專利名稱：高分子復(fù)合電熱材料、其制備方法、以及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種高分子復(fù)合電熱材料、其制備方法、以及其用途。這種高分子復(fù)合電熱材料屬于低溫電熱材料，在O 160°C以內(nèi)的低溫加熱領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
背景技術(shù)：
眾所周知，在電熱材料應(yīng)用領(lǐng)域利用電熱合金絲進(jìn)行加熱已具有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史了。但因其電熱轉(zhuǎn)換效率低，僅50% 70%、易氧化變脆而斷裂、抗震性能差等缺點(diǎn)，加之其功率密度極大，只適合在高溫加熱或中高溫加熱領(lǐng)域應(yīng)用，且只適合在加熱空間相對(duì)較小、加熱目的物相對(duì)固定和電熱材料易于維護(hù)和更換的場(chǎng)合。為了克服電熱合金絲的缺點(diǎn)，許多學(xué)者和研究人員進(jìn)行了廣泛的研究和探討，開發(fā)出了多種電熱材料，以滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用；尤其在有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)型高分子導(dǎo)電材料和復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料的發(fā)現(xiàn)，使電加熱領(lǐng)域得以迅猛、快速發(fā)展，且應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，甚至發(fā)展并觸及到了我們生活的方方面面。結(jié)構(gòu)型高分子導(dǎo)電材料是以具有共軛雙鍵的高分子材料，經(jīng)摻雜制備的高性能導(dǎo)電材料，其導(dǎo)電率、性能優(yōu)異，有些材料的電導(dǎo)率甚至超過金屬材料，但其成本昂貴、加工困難，大規(guī)模商品化應(yīng)用仍存在眾多技術(shù)難題。復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料是以高分子聚合物為連續(xù)相，以無機(jī)導(dǎo)電粉末(碳黑、石墨、金屬等)、導(dǎo)電纖維(碳纖維、金屬纖維)、碳納米管等為分散相，按不同的原材料及配方，經(jīng)過相應(yīng)的加工工藝制造而成的。它大概可以表現(xiàn)為導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電油墨、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電粘接劑等形式。上述形式的復(fù)合導(dǎo)電材料有其各自的特點(diǎn)以及適用性。例如， 導(dǎo)電橡膠和導(dǎo)電塑料主要用作抗靜電和電磁屏蔽制品，當(dāng)作為電熱材料使用時(shí)，由于這兩種材料的耐溫性能有限，致使其只適合在0 100°C以內(nèi)的范圍工作，且極易因過熱而使電氣性能衰減；眾所周知任何材料的熱阻是與其厚度成正比的，由于導(dǎo)電橡膠和導(dǎo)電塑料很難加工成薄膜狀，因此，其電熱轉(zhuǎn)換效率必然會(huì)隨材料厚度的增加而降低。導(dǎo)電粘接劑是為了高性能電氣連接而制備的，它具備的特性應(yīng)是高電導(dǎo)率、高導(dǎo)熱性和高粘接性能。導(dǎo)電油墨非常適合制作膜狀電熱材料，但它由于制作工藝(印刷方式)及其材料結(jié)構(gòu)的原因，使其存在一些不足之處。如，對(duì)承載基材表面的平整度要求較嚴(yán)、有效發(fā)熱區(qū)域非100%、導(dǎo)電油墨的印刷量可調(diào)范圍較窄使其產(chǎn)品電熱性能的可調(diào)性較弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種厚度為0. 