一种梯度导电涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种梯度导电涂层，包括高聚物基料、碳材料和固化剂，碳材料为碳黑或碳纳米管，高聚物基料为环氧树脂、不饱和树脂或聚氨酯。其制备方法为：首先，制备碳材料底层，并对基体表面进行喷砂预处，之后将碳材料底层涂刷在基体表面；待基体表面的成膜物质10％～30％固化时，依次将碳材料中层和上层涂刷在基体表面，最后，将涂层进行沉降固化，即可。该方法保证了导电粒子在涂层中均匀分散，使涂层不产生蜂窝或气孔，涂层的粘结强度高，且在导电介质含量较小的情况下也能导电，提高了基体的防腐效果。

【技术实现步骤摘要】
一种梯度导电涂层及其制备方法
本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种梯度导电涂层，还涉及该导电涂层的制备方法。
技术介绍
在石油化工设备表面涂覆导电涂层，可以防止设备腐蚀，还可防止由静电产生火花引起的着火，由于导电涂层必须具有防腐功能，一般来说，涂层越厚耐腐蚀性越好，因此，在金属表面涂覆防腐涂层时一般涂刷2-3遍，以保证涂层的厚度。但导电涂层不同于一般的有机涂料，它主要是以具有防腐作用的非金属高聚物作为成膜物质，金属粒子或碳物质作为导电介质填充在高聚物中，在高聚物凝固以后，形成含有导电粒子的高聚物涂层，达到导电防腐的效果。这些导电的金属粒子或碳物质大多数为Cu粉末、Ag粉末、碳黑、碳纤维和碳纳米管，由于金属粒子的比重较大，当其与有机的高聚物混合后，容易产生沉淀，特别是在涂刷施工过程中，由于重力作用容易沉淀在涂层的底部，沉淀在底部后使涂层与基体的粘接强度降低，涂层容易起皮、脱落；除此之外，导电的金属粒子沉积在涂层的底部，涂层表面不含或含有很少的导电粒子，使涂层的导电性很难达到标准要求。使用碳纤维作为导电介质，碳纤维容易露在涂层外边，形成毛刺，使涂层表面不光滑。鉴于以上实际问题，大多数石油化工防腐导电涂料使用的导电介质为碳黑或碳纳米管，碳黑或碳纳米管直径较小、比重轻，在涂料中的添加较小量就能达到导电要求，同时，由于碳黑和碳纳米管为碳材料，它对一般的腐蚀性介质都具有防腐作用。但是，碳黑或碳纳米管由于粒径小、表面能高、很容易团聚，团聚后的碳黑或碳纳米管质量增大，在涂料施工时也会产生沉淀，沉淀后使涂层底部导电粒子增多，表面的导电粒子减少，达不到导电要求，为了解决这类问题，则需要添加较多的碳黑或碳纳米管导电粒子，而当导电碳黑或碳纳米管添加过量后，一方面使有机高聚物粘度增大，不便施工；另一方面团聚物增加，使涂层产生蜂窝或气孔，影响涂层的防腐效果，特别对于较厚的防腐涂层，涂层底部产生蜂窝状更明显，导致涂层发脆和粘结力大大降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种梯度导电涂层，解决了现有导电涂层中导电粒子分散不均匀、粘结度低的问题。本专利技术的另一目的是提供上述梯度导电涂层的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种梯度导电涂层，包括高聚物基料、碳材料和固化剂；碳材料为碳黑或碳纳米管；高聚物基料为环氧树脂、不饱和树脂或聚氨酯。本专利技术所采用的另一个技术方案是，一种梯度导电涂层的制备方法，具体按以下步骤实施：步骤1，制备碳材料底层：将质量比为1：0.1～0.15：0.005～0.006的高聚物基料、稀释剂和碳材料混合均匀，之后加入固化剂，搅拌3min～5min，得到碳材料底层；步骤2，对基体表面进行喷砂预处理；步骤3，将经步骤1后得到的碳材料底层涂刷在步骤2中预处理后的基体表面；步骤4，制备碳材料中层：将质量比为1：0.1～0.15：0.008～0.009的高聚物基料、稀释剂和碳材料混合均匀，之后加入固化剂，搅拌3min～5min，得到碳材料中层；步骤5，当步骤3中基体表面的成膜物质10％～30％固化时，将步骤4中得到的碳材料中层涂刷在步骤3中的基体表面；步骤6，制备碳材料上层：将质量比为1：0.1～0.15：0.009的高聚物基料、稀释剂和碳材料混合均匀，之后加入固化剂，搅拌3min～5min，得到碳材料上层；步骤7，待步骤4中基体表面的成膜物质10％～30％固化时，将步骤6中得到的碳材料上层涂刷在步骤5中的基体表面；步骤8，沉降固化：将制备7得到的涂层在室温条件下固化3h，即得到梯度导电涂层。本专利技术的特点还在于，步骤1、步骤4和步骤6中，碳材料均为碳黑或碳纳米管；高聚物基料均为环氧树脂、不饱和树脂或聚氨酯。步骤1、步骤4和步骤6中，混合时，均采用机械搅拌，搅拌时间为1h～2h；或者均采用超声波振动，振动时间为1h～2h。步骤2中，具体步骤为：对基体表面进行喷砂粗化处理，喷砂压力为0.4MPa～0.7MPa，磨料为16目～18目金刚砂，之后采用高压气吹掉基体表面的浮灰。步骤3、步骤5和步骤7中，涂层厚度均控制在0.1mm～0.3mm。