CN112992405B - 一种耐高压和抗弯曲的不锈钢基体绝缘介质浆料 - Google Patents

一种耐高压和抗弯曲的不锈钢基体绝缘介质浆料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高压和抗弯曲的不锈钢基体绝缘介质浆料，所述绝缘介质浆料由下述质量百分配比的原料制成：玻璃粉55%～76%、氧化物纤维4%～10%、有机载体20%～40%；其中，所述的氧化物纤维为ZrO2纤维和TiO2纤维中任意一种或两种的混合物。本发明绝缘介质浆料在不锈钢基体上形成的绝缘层耐击穿电压和抗弯曲能力大幅度提升，同时延长了管状等其它曲面厚膜发热器的使用寿命，并且使其成本维持在较低水平，这些特征为厚膜发热器的大规模推广应用创造了有力条件。

Description

一种耐高压和抗弯曲的不锈钢基体绝缘介质浆料
技术领域
本发明属于厚膜电路技术领域，具体涉及一种耐高压和抗弯曲的不锈钢基体绝缘介质浆料。
背景技术
厚膜发热器件是上世纪90年代由美国Dupont、ESL和德国Heraeus依靠强大的技术支持并花费巨资开发的，它具有功率密度大、加热速度快、机械强度高、体积小、节能环保、安全性能高等优点。目前不锈钢基板-厚膜电路式大功率电热元件技术成熟，已经完成产业化，广泛应用于电热水壶、电热水器、消毒柜、电饭煲等白色家电中，市场巨大。
厚膜发热器的核心技术是厚膜电子浆料：绝缘介质浆料、电阻浆料和导体浆料。其中绝缘介质浆料涂覆在不锈钢基板上，要求其能承受多次烧结性能不变，与基板膨胀系数接近、结合力强；电阻浆料印刷烧结在绝缘介质层上，发热作用；导体浆料也印刷烧结在绝缘介质上，与外电路导通作用。这项技术目前存在一些缺点极大地影响了其市场推广速度，亟待解决。第一，成本问题：厚膜发热器中绝缘介质需要对基板大面积覆盖，并且厚度达到80μm以上，相比电阻的导体浆料用量很大，如果绝缘介质性能不减，成本降低将会极大提升厚膜发热器的市场竞争力。第二，随着发热器形状多样化，如管状，对绝缘介质提出新的要求，要求具有很好的抗弯曲能力，否则会直降影响到产品的使用寿命。
发明内容
本发明目的是提供一种低成本、耐高压和抗弯曲的不锈钢基体绝缘介质浆料。
针对上述目的，本发明的绝缘介质浆料由下述质量百分配比的原料制成：玻璃粉55%～76%、氧化物纤维4%～10%、有机载体20%～40%；其中，所述氧化物纤维为ZrO2纤维和TiO2纤维中任意一种或两种的混合物。
上述氧化物纤维优选ZrO2纤维和TiO2纤维质量比1:1的混合物。
上述ZrO2纤维和TiO2纤维的直径为0.5～5μm。
上述玻璃粉是将重量百分比组成为：40%～50% CaCO3、20%～30% SiO2、10%～20%B2O3、5%～10% Al2O3、0.5%～1.5% MnO2、0.5%～1% P2O5的原料混匀后，在1350～1600℃下熔炼，水冷或者空气冷却至室温后，通过球磨使粒径集中分布2～6μm。
上述有机载体的重量百分比组成为：60%～70%松油醇、10%～20%羟乙基纤维素、6%～10%分散剂、2%～5%触变剂、2%～5%流平剂。其中，所述分散剂为羧酸盐、磷酸酯盐型、丙烯酸酯高分子型分散剂，所述触变剂为聚乙烯蜡、气相二氧化硅、膨润土中任意一种或多种，所述流平剂为改性聚醚、改性有机硅氧烷、丙烯酸酯类流平剂。
本发明绝缘介质浆料的制备方法为：将氧化物纤维、玻璃粉和有机载体用玻璃棒搅拌均匀，并放置浸润，用三辊机辊扎至细度≦10μm，得到绝缘介质浆料。
本发明的有益效果如下：
本发明绝缘介质浆料所需玻璃粉、氧化物纤维均不含贵金属，成本可控，最重要的是本产品大幅度提升了绝缘介质层击穿电压和抗弯曲能力，针对曲面厚膜发热器可达到提高加热功率、缩短加热时间、延长使用寿命和提升产品安全性能等效果，从成本和性能两方面提升产品市场竞争能力，为其大规模推广应用创造了有力条件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
下面实施例中，所述玻璃粉由下述方法制备得到：将重量百分比组成为：45%CaCO3、30% SiO2、16% B2O3、7.5% Al2O3、1% MnO2、0.5% P2O5的原料通过混料机混匀，在1400℃下熔炼，水冷至室温，通过球磨使粒径集中分布2～6μm之间。
下面实施例中，所述羟乙基纤维素和松油醇在65～75℃下加热溶解成均一混合物，冷却至常温后使用。
下面实施例中的WinSperse 3110分散剂由维波斯新材料（潍坊）有限公司提供，CM-733聚醚改性流平剂由广东佳明化工有限公司提供。
对比例1
