一種利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法及其產品的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法,步驟1:配制聚酰亞胺噴涂原料;聚酰亞胺噴涂原料為熱固性聚酰亞胺前驅體漿料、熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料或熱塑性聚酰亞胺粉末;步驟2:基體進行表面除油和粗化處理;步驟3:將步驟1配制的噴涂原料送入熱噴涂焰流中,在處理后的基體表面噴涂形成所述的聚酰亞胺涂層。本制備方法的工藝簡單,效率高,適合現場施工,噴涂不受工件尺寸及形狀的限制,成本低。制備得到的聚酰亞胺復合涂層與基體結合良好,微觀組織可調控,可應用于電學、力學、熱學、抗輻射和醫學等多領域。
【專利說明】
一種利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法及其產品
技術領域
[0001]本發明涉及涂層的技術領域,尤其涉及一種利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法及其廣品。
【背景技術】
[0002]聚酰亞胺(PI)擁有極佳的綜合性能,是高分子材料中廣泛使用的一種雜環高分子化合物,它以酰亞胺環為特征,其中的芳香環結構使得PI在200-400°C內具有良好的電學、力學、熱學和抗輻射性能等。聚酰亞胺材料擁有良好的綜合性能,耐溫達到400 °C以上,是目前工業應用中耐溫最好的高分子材料;有優異的電絕緣性能,屬于F-H級絕緣材料。PI具有其他高聚物不具備的優異的電學性能和機械性能。它一般在500°C左右才開始分解,同時還可耐極低溫,抗張強度10MPa以上,這些性能并不會隨著溫度和頻率的改變而大幅變動。作為工程塑料,PI纖維的彈性模量可達到200GPa,擁有較低的熱膨脹系數和較高的耐輻射性能。目前在航空航天領域、電子組件方面和半導體工業上應用較為廣泛,美國超音速客機中就以PI材料作為耐高溫結構材料;同時還應用于微電子器件中的介電層;電光材料中的光學開關;濕敏材料中的濕度傳感器;人體損傷醫療復合植入物等。然而未來的發展遠遠離不開對科學技術的研究,對材料的制備方法,性能的要求也將有很大提高;開發新的制備途徑對合成高分子材料具有重要的意義,以滿足實際生產中的要求。
[0003]傳統制備PI薄膜的方法有浸漬法、流延法、拉伸法、氣相沉積法等。這些方法都存在著其局限性和弊端,如浸漬法,將干凈的基板浸入制備好的溶膠凝膠中,一定時間后勻速將基板提出,從而得到覆蓋膜層的基板,最后再加熱便可得到薄膜,這種方法設備簡單,工藝簡單,不過背面經常粘有鋁粉,而且長度受到限制,生產效率低,現在已很少使用。流延法,將粘稠的溶液流延在平坦且均勻的旋轉光滑支柱體上,經旋轉流延形成薄膜,這種方法的優點是制備的薄膜均勻性好,表面平整干凈,有不錯的性能,目前用來制備性能要求不高的薄膜。拉伸法(單向,雙向)在拉伸裝置的作用下,使流延法制備的薄膜分子鏈整齊排列。這種拉伸后的薄膜強度比不拉伸薄膜要高3-5倍,各種物理機械性能得到顯著提高,對高質量要求的薄膜一般采用這種方法制備。氣相沉積法使母液在一定溫度下蒸發或分解,在降壓的狀態下,使分解或蒸發的汽相重新在低溫的固體表面聚集形成涂層的方法,包括離子沉積和電沉積法等。
[0004]為縮短PI薄膜生產周期、降低生產成本、改善環境污染、開創新的制備聚酰亞胺涂層的方法是目前亟待解決的問題。熱噴涂技術由于具有可噴涂材料廣泛、基體形狀和尺寸不受限制、工藝操作簡單、易于產業化等特點,是賦予材料表面特殊性能和強化的重要手段。熱噴涂涂層幾乎適用于所有材料。其沉積效率高,獲得的涂層具有良好的結合強度,適合工業化大規模生產。
【發明內容】
[0005]本發明公開了一種聚酰亞胺涂層的制備方法,工藝簡單,效率高,適合現場施工,噴涂不受工件尺寸及形狀的限制,成本低。制備得到的聚酰亞胺復合涂層與基體結合良好,微觀組織可調控,可應用于電學、力學、熱學、抗輻射和醫學等多領域。
[0006]—種利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法,步驟如下:
[0007]步驟I:配制聚酰亞胺噴涂原料;