本专利技术的有益效果是，该方法保证了导电粒子在涂层中均匀分散，使涂层不产生蜂窝或气孔，涂层的粘结强度高，且在导电介质含量较小的情况下也能导电，提高了基体的防腐效果。附图说明图1是本专利技术方法制备的单层碳纳米管TEM图；图2是本专利技术方法制备的两层碳纳米管TEM图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种梯度导电涂层，包括高聚物基料、碳材料和固化剂；碳材料为碳黑或碳纳米管；高聚物基料为环氧树脂、不饱和树脂或聚氨酯。本专利技术一种梯度导电涂层的制备方法，具体按以下步骤实施：步骤1，制备碳材料底层：将质量比为1：0.1～0.15：0.005～0.006的高聚物基料、稀释剂和碳材料混合均匀，之后加入固化剂，搅拌3min～5min，得到碳材料底层；碳材料为碳黑或碳纳米管；高聚物基料为环氧树脂、不饱和树脂或聚氨酯；混合时，采用机械搅拌，搅拌时间为1h～2h；或者采用超声波振动，振动时间为1h～2h；步骤2，对基体表面进行喷砂预处理：对基体表面进行喷砂粗化处理，喷砂压力为0.4MPa～0.7MPa，磨料为16目～18目金刚砂，之后采用高压气吹掉基体表面的浮灰；步骤3，将经步骤1后得到的碳材料底层涂刷在步骤2中预处理后的基体表面，涂层厚度控制在0.1mm～0.3mm；步骤4，制备碳材料中层：将质量比为1：0.1～0.15：0.008～0.009的高聚物基料、稀释剂和碳材料混合均匀，之后加入固化剂，搅拌3min～5min，得到碳材料中层；碳材料为碳黑或碳纳米管；高聚物基料为环氧树脂、不饱和树脂或聚氨酯；混合时，采用机械搅拌，搅拌时间为1h～2h；或者采用超声波振动，振动时间为1h～2h；步骤5，当步骤3中基体表面的成膜物质10％～30％固化时，即稀释剂挥发完毕，表面处于半干状态，表面涂料不流淌，手指按压有轻微粘手时，将步骤4中得到的碳材料中层涂刷在步骤3中的基体表面，涂层厚度控制在0.1mm～0.3mm；步骤6，制备碳材料上层：将质量比为1：0.1～0.15：0.009的高聚物基料、稀释剂和碳材料混合均匀，之后加入固化剂，搅拌3min～5min，得到碳材料上层；混合时，采用机械搅拌，搅拌时间为1h～2h；或者采用超声波振动，振动时间为1h～2h；步骤7，待步骤4中基体表面的成膜物质10％～30％固化时，即稀释剂挥发完毕，表面处于半干状态，表面涂料不流淌，手指按压有轻微粘手时，将步骤6中得到的碳材料上层涂刷在步骤5中的基体表面，涂层厚度控制在0.1mm～0.3mm；步骤8，沉降固化：将制备7得到的涂层在室温条件下固化3h，即得到梯度导电涂层。本专利技术中的高聚物基料所采用的固化剂为常规的环氧树脂、不饱、树脂或聚氨酯所对应固化剂，其用量配比与导电碳材料含量无关。利用本专利技术方法制备的单层碳纳米管TEM图，如图1所示，图中碳纳米管的含量为0.5wt.％，由图1可知，当只有一层时，顶部碳纳米管较少，底部的碳纳米管较多，碳纳米管在涂层中分布不匀，底部较多的碳纳米管使涂料的粘结强度较差，顶部较少的碳纳米管使涂料的导电性较差，因此0.5wt.％的碳黑或碳纳米管是不能成功制备出导电涂料，若加大导电粒子含量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯度导电涂层，其特征在于，包括高聚物基料、碳材料和固化剂；所述碳材料为碳黑或碳纳米管；所述高聚物基料为环氧树脂、不饱和树脂或聚氨酯。

【技术特征摘要】
1.一种梯度导电涂层，其特征在于，包括高聚物基料、碳材料和固化剂；所述碳材料为碳黑或碳纳米管；所述高聚物基料为环氧树脂、不饱和树脂或聚氨酯。2.一种梯度导电涂层的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，制备碳材料底层：将质量比为1：0.1～0.15：0.005～0.006的高聚物基料、稀释剂和碳材料混合均匀，之后加入固化剂，搅拌3min～5min，得到碳材料底层；步骤2，对基体表面进行喷砂预处理；步骤3，将经步骤1后得到的碳材料底层涂刷在步骤2中预处理后的基体表面；步骤4，制备碳材料中层：将质量比为1：0.1～0.15：0.008～0.009的高聚物基料、稀释剂和碳材料混合均匀，之后加入固化剂，搅拌3min～5min，得到碳材料中层；步骤5，当步骤3中基体表面的成膜物质10％～30％固化时，将步骤4中得到的碳材料中层涂刷在步骤3中的基体表面；步骤6，制备碳材料上层：将质量比为1：0.1～0.15：0.009的高聚物基料、稀释剂和碳材料混合均匀，之后加入固化剂，搅拌3min～5min...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯拉俊，王芳芳，马会妮，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61