2 2mm、電阻值范圍易于調(diào)整、適用電壓(交流、直流)范圍廣泛、電熱轉(zhuǎn)換率高、 適用于0 160°C范圍以內(nèi)的低溫加熱應(yīng)用的高分子復(fù)合電熱材料及其制備方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)—種高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，包括高分子復(fù)合電熱涂料和承載這種涂料的基材，所述高分子復(fù)合電熱涂料包括100重量份的高分子樹脂基料、1 50重量份的導(dǎo)電填料、1 30重量份的助劑和100 600重量份的溶劑；所述基材為薄的、柔性的且適合于涂覆涂料性物體的材料。所述基材為塑料薄膜、玻璃纖維布、無紡布、化纖布或棉本色布。所述高分子復(fù)合電熱涂料包括的高分子樹脂基料選自環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、聚碳酸酯樹脂。所述高分子復(fù)合電熱涂料包括的導(dǎo)電填料選自導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電石墨、碳纖維、金屬粉、金屬纖維中的一種或兩種以上。所述的導(dǎo)電碳黑為導(dǎo)電填料中的必要成分(在本發(fā)明中也稱作主導(dǎo)電填料)，其余均為輔助導(dǎo)電填料。所述的導(dǎo)電碳黑為特導(dǎo)電碳黑、超導(dǎo)電碳黑或乙炔碳黑，且在高分子復(fù)合電熱涂料中的配合量為相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料不得少于3重量份，優(yōu)選的配合量為 3 35重量份，進(jìn)一步優(yōu)選的配合量為5 28重量份。所述的輔助導(dǎo)電填料中的導(dǎo)電石墨平均粒徑是介于1 50μπι之間，其在高分子復(fù)合電熱涂料中的配合量為相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料為0 45重量份，優(yōu)選的配合量為0 32重量份，進(jìn)一步優(yōu)選的配合量為0 25重量份。所述高分子復(fù)合電熱涂料包括的助劑為偶聯(lián)劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、分散劑、潤(rùn)滑劑和其它助劑的一種或兩種以上。所述的偶聯(lián)劑為KH550、KH570、A151、0FS-6020、DL602中的一種或兩種以上，其在
高分子復(fù)合電熱涂料中的配合量為相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料為0. 1 10重量份，優(yōu)選的配合量為0. 3 6重量份，進(jìn)一步優(yōu)選的配合量為0. 5 3重量份。所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯或二苯甲酸二乙二醇酯， 其在高分子復(fù)合電熱涂料中的配合量為相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料為0. 1 20 重量份，優(yōu)選的配合量為1 15重量份，進(jìn)一步優(yōu)選的配合量為3 12重量份。所述的分散劑為非離子表面活性劑，選自Tween20、Tween40、Tween60或Tween80， 其在高分子復(fù)合電熱涂料中的配合量為相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料為0. 1 10 重量份，優(yōu)選的配合量為0. 1 6重量份，進(jìn)一步優(yōu)選的配合量為0. 3 3重量份。本發(fā)明高分子復(fù)合電熱涂料中的非離子表面活性劑對(duì)主導(dǎo)電填料、輔助導(dǎo)電填料和所述其它助劑的金屬氧化物有著非常好的潤(rùn)濕和分散作用，在與潤(rùn)滑劑如硬脂酸的配合作用下，既能縮短制備高分子復(fù)合電熱涂料的時(shí)間，也能使電熱涂料均勻分布的狀態(tài)保持更長(zhǎng)的時(shí)間。詳細(xì)情況可見實(shí)施例1和對(duì)比例1。所述的潤(rùn)滑劑為石蠟、聚乙烯蠟或硬脂酸，其在高分子復(fù)合電熱涂料中的配合量為相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料為0. 1 10重量份，優(yōu)選的配合量為0. 5 7重量份，進(jìn)一步優(yōu)選的配合量為0. 8 5重量份。所述的其它助劑為鈣、鎂、鋁、錫、鋅、鈦、鋇金屬氧化物的一種或幾種的組合物，其純度應(yīng)為95%以上，在高分子復(fù)合電熱涂料中的配合量為相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料為0. 1 20重量份，優(yōu)選的配合量為0. 5 15重量份，進(jìn)一步優(yōu)選的配合量為1 8