[0008]所述聚酰亞胺噴涂原料為熱固性聚酰亞胺前驅體漿料、熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料或熱塑性聚酰亞胺粉末;
[0009]步驟2:基體進行表面除油和粗化處理;
[0010]步驟3:將步驟I配制的噴涂原料送入熱噴涂焰流中,在處理后的基體表面噴涂形成所述的聚酰亞胺涂層。
[0011]作為優選,步驟I中,所述熱固性聚酰亞胺前驅體漿料的具體制備工藝如下:
[0012]將4,V-二氨基二苯醚與有機溶劑A混合后,加入均苯四甲酸二酐,混合均勻后得到所述的熱固性聚酰亞胺前驅體漿料;
[0013]所述的有機溶劑A包括N,N_ 二甲基甲酰胺、N,N_ 二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四甲基脲或二甲基亞砜;
[0014]所述4,V-二氨基二苯醚與有機溶劑A的質量體積比為5?200g/L;
[0015]所述4,V-二氨基二苯醚與均苯四甲酸二酐的質量比為0.5?2。
[0016]作為優選,步驟I中,所述熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料的具體制備工藝如下:
[0017]將熱塑性聚酰亞胺粉末與有機溶劑B混合,攪拌均勻后得到所述的熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料;
[0018]所述的有機溶劑B包括N,N-二甲基甲酰胺(DMF )、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、四甲基脲(TMU)或二甲基亞砜(DMSO);
[0019]所述熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料中熱塑性聚酰亞胺粉末的質量百分數為2?50wt.% ο
[0020]作為優選,步驟I中,所述熱塑性聚酰亞胺粉末的粒徑為30?150μπι。
[0021 ]作為優選,步驟2中,所述的基體包括玻璃、二氧化硅、304不銹鋼、316不銹鋼、Q235鋼、Q345鋼、45鋼、鑄鐵、鋁、銅、鈦、硅或氧化鋁。所述的粗化處理包括但不限于噴砂、車螺紋、滾花或電拉毛。
[0022]作為優選,步驟3中,所述的熱噴涂為火焰噴涂或等離子噴涂。
[0023]進一步優選,所述的熱噴涂為火焰噴涂;
[0024]當以熱固性聚酰亞胺前驅體漿料或熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料為噴涂原料時,噴涂原料的供給系統由壓力式霧化噴嘴、蠕動栗及壓縮空氣組成,蠕動栗速率為10?50rpm,壓縮空氣壓力為0.05?0.5MPa,噴涂角度(霧化噴嘴與火焰流之間夾角)為15°?135° ;
[0025]具體噴涂參數為:
[0026]以O2為助燃氣,壓力為0.2?1.0MPa;
[0027]以C2H2為燃氣,壓力為0.05?0.4MPa;
[0028]噴涂距離為150?300mm,火焰噴槍移動速度為300?600mm/s,噴涂次數為I?30遍。
[0029]當以熱塑性聚酰亞胺粉末為噴涂原料時,具體噴涂參數為:
[0030]以O2為助燃氣,壓力為0.4?0.7MPa、流量為2.5?3.0Nm3/h ;[0031 ] 以C2H2為燃氣,壓力為0.I?0.3MPa、流量為I.0?I.5Nm3/h;
[0032]以壓縮空氣為輔助氣,壓力為0.3?0.6MPa、流量為7?10Nm3/h;
[0033]送粉速率為20?40g/min,噴涂距離為150?300mm,火焰噴槍移動速度為300?600mm/s,噴涂次數為I?30遍。
[0034]進一步優選,所述的熱噴涂為等離子體噴涂;
[0035]以熱固性聚酰亞胺前驅體漿料或熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料為噴涂原料時,噴涂原料的供給系統由壓力式霧化噴嘴、蠕動栗及壓縮空氣組成,蠕動栗速率為10?50rpm,壓縮空氣壓力為0.05?0.5MPa,噴涂角度為15°?135° ;
[0036]具體噴涂參數為:
[0037]等離子噴涂的電流為300?650A,電壓為35?55V,噴涂原料流量為15?40ml/min,噴涂距離為100?250mm,等離子噴槍移動速度為1000?1500mm/s,涂層噴涂遍數為10?35遍。
[0038]以熱塑性聚酰亞胺粉末為噴涂原料時,具體噴涂參數為:
[0039]等離子噴涂的電流為300?650A,電壓為35?55V,送粉速率為20?40g/min,噴涂距離為100?250mm,等離子噴槍移動速度為1000?1500mm/s,涂層噴涂遍數為10?35遍。
[0040]為進一步提高聚酰亞胺涂層的亞胺化程度,對經上述步驟制備的聚酰亞胺涂層進行火焰或等離子體二次重熔致密化、進一步亞胺化處理。作為優選,對步驟3得到的聚酰亞胺涂層進行后續熱處理,熱處理溫度為50?450°C,時間為Is?30min。
[0041]本發明還公開了根據上述的方法制備的聚酰亞胺涂層。
[0042]為表征本發明中聚酰亞胺涂層的性能,利用傅里葉紅外光譜儀(FTIR)和場發射掃描電子顯微鏡(SEM)對制備獲得的涂層樣品進行表征,以下是具體的性能檢測方法:
[0043](I)涂層成分檢測:將制備的樣品置于傅里葉紅外光譜儀,IR吸收特征譜帶,分辨率:0.5cm—1,掃描次數:16次,測量范圍:4000?AOOcnf1。
[0044](2)表面微觀形貌觀察:將制備的樣品表面噴Au或Pt,利用場發射掃描電子顯微鏡觀察其表面微觀形貌。
[0045](3)斷面微觀形貌觀察:將制備的樣品依次用400#、800#、1200#、1500#、2000#砂紙打磨、拋光,然后置于去離子水溶液中超聲處理5min,吹干,最后表面噴Au或Pt,利用場發射掃描電子顯微鏡觀察其斷面微觀形貌。
[0046]與現有技術相比,本發明具有如下優點:
[0047]1、采用熱噴涂工藝制備涂層,其設備成本低,工藝簡單一次成型,免去其它工藝制備PI薄膜多步完成的繁瑣過程,效率高,適合現場施工,成本低。
[0048]2、本制備方法可在多種基材表面制備均勻、微觀結構可控的聚酰亞胺涂層,與基體結合良好,噴涂不受基體尺寸及形狀的限制。
[0049]因此,該方法制備的聚酰亞胺涂層在電學、力學、熱學、抗輻射和醫學等領域具有良好的應用前景和經濟效益。
【附圖說明】
[0050]圖1為本發明中制備聚酰亞胺涂層的示意圖及反應方程式,示意圖中,1-聚酰亞按原料,2-噴嘴,3-火焰/等離子,4-基體;
[0051]圖2為實施例1制備的聚酰亞胺涂層照片,4-基體,5-聚酰亞胺涂層;
[0052]圖3為實施例3制備的聚酰亞胺涂層表面和截面的SEM圖;
[0053]圖4為實施例4制備的聚酰亞胺涂層表面和截面的SEM圖;
[0054]圖5為實施例4和實施例5分別制備的聚酰亞胺涂層的傅里葉紅外光譜圖,圖中,A-標準聚酰亞胺紅外光譜,B-實施例4制備聚酰亞胺涂層的紅外光譜,C-實施例5制備的經熱處理后的聚酰亞胺涂層的紅外光譜;
[0055]圖6為實施例6制備的聚酰亞胺涂層的SEM圖。
【具體實施方式】
[0056]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細描述,需要指出的是,以下所述實施例旨在便于對本發明的理解,而對其不起任何限定作用。
[0057]實施例1
[0058]1、用研缽將4,4’_二氨基二苯醚(ODA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)分別進行研磨,并用100目篩子將均苯四甲酸二酐過篩。將4,4’_二氨基二苯醚置于普通烘箱中,IlOtC烘焙4?5小時后待用;將均苯四甲酸二酐置于普通烘箱中170°C烘焙4?5小時后待用。
[0059]2、稱取10.002g經上述預處理后的4,4’_二氨基二苯醚(ODA),溶于200ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,攪拌使其完全溶解(5min);然后稱取10.906g經上述預處理后的均苯四甲酸二酐(PMDA),向上述溶液中少量多次的加入并攪拌;待完全加入后繼續攪拌8?1h得到含1wt.%聚酰胺酸(PAA)的熱固型聚酰亞胺前驅體漿料;
[0060]3、將玻璃基體依次用丙酮、乙醇、去離子水進行清洗、干燥;
