CN110322988A - 一种3d打印制备的耐高温漆包导线及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种3D打印制备的耐高温漆包导线及制备方法，属于漆包导线技术领域。其特征在于，它由导电物体粉末制成浆料或商业化导电浆料直接3D打印的导电内芯，和由耐高温绝缘材料制成粘稠浆料一并同时3D打印的高温绝缘材料外层组成；所述的导电浆料或粉末是石墨烯、石墨粉、碳膏、导电金属、改性陶瓷中的一种或几种组成；所述的耐高温绝缘材料是耐高温绝缘聚酰亚胺。本发明制备的漆包导线机械性能、化学性能、电性能、热性能优越；制备方法大幅度简化了制造工序，并且路径可设计、尺寸可定制，实现快速制造，特别适合批量小、直径微米级的漆包导线的制备，为漆包导线的制备提供了一种全新的方法。

Description

一种3D打印制备的耐高温漆包导线及制备方法
技术领域
本发明属于耐高温漆包导线以及增材制造技术领域，具体涉及一种3D打印制备的耐高温漆包导线及制备方法。
背景技术
漆包线，也称电磁线，由导体和绝缘层两部组成，裸线经退火软化后，再经过多次涂漆，烘焙而成。它作为电工材料，被应用在各个领域中。但现有的漆包线及其制备方法存在如下弊病：一是制造工序繁多，如公开号：CN 105655058A“一种漆包线生产工艺”，其需包括以下步骤：将铜材先进行多次大拉伸，到直径为最终线材直径的6倍，再进行多次拉伸到线材最终直径；拉丝后的线材进行退火处理；用清水将退火处理得到的线材表面的油污和颗粒；清洗后的线材进行烘干；对烘干后的线材进行涂漆，涂漆后烘烤固化。二是要同时达到具备机械性能，化学性能，电性能，热性能四大性能指标困难。因为现有的漆包线及其制备方法必须先各自制造出导体和绝缘漆，然后进行涂漆，涂漆后进行烘烤固化，如公告号：CN 107086090A“漆包线的制备方法”等技术方案都必须将线体送入涂漆机构内进行涂漆再对线体进行表面漆膜的烘烤和固化。因为漆包线导体和绝缘层不能一次成型，所以绝缘层在导体上二者复合的牢固性受到影响，因此漆包线的耐高温性能、绝缘的可靠稳定性、柔韧性等难以达到高标准。三是传统的漆包线漆为溶剂型，采用热固化的工艺，使用过程中大量有机溶剂挥发到空气中造成环境污染，同时消耗大量热能，操作环境恶劣。四是现有的漆包线及其制备方法只能适应漆包线的大、小规格和批量生产，但随着微电子、工业高温传导、化学化工、航天航空等科技的发展新制造的电子器件层出不穷，这就要求漆包线的各种性能越来越高，漆包线的品种规格越来越多，但每种品种规格的需求量却很小；另外，还要求漆包线越来越细。面对上述的发展形势现有技术的漆包线及其制备方法已经无法适应。3D打印技术是一种新兴的快速成型技术，虽已经在很多成型制造领域发明了诸多技术方案，但在漆包线制造领域却还是空白。
发明内容
本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种3D打印制备的耐高温漆包导线及制备方法，该漆包导线由导电物体粉末制成浆料或商业化的导电浆料3D打印的导电内芯，和由耐高温绝缘材料制成粘稠浆料一并同时3D打印的高温绝缘材料外层组成。该制备方法将导电物体粉末制成浆料或商业化的导电浆料、耐高温绝缘材料制成粘稠浆料一并通过双料同轴喷头紫外辅助直书写挤出3D打印机，制备的漆包导线机械性能、化学性能、电性能、热性能优越；制备方法大幅度简化了制造工序，并且路径可设计、尺寸可定制，实现快速制造，特别适合批量小、直径微米级的漆包导线的制备。紫外辅助上述发明目的是通过以下技术方案实现的：一种3D打印制备的耐高温漆包导线，其要点在于，它由导电物体粉末制成浆料或商业化的导电浆料直接3D打印的导电内芯，和由耐高温绝缘材料制成粘稠浆料一并同时3D打印的高温绝缘材料外层组成。
作为优选，所述的导电物体粉末或导电浆料是石墨烯、石墨粉、导电的碳膏、导电金属、改性陶瓷中的一种或几种组成；所述的耐高温绝缘材料制成粘稠浆料是耐高温绝缘聚酰亚胺浆料，所述的耐高温绝缘聚酰亚胺浆料包括按质量份数40～60份光固化聚酰胺酸、60～40份溶剂、10～20份稀释剂、1~3份光引发剂。
