一种PTC陶瓷加热器用抗湿耐腐蚀涂层及其制备方法与流程

本发明涉及陶瓷加热器，具体为一种ptc陶瓷加热器用抗湿耐腐蚀涂层及其制备方法。

背景技术：

1、ptc陶瓷加热器是一种高效热分部均匀的加热器、热导性极佳的金属合金，使用时表面温度可达260℃左右，然而，现有的聚酯树脂耐热性能都不好，一般只适合于160℃下使用，一旦温度过高，易产生变色、涂层脱落的现象，影响ptc陶瓷加热器的使用。此外，树脂涂层的导热效果一般，不利于加热器功率的发挥，会导致ptc陶瓷加热器的使用效果大打折扣。

2、腐蚀是一种缓慢的化学或电化学过程，它是指金属材料与氧气、水等作用而导致自身失效和破坏的自然现象。因为ptc陶瓷加热器需要长期运行，运行的温度高，空气潮湿，对ptc陶瓷加热器一些金属部件造成腐蚀，从而导致加热器损坏的问题给生产带来了巨大的损失。因此，需要在加热器上喷涂一层防腐蚀、抗湿的涂层来提高ptc陶瓷加热器的耐腐蚀性能，延长加热器的使用寿命。然而，现有喷涂涂层的孔隙率大，进而金属涂层的的致密性差，金属涂层的耐腐蚀性能不强，不能达到抗腐蚀性能的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种ptc陶瓷加热器用抗湿耐腐蚀涂层及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种ptc陶瓷加热器用抗湿耐腐蚀涂层，所述ptc陶瓷加热器用抗湿耐腐蚀涂层依次经过一次喷涂处理、沉积处理、二次喷涂、烘烤。

3、进一步的，所述一次喷涂处理为向ptc陶瓷加热器喷涂硝酸镍溶液并烘烤一段时间，得预处理加热器；所述沉积处理为将预处理加热器置于射频等离子体设备中，气相沉积得碳纳米管加热器；所述二次喷涂处理为将耐热树脂、nw-5、流平剂dc51、安息香、改性纳米纤维、二苯砜、无水碳酸钾、无水碳酸钠混合，挤出、压片、研磨，得粉末涂料，碳纳米管加热器经等离子体处理后，向碳纳米管加热器喷涂粉末涂料。

4、进一步的，所述耐热树脂由对氯苯基甲基二乙氧基硅烷、氰酸钾、3-甲基-1-金刚烷醇、1，3-丙二醇、钛酸四异丙酯、2-羟基间苯二甲酸、对苯二甲酸、丙烯醇制得。

5、进一步的，所述改性纳米纤维由2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷丙氧基)二苯酮、石墨烯纳米纤维、二氟氯乙酸钠制得。

6、进一步的，一种ptc陶瓷加热器用抗湿耐腐蚀涂层的制备方法，包括以下制备步骤：

7、(1)向ptc陶瓷加热器喷涂ptc陶瓷加热器质量0.05倍的硝酸镍溶液，45℃烘烤55～70min得预处理加热器；

8、(2)将预处理加热器置于射频等离子体设备中，抽真空至1×10-3～5×10-3pa，氮气氛围下，加热至500℃，保温20～30min后，通入氢气至氢和氮气的体积比为1∶4，反应50～62min后，通入甲烷至气压为25～30pa，反应30～46min后，在氮气气氛中冷却至室温，得碳纳米管加热器；

9、(3)将耐热树脂、nw-5、流平剂dc51、安息香、改性纳米纤维、二苯砜、无水碳酸钾、无水碳酸钠、聚四氟乙烯按质量比1∶0.2∶0.01∶0.007∶0.2∶3∶0.02∶0.1∶0.008～1∶0.3∶0.02∶0.008∶0.4∶3∶0.03∶0.1∶0.02混合，搅拌均匀后，120～140℃挤出，压片，5000rpm下研磨8～16min得粉末涂料；将碳纳米管加热器放入等离子体室中，二氧化碳氛围下，电压为9.5kv、频率为9.8khz、放电功率为12.3w下处理100～130s后，向碳纳米管加热器喷涂粉末涂料至厚度为0.1～0.3mm，升温至220～290℃，烘烤56～72min后，升温至300～320℃，烘烤2～4h，得ptc陶瓷加热器用抗湿耐腐蚀涂层。

10、进一步的，步骤(1)所述硝酸镍溶液为硝酸镍和去离子水的质量比为1∶5.0～1∶10.5。

11、进一步的，步骤(2)所述射频等离子体设备的功率为150w。

12、进一步的，步骤(3)所述耐热树脂的制备方法为：

13、a、将氰酸钾、氧化镍、n-甲基甲酰胺、己内酰胺按质量比1∶0.06∶0.7∶0.7混合，氮气吹扫10～14min后，升温至98℃，80rpm搅拌20～30min后，加入氰酸钾质量1.8～2.5倍的对氯苯基甲基二乙氧基硅烷，保温3～5h后，过滤，取滤液，得异氰酸酯化合物；

14、b、将3-甲基-1-金刚烷醇、异氰酸酯化合物、甲苯按质量比0.5∶1∶10～0.8∶1∶15混合，置于68℃油浴中，氮气氛围下，80rpm搅拌1～3h后，加入异氰酸酯化合物质量0.005倍的异辛酸亚锡，反应22～26h后，升温至112℃，300rpm搅拌2～4h，得金刚烷化合物；