[0061]4、在火焰制備聚酰亞胺涂層過程中,采用直徑為0.1mm霧化噴嘴,將熱固型聚酰亞胺前驅體漿料霧化后送入火焰中,最終在基體表面形成厚度約為ΙΟΟμπι的PI涂層。其中,控制火焰噴涂的噴涂參數為:助燃氣為02、燃氣為乙炔、霧化氣為壓縮空氣,其中壓力分別為
0.5MPa,0.1MPa,0.1MPa,噴涂距離為200mm,火焰噴槍移動速度500mm/s,蠕動栗速率20rpm,涂層噴涂次數10遍。
[0062]對上述制備的涂層進行如下性能檢測:
[0063](I)涂層表面和截面微觀組織形貌觀察:利用場發射掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層表面形貌和截面微觀形貌,涂層厚度約為ΙΟΟμπι,涂層與基體結合良好,涂層中含有少量微孔均勾分布。
[0064](2)涂層成分測試:紅外光譜分析經過火焰高溫脫水亞胺化過程,涂層基本完成了亞胺化。
[0065]實施例2
[0066]1、用研缽將4,4’_二氨基二苯醚(ODA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)分別進行研磨,并用100目篩子將均苯四甲酸二酐過篩。將4,4’_二氨基二苯醚置于普通烘箱中,IlOtC烘焙4?5小時;將均苯四甲酸二酐置于普通烘箱中170°C烘焙4?5小時。
[0067]2、稱取10.002g的4,4’_二氨基二苯醚(0DA),溶于200ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,攪拌使其完全溶解(5min);然后稱取10.906g均苯四甲酸二酐(PMDA),向上述溶液中少量多次的加入并攪拌;待完全加入后繼續攪拌8?1h得到含1wt.%聚酰胺酸(PAA)的熱固型聚酰亞胺前驅體漿料;
[0068]3、將基體依次用丙酮、乙醇、去離子水進行清洗,對Q345鋼片采用60目棕剛玉砂進行表面噴砂粗化處理,噴砂分別采用的氣壓為0.5MPa,使其粗糙度達到噴涂要求;
[0069]4、在等離子制備聚酰亞胺涂層過程中,采用直徑為0.1mm霧化噴嘴,將熱固型聚酰亞胺前驅體漿料霧化后送入等離子體中,最終在基體表面形成厚度約為80μπι的PI涂層。其中,控制等離子體噴涂的噴涂參數為:等離子噴涂的電流為400Α,電壓為50V,噴涂原料流量為20ml/min,噴涂距離為1201111]1,等離子噴槍移動速度為12001111]1/8,涂層噴涂遍數為10遍。
[0070]對上述制備的涂層進行如下性能檢測:
[0071](I)涂層表面和截面微觀組織形貌觀察:利用場發射掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層表面形貌和截面微觀形貌,涂層厚度約為120μπι,涂層與基體結合良好,等離子噴涂制備PI涂層孔隙率低于火焰噴涂制備PI涂層。
[0072](2)涂層成分測試:紅外光譜分析經過等離子體高溫脫水亞胺化過程,涂層基本完成了亞胺化。
[0073]實施例3
[0074]1、用研缽將4,4’_二氨基二苯醚(ODA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)分別進行研磨,并用100目篩子將均苯四甲酸二酐過篩。將4,4’_二氨基二苯醚置于普通烘箱中,IlOtC烘焙4?5小時;將均苯四甲酸二酐置于普通烘箱中170°C烘焙4?5小時。
[0075]2、稱取10.002g的4,4’_二氨基二苯醚(0DA),溶于400ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,攪拌使其完全溶解(5min);然后稱取10.906g均苯四甲酸二酐(PMDA),向上述溶液中少量多次的加入并攪拌;待完全加入后繼續攪拌8?1h得到含5wt.%聚酰胺酸(PAA)的熱固型聚酰亞胺前驅體漿料;
[0076]3、將玻璃基體依次用丙酮、乙醇、去離子水進行清洗、干燥;
[0077]4、在火焰制備聚酰亞胺涂層過程中,采用直徑為0.4mm霧化噴嘴,將熱固型聚酰亞胺前驅體漿料霧化后送入火焰中,最終在基體表面形成厚度約為120μπι的PI涂層。其中,控制火焰噴涂的噴涂參數為:助燃氣為02、燃氣為乙炔、霧化氣為壓縮空氣,其中壓力分別為
0.5MPa,0.1MPa,0.1MPa,噴涂距離為230mm,火焰噴槍移動速度300mm/s,蠕動栗速率25rpm,涂層噴涂次數15遍。