作为优选，所述的导电金属粉末是金粉、银粉、铜粉及银铜合金粉。
作为优选，所述的溶剂是N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基乙酰胺、N甲基吡咯烷酮、N-N二甲基吡咯烷酮二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或几种；所述的稀释剂是聚乙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、丙烯酸8602、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三丙烯酸丙烷三甲醇酯 、甲基丙酸月桂酯、N-乙烯基吡咯烷酮、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烷酸酯的一种或几种；所述的光引发剂是安息香二甲醚、二苯甲酮 、I苯基双（2,4,6三甲基苯甲酰基）氧化膦（819）、过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁氰、1-羟基环己基苯基甲酮（184D）和苯偶酰双甲醚（651）中的一种或几种。
一种3D打印制备的耐高温漆包导线的制备方法，其要点在于，首先将导电物体粉末制成浆料或直接使用商业化的导电浆料，将耐高温绝缘材料制成粘稠浆料，并将导电物体粉末的浆料或直商业化的导电浆料、耐高温绝缘材料制成粘稠浆料一并通过双料同轴喷头紫外辅助直书写挤出3D打印机，即通过挤出气压、螺杆阀转速以及喷头大小可控的将导电内芯和耐高温绝缘材料外层同时挤出，然后紫外辅助固化预成型，再通过热处理工艺最后得到综合性能优异的3D打印制备的耐高温漆包导线。
作为优选，所述的导电物体粉末或导电浆料是石墨烯、石墨粉、导电的碳膏、导电金属、改性陶瓷中的一种或几种组成；所述的耐高温绝缘材料制成粘稠浆料是耐高温绝缘聚酰亚胺浆料，耐高温绝缘聚酰亚胺浆料包括按质量份数40～60份光固化聚酰胺酸、60～40份溶剂、10～20份稀释剂、1~3份光引发剂；所述的紫外辅助固化预成型主要是利用光固化聚酰胺酸的可光固化性而达到固定预成型，再通过热处理工艺最后得到综合性能优异的一种3D打印制备的耐高温聚酰亚胺漆包导线。
作为优选，所述的导电金属粉末是金粉、银粉、铜粉及银铜合金粉；所述的溶剂是N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基乙酰胺、N甲基吡咯烷酮、N-N二甲基吡咯烷酮二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或几种；所述的稀释剂是聚乙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、丙烯酸8602、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三丙烯酸丙烷三甲醇酯 、甲基丙酸月桂酯、N-乙烯基吡咯烷酮、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烷酸酯的一种或几种；所述的光引发剂是安息香二甲醚、二苯甲酮 、I苯基双（2,4,6三甲基苯甲酰基）氧化膦（819）、过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁氰、1-羟基环己基苯基甲酮（184D）和苯偶酰双甲醚（651）中的一种或几种。
作为优选，制备过程中导电内芯挤出3D打印机时其黏度范围103~105cps，方阻<25mΩ；耐高温绝缘聚酰亚胺挤出3D打印机时其黏度为102 ~ 105 mPa.s；所述的紫外光源强度为0.5 W/m2 ~ 20 W/m2。
