CN102139263B - 一种聚醚醚酮导热绝缘涂料的使用方法 - Google Patents

一种聚醚醚酮导热绝缘涂料的使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种聚醚醚酮导热绝缘涂料的使用方法。所述聚芳醚酮薄膜的使用方法是将制备完成后未经冷却的聚醚醚酮导热绝缘涂料，直接涂覆在基体材料上，将涂覆后基体材料用水清洗，除去溶剂和无机盐后，放入烘箱中在180℃下干燥3~5小时，然后将材料放在真空烧结炉中，在380~400℃烧结5~10分钟，得到表面涂覆有聚醚醚酮的基体材料。所述聚醚醚酮导热绝缘涂料是通过在聚醚醚酮的合成过程中，加入导热无机填料获得的。所述涂料具有良好的导热性、绝缘性和韧性，可以广泛应用于不粘锅、化工防腐。所述的使用方法简化了现有的施工工艺，可以更容易地获得表观光滑，韧性、耐久性非常好的PEEK涂覆材料。

Description

一种聚醚醚酮导热绝缘涂料的使用方法
技术领域
本发明涉及高性能特种工程塑料领域，具体涉及一种聚醚醚酮导热绝缘涂料的使用方法。
背景技术
PEEK涂料被广泛应用于耐高温及防腐材料领域。使用PEEK制造的涂层在全世界各个领域都有应用：烹饪用具，如烙铁和煎锅；水泵零部件；汽车汽缸顶部的垫圈；压缩机零部件；半导体晶片架；油田天线；食品及化学药品的搅拌零部件。 
PEEK涂料拥有巨大的优势，例如超强的耐磨性、耐用性和粘连性。与氟涂料和尼龙涂料相比，PEEK涂料主要表现出以下优点：1、不需要预先涂过渡层，简化了施工工艺。2、施工后溶剂可以回收，减少了溶剂污染环境的问题；3、特别是在高温下， PEEK的耐蚀谱非常广泛，在所有防腐涂料中可称最佳；4、氟涂料涂层本身耐腐蚀寿命可很长，但由于其与金属附着力差，于使用过程中脱落会造成寿命短，而PEEK则是耐腐蚀寿命长；5、PEEK涂层的机械载荷也十分之高，在高机械负荷条件下表现出色，而且具备良好的蒸汽耐受性和防浸透功能并且可以很好地防止蒸汽渗入；6、涂膜在300℃高温和23℃常温环境下能保持同等强度。涂层粘附牢固，用锐利器具刮蹭也不易划伤或脱落，无须担心涂膜脱落，同时又具有良好的延展性。
PEEK涂料柔软性高，即使用尖锐的工具划，也不会破裂或剥落。适合于对耐磨性和耐撞击性要求较高的压缩机部件与轴承，以及激光打印机胶辊等部件。假如喷涂在机械设备的撞击部件上，还具有降低工作噪音的作用。新产品用于需要机械强度高的各种冲击零件和装置，以及需要耐磨损和经常滑动的压缩机、轴承、激光打印机的辊轮等部件上。在汽车和工业机械设备内，将各滑动零件涂装后，可提高滑动性，设备启动运转时十分安静。另外，这种涂料也可用于烹调用具和厨房设备，加工成的不粘涂层，饭菜粘不住，并且非常容易清洗，燃烧时不会产生有害气体。比起用氟树脂加工的炒勺和饭锅，涂层更加不易脱落，而且炊具使用寿命可以提高约10倍。
通常PEEK涂料存在导热性较差的缺点，并且现有的PEEK涂料的施工工艺是将PEEK树脂细粉在水中调制成分散涂料，利用空气喷涂设备喷涂到金属底材之后，进行烧结。这种工艺需要先制备成PEEK细粉料，工艺比较复杂。
在一些对涂料的导热性和绝缘性要求高的领域，现有的PEEK涂料不能满足应用的需要。
中国专利CN200610040090.2（公开日期2006年12月20日）公开一种聚醚醚酮复合材料的制备方法，该方法是将聚醚醚酮与无机材料复合后，通过注射法或模压烧结法成型复合材料。该工艺比较复杂，并且由于该方法的无机材料并不能十分均匀地分散在PEEK材料中，并且无机材料容易存在团结的现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中PEEK涂料导热性和绝缘性不能满足应用需要，施工工艺复杂的不足，提供一种聚醚醚酮导热绝缘涂料的使用方法，该使用方法工艺简单，使用的聚醚醚酮导热绝缘涂料具有良好的导热性能和绝缘性能。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：