重量份。上述其它助劑的金屬氧化物借助其具備半導(dǎo)體的特性，在高分子復(fù)合電熱涂料中可協(xié)同配合主、輔導(dǎo)電填料，提高本發(fā)明高分子復(fù)合電熱材料的電性能。詳細(xì)情況可見實(shí)施例4和對(duì)比例2。
所述高分子復(fù)合電熱涂料包括的溶劑選自甲苯、二甲苯、丙酮、甲乙酮、乙醇、丙醇、醋酸乙酯、醋酸丁酯。所述基材中，玻璃纖維布、化纖布或棉本色布可以是預(yù)織入電極基材，所述預(yù)織入電極基材在其織布過程中，用導(dǎo)電細(xì)絲成組取代上述織物指定位置的經(jīng)向纖維而成；所述導(dǎo)電細(xì)絲選自金屬纖維、金屬絲復(fù)合棉紗或金屬細(xì)絲，直徑為0. 03 0. 5mm ；所述成組為5 100棵導(dǎo)電細(xì)絲緊鄰并排組成一組，每一組導(dǎo)電細(xì)絲構(gòu)成所述的高分子復(fù)合電熱材料的一條導(dǎo)電電極；所述導(dǎo)電電極的寬度為3 15mm，在所述預(yù)織入電極基材上是以2的倍數(shù)成對(duì)出現(xiàn)，每對(duì)電極外沿的距離(右側(cè)電極的右邊與左側(cè)電極的左邊之間的距離)為 30 600mm。具有預(yù)織入電極基材的結(jié)構(gòu)可見圖1。本發(fā)明通過對(duì)預(yù)織入電極基材結(jié)構(gòu)的靈活調(diào)整，如，改變每對(duì)電極外沿的距離，即可使把一種配方的高分子復(fù)合電熱涂料，以同樣的涂布量施加在相同面積所述基材上，而獲得具有不同電阻值的高分子復(fù)合電熱材料。此外，對(duì)預(yù)織入電極基材纖維直徑、導(dǎo)電細(xì)絲直徑的調(diào)整以及上述織物經(jīng)向和緯向纖維密度的調(diào)整，可方便獲得不同厚度以及不同高分子復(fù)合電熱涂料承載量的高分子復(fù)合電熱材料。本發(fā)明的高分子復(fù)合電熱材料是純電阻性材料，通電時(shí)流經(jīng)材料的電流幾乎全部轉(zhuǎn)化為焦耳熱，并無光能和電感性損耗；此外，本發(fā)明的高分子復(fù)合電熱材料厚度大大小于導(dǎo)電橡膠和導(dǎo)電塑料，發(fā)出的熱量能更有效地散發(fā)出來，再者，其有效發(fā)熱區(qū)域?yàn)?00%，因此，具有更高的電熱轉(zhuǎn)換率。上述若干特點(diǎn)再加上對(duì)高分子復(fù)合電熱涂料配方的靈活調(diào)整，更能充分體現(xiàn)了本發(fā)明所述高分子復(fù)合電熱材料電阻值范圍便于調(diào)整、材料厚度易于改變、適用電壓范圍廣泛、電熱轉(zhuǎn)換率高的多種優(yōu)勢(shì)，使之適用于0 160°C范圍以內(nèi)的低溫加熱的廣泛應(yīng)用。所述的高分子復(fù)合電熱材料的制作方法包括以下步驟a)準(zhǔn)確稱取導(dǎo)電填料置于容器中，并依次加入經(jīng)準(zhǔn)確稱量的助劑和足以充分浸潤(rùn)上述導(dǎo)電填料和助劑的量的部分溶劑；b)經(jīng)充分浸潤(rùn)后，準(zhǔn)確加入成溶液狀態(tài)的高分子樹脂基料，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)財(cái)嚢?；c)加入剩余的溶劑，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使各組分得于充分混合；d)用高剪切分散乳化機(jī)對(duì)上述混合物進(jìn)行高速分散與研磨，時(shí)間15 30分鐘，制得高分子復(fù)合電熱涂料；e)將高分子復(fù)合電熱涂料均勻地涂覆在所述的基材上，涂覆量以濕重計(jì)為50 600g/m2,經(jīng)60 120°C溫度的烘烤，時(shí)間3 30分鐘，即得到高分子復(fù)合電熱材料。