[0078]對上述制備的涂層進行如下性能檢測:
[0079](I)涂層表面和截面微觀組織形貌觀察:利用場發射掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層表面形貌和截面微觀形貌,證實涂層具有多孔結構,涂層厚度約為120μπι,涂層與基體結合良好,蜂窩狀孔洞均勻分布。
[0080](2)涂層成分測試:紅外光譜分析經過火焰高溫脫水亞胺化過程,涂層基本完成了亞胺化。
[0081 ] 實施例4
[0082]1、用研缽將4,4’_二氨基二苯醚(ODA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)分別進行研磨,并用100目篩子將均苯四甲酸二酐過篩。將4,4’_二氨基二苯醚置于普通烘箱中,IlOtC烘焙4?5小時;將均苯四甲酸二酐置于普通烘箱中170°C烘焙4?5小時。
[0083]2、稱取10.002g的4,4’_二氨基二苯醚(0DA),溶于250ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,攪拌使其完全溶解(5min);然后稱取10.906g均苯四甲酸二酐(PMDA),向上述溶液中少量多次的加入并攪拌;待完全加入后繼續攪拌8?1h得到含8wt.%聚酰胺酸(PAA)的熱固型聚酰亞胺前驅體漿料;
[0084]3、將玻璃基體依次用丙酮、乙醇、去離子水進行清洗、干燥;
[0085]4、在火焰制備聚酰亞胺涂層過程中,采用直徑為0.4mm霧化噴嘴,將熱固型聚酰亞胺前驅體漿料霧化后送入火焰中,最終在基體表面形成厚度約為ΙΟΟμπι的PI涂層。其中,控制火焰噴涂的噴涂參數為:助燃氣為02、燃氣為乙炔、霧化氣為壓縮空氣,其中壓力分別為0.5MPa,0.1MPa ,0.15MPa,噴涂距離為260mm,火焰噴槍移動速度400mm/s,蠕動栗速率20印111,涂層噴涂次數12遍。
[0086]對上述制備的涂層進行如下性能檢測:
[0087](I)涂層表面和截面微觀組織形貌觀察:利用場發射掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層表面形貌和截面微觀形貌,涂層厚度約為ΙΟΟμπι,涂層與基體結合良好,并證實隨著聚酰亞胺粉末在溶劑中濃度提高,涂層孔隙率下降。
[0088](2)涂層成分測試:紅外光譜分析經過火焰高溫脫水亞胺化過程,涂層基本完成了亞胺化。
[0089]實施例5
[0090]1、用研缽將4,4’_二氨基二苯醚(ODA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)分別進行研磨,并用100目篩子將均苯四甲酸二酐過篩。將4,4’_二氨基二苯醚置于普通烘箱中,IlOtC烘焙4?5小時;將均苯四甲酸二酐置于普通烘箱中170°C烘焙4?5小時。
[0091]2、稱取10.002g的4,4’_二氨基二苯醚(0DA),溶于250ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,攪拌使其完全溶解(5min);然后稱取10.906g均苯四甲酸二酐(PMDA),向上述溶液中少量多次的加入并攪拌;待完全加入后繼續攪拌8?1h得到含8wt.%聚酰胺酸(PAA)的熱固型聚酰亞胺前驅體漿料;
[0092]3、將玻璃基體依次用丙酮、乙醇、去離子水進行清洗、干燥;
[0093]4、在火焰制備聚酰亞胺涂層過程中,采用直徑為0.4mm霧化噴嘴,將熱固型聚酰亞胺前驅體漿料霧化后送入火焰中,最終在基體表面形成厚度約為ΙΟΟμπι的PI涂層。其中,控制火焰噴涂的噴涂參數為:助燃氣為02、燃氣為乙炔、霧化氣為壓縮空氣,其中壓力分別為0.5MPa,0.1MPa ,0.15MPa,噴涂距離為220mm,火焰噴槍移動速度350mm/s,蠕動栗速率20印111,涂層噴涂次數12遍。
[0094]5、將步驟4制備的聚酰亞胺涂層經過火焰重熔進一步亞胺化處理一次,火焰噴槍移動速度350mm/s,熱處理溫度80 °C,時間2s。
[0095]對上述制備的涂層進行如下性能檢測:
[0096](I)涂層表面和截面微觀組織形貌觀察:利用場發射掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層表面形貌和截面微觀形貌,涂層厚度約為ΙΟΟμπι,涂層與基體結合良好,并證實隨著聚酰亞胺粉末在溶劑中濃度提高,涂層孔隙率下降。
[0097](2)涂層成分測試:8 % PAA和8 % PAA后處理的樣品中均出現了 1380cm—1 (C-N伸縮振動),1720cm—工(C = O對稱伸縮振動),1780cm—1K = O不對稱伸縮振動)的聚酰亞胺特征吸收峰,說明液相火焰噴涂制備出的涂層確實為聚酰亞胺,前驅體霧化顆粒在火焰中并沒有過熱燒失或者受熱程度低而沒有進行亞胺化;而未經過后續熱處理的紅外圖譜中雖然沒有出現1550cm—\ 1660cm—\ 1710cm—1的聚酰亞胺特征峰,但在2900-3200(^1波段出現了的聚酰胺酸的特征吸收峰,經過高溫熱處理后,紅外譜圖中2900-3200(^-1波段的特征峰消失。結果表明,在熱噴涂制備聚酰亞胺涂層中,由于霧化的聚酰胺酸液滴在火焰噴槍中速度很快,受熱時間短,并沒有完全的亞胺化,在后續的噴涂加熱過程中,即使能夠繼續發生熱亞胺化過程,但并沒有亞胺化完全,因此會出現聚酰胺酸的特征峰。而在經過后續熱處理后,從紅外譜圖中可以看到,2900-3200(^-1波段的聚酰胺酸特征吸收峰明顯消失,說明后續熱處理有利于涂層亞胺化的完成。
[0098]實施例6
[0099]1、熱塑性聚酰亞胺粉末300目篩子過篩,用以等離子噴涂制備涂層;
[0100]2、將基體依次用丙酮、乙醇、去離子水進行清洗,對45鋼片采用60目棕剛玉砂進行表面噴砂粗化處理,噴砂分別采用的氣壓為0.5MPa,使其粗糙度達到噴涂要求;
[0101]3、在等離子噴涂制備聚酰亞胺涂層過程中,將熱塑性聚酰亞胺粉末送入等離子體中,最終在基體表面形成厚度約為80μπι的PI涂層。其中,控制等離子體噴涂的噴涂參數為:等離子噴涂的電流為550Α,電壓為50V,送粉速率為40g/min,噴涂距離為120mm,等離子噴槍移動速度為1200_1/8,涂層噴涂遍數為10遍。
[0102]對上述制備的涂層進行如下性能檢測:
[0103](I)涂層表面和截面微觀組織形貌觀察:利用場發射掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層表面形貌和截面微觀形貌,涂層厚度約為80μπι,涂層與基體結合良好,并證實等離子噴涂使原始粉末具有較好的熔化能力,所制得致密涂層。
[0104](2)涂層成分測試:紅外光譜分析經過等離子高溫過程未發生明顯成分變化。
[0105]實施例7
[0106]1、熱塑性聚酰亞胺粉末(南京岳子化工公司,牌號ΥΖΡΙΤΜ)經300目篩子過篩,用以火焰嗔涂制備涂層;
[0107]2、將基體依次用丙酮、乙醇、去離子水進行清洗,對45鋼片采用60目棕剛玉砂進行表面噴砂粗化處理,噴砂分別采用的氣壓為0.5MPa,使其粗糙度達到噴涂要求;
[0108]3、在火焰制備聚酰亞胺涂層過程中,將熱塑性聚酰亞胺粉末送入火焰中,最終在基體表面形成厚度約為50μπι的PI涂層。其中,控制火焰噴涂的噴涂參數為:助燃氣為02、燃氣為乙炔、送粉氣為壓縮空氣,其中壓力分別為0.5MPa,0.1MPa,0.15MPa,噴涂距離為240mm,火焰噴槍移動速度400mm/s,送粉速率為30g/min,涂層噴涂次數5遍。
[0109]對上述制備的涂層進行如下性能檢測:
[0110](I)涂層表面和截面微觀組織形貌觀察:利用場發射掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層表面形貌和截面微觀形貌,涂層厚度約為50μπι,涂層與基體結合良好,并證實火焰噴涂粉末制得的涂層比火焰噴涂漿料制得涂層更致密。
[0111](2)涂層成分測試:紅外光譜分析經過火焰高溫過程未發生成分變化。
[0112]實施例8
[0113]1、熱塑性聚酰亞胺粉末為原料,稱取聚酰亞胺粉末,將其溶解在DMF溶劑中,采用磁力攪拌4?6小時后便可以得到1wt %聚酰亞胺的溶液,將其密封保存在低溫避光處,避免聚酰亞胺的斷鏈分解,用以等離子噴涂制備涂層;
[0114]3、將基體依次用丙酮、乙醇、去離子水進行清洗,對45鋼片采用60目棕剛玉砂進行表面噴砂粗化處理,噴砂分別采用的氣壓為0.5MPa,使其粗糙度達到噴涂要求;