一种聚醚醚酮导热绝缘涂料的使用方法，包括如下步骤：将制备完成后未经冷却的聚醚醚酮导热绝缘涂料，直接涂覆在基体材料上，将涂覆后基体材料用水清洗，除去溶剂和无机盐后，放入烘箱中在180℃下干燥3~5小时，然后将材料放在真空烧结炉中，在380~400℃烧结5~10分钟，得到表面涂覆有PEEK树脂的基体材料；
所述聚醚醚酮导热绝缘涂料通过如下方法制备：往带有分水器的反应瓶中依次加入环丁砜、酮单体及二酚单体，然后加入二甲苯，加热搅拌，原料完全溶解后，加入缩合剂升温至150~200℃下反应，反应完全后，除去二甲苯，然后继续反应2~5h，然后加入导热无机填料，升温至260℃反应1~2h，停止反应，即得到所述聚醚醚酮导热绝缘涂料。
所述酮单体为4,4’-二氟二苯甲酮；所述二酚单体为对苯二酚。
所述反应完全是指，分水器中二甲苯溶液澄清透明后，再继续反应20~60分钟，确保不再有水生成。
所述基体材料优选为不锈钢片、陶瓷、铝片、锌片、钛合金等，包括但不限于以上几种。
由于环丁砜是一种极性很强的溶剂，无机材料在环丁砜溶液中不容易团聚，使得导热无机填料可以在其中分散得更均匀。
所述导热无机填料为氮化硅、氮化镓、纳米氮化铝中的一种或一种以上的混合物。氮化硅、氮化镓、纳米氮化铝这类无机填料具有高导热率，应用在涂料里，不仅大幅度提高涂料的导热绝缘性能，而且对涂料有增韧增强作用，更有利于其应用。
所述导热无机填料的量优选为聚醚醚酮的0.1~15重量%。
所述导热无机填料的量更优选为聚醚醚酮的2~5重量%。填料的添加量过大容易导致涂料剥落。
所述二酚单体与酮单体的摩尔比优选为1: 1.01~1:1.03。
作为一种最优选方案，所述二酚单体与酮单体的摩尔比最优选为1:1.01。
所述缩合剂可以为已知的用于制备聚醚醚酮的缩合剂，作为一种最优选方案，所述缩合剂最优选为Na2CO3。
所述二酚单体与缩合剂的摩尔比优选为1:1.05~1:1.3。
作为一种最优选方案，所述二酚单体与缩合剂的摩尔比最优选为1:1.1。
所述制备方法制得的聚醚醚酮导热绝缘涂料。
本发明所述聚醚醚酮导热绝缘涂料的使用方法比较简单，由于采用环丁砜作为溶剂聚合，聚合溶液可以直接通过喷涂或刮涂施工，将涂覆有所述聚醚醚酮涂料的基底材料浸入温水溶液中清洗多次，除掉涂料里面含有的溶剂和杂质，再在PEEK的熔点以上进行高温烧结成型，PEEK即可牢固地粘结在基底材料上，可得到表观光滑，韧性、耐久性非常好的PEEK涂覆材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明在PEEK的聚合过程中引入高导热率的无机填料，可以提高PEEK涂料的导热性，同时还可以提高材料的韧性和其它机械性能；由于无机填料是在PEEK的聚合过程中添加的，其在涂料中的分布更均匀；该涂料的使用方法，为直接采用未冷却的聚合物溶液涂覆在基底材料上，进行洗涤和烧结，即可使PEEK牢固地粘附在基底材料，从而改善材料的性能，与现有的PEEK涂料使用相比，简化了施工工艺。本发明所述涂料具有良好的导热性、绝缘性和韧性，可以广泛应用于不粘锅、化工防腐等领域。
具体实施方式
 以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
导热率测试方法
