CN107254602A - 一种电线镀锡用锡组合物及其制备方法 - Google Patents

一种电线镀锡用锡组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电线镀锡用锡组合物及其制备方法，所述锡组合物按各组分所占的质量百分比计包括以下组分：金属Bi 0.5％～1.0％；云母粉0.2％～0.6％；滑石粉0.2％～0.6％；氧化锑锡0.5～1.5％；碳纳米溶胶0.5～1.5％；硅烷偶合剂0.5～1.5％；添加剂1～5％；余量为金属Sn。本发明通过添加云母粉、滑石粉以及氧化锑锡，利用是三者的协同作用提高应用该锡组合物的电线的性能和导线的机械性能。

Description

一种电线镀锡用锡组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于电线电缆领域，涉及一种电线镀锡用锡组合物及其制备方法和用途。
背景技术
电线电缆产品被广泛应用于国民经济各个领域，被喻为国民经济的“血管”与“神经”。电线电缆制造业是国民经济中最大的配套行业.其产品必须满足各使用领域的技术性能和价格性能比要求，满足人民生活水平不断提高的要求；其发展具有超前于应用领域发展的必要性。
现在的民用、商业及工业用电线电缆导体，特别是民用布线，大多使用的都是铜导体。为了降低电线电缆的成本，提高纯铜铜芯电线的其他电气性能，需要对传统的铜芯电线进行改进或者替换。现有技术中有用铜合金替代纯铜，这种铜合金电线强度高，但是导电性能有所下降，这种电线的导电性还有待进一步提高。
专利CN 103352138A公开了一种铜合金电线的制备方法，所述铜合金的合金元素质量百分比为：Mn 0.2～0.6％，Al 0.4～1.5％，Ce 0.02～0.1％，Ni 0.02～0.15％，余量为Cu和不可避免的杂质；将铜合金铸锭热挤压，拉拔成1～8mm的线材；在氮气气氛的保护下，将线材放入热处理炉，热处理温度为1100℃～1250℃，时间为1.5～2.5小时；将线材空冷却至40～55℃，包裹镀银碳纤维屏蔽层，挤包一层防护套。该方法制备得到电线的导电性能虽然有所提高，但机械性能以及耐腐蚀性能并不理想。
现有技术中，有采取在铜导线外部外包一层合金或涂层以提高导线的性能的技术方案。镀锡层是一种可焊性良好并具有一定耐蚀能力的涂层，在电子线材、印刷线路板中应用广泛。镀锡层可以采用电镀、浸镀及化学镀的方法制备。浸镀锡操作简便，成本低，但镀层厚度有限，一般只有0.5μm，镀液易被毒化，无法满足工业要求。化学镀锡层厚度均匀，镀液分散能力佳，生产效率高，操作易控制，镀层表面光洁平整，结晶致密，孔隙率低，结合力优于浸镀锡和电镀锡，是一种理想的小型电子元件和电子线材的化学镀技术。但因为锡的析氢电位高，催化活性低，若单独采用甲醛、次亚磷酸钠、硼氢化物等还原剂，都不能实现锡的连续自催化沉积，无法获得较厚的镀层。
专利CN 104332211A公开了一种镀锡磷铜线，包括线芯和镀层，所述线芯素材为磷铜合金，所述镀层为100％纯锡层，所述纯锡层通过热浸镀法均匀包覆在所述线芯外层，所述线芯的直经为0.5mm～1.2mm，并且所述直径的公差为±0.01，所述镀层厚度为6μm～9μm，所述磷铜合金的成分及质量百分比为：磷12％-18％、铜80％-89％，其余为杂质。在该专利中主要采用了100％的纯锡层作为镀层，其抗拉强度和导电率均不是很理想，且镀锡层与纤芯的密合度也不好，容易剥落。
发明内容
针对上述现有技术中存在的导线的导电率、机械性能和耐酸腐蚀性不理想，镀锡层与纤芯的密合度不好等问题，本发明提供了一种电线镀锡用锡组合物及其制备方法。本发明通过添加云母粉、滑石粉以及氧化锑锡，利用是三者的协同作用提高应用该锡组合物的电线的性能和导线的机械性能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种电线镀锡用锡组合物，所述锡组合物按各组分所占的质量百分比计包括以下组分：
其中，金属Bi的含量可为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；云母粉的含量可为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％或0.6％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；滑石粉的含量可为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％或0.6％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；氧化锑锡的含量可为0.5％、0.7％、1％、1.3％或1.5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；碳纳米溶胶的含量可为0.5％、0.7％、1％、1.3％或1.5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；硅烷偶合剂的含量可为0.5％、0.7％、1％、1.3％或1.5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；添加剂的含量可为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述锡组合物按各组分所占的质量百分比计包括以下组分：