[0115]4、在等離子制備聚酰亞胺涂層過程中,采用直徑為0.2mm霧化噴嘴,將熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料霧化后送入火焰中,最終在基體表面形成厚度約為70μπι的PI涂層。其中,控制等離子噴涂的噴涂參數為:等離子噴涂的電流為400Α,電壓為50V,噴涂原料流量為20ml/min,噴涂距離為200mm,等離子噴槍移動速度為1300mm/s,涂層噴涂遍數為10遍。
[0116]對上述制備的涂層進行如下性能檢測:
[0117](I)涂層表面和截面微觀組織形貌觀察:利用場發射掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層表面形貌和截面微觀形貌,涂層厚度約為70μπι,涂層與基體結合良好,并證實等離子液料噴涂制得比火焰液料更致密PI涂層。
[0118](2)涂層成分測試:紅外光譜分析經過等離子體高溫制備過程,涂層成分基本沒有改變。
[0119]實施例9
[0120]1、熱塑性聚酰亞胺粉末為原料,稱取聚酰亞胺粉末,將其溶解在匪P溶劑中,采用磁力攪拌4?6小時后便可以得到1wt %聚酰亞胺的溶液,將其密封保存在低溫避光處,避免聚酰亞胺的斷鏈分解,用以火焰噴涂制備涂層;
[0121]3、將基體依次用丙酮、乙醇、去離子水進行清洗,對45鋼片采用60目棕剛玉砂進行表面噴砂粗化處理,噴砂分別采用的氣壓為0.5MPa,使其粗糙度達到噴涂要求;
[0122]4、在火焰制備聚酰亞胺涂層過程中,采用直徑為0.4mm霧化噴嘴,將熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料霧化后送入火焰中,最終在基體表面形成厚度約為50μπι的PI涂層。其中,控制火焰噴涂的噴涂參數為:助燃氣為02、燃氣為乙炔、霧化氣為壓縮空氣,其中壓力分別為
0.5MPa,0.1MPa,0.15MPa,噴涂距離為20mm,火焰噴槍移動速度600mm/s,蠕動栗速率20rpm,涂層噴涂次數12遍。對上述制備的涂層進行如下性能檢測:
[0123](I)涂層表面和截面微觀組織形貌觀察:利用場發射掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層表面形貌和截面微觀形貌,涂層厚度約為50μπι,涂層與基體結合良好,并證實等離子噴涂液料制得涂層較等離子噴涂粉末制得PI涂層含更高孔隙率。
[0124](2)涂層成分測試:紅外光譜分析經過火焰高溫過程,涂層成分沒有改變。
【主權項】
1.一種利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法,其特征在于,步驟如下: 步驟1:配制聚酰亞胺噴涂原料; 所述聚酰亞胺噴涂原料為熱固性聚酰亞胺前驅體漿料、熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料或熱塑性聚酰亞胺粉末; 步驟2:基體進行表面除油和粗化處理; 步驟3:將步驟I配制的噴涂原料送入熱噴涂焰流中,在處理后的基體表面噴涂形成所述的聚酰亞胺涂層。2.根據權利要求1所述的利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法,其特征在于,步驟I中,所述熱固性聚酰亞胺前驅體漿料的具體制備工藝如下: 將4,47 -二氨基二苯醚與有機溶劑A混合后,加入均苯四甲酸二酐,混合均勻后得到所述的熱固性聚酰亞胺前驅體漿料; 所述的有機溶劑A包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四甲基脲或二甲基亞砜; 所述4,V-二氨基二苯醚與有機溶劑A的質量體積比為5?200g/L; 所述4,V -二氨基二苯醚與均苯四甲酸二酐的質量比為0.5?2。3.