取制备好的玻璃粉80g、松油醇14g、羟乙基纤维素3g、WinSperse 3110分散剂2g、聚乙烯蜡0.5g、CM-733聚醚改性流平剂0.5g，用玻璃棒混合均匀，放置浸润1h，用三辊机辊扎，得到细度≦10μm绝缘介质浆料。
对比例2
取制备好的玻璃粉70g、三氧化二铝纤维10g、松油醇14g、羟乙基纤维素3g、WinSperse 3110分散剂2g、聚乙烯蜡0.5g、CM-733聚醚改性流平剂0.5g，用玻璃棒混合均匀，放置浸润1h，用三辊机辊扎，得到细度≦10μm绝缘介质浆料。
对比例3
取制备好的玻璃粉70g、二氧化锆粉末10g、松油醇14g、羟乙基纤维素3g、WinSperse 3110分散剂2g、聚乙烯蜡0.5g、CM-733聚醚改性流平剂0.5g，用玻璃棒混合均匀，放置浸润1h，用三辊机辊扎，得到细度≦10μm绝缘介质浆料。
对比例4
取制备好的玻璃粉70g、二氧化钛粉末10g、松油醇14g、羟乙基纤维素3g、WinSperse 3110分散剂2g、聚乙烯蜡0.5g、CM-733聚醚改性流平剂0.5g，用玻璃棒混合均匀，放置浸润1h，用三辊机辊扎，得到细度≦10μm绝缘介质浆料。
对比例5
取制备好的玻璃粉70g、二氧化锆粉末5g，二氧化钛粉末5g、松油醇14g、羟乙基纤维素3g、WinSperse 3110分散剂2g、聚乙烯蜡0.5g、CM-733聚醚改性流平剂0.5g，用玻璃棒混合均匀，放置浸润1h，用三辊机制备得到细度≦10μm绝缘介质浆料。
实施例1
取制备好的玻璃粉70g、二氧化锆纤维10g、松油醇14g、羟乙基纤维素3g、WinSperse 3110分散剂2g、聚乙烯蜡0.5g、CM-733聚醚改性流平剂0.5g，用玻璃棒混合均匀，放置浸润1h，用三辊机辊扎，得到细度≦10μm绝缘介质浆料。
实施例2
取制备好的玻璃粉70g、二氧化钛纤维10g、松油醇14g、羟乙基纤维素3g、WinSperse 3110分散剂2g、聚乙烯蜡0.5g、CM-73 3聚醚改性流平剂0.5g，用玻璃棒混合均匀，放置浸润1h，用三辊机辊扎，得到细度≦10μm绝缘介质浆料。
实施例3
取制备好的玻璃粉70g、二氧化锆纤维5g、二氧化钛纤维5g、松油醇14g、羟乙基纤维素3g、WinSperse 3110分散剂2g、聚乙烯蜡0.5g、CM-733聚醚改性流平剂0.5g，用玻璃棒混合均匀，放置浸润1h，用三辊机辊扎，得到细度≦10μm绝缘介质浆料。
实施例4
取制备好的玻璃粉76g、二氧化锆纤维2g、二氧化钛纤维2g、松油醇14g、羟乙基纤维素3g、WinSperse 3110分散剂2g、聚乙烯蜡0.5g、CM-733聚醚改性流平剂0.5g，用玻璃棒混合均匀，放置浸润1h，用三辊机辊扎，得到细度≦10μm绝缘介质浆料。
实施例5
取制备好的玻璃粉65g、二氧化锆纤维4g、二氧化钛纤维3g、松油醇19g、羟乙基纤维素5g、WinSperse 3110分散剂2.5g、聚乙烯蜡0.75g、CM-733聚醚改性流平剂0.75g，用玻璃棒混合均匀，放置浸润1h，用三辊机辊扎，得到细度≦10μm绝缘介质浆料。
实施例6
取制备好的玻璃粉55g、二氧化锆纤维5g、二氧化钛纤维5g、松油醇24g、羟乙基纤维素6g、WinSperse 3110分散剂3g、聚乙烯蜡1g、CM-733聚醚改性流平剂1g，用玻璃棒混合均匀，放置浸润1h，用三辊机辊扎，得到细度≦10μm绝缘介质浆料。
将上述对比例1～5及实施例1～4的绝缘介质浆料分别通过丝网印刷到430型不锈钢基板上，烘干（150±5℃、10±2min），烧结（峰值850±1℃、10±1min，升温时间20～25min，降温时间20～30min）。印刷三次烧结三次，烧结膜厚75～85μm，最后在绝缘介质上印刷型号C-1630导体浆料（使用说明请参考产品介绍），得到样片，对样品进行膜厚、绝缘电阻、漏电流、抗弯曲等测试，测试数据如表1所示。
表1
Figure 494412DEST_PATH_IMAGE002
通过表1的实验测试数据可见：与对比例1相比，对比例2中通过添加三氧化二铝纤维，虽然烧结膜的抗弯曲能力增强，但绝缘电阻在降低，漏电流增大，尤其是击穿电压大幅度降低，直接导致产品不合格；对比例3、4、5中通过添加氧化物粉末虽然能够提高击穿电压和绝缘电阻，但抗弯曲能力较差；而实施例1～4通过添加二氧化锆纤维和二氧化钛纤维，在大幅度提升抗弯曲能力同时，击穿电压和绝缘电阻明显提升、漏电流明显降低。综合来看：本发明通过添加二氧化锆纤维和二氧化钛纤维提升了产品击穿电压和抗弯曲能力，使厚膜发热器具备更好安全性和更长的使用寿命。

