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王疆  廣東省東莞電子材料有限公司

TMOV 用環氧粉末涂料的研發與應用

導讀：由溫度保護型壓敏電阻TMOV上使用的環氧粉末涂料入手, 分析了環氧樹脂粉末涂料的性能和特點, 闡述環氧粉末涂料的研發和應用。

環氧粉末涂料的制造工藝包括干法和濕法; 分析了粉末涂料中環氧樹脂的合成和改性研究及其環氧樹脂的固化。

壓敏電阻具有流通量大、反應迅速的特點, 廣泛應用于電源防雷中涂料在線coatingol.com。TMOV 表示溫度保護型壓敏電阻, 在壓敏電阻過熱時, 迅速切斷電源, 防止壓敏電阻自燃。

傳統使用的方法是在壓敏電阻支路并聯保險絲, 但這種方法要求壓敏電阻和溫度保險絲具有良好的熱耦合, 設計比較困難。

現在采用的方法是將溫度保險絲集成到壓敏電阻內, 再采用環氧型粉末涂料進行封裝。環氧粉末涂料在這里主要起到耐高溫、增強絕緣性的作用。

環氧樹脂具有收縮率低、黏結性好、電氣絕緣和耐化學品性能突出并且無毒等優點, 在電子元器件封裝和電器絕緣部件的制造方面是不可缺少的材料。

1 環氧粉末涂料的研發

1.1 粉末涂料制造工藝

粉末涂料有兩類制造方法: 干法和濕法。干法包括干混合法和熔融混合法, 主要制造工藝流程如圖1所示; 濕法包括蒸發法、噴霧干燥法和沉淀法,主要制造工藝流程見圖2。

目前, 國內外粉末涂料廣泛采用的制造工藝是熔融擠出混合法。包括預混合熔融擠出混合冷卻破碎細粉碎分級過篩等工序。

其中, 熔融擠出混合和細粉碎是關鍵, 熔融擠出混合使用阻尼(捏合) 式單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機。

隨著粉末涂料向薄涂層化發展, 要求粉碎的粒度小和分布窄, 目前廣泛采用的ACM 粉碎機需要進一步的改進 。

1.2 粉末涂料用環氧樹脂

環氧樹脂是在一個分子中具有兩個以上的性能活潑的環氧基的化合物, 目前大量應用的最典型物質是以雙酚A 做骨架的物質。

這種樹脂實質上是由低相對分子質量的二環氧甘油醚及雙酚A 與部分高相對分子質量聚合物在一起組成的。

實驗發現, 環氧氯丙烷:雙酚A 的物質的量比為1 : 2時,二環氧甘油醚的產率低于10% , 因此實際上環氧氯丙烷的用量為化學計量的2 ~ 3倍。環氧氯丙烷與雙酚A 的物質的量比的變化及反應見圖3。

圖3是一步法制造環氧樹脂, 用于中低相對分子質量環氧樹脂的合成, 高相對分子質量環氧樹脂的合成方法較多, 可以采用一步法或者兩步法。

兩步法是指低相對分子質量樹脂繼續與雙酚A 反應。電子工業的發展, 對環氧粉末涂料提出了越來越高的要求。

環氧涂料軟焊開裂就是制約電子產品性能的因素之一, 開發高耐熱、低吸水性、低膨脹系數、低固化收縮的環氧化合物成為研究的目標。關于這些參數的改性研究途徑很多, 下面介紹幾種類型的改性 。

1.2.1 聚氨酯增韌

這種方法通常采取帶羥基的環氧化合物與聚氨酯預聚物加成接枝的化學共混或環氧樹脂中加入端羥基聚氨酯的物理共混的方法, 固化時有相分離, 但不網絡互穿。

可以做成IPN 聚合物, 在環氧基固化的同時, 異氰酸酯基與環氧固化新產生的羥基反應或者與另外加入的多醇聚合, 從而形成互穿網絡或半互穿網絡結構, 從而具有優良的機械性能和阻尼特性。