作为优选，所述的3D打印机包括气压式的紫外辅助直书写3D打印机或螺杆式的紫外辅助直书写3D打印机，气压式打印机的挤出成型压强为200 ~ 2 MPa；螺杆式挤出机挤出的供料压强为200 ~ 800 Kpa，螺杆转速电压控制5-25V。
作为优选，所述双料同轴喷头喷嘴内直径20 μm ~ 800 μm、外直300 μm ~ 1000 μm，速率都为1 mm/s ~ 15 mm/s；所述的导电内芯直径为20μm~200μm，所述的高温绝缘材料外层厚度为100μm~300μm；通过热处理工艺其热处理气氛包括氮气、空气、氩气及真空中的一种；其热处理温控程序为:80℃2h、120℃ 2h、180℃ 1h、240℃ 1h、300℃ 0.5h及350℃0.5h。
本发明的有益效果：本发明漆包导线即漆包线因为导电内芯即导体和高温绝缘材料外层即绝缘层一次成型，所以绝缘层、导体二者复合的牢固性特别优越，因此漆包线的耐高温性能、绝缘的可靠稳定性、柔韧性达到高标准。而本发明的制备方法大幅度简化了制造工序，并且导体、绝缘层可根据需要灵活设计，尺寸可定制，可直接3D打印固化在有关电子元器件或器件上，通过导电物体粉末的配方实现漆包线导电性可控，还能实现快速制造，特别适合批量小、直径微米级的漆包导线的制备。本发明克服了制备漆包线过程中大量有机溶剂挥发到空气中造成环境污染、热能消耗大、操作环境恶劣的弊病。另外，本发明其绝缘层适用于所有商业化的聚酰胺酸材料或改性光敏聚酰胺酸材料，克服了耐高温漆包线材料的不易获取性和不易工业化批量制造型的弊病。其导电内芯即导体可使用所有其黏度范围103~105cps的导电材料，包括聚合物导电材料、无机材料、金属材料及其相关复合导电材料等。本发明绝缘层由高温绝缘材料外层组成，所以还可以拓展到其它高性能工程塑料包覆的漆包导线的增材制造，如聚醚醚酮、聚酚醛树脂、高性能环氧树脂、聚苯硫醚树脂及双马来酰亚胺树脂等。以上的有益效果表明本发明为漆包导线的制备提供了一种全新的方法。
附图说明
图1：本发明的实施例2一种3D打印制备的聚酰亚胺耐高温漆包导线的制备方法的原理图的主视图：
图2：图1左视图；
图3：图2的A—A剖视图；
图1—3中，1-双料同轴喷头直书写挤出3D打印机，2-气压挤出机，3-双料同轴喷头，4-3D打印聚酰亚胺耐高温漆包导线。
具体实施方式
实施例一
一种3D打印制备的耐高温漆包导线即一种3D打印聚酰亚胺耐高温漆包导线，它由黏度为104 cps商业化碳膏浆料3D打印的导电内芯，和由按质量份数40份耐高温绝缘可光固化聚酰胺酸制成粘稠浆料一并同时3D打印经高温热处理形成的高温绝缘聚酰亚胺外层组成；所述的耐高温绝缘聚酰亚胺包括按质量份数40份分子量为40000的光固化聚酰胺酸、40份溶剂、20份稀释剂、3份光引发剂；所述的溶剂是N-N二甲基甲酰胺；所述的稀释剂聚乙二醇二丙烯酸酯；所述的光引发剂是安息香二甲醚。
实施例二
一种3D打印制备的耐高温漆包导线的制备方法即一种3D打印制备的耐高温聚酰亚胺漆包导线的制备方法，首先将纳米导电银制成浆料，其黏度为20 Pa.s；将按质量份数50份分子量为40000的光固化聚酰胺酸、40份溶剂N-N二甲基甲酰胺、10份稀释剂聚乙二醇二丙烯酸酯、2.5份光引发剂安息香二甲醚混合制备得到可光固化外绝缘层聚酰亚胺浆料，其黏度为20 Pa.s；并将导电银浆料、聚酰亚胺浆料一并通过双料同轴喷头紫外辅助直书写挤出3D打印机，即可控的将纳米银导电内芯和聚酰亚胺耐高温绝缘材料外层同时挤出，然后紫外光源助固化成型得到根据设计的预成型漆包导线，再通过热处理工艺最后得到综合性能优异的3D打印聚酰亚胺耐高温漆包导线4。其制备方法工艺参数：聚酰亚胺浆料供料气压800KPa，纳米银浆料供料气压为400Kpa，打印挤出速率为5 mm/s；所述双料同轴喷头3喷嘴内直径100 μm，外直径500μm；所述的热处理工艺其热处理气氛是真空，随炉升温至80℃保温2 h、升温至180 ℃保温2 h、升温至240 ℃保温1 h、升温至300 ℃保温0.5 h及升温至350 ℃保温0.5 h，最后冷却至室温。
实施例三