Claims (6)

1.一种耐高压和抗弯曲的不锈钢基体绝缘介质浆料，其特征在于：所述绝缘介质浆料由下述质量百分配比的原料制成：玻璃粉55%～76%、氧化物纤维4%～10%、有机载体20%～40%；其中，所述氧化物纤维为ZrO2纤维和TiO2纤维中任意一种或两种的混合物。
2.根据权利要求1所述的耐高压和抗弯曲的不锈钢基体绝缘介质浆料，其特征在于：所述氧化物纤维为ZrO2纤维和TiO2纤维质量比1:1的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的耐高压和抗弯曲的不锈钢基体绝缘介质浆料，其特征在于：所述ZrO2纤维和TiO2纤维的直径为0.5～5μm。
4.根据权利要求1所述的耐高压和抗弯曲的不锈钢基体绝缘介质浆料，其特征在于：所述玻璃粉是将重量百分比组成为：40%～50% CaCO3、20%～30% SiO2、10%～20% B2O3、5%～10% Al2O3、0.5%～1.5% MnO2、0.5%～1% P2O5的原料混匀后，在1350～1600℃下熔炼，水冷或者空气冷却至室温后，通过球磨使粒径集中分布2～6μm。
5.根据权利要求1所述的耐高压和抗弯曲的不锈钢基体绝缘介质浆料，其特征在于：所述有机载体的重量百分比组成为：60%～70%松油醇、10%～20%羟乙基纤维素、6%～10%分散剂、2%～5%触变剂、2%～5%流平剂。
6.根据权利要求5所述的耐高压和抗弯曲的不锈钢基体绝缘介质浆料，其特征在于：所述分散剂为羧酸盐、磷酸酯盐型、丙烯酸酯高分子型分散剂中任意一种，所述触变剂为聚乙烯蜡、气相二氧化硅、膨润土中任意一种或多种，所述流平剂为改性聚醚、改性有机硅氧烷、丙烯酸酯类流平剂中任意一种。
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