1.2.2 丙烯酸酯改性

在環氧樹脂中加入多官能團丙烯酸酯, 丙烯酸酯起增韌、釋稀雙重作用, 提高了環氧樹脂的工藝性能。

1.2.3 氰酸酯改性

氰酸酯樹脂固化物具有非常優異的介電性能、耐熱性能和極低的吸水率。在樹脂中加入氰酸酯可降低羥基濃度, 提高交聯密度, 降低吸水率, 改善電性能。

1.2.4 引入液晶結構

液晶熱固性聚合物( LCT)集液晶聚合物和熱固性高分子的性質于一體, 同時提高了環氧樹脂的強度、模量、韌性和玻璃化轉變溫度。環氧/雙氰雙胺固化體系設計合成促進劑取代脲, 增強了增韌的效果。

1.3 環氧樹脂的固化

環氧樹脂是熱塑性材料, 需要與固化劑進行固化反應, 轉變為熱固性材料。固化劑主要是含活潑氫原子的化合物或樹脂, 如多元胺、多元酸、氨基樹脂、酚醛樹脂等。

一般情況下, 環氧樹脂和固化劑每分子含有至少2個活性中心。固化反應產生立體網狀結構, 使環氧樹脂成為熱固性高分子涂膜。

固化劑的條件:

1. 與環氧樹脂相容; 

2. 室溫下是潛伏的, 制成的粉末涂料在常溫下性能穩定;

3. 熔混時, 固化劑仍能保持潛伏性, 只有溫度達到一定值且樹脂在熔化流平并潤濕工件時, 固化反應才開始進行;

4. 常溫下為固體, 可粉碎成細粉, 以便均勻混料;5. 固化時不揮發, 環保安全。

2 環氧粉末涂料的應用

2.1 環氧粉末涂料在電工產品中的應用

環氧粉末涂料廣泛應用于電機、電器和無線電器件的熔敷絕緣。目前, 環氧樹脂粉末涂料在電工絕緣上的應用范圍主要包括: 

1.鐵芯絕緣: 微電機定子、轉子的槽絕緣及磁極鐵芯絕緣; 

2.導體絕緣: 高壓電器匯流銅排母線、轉子銅排線圈、磁極線圈、變壓器線圈、電磁線涂覆等絕緣、直流電機整流子換向器升高片等; 

3. 帶有絕緣線圈的涂封絕緣層, 如電機線圈端部、洗衣機進水閥線圈等的涂包絕緣;

4. 電子元器件包封, 如電容、電阻元器件、印制電路板涂封等。

2.2 環氧粉末涂料在汽車行業的應用

隨著環氧粉末涂料技術水平的提升, 以及新的應用、施工技術的發展, 環氧粉末涂料在汽車等行業的應用日趨廣泛。

粉末涂料在汽車面漆和車身底漆上的用量最大, 汽車采用粉末底涂效果很好。

近年來粉末涂料生產商正在開發涂膜平整、耐久性好、滿足客戶現有要求的木材用粉末涂料和汽車面漆, 汽車罩上用粉末涂料、木材和塑料用粉末涂料都是環氧粉末涂料最具活力的潛在市場。

2.3 環氧粉末涂料在管道工程中的應用

管道的使用壽命在很大程度上取決于鋼管的防腐能力, 采用良好的涂敷材料和涂敷方法可以使管道使用壽命延長。

上世紀50年代以前, 防腐涂層采用的材料主要是煤焦油瓷漆等材料, 但這些材料存在很多缺點, 使用范圍具有一定的局限性。

環氧粉末涂料的誕生使管道防護技術產生了一個飛躍。目前, 單層重防腐環氧粉末涂料及重防腐環氧粉末涂料作為底層的三層防腐結構相結合的方法, 能最大限度地保護管道, 阻緩管道腐蝕。

3 結束語

環氧粉末涂料已經在電子工業、汽車業等多個領域廣泛應用。環氧粉末涂料相比傳統的涂料而言, 具有多種優勢, 其中最大的優勢就是環保無污染, 能保證人們的健康。

在環氧粉末涂料研究中, 環氧樹脂的改性研究是現在研究的方向之一。通過改性可以使涂料具有不同的性能, 滿足不同的使用要求。