采用FYDP-4型导热率测定仪，参考标准：GB/T10295-88 （绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法）及ASTM C518-04用热流计法测定稳态热通量和热传递特性的试验方法。仪器采用在试样一面加入稳定的热面温度，热量通过试样传递到冷面（室温），测量传递的热流来计算导热系数和热阻。采用导热率测定仪测定导热率。
冲击强度测试: 根据标准GB1732-79，1KG砝码从某个（cm）高度落下，砸在定制的冲击头上，冲击头再冲击PEEK树脂涂料正面，看冲击后，有没有脱落\开裂。冲击强度=重量*高度
体积电阻率测试：根据标准GB/T1410-2006测试，将所压片材料在500V电压下保持1分钟，并测量所产生的电流, 根据计算公式
ρv=Rx.A/h
Rx为体积电阻，单位为欧姆，Rx=Ux/(Is±I0) 其中，Ux为施加电压，单位（V），Is为电化期间的稳态电流，单位（A），I0为电化前的短路电流，单位（A），当I0与I0方向相同时候使用负号，反之使用正号；
A为被保护电极的有效面积，单位(cm2)；
h为试样的平均厚度,单位（cm）。
实施例1
   在装有温度计、通氮气管、冷凝分水器、搅拌器的三口反应瓶中，先加入精制环丁砜490g，然后加入67.11g（0.303mol）的 4,4’-二氟二苯甲酮和33.03g（0.30mol）对苯二酚（可得聚合物86.4g,固含量为15%），再加入74g二甲苯后，搅拌、加热，待其全部溶解并待温度升到80℃时，加入34.98g （相对于对苯二酚过量10摩尔%）Na2CO3,再继续升温，待温度升至150℃，体系开始共沸，分水器中有二甲苯和水冷凝，上层二甲苯回流，下层水不断放出，继续升温到190℃下带水，待水回收到理论量时，上层二甲苯开始澄清透明，再继续回流20分钟，然后开始从体系中蒸出二甲苯，然后继续反应3小时，此时向反应体系中加入氮化铝（相对于聚醚醚酮的理论量2重量%），体系温度由加热不断上升，至温度达到260℃后，保持恒温，体系粘度随聚合反应进行粘度不断增大，持续2小时后停止反应。
为了得到所添加无机填料的PEEK树脂真实导热率，则采用将聚合物粘液注入冷水中，待充分冷却后，用粉碎机粉碎并过滤。将所得粉料加水，煮沸1小时，再过滤，反复煮8次，直到料中的溶剂及副产物盐全部除去。制得后的粉料在烘箱中140℃烘干12小时，使水分含量低于0.5%。将此粉末在高温压片机下380℃压片，得到PEEK薄片。
对比例1
聚合方法与实施例1相同，不同的是在聚合反应过程中不添加无机填料，其他后处理方法与实施例1完全相同，得到纯PEEK树脂。采用导热率测定仪测试导热率。所测试的导热率是在室温下测得。
实施例2
在装有温度计、通氮气管、冷凝分水器、搅拌器的三口反应瓶中，先加入精制环丁砜490g，然后加入67.11g（0.303mol）的 4,4’-二氟二苯甲酮和33.03g（0.30mol）对苯二酚（可得聚合物86.4g,固含量为15%），再加入74g二甲苯后，搅拌、加热，待其全部溶解并待温度升到80℃时，加入34.98g （相对于对苯二酚过量10摩尔%）Na2CO3, 再继续升温，待温度升至150℃，体系开始共沸，分水器中有二甲苯和水冷凝，上层二甲苯回流，继续升温到200℃下带水，下层水不断放出，待水回收到理论量时，上层二甲苯开始澄清透明，再继续回流20分钟，然后开始从体系中蒸出二甲苯，然后继续反应4小时，然后向反应体系中加入氮化镓（相对于聚醚醚酮的理论量2重量%），体系温度由加热不断上升，至温度达到260℃后，保持恒温，体系粘度随聚合反应进行粘度不断增大，持续2小时后停止反应。
实施例3
