電塑料絲材。

【具體實施方式】
[0016]下面通過具體實施例對本發明進一步進行描述。本領域技術人員應當理解，以下描述僅用於解釋本發明而非用於對其作出任何限制。
[0017]首先通過具體實施例來描述本發明的電弧噴塗用導電塑料絲材的製備方法。
[0018]實施例1
[0019]將PEEK粉末和導電炭黑粉末按重量比7:3的配比進行稱重，其中PEEK粉末和導電炭黑粉末的粒徑均在20-200 μ m之間；然後將上述粉末放入攪拌機進行充分混合，將混合後的混合粉加熱至半熔融狀態(300°C左右)，然後進入擠出機進行制絲，擠出機出絲口的孔徑為0.5mm，擠出的絲材經冷卻後纏繞到收絲滾筒上。製得的絲材電阻率測試結果為2.7Χ1(Γ5Ω.m。
[0020]實施例2
[0021]將PEEK粉末和石墨粉末按重量比7:3的配比進行稱重，其中PEEK粉末和石墨粉末的粒徑均在20-200 μ m之間；然後將上述粉末放入攪拌機進行充分混合，將混合後的混合粉加熱至半熔融狀態(3 O (TC左右)，然後進入擠出機進行制絲，擠出機出絲口的孔徑為2.0mm，擠出的絲材經冷卻後纏繞到收絲滾筒上。製得的絲材電阻率測試結果為2.3 X 1(Γ5 Ω.m。
[0022]實施例3
[0023]將PEEK粉末和石墨烯粉末按重量比7:3的配比進行稱重，其中PEEK粉末和石墨烯粉末的粒徑均在20-200 μ m之間；然後將上述粉末放入攪拌機進行充分混合，將混合後的混合粉加熱至半熔融狀態(300°C左右)，然後進入擠出機進行制絲，擠出機出絲口的孔徑為1.0mm，擠出的絲材經冷卻後纏繞到收絲滾筒上。製得的絲材電阻率測試結果為
2.1Χ1(Γ8Ω.m。
[0024]實施例4
[0025]將PEEK粉末和石墨烯粉末按重量比9:1的配比進行稱重，其中PEEK粉末和石墨烯粉末的粒徑均在20-200 μ m之間；然後將上述粉末放入攪拌機進行充分混合，將混合後的混合粉加熱至半熔融狀態(300°C左右)，然後進入擠出機進行制絲，擠出機出絲口的孔徑為1.0mm，擠出的絲材經冷卻後纏繞到收絲滾筒上。製得的絲材電阻率測試結果為4.5Χ1(Γ8Ω.m。
[0026]實施例5
[0027]將PEEK粉末和碳納米管粉末按重量比7:3的配比進行稱重，其中PEEK粉末和碳納米管粉末的粒徑均在20-200 μ m之間；然後將上述粉末放入攪拌機進行充分混合，將混合後的混合粉加熱至半熔融狀態(300°C左右)，然後進入擠出機進行制絲，擠出機出絲口的孔徑為1.5mm，擠出的絲材經冷卻後纏繞到收絲滾筒上。製得的絲材電阻率測試結果為4.7Χ1(Γ8Ω.m。
[0028]實施例6
[0029]先將PEEK塊體或粉末加熱至熔融態(350°C左右)，再將導電炭黑粉末加入到熔融態的PEEK中進行混合，其中PEEK與導電炭黑的重量比為5:5，導電炭黑粉末的粒徑在20-200μπι之間；將混合物稍微冷卻後(300°C左右)進入擠出機進行制絲，擠出機出絲口的孔徑為5mm，擠出的絲材經冷卻後纏繞到收絲滾筒上。製得的絲材電阻率測試結果為2.9 X 1-5 Ω.m。
[0030]實施例7
[0031]將PTFE粉末和導電炭黑粉末按重量比7:3的配比進行稱重，其中PTFE粉末和導電炭黑粉末的粒徑均在20-200 μ m之間；然後將上述粉末放入攪拌機進行充分混合，將混合後的混合粉加熱至半熔融狀態(280°C左右)，然後進入擠出機進行制絲，擠出機出絲口的孔徑為0.2mm，擠出的絲材經冷卻後纏繞到收絲滾筒上。製得的絲材電阻率測試結果為
2.3Χ1(Γ5Ω.m。
[0032]實施例8
[0033]將PTFE的塊體或粉末加熱至熔融態(330°C左右)，再將石墨烯粉末加入到熔融態的P T FE中進行混合，其中P T FE與石墨烯的重量比為7:3，石墨烯粉末的粒徑在20-200μπι之間；將混合物稍微冷卻後(280°C左右)進入擠出機進行制絲，擠出機出絲口的孔徑為2.5mm，擠出的絲材經冷卻後纏繞到收絲滾筒上。製得的絲材電阻率測試結果為3.9Χ1(Γ8Ω.m。