根據權利要求1所述的利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法,其特征在于,步驟I中,所述熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料的具體制備工藝如下: 將熱塑性聚酰亞胺粉末與有機溶劑B混合,攪拌均勻后得到所述的熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料; 所述的有機溶劑B包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四甲基脲或二甲基亞砜; 所述熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料中熱塑性聚酰亞胺粉末的質量百分數為2?50wt.%。4.根據權利要求1所述的利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法,其特征在于,步驟I中,所述熱塑性聚酰亞胺粉末的粒徑為30?150μπι。5.根據權利要求1所述的利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法,其特征在于,步驟2中,所述的基體包括玻璃、二氧化硅、304不銹鋼、316不銹鋼、Q235鋼、Q345鋼、45鋼、鑄鐵、招、銅、鈦、娃或氧化招。6.根據權利要求1所述的利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法,其特征在于,步驟3中,所述的熱噴涂為火焰噴涂或等離子噴涂。7.根據權利要求6所述的利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法,其特征在于,所述的熱噴涂為火焰噴涂; 以熱固性聚酰亞胺前驅體漿料或熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料為噴涂原料時,噴涂原料的供給系統由壓力式霧化噴嘴、蠕動栗及壓縮空氣組成,蠕動栗速率為10?50rpm,壓縮空氣壓力為0.05?0.5MPa,噴涂角度為15°?135° ; 具體噴涂參數為: 以O2為助燃氣,壓力為0.2?I.0MPa ; 以C2H2為燃氣,壓力為0.05?0.4MPa ; 噴涂距離為150?300mm,火焰噴槍移動速度為300?600mm/s,噴涂次數為I?30遍; 以熱塑性聚酰亞胺粉末為噴涂原料時,具體噴涂參數為: 以O2為助燃氣,壓力為0.4?0.7MPa、流量為2.5?3.0Nm3/h ; 以C2H2為燃氣,壓力為0.I?0.3MPa、流量為I.0?I.5Nm3/h ; 以壓縮空氣為輔助氣,壓力為0.3?0.6MPa、流量為7?10Nm3/h; 送粉速率為20?40g/min,噴涂距離為150?300mm,火焰噴槍移動速度為300?600mm/s,噴涂次數為I?30遍。8.根據權利要求6所述的利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法,其特征在于,所述的熱噴涂為等離子體噴涂; 以熱固性聚酰亞胺前驅體漿料或熱塑性聚酰亞胺前驅體漿料為噴涂原料時,噴涂原料的供給系統由壓力式霧化噴嘴、蠕動栗及壓縮空氣組成,蠕動栗速率為10?50rpm,壓縮空氣壓力為0.05?0.5MPa,噴涂角度為15°?135° ; 具體噴涂參數為: 等離子噴涂的電流為300?650A,電壓為35?55V,噴涂原料流量為15?40ml/min,噴涂距離為100?250mm,等離子噴槍移動速度為1000?1500mm/s,涂層噴涂遍數為10?35遍; 以熱塑性聚酰亞胺粉末為噴涂原料時,具體噴涂參數為: 等離子噴涂的電流為300?650A,電壓為35?55V,送粉速率為20?40g/min,噴涂距離為100?250mm,等離子噴槍移動速度為1000?1500mm/s,涂層噴涂遍數為10?35遍。9.根據權利要求1所述的利用熱噴涂技術制備聚酰亞胺涂層的方法,其特征在于,對步驟3得到的聚酰亞胺涂層進行后續熱處理,熱處理溫度為50?450°C,時間為Is?30min。10.—種根據權利要求1?9任一權利要求所述的方法制備的聚酰亞胺涂層。
【文檔編號】C09D179/08GK105903650SQ201610230718
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】劉奕, 龔永鋒, 黃晶, 所新坤, 陳秀勇, 周平, 李華
【申請人】中國科學院寧波材料技術與工程研究所