在装有温度计、通氮气管、冷凝分水器、搅拌器的三口反应瓶中，先加入精制环丁砜490g，然后加入67.11g（0.303mol）的 4,4’-二氟二苯甲酮和33.03g（0.30mol）对苯二酚（可得聚合物86.4g,固含量为15%），再加入74g二甲苯后，搅拌、加热，待其全部溶解并待温度升到80℃时，加入34.98g （相对于对苯二酚过量10摩尔%）Na2CO3,再继续升温，待温度升至150℃，体系开始共沸，分水器中有二甲苯和水冷凝，上层二甲苯回流，继续升温到200℃下带水，下层水不断放出，待水回收到理论量时，上层二甲苯开始澄清透明，再继续回流20分钟，然后开始从体系中蒸出二甲苯，继续反应3小时，向反应体系中加入氮化硅（相对于聚醚醚酮的理论量4重量%），体系温度由加热不断上升，至温度达到260℃后，保持恒温，体系粘度随聚合反应进行粘度不断增大，持续2小时后停止反应。
对比例与实施例1~3所得PEEK材料的性能比较如表1所示：
表1
  对比例1 实施例1 实施例2 实施例3
材料 纯PEEK树脂 添加2%氮化铝 添加2%氮化镓 添加4%氮化硅
导热率(W/m.K) 0.3 1.0 2.0 5
抗冲强度（Kg.cm） 190 210 205 217
体积电阻率(Ω.cm） 1*1015 7*1016 5.5*1016 5*1016
实施例4 PEEK涂料覆样件的制备
将实施例1中未冷却的聚合物溶液通过涂敷装置，在高温下直接涂覆在被涂覆物上，此处是涂敷在一经过表面打磨处理的不锈钢片材上，将涂覆后片材均匀浸泡在80℃的水溶液中10分钟，多此浸泡处理，除掉片材上的无机盐和溶剂除掉。涂覆后的片材放入一烘箱中干燥，在180℃下干燥3~5小时，溶剂基本除尽。然后将此片材放在真空烧结炉中，在380~400℃处理5~10分钟。得到不锈钢表面涂覆有PEEK树脂的片材。涂层厚度50um。

Claims (9)

1.一种聚醚醚酮导热绝缘涂料的使用方法，其特征在于包括如下步骤：将制备完成后未经冷却的聚醚醚酮导热绝缘涂料，直接涂覆在基体材料上，将涂覆后基体材料用水清洗，除去溶剂和无机盐后，放入烘箱中在180℃下干燥3~5小时，然后将材料放在真空烧结炉中，在380~400℃烧结5~10分钟，得到表面涂覆有聚醚醚酮的基体材料；
所述聚醚醚酮导热绝缘涂料通过如下方法制备：往带有分水器的反应瓶中依次加入环丁砜、酮单体及二酚单体，然后加入二甲苯，加热搅拌，原料完全溶解后，加入缩合剂升温至150~200℃下反应，反应完全后，除去二甲苯，然后继续反应2~5h，然后加入导热无机填料，升温至260℃反应1~2h，停止反应，即得到所述聚醚醚酮导热绝缘涂料，其中所述导热无机填料的量为聚醚醚酮的0.1~15重量%。
2.如权利要求1所述使用方法，其特征在于所述导热无机填料为碳化硅、氮化镓、纳米氮化铝中的一种或一种以上的混合物。
3.如权利要求1所述使用方法，其特征在于所述基体材料为不锈钢片、陶瓷、铝片、锌片或钛合金。
4.如权利要求1所述使用方法，其特征在于所述导热无机填料的量为聚醚醚酮的2~5重量%。
5.如权利要求1所述使用方法，其特征在于所述二酚单体与酮单体的摩尔比为1: 1.01~1:1.03。
6.如权利要求5所述使用方法，其特征在于所述二酚单体与酮单体的摩尔比为1:1.01。
7.如权利要求1所述使用方法，其特征在于所述缩合剂为Na2CO3。
8.如权利要求1所述使用方法，其特征在于所述二酚单体与缩合剂的摩尔比为1:1.05~1:1.3。
9.如权利要求8所述使用方法，其特征在于所述二酚单体与缩合剂的摩尔比为1:1.1。
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