一种3D打印制备的耐高温漆包导线即一种3D打印聚酰亚胺耐高温漆包导线， 它由纳米银粉制成浆料3D打印的导电内芯，和由按质量份数45份耐高温绝缘聚酰胺酸制成粘稠浆料一并同时3D打印经高温热处理形成高温绝缘聚酰亚胺材料外层组成；所述的耐高温绝缘聚酰胺酸浆料包括按质量份数45份分子量为100000的光固化聚酰胺酸、40份溶剂、15份稀释剂、3份光引发剂；所述的溶剂是N-N二甲基乙酰胺；所述的稀释剂是1,6-己二醇二丙烯酸酯；所述的光引发剂是I苯基双（2,4,6三甲基苯甲酰基）氧化膦（819）。
实施例四
一种3D打印制备的耐高温漆包导线的制备方法即一种3D打印制备的聚酰亚胺耐高温漆包导线的制备方法，首先将纳米银粉制成浆料，其黏度为500cps；将按质量份数50份的分子量为10000的光固化聚酰胺酸、40份溶剂N-N二甲基乙酰胺、10份稀释剂甲基丙酸月桂酯、2份光引发剂安息香二甲醚混合制备得到可光固化外绝缘层聚酰胺酸浆料，其黏度为10Pa.s；并将纳米银粉浆、聚酰亚胺浆料一并通过双料同轴喷头紫外辅助直书写挤出3D打印，即可控的将纳米银粉导电内芯和聚酰亚胺耐高温绝缘材料外层同时挤出，然后紫外光源助固化成型得到根据设计的预成型漆包导线，再通过热处理工艺最后得到综合性能优异的3D打印聚酰亚胺耐高温漆包导。所述的3D打印工艺包括，聚酰亚胺浆料供料气压1MPa，纳米银粉浆料供料气压为500KPa，打印挤出速率打印挤出速率为10mm/s，紫外光强2.5 W/m2；所述双料同轴喷头喷嘴内直径50μm，外直径300μm；所述的热处理工艺其热处理气氛是真空，随炉升温至80 ℃保温2 h、升温至180 ℃保温2 h、升温至240 ℃保温1 h、升温至300 ℃保温0.5 h及升温至350 ℃保温0.5 h，最后冷却至室温。本实施例在铁球表面上直接接触式3D打印机打印高性能耐高温聚酰亚胺漆包导线，然后与铁球一并放到烘箱中进行热处理烘烤。

Claims (10)

1.一种3D打印制备的耐高温漆包导线，其特征在于，它由导电物体粉末制成浆料或商业化的导电浆料直接3D打印的导电内芯，和由耐高温绝缘材料制成粘稠浆料一并同时3D打印的高温绝缘材料外层组成。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印制备的耐高温漆包导线，其特征在于，所述的导电物体粉末或导电浆料是石墨烯、石墨粉、导电碳膏、导电金属、改性陶瓷中的一种或几种组成；所述的耐高温绝缘材料制成粘稠浆料是耐高温绝缘聚酰亚胺浆料，所述的耐高温绝缘聚酰亚胺浆料包括按质量份数40～60份光固化聚酰胺酸、60～40份溶剂、10～20份稀释剂、1~3份光引发剂。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印制备的耐高温漆包导线，其特征在于，所述的导电金属粉末是金粉、银粉、铜粉及银铜合金粉。
4.根据权利要求3所述的一种3D打印制备的耐高温漆包导线，其特征在于所述的溶剂是N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基乙酰胺、N甲基吡咯烷酮、N-N二甲基吡咯烷酮二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或几种；所述的稀释剂是聚乙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、丙烯酸8602、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三丙烯酸丙烷三甲醇酯 、甲基丙酸月桂酯、N-乙烯基吡咯烷酮、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烷酸酯的一种或几种；所述的光引发剂是安息香二甲醚、二苯甲酮 、I苯基双（2,4,6三甲基苯甲酰基）氧化膦（819）、过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁氰、1-羟基环己基苯基甲酮（184D）和苯偶酰双甲醚（651）中的一种或几种。