為了使測(cè)試本發(fā)明不同型號(hào)規(guī)格的高分子復(fù)合電熱材料標(biāo)準(zhǔn)化，本發(fā)明把高分子復(fù)合電熱材料的測(cè)試樣品尺寸統(tǒng)一定為IOX 10cm，并使用如圖2所示的方式進(jìn)行電阻值測(cè)量。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)便，產(chǎn)品具有良好的物理性能以及方便、易調(diào)的電氣性能，特別適合于0 160°C范圍以內(nèi)低溫加熱的應(yīng)用。其主要技術(shù)指標(biāo)為a)寬度20 600mm ；b)長(zhǎng)度50 8000mm ；c)厚度0· 2 2. Omm ；d)正常工作溫度0 160°C ；
e)電阻值100 40000 Ω/10 X 10cm。


圖1為本發(fā)明高分子復(fù)合電熱材料預(yù)織入電極基材的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為測(cè)試高分子復(fù)合電熱材料試樣電阻值的示意圖。圖3為600W/m2樣品膜片(100X25cm)通電溫升變化圖。圖4為150W/m2樣品膜片(50X50cm)通電溫升變化圖。圖5為250W/m2樣品膜片(50 X 25cm)通電溫升變化圖。圖6為200W/m2樣品膜片(100X25cm)持續(xù)通電阻值變化圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例及對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。在以下各實(shí)施例中，各組分的配合量均為重量份。有必要指出的是以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1為本發(fā)明的預(yù)織入電極基材的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，預(yù)織入電極基材1為玻璃纖維布、化纖布或棉布，電極帶2為金屬纖維、金屬絲復(fù)合棉紗或金屬細(xì)絲。圖2為測(cè)試高分子復(fù)合電熱材料試樣電阻值以及通電溫升的示意圖，如圖所示， 試樣4為涂覆了高分子復(fù)合電熱涂料的基材，尺寸為100X IOOmm ；電極5、6、7、8為紫銅板鍍錫或鋅，尺寸為100 X 6 X 3mm,電極5和6以及7和8通過導(dǎo)線11做可靠的電氣連接并夾住4的相對(duì)兩側(cè)的邊沿，且其外沿與4外沿平齊；導(dǎo)線9、10用于測(cè)試試樣4電阻值的引線。實(shí)施例11)高分子復(fù)合電熱涂料的配方按重量份計(jì)如下所示聚氨酯樹脂(NIPP0LAN2301, Nippon Polyurethane Industry Co.，Ltd.) 100份， 乙炔碳黑5. 3份，氧化鎂(純度> 95% ) 3. 5份，氧化鋅(純度> 95% ) 3. 5份，鄰苯二甲酸二辛酯9份，硬脂酸1.8份，分散劑(Tween20)0.8份，溶劑(醋酸乙酯，純度> 95% )270 份。2)高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法如下a)準(zhǔn)確稱取導(dǎo)電填料(乙炔碳黑)、其它助劑(氧化鎂、氧化鋅)、分散劑 (Tween20)、增塑劑(鄰苯二甲酸二辛酯)和潤(rùn)滑劑(硬脂酸)置于容器中；b)稱取約三分之二溶劑(醋酸乙酯)，加入上述容器中；c)上述物料經(jīng)充分浸潤(rùn)后，準(zhǔn)確稱量并加入高分子樹脂基料(聚氨酯樹脂)；d)加入剩余三分之一溶劑，進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁垢鹘M分得于充分混合；e)用高剪切分散乳化機(jī)對(duì)上述混合物進(jìn)行高速分散與研磨，時(shí)間25分鐘，制得高分子復(fù)合電熱涂料。3)高分子復(fù)合電熱材料的制作方法如下將上述電熱涂料均勻地涂覆在作為基材的21支紗棉本色布上，干燥前的涂覆量即以濕重計(jì)的涂覆量約為300g/m2，經(jīng)約80°C溫度的烘烤約10分鐘，即得到厚度約為0. 5mm 的高分子復(