作为本发明优选的技术方案，所述硅烷偶合剂为3-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧己基)乙基三甲氧基硅烷或3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷的中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：3-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷和2-(3,4-环氧己基)乙基三甲氧基硅烷的组合，2-(3,4-环氧己基)乙基三甲氧基硅烷和3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷的组合，3-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧己基)乙基三甲氧基硅烷和3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷的组合等。
作为本发明优选的技术方案，所述添加剂为非离子表面活性剂。
优选地，所述非离子表面活性剂为聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯壬酚醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯山梨糖醇酯或聚乙烯亚胺中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：聚氧乙烯烷基芳基醚和聚氧乙烯壬酚醚的组合，聚氧乙烯壬酚醚和聚氧乙烯烷基胺的组合，聚氧乙烯山梨糖醇酯和聚乙烯亚胺的组合，聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯壬酚醚和聚氧乙烯烷基胺的组合，聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯壬酚醚、聚氧乙烯烷基胺和聚氧乙烯山梨糖醇酯的组合，聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯壬酚醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯山梨糖醇酯和聚乙烯亚胺的组合等。
第二方面，本发明提供了上述锡组合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在保护气氛下，将配方量的金属Sn熔化并升温至400℃～450℃，然后投入配方量的金属Bi、碳纳米溶胶和硅烷偶合剂，磁力搅拌15～30min后升温至500℃～550℃，再加入配方量的云母粉、滑石粉和氧化锑锡，磁力搅拌15～30min后静置30～40min，然后进行铸锭和空冷脱模得到所需产物。
其中，将金属Sn熔化并升温至400～450℃可为400℃、405℃、410℃、415℃、420℃、425℃、430℃、435℃、440℃、445℃或450℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；升温温度可为500℃、510℃、520℃、530℃、540℃或550℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述保护气氛为氮气、氦气、氖气或氩气中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氮气和氦气的组合，氖气和氩气的组合，氮气、氦气和氖气的组合，氮气、氦气、氖气和氩气的组合等。
作为本发明优选的技术方案，所述磁力搅拌的速率为1500～2000r/min，例如1500r/min、1600r/min、1700r/min、1800r/min、1900r/min或2000r/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过添加云母粉、滑石粉以及氧化锑锡，利用是三者的协同作用提高应用该锡组合物的电线的性能和导线的机械性能，使利用本发明所述锡组合物制备得到的电线其抗拉强度达到300MPa以上，电导率可达140％IACS，热导率为650wm-1k-1。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
实施例1：
本实施例提供了一种电线镀锡用锡组合物及其制备方法，所述锡组合物按各组分所占的质量百分比计包括以下组分：
其中，所述硅烷偶合剂为3-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷，所述添加剂为非离子表面活性剂聚氧乙烯烷基芳基醚。
其制备方法为：
在保护气氛下，将配方量的金属Sn熔化并升温至430℃，然后投入配方量的金属Bi、碳纳米溶胶和硅烷偶合剂，磁力搅拌15～30min后升温至530℃，再加入配方量的云母粉、滑石粉和氧化锑锡，磁力搅拌15～30min后静置30～40min，然后进行铸锭和空冷脱模得到所需产物。
将制备得到的锡组合物熔化，将芯线置于锡的熔化物中，通电足够长时间，直至芯线表面形成一定锡层即外包层，然后将芯线取出后冷却至常温，得到镀锡电线。
对镀锡电线进行性能测试，测得抗拉强度为340MPa，电导率为143％IACS，热导率为657wm-1k-1。
实施例2：
本实施例提供了一种电线镀锡用锡组合物及其制备方法，所述锡组合物按各组分所占的质量百分比计包括以下组分：
其中，所述硅烷偶合剂为2-(3,4-环氧己基)乙基三甲氧基硅烷；所述添加剂为非离子表面活性剂聚氧乙烯壬酚醚。
其制备方法为：