5.一种3D打印制备的耐高温漆包导线的制备方法，其特征在于，首先将物体粉末制成浆料或直接使用商业化的导电浆料，将耐高温绝缘材料制成粘稠浆料，并将导电物体粉末的浆料或直商业化的导电浆料、耐高温绝缘材料制成粘稠浆料一并通过双料同轴喷头紫外辅助直书写挤出3D打印机，即通过挤出气压、螺杆阀转速以及喷头大小可控的将导电内芯和耐高温绝缘材料外层同时挤出，然后紫外辅助固化预成型，再通过热处理工艺最后得到综合性能优异的3D打印制备的耐高温漆包导线。
6.根据权利要求5所述的一种3D打印制备的耐高温漆包导线的制备方法，其特征在于，所述的导电物体粉末或导电浆料是石墨烯、石墨粉、导电碳膏、导电金属、改性陶瓷中的一种或几种组成；所述的耐高温绝缘材料制成粘稠浆料是耐高温绝缘聚酰亚胺浆料，耐高温绝缘聚酰亚胺浆料包括按质量份数40～60份光固化聚酰胺酸、60～40份溶剂、10～20份稀释剂、1~3份光引发剂；所述的紫外辅助固化预成型主要是利用光固化聚酰胺酸的可光固化性而达到固定预成型，再通过热处理工艺最后得到综合性能优异的一种3D打印制备的耐高温聚酰亚胺漆包导线。
7.根据权利要求6所述的一种3D打印制备的耐高温漆包导线的制备方法，其特征在于，所述的导电金属粉末是金粉、银粉、铜粉及银铜合金粉；所述的溶剂是N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基乙酰胺、N甲基吡咯烷酮、N-N二甲基吡咯烷酮二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或几种；所述的稀释剂是聚乙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、丙烯酸8602、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三丙烯酸丙烷三甲醇酯 、甲基丙酸月桂酯、N-乙烯基吡咯烷酮、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烷酸酯的一种或几种；所述的光引发剂是安息香二甲醚、二苯甲酮 、I苯基双（2,4,6三甲基苯甲酰基）氧化膦（819）、过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁氰、1-羟基环己基苯基甲酮（184D）和苯偶酰双甲醚（651）中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的一种3D打印制备的耐高温漆包导线的制备方法，其特征在于，制备过程中导电内芯挤出3D打印机时其黏度范围103~105cps，方阻<25 mΩ；耐高温绝缘聚酰亚胺挤出3D打印机时其黏度为102 ~ 105 mPa.s；所述的紫外光源强度为0.5 W/m2 ~ 20W/m2。
9.根据权利要求8所述的一种3D打印制备的耐高温漆包导线的制备方法，其特征在于所述的3D打印机包括气压式的紫外辅助直书写3D打印机或螺杆式的紫外辅助直书写3D打印机，气压式打印机的挤出成型压强为200 ~ 2 MPa；螺杆式挤出机挤出的供料压强为200~ 800 Kpa，螺杆转速电压控制5-25V。
10.根据权利要求9所述的一种3D打印制备的耐高温漆包导线的制备方法，其特征在于，所述双料同轴喷头喷嘴内直径20 μm ~ 800 μm、外直300 μm ~ 1000 μm，速率都为1mm/s ~ 15 mm/s；所述的导电内芯直径为20μm~200μm，所述的高温绝缘材料外层厚度为100μm~300μm；通过热处理工艺其热处理气氛包括氮气、空气、氩气及真空中的一种；其热处理温控程序为:80℃2h、120℃ 2h、180℃ 1h、240℃ 1h、300℃ 0.5h及350℃ 0.5h。
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