15、c、将金刚烷化合物、1，3-丙二醇、二月桂酸二丁基锡按质量比1∶0.3∶0.001～1∶0.5∶0.001混合，升温至100℃，100rpm搅拌30～40min后，氮气氛围下，升温至190℃，继续搅拌2～4h后，降温至160℃，继续搅拌30～44min得醇化物；

16、d、将醇化物、甲苯按质量比1∶4～1∶8混合，加热至48℃，加入醇化物质量0.3～0.5倍的钛酸四丁酯、醇化物质量2～5倍的甲苯，反应4～6h后，升温至112℃，300rpm搅拌3～5h得硅钛化合物；

17、e、将硅钛化合物、2-羟基间苯二甲酸、对苯二甲酸、二月桂酸二丁基锡按质量比1∶0.8∶0.1∶0.001～1∶1.1∶0.3∶0.001混合，升温至110℃，保温40～50min后，升温至190℃，保温1～3h后，升温至240℃，保温2～4h后，降温至220℃，抽真空18～30min，冷却至室温，得树脂初料；

18、f、将氯铂酸、异丙醇、树脂初料按质量比1∶218∶100～1∶327∶180混合，置于45～55℃的油浴锅中，加入树脂初料质量0.2～0.4倍的丙烯醇，反应5～8h后，升温至85℃，300rpm搅拌1.5～3h得耐热树脂。

19、进一步的，步骤(3)所述改性纳米纤维的制备方法为：

20、a、将石墨烯纳米纤维、去离子水按质量比1∶290～1∶330混合，加入氨水至溶液ph为8～9，25khz超声55～68min后，加热至60℃，加入石墨烯纳米纤维质量0.8～1.5倍的2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷丙氧基)二苯酮、石墨烯纳米纤维质量15.2～28.5倍的无水乙醇中，反应5～7h后，18000rpm离心8～12min，取固体，得预处理纳米纤维；

21、b、将预处理纳米纤维、乙腈、碳酸铯、二氟氯乙酸钠按质量比1∶6∶2∶0.9～1∶10∶2∶1.3混合，升温至80℃，反应8～10h后，冷却至室温，加入预处理纳米纤维质量10～20倍的去离子水，搅拌均匀后，抽滤，60℃干燥12h得改性纳米纤维。

22、进一步的，步骤a所述石墨烯纳米纤维的制备方法为：将氧化石墨烯分散于氧化石墨烯质量1000倍的去离子水中，25khz超声54～66min，电压为16kv、纺丝速率为0.8ml/h、纺丝距离为15cm下静电纺丝。

23、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

24、本发明在ptc陶瓷加热器表面依次进行第一次喷涂处理、沉积处理、二次喷涂、烘烤，构建多层复合结构涂层，以实现抗湿、耐腐蚀、耐高温的效果。

25、首先，本发明利用对氯苯基甲基二乙氧基硅烷的氯离子与氰酸钾反应，形成异氰酸酯基团，然后与3-甲基-1-金刚烷醇的羟基反应，引入耐热的金刚烷基团，可以避免耐热树脂侧链基团的降解，从而提高涂层的耐高温性；对氯苯基甲基二乙氧基硅烷的乙氧基与1，3-丙二醇的羟基反应，在硅烷分子链中引入羟基，然后对氯苯基甲基二乙氧基硅烷未反应完全的硅氧烷水解形成硅羟基，与钛酸四异丙酯的酯基缩合，钛原子与硅烷分子链中的氧原子形成键能更高的共价键，抑制耐热树脂的热降解，提高涂层的耐高温性能；然后羟基与2-羟基间苯二甲酸、对苯二甲酸的羧基聚合，并且对氯苯基甲基二乙氧基硅烷的硅氢键与丙烯醇的双键反应，形成耐热树脂，在高温环境下，表面会形成一层致密的二氧化硅保护层，抑制涂层进一步热解，同时隔绝热氧化降解所需要的氧气，阻止树脂涂层结构的分解；此外，随苯基含量的增加，涂层的耐高温性能也随之提高。

26、其次，进行第一次喷涂处理，向加热器表面喷涂硝酸镍，然后进行沉积处理，在硝酸镍的催化下，加热器表面定向生长出碳纳米管，构建导热路径，同时还能作为隔离层，防止腐蚀介质和水分的渗透；然后利用2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷丙氧基)二苯酮的硅氧键，接枝于石墨烯纳米纤维上，然后二氟氯乙酸钠与2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷丙氧基)二苯酮的羟基反应，获得改性纳米纤维，引入二氟甲氧基，能够在涂层表面形成低表面能的疏水结构，提高涂层的抗湿、耐腐蚀效果；接着进行第二次喷涂处理，喷涂耐热树脂和改性纳米纤维的混合物，再进行等离子体辅助烘烤处理，等离子体在碳纳米管表面引入大量合氧官能团，促使熔融状态下的耐热树脂铺展和渗入碳纳米管表面孔隙中，形成紧密的化学交联结构，同时改性纳米纤维的氟原子与耐热树脂侧链上的羟基热交联，抑制分子链的热运动，提高涂层的耐高温性，并且三者相互交联，形成致密的涂层结构，且石墨烯和碳纳米管的疏水结构，有效隔绝腐蚀介质和水汽，提高涂层的抗湿和耐腐蚀效果，此外，在耐热树脂的作用下，石墨烯纳米纤维和碳纳米管相互搭接，形成导热回路，提高涂层的导热性能。