在保护气氛下，将配方量的金属Sn熔化并升温至400℃，然后投入配方量的金属Bi、碳纳米溶胶和硅烷偶合剂，磁力搅拌15～30min后升温至500℃，再加入配方量的云母粉、滑石粉和氧化锑锡，磁力搅拌15～30min后静置30～40min，然后进行铸锭和空冷脱模得到所需产物。
将制备得到的锡组合物熔化，将芯线置于锡的熔化物中，通电足够长时间，直至芯线表面形成一定锡层即外包层，然后将芯线取出后冷却至常温，得到镀锡电线。
对镀锡电线进行性能测试，测得抗拉强度为313MPa，电导率为141％IACS，热导率为651wm-1k-1。
实施例3：
本实施例提供了一种电线镀锡用锡组合物及其制备方法，所述锡组合物按各组分所占的质量百分比计包括以下组分：
其中，所述硅烷偶合剂为3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷；所述添加剂为非离子表面活性剂聚氧乙烯壬酚醚。
其制备方法为：
在保护气氛下，将配方量的金属Sn熔化并升温至450℃，然后投入配方量的金属Bi、碳纳米溶胶和硅烷偶合剂，磁力搅拌15～30min后升温至550℃，再加入配方量的云母粉、滑石粉和氧化锑锡，磁力搅拌15～30min后静置30～40min，然后进行铸锭和空冷脱模得到所需产物。
将制备得到的锡组合物熔化，将芯线置于锡的熔化物中，通电足够长时间，直至芯线表面形成一定锡层即外包层，然后将芯线取出后冷却至常温，得到镀锡电线。
对镀锡电线进行性能测试，测得抗拉强度为308MPa，电导率为142％IACS，热导率为653wm-1k-1。
对比例1：
本对比例提供了一种电线镀锡用锡组合物及其制备方法，所述锡用组合物除了不添加云母粉外，其他物料用量与制备方法均与实施例1中相同。
将制备得到的锡组合物熔化，将芯线置于锡的熔化物中，通电足够长时间，直至芯线表面形成一定锡层即外包层，然后将芯线取出后冷却至常温，得到镀锡电线。
对镀锡电线进行性能测试，测得抗拉强度达到233MPa以上，电导率为121％IACS，热导率为619wm-1k-1。
对比例2：
本对比例提供了一种电线镀锡用锡组合物及其制备方法，所述锡用组合物除了不添加滑石粉外，其他物料用量与制备方法均与实施例1中相同。
将制备得到的锡组合物熔化，将芯线置于锡的熔化物中，通电足够长时间，直至芯线表面形成一定锡层即外包层，然后将芯线取出后冷却至常温，得到镀锡电线。
对镀锡电线进行性能测试，测得抗拉强度达到229MPa以上，电导率为126％IACS，热导率为608wm-1k-1。
对比例3：
本对比例提供了一种电线镀锡用锡组合物及其制备方法，所述锡用组合物除了不添加氧化锑锡外，其他物料用量与制备方法均与实施例1中相同。
将制备得到的锡组合物熔化，将芯线置于锡的熔化物中，通电足够长时间，直至芯线表面形成一定锡层即外包层，然后将芯线取出后冷却至常温，得到镀锡电线。
对镀锡电线进行性能测试，测得抗拉强度达到232MPa以上，电导率为128％IACS，热导率为611wm-1k-1。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明通过添加云母粉、滑石粉以及氧化锑锡，利用是三者的协同作用提高应用该锡组合物的电线的性能和导线的机械性能，使利用本发明所述锡组合物制备得到的电线其抗拉强度达到300MPa以上，电导率可达140％IACS，热导率为650wm-1k-1。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (7)

1.一种电线镀锡用锡组合物，其特征在于，所述锡组合物按各组分所占的质量百分比计包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的锡组合物，其特征在于，所述锡组合物按各组分所占的质量百分比计包括以下组分：
3.根据权利要求1或2项所述的锡组合物，其特征在于，所述硅烷偶合剂为3-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧己基)乙基三甲氧基硅烷或3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷的中任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1-3任一项项所述的锡组合物，其特征在于，所述添加剂为非离子表面活性剂；
优选地，所述非离子表面活性剂为聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯壬酚醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯山梨糖醇酯或聚乙烯亚胺中任意一种或至少两种的组合。
5.一种如权利要求1-4任一项项所述的锡组合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在保护气氛下，将配方量的金属Sn熔化并升温至400℃～450℃，然后投入配方量的金属Bi、碳纳米溶胶和硅烷偶合剂，磁力搅拌15～30min后升温至500℃～550℃，再加入配方量的云母粉、滑石粉和氧化锑锡，磁力搅拌15～30min后静置30～40min，然后进行铸锭和空冷脱模得到所需产物。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述保护气氛为氮气、氦气、氖气或氩气中任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述磁力搅拌的速率为1500～2000r/min。
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