[0034]實施例9
[0035]將PEEK粉末、導電炭黑粉末和石墨烯粉末按重量比7:2:1的配比進行稱重，上述粉末的粒徑均在20-200 μ m之間；然後將上述粉末放入攪拌機進行充分混合，將混合後的混合粉加熱至半熔融狀態(300°C左右)，然後進入擠出機進行制絲，擠出機出絲口的孔徑為1.5mm，擠出的絲材經冷卻後纏繞到收絲滾筒上。製得的絲材電阻率測試結果為
3.7Χ1(Γ7Ω.m。
[0036]實施例10
[0037]將PTFE粉末、石墨粉末和碳納米管粉末按重量比7:1:2的配比進行稱重，上述粉末的粒徑均在20-200 μ m之間；然後將上述粉末放入攪拌機進行充分混合，將混合後的混合粉加熱至半熔融狀態(2 8 (TC左右)，然後進入擠出機進行制絲，擠出機出絲口的孔徑為1.2mm，擠出的絲材經冷卻後纏繞到收絲滾筒上。製得的絲材電阻率測試結果為
2.9 X 1(Γ6 Ω.m。
[0038]上述實施例中的絲材電阻率測量是採用符合GB3048.2-2007的金屬電阻率測定儀(型號為GEST-123)進行測試的。
[0039]通過以上實施例製得的電弧噴塗用導電塑料絲材，其中碳材料導電物質佔絲材的質量百分數為10-50 %，在電子顯微鏡下對製得的絲材進行觀察可知，碳材料導電物質在塑料基體中沿軸向連續分布，從而能夠保證絲材的導電性。絲材直徑優選為0.2-5mm，絲材的電阻率最高能夠達到金屬的數量級，適合於電弧噴塗。製備的絲材中不含金屬，可應用到耐酸鹼的場合。塑料基體(PEEK或PTFE)既防腐又耐磨，同時具有較高的耐溫性(300°C)，因此本發明製得的絲材通過電弧噴塗應用到工業設備上將大大提高設備的使用壽命。
[0040]在製備絲材的過程中，發明人還意外地發現，在同樣的摻加比例下，採用石墨烯或碳納米管作為導電物質所製得的絲材電阻率能夠與金屬(例如銅的電阻率為
1.75 X 1-8 Ω.m)相媲美(為同一數量級)，比採用導電炭黑或石墨作為導電物質所製得的絲材電阻率要低三個數量級(參見實施例1-5)，甚至在僅摻加10%的石墨烯的情況下，製得絲材的電阻率僅為4.5Χ10_8Ω * m0碳材料導電物質摻加量越小，將使得絲材在電弧噴塗時的可溶性以及與噴塗對象的結合性大大提高。
[0041]最後，本發明的絲材在製備過程中，可以根據預定的電阻率需求以及成本的考慮，來對碳材料導電物質(例如導電炭黑、石墨、石墨烯和碳納米管)進行組合摻加到塑料基體中使用(參見實施例9-10)，從而能夠得到電阻率在10_8-10_5Ω.πι之間連續可調的噴塗絲材，從而適應不同的電弧噴塗工藝要求。
【權利要求】
1.一種電弧噴塗用導電塑料絲材，包括塑料基體和碳材料導電物質，其中碳材料導電物質在塑料基體中沿軸向連續分布。
2.根據權利要求1所述的電弧噴塗用導電塑料絲材，其中塑料基體包含聚醚醚酮或其改性物。
3.根據權利要求1所述的電弧噴塗用導電塑料絲材，其中碳材料導電物質包括炭黑、石墨、石墨烯和碳納米管中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的電弧噴塗用導電塑料絲材,其中碳材料導電物質佔絲材的質量百分數為10-50%。
5.根據權利要求1所述的電弧噴塗用導電塑料絲材，直徑為0.2-5mm。
6.根據權利要求1所述的電弧噴塗用導電塑料絲材，電阻率在10_8-10_5Ω.πι之間連續可調。
7.—種如權利要求1-6所述的電弧噴塗用導電塑料絲材的製備方法，包括以下步驟: (1)將熔融態或粉末態塑料基體與碳材料導電物質粉末進行充分混合得到混合物； (2)將混合物在制絲機上進行制絲得到所述電弧噴塗用導電塑料絲材。
【文檔編號】C23C4/12GK104372281SQ201410490525
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】席君傑, 黃傳兵, 席天宇, 席天嶽 申請人:席君傑