CN104372281A - 电弧喷涂用导电塑料丝材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

电弧喷涂用导电塑料丝材及其制备方法，该丝材包括塑料基体和碳材料导电物质，其中碳材料导电物质在塑料基体中沿轴向连续分布。该丝材的制备方法，包括以下步骤：(1)将熔融态或粉末态塑料基体与碳材料导电物质粉末进行充分混合得到混合物；(2)将混合物在制丝机上进行制丝得到所述电弧喷涂用导电塑料丝材。本发明的丝材适合于电弧喷涂，能够应用到金属设备的防腐耐磨涂层上，从而大大提高金属设备的使用寿命。

Description

电弧喷涂用导电塑料丝材及其制备方法
技术领域
本发明总体涉及热喷涂用丝材，具体涉及电弧喷涂用导电塑料丝材及其制备方法。
背景技术
在金属(例如钢铁)制成的工业设备(例如容器、管道等)在使用过程中容易发生腐蚀和磨损，采用热喷涂工艺在金属设备表面制备一层防腐和/或耐磨涂层能够有效提高金属设备的使用寿命。通常的热喷涂工艺，例如火焰喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂等，都采用粉体作为热喷涂材料，并且这些热喷涂设备结构较复杂、附属设备多、能耗高、不易于现场移动作业。电弧喷涂设备具有体积小、效率高、易于现场移动作业的优点，广泛用于金属丝材的喷涂作业。由于电弧喷涂需要用丝材作为电极来产生电弧从而将丝材熔融，因此要求喷涂的丝材必须能够导电。
目前，用于电弧喷涂的丝材包括实芯丝材和粉芯丝材，实芯丝材主要包括锌、铝及其合金丝材；粉芯丝材包括外皮和内芯，外皮为导电金属，内芯为金属、合金或陶瓷。不管是实芯丝材还是粉芯丝材，其中都必须含有导电的金属，而金属在防腐和耐磨上都存在着很大的不足，特别是在腐蚀环境中容易产生电化学反应，因此利用现有的电弧喷涂丝材制备的防腐和耐磨涂层，只能在有限程度上延缓基体的腐蚀和磨损。
发明内容
本发明的目的是提供一种电弧喷涂用导电塑料丝材及其制备方法，能够将塑料应用到电弧喷涂涂层中。
根据本发明的一个方面，提供一种电弧喷涂用导电塑料丝材，包括塑料基体和碳材料导电物质，其中碳材料导电物质在塑料基体中沿轴向连续分布。
优选地，塑料基体包含聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)或它们的改性物；另外，为了改善塑料基体的性能，还可以在塑料基体中掺加交联剂等助剂。
优选地，碳材料导电物质包括炭黑、石墨、石墨烯和碳纳米管中的一种或几种。
优选地，碳材料导电物质占丝材的质量百分数为10-50％。
优选地，所述丝材直径为0.2-5mm。
优选地，所述丝材电阻率在10-8-10-5Ω·m之间连续可调。
根据本发明的另一个方面，提供一种上述电弧喷涂用导电塑料丝材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将熔融态或粉末态塑料基体与碳材料导电物质粉末进行充分混合得到混合物；
(2)将混合物在制丝机上进行制丝得到所述电弧喷涂用导电塑料丝材。
其中，混合物在进入制丝机前或在制丝机中先被处理成半熔融状态，然后再进行制丝。
本发明通过在塑料基体中加入碳材料导电物质，所制备的丝材能够适合于电弧喷涂。并且，由于PEEK和PTFE具有较高的熔点(PEEK的熔点为334℃，PTFE的熔点为327℃)、耐酸碱腐蚀以及耐磨损等优点，使得制备的导电塑料丝材能够应用到金属设备的防腐耐磨涂层上，从而大大提高金属设备的使用寿命。另外，PEEK和PTFE都为热塑性塑料，在制备以及使用过程中产生的废料，还可以循环再次作为原料来制备本发明的导电塑料丝材。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进一步进行描述。本领域技术人员应当理解，以下描述仅用于解释本发明而非用于对其作出任何限制。
首先通过具体实施例来描述本发明的电弧喷涂用导电塑料丝材的制备方法。
实施例1
将PEEK粉末和导电炭黑粉末按重量比7:3的配比进行称重，其中PEEK粉末和导电炭黑粉末的粒径均在20-200μm之间；然后将上述粉末放入搅拌机进行充分混合，将混合后的混合粉加热至半熔融状态(300℃左右)，然后进入挤出机进行制丝，挤出机出丝口的孔径为0.5mm，挤出的丝材经冷却后缠绕到收丝滚筒上。制得的丝材电阻率测试结果为2.7×10-5Ω·m。
实施例2
将PEEK粉末和石墨粉末按重量比7:3的配比进行称重，其中PEEK粉末和石墨粉末的粒径均在20-200μm之间；然后将上述粉末放入搅拌机进行充分混合，将混合后的混合粉加热至半熔融状态(300℃左右)，然后进入挤出机进行制丝，挤出机出丝口的孔径为2.0mm，挤出的丝材经冷却后缠绕到收丝滚筒上。制得的丝材电阻率测试结果为2.3×10-5Ω·m。
实施例3
将PEEK粉末和石墨烯粉末按重量比7:3的配比进行称重，其中PEEK粉末和石墨烯粉末的粒径均在20-200μm之间；然后将上述粉末放入搅拌机进行充分混合，将混合后的混合粉加热至半熔融状态(300℃左右)，然后进入挤出机进行制丝，挤出机出丝口的孔径为1.0mm，挤出的丝材经冷却后缠绕到收丝滚筒上。制得的丝材电阻率测试结果为2.1×10-8Ω·m。
实施例4
将PEEK粉末和石墨烯粉末按重量比9:1的配比进行称重，其中PEEK粉末和石墨烯粉末的粒径均在20-200μm之间；然后将上述粉末放入搅拌机进行充分混合，将混合后的混合粉加热至半熔融状态(300℃左右)，然后进入挤出机进行制丝，挤出机出丝口的孔径为1.0mm，挤出的丝材经冷却后缠绕到收丝滚筒上。制得的丝材电阻率测试结果为4.5×10-8Ω·m。
实施例5
将PEEK粉末和碳纳米管粉末按重量比7:3的配比进行称重，其中PEEK粉末和碳纳米管粉末的粒径均在20-200μm之间；然后将上述粉末放入搅拌机进行充分混合，将混合后的混合粉加热至半熔融状态(300℃左右)，然后进入挤出机进行制丝，挤出机出丝口的孔径为1.5mm，挤出的丝材经冷却后缠绕到收丝滚筒上。制得的丝材电阻率测试结果为4.7×10-8Ω·m。
实施例6
先将PEEK块体或粉末加热至熔融态(350℃左右)，再将导电炭黑粉末加入到熔融态的PEEK中进行混合，其中PEEK与导电炭黑的重量比为5:5，导电炭黑粉末的粒径在20-200μm之间；将混合物稍微冷却后(300℃左右)进入挤出机进行制丝，挤出机出丝口的孔径为5mm，挤出的丝材经冷却后缠绕到收丝滚筒上。制得的丝材电阻率测试结果为2.9×10-5Ω·m。
实施例7
将PTFE粉末和导电炭黑粉末按重量比7:3的配比进行称重，其中PTFE粉末和导电炭黑粉末的粒径均在20-200μm之间；然后将上述粉末放入搅拌机进行充分混合，将混合后的混合粉加热至半熔融状态(280℃左右)，然后进入挤出机进行制丝，挤出机出丝口的孔径为0.2mm，挤出的丝材经冷却后缠绕到收丝滚筒上。制得的丝材电阻率测试结果为2.3×10-5Ω·m。
实施例8
将PTFE的块体或粉末加热至熔融态(330℃左右)，再将石墨烯粉末加入到熔融态的PTFE中进行混合，其中PTFE与石墨烯的重量比为7:3，石墨烯粉末的粒径在20-200μm之间；将混合物稍微冷却后(280℃左右)进入挤出机进行制丝，挤出机出丝口的孔径为2.5mm，挤出的丝材经冷却后缠绕到收丝滚筒上。制得的丝材电阻率测试结果为3.9×10-8Ω·m。
实施例9
将PEEK粉末、导电炭黑粉末和石墨烯粉末按重量比7:2:1的配比进行称重，上述粉末的粒径均在20-200μm之间；然后将上述粉末放入搅拌机进行充分混合，将混合后的混合粉加热至半熔融状态(300℃左右)，然后进入挤出机进行制丝，挤出机出丝口的孔径为1.5mm，挤出的丝材经冷却后缠绕到收丝滚筒上。制得的丝材电阻率测试结果为3.7×10-7Ω·m。
实施例10
将PTFE粉末、石墨粉末和碳纳米管粉末按重量比7:1:2的配比进行称重，上述粉末的粒径均在20-200μm之间；然后将上述粉末放入搅拌机进行充分混合，将混合后的混合粉加热至半熔融状态(280℃左右)，然后进入挤出机进行制丝，挤出机出丝口的孔径为1.2mm，挤出的丝材经冷却后缠绕到收丝滚筒上。制得的丝材电阻率测试结果为2.9×10-6Ω·m。
上述实施例中的丝材电阻率测量是采用符合GB3048.2-2007的金属电阻率测定仪(型号为GEST-123)进行测试的。
通过以上实施例制得的电弧喷涂用导电塑料丝材，其中碳材料导电物质占丝材的质量百分数为10-50％，在电子显微镜下对制得的丝材进行观察可知，碳材料导电物质在塑料基体中沿轴向连续分布，从而能够保证丝材的导电性。丝材直径优选为0.2-5mm，丝材的电阻率最高能够达到金属的数量级，适合于电弧喷涂。制备的丝材中不含金属，可应用到耐酸碱的场合。塑料基体(PEEK或PTFE)既防腐又耐磨，同时具有较高的耐温性(300℃)，因此本发明制得的丝材通过电弧喷涂应用到工业设备上将大大提高设备的使用寿命。
在制备丝材的过程中，发明人还意外地发现，在同样的掺加比例下，采用石墨烯或碳纳米管作为导电物质所制得的丝材电阻率能够与金属(例如铜的电阻率为1.75×10-8Ω·m)相媲美(为同一数量级)，比采用导电炭黑或石墨作为导电物质所制得的丝材电阻率要低三个数量级(参见实施例1-5)，甚至在仅掺加10％的石墨烯的情况下，制得丝材的电阻率仅为4.5×10-8Ω·m。碳材料导电物质掺加量越小，将使得丝材在电弧喷涂时的可溶性以及与喷涂对象的结合性大大提高。
最后，本发明的丝材在制备过程中，可以根据预定的电阻率需求以及成本的考虑，来对碳材料导电物质(例如导电炭黑、石墨、石墨烯和碳纳米管)进行组合掺加到塑料基体中使用(参见实施例9-10)，从而能够得到电阻率在10-8-10-5Ω·m之间连续可调的喷涂丝材，从而适应不同的电弧喷涂工艺要求。

Claims (7)

1.一种电弧喷涂用导电塑料丝材，包括塑料基体和碳材料导电物质，其中碳材料导电物质在塑料基体中沿轴向连续分布。
2.根据权利要求1所述的电弧喷涂用导电塑料丝材，其中塑料基体包含聚醚醚酮或其改性物。
3.根据权利要求1所述的电弧喷涂用导电塑料丝材，其中碳材料导电物质包括炭黑、石墨、石墨烯和碳纳米管中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的电弧喷涂用导电塑料丝材，其中碳材料导电物质占丝材的质量百分数为10-50％。
5.根据权利要求1所述的电弧喷涂用导电塑料丝材，直径为0.2-5mm。
6.根据权利要求1所述的电弧喷涂用导电塑料丝材，电阻率在10-8-10-5Ω·m之间连续可调。
7.一种如权利要求1-6所述的电弧喷涂用导电塑料丝材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将熔融态或粉末态塑料基体与碳材料导电物质粉末进行充分混合得到混合物；
(2)将混合物在制丝机上进行制丝得到所述电弧喷涂用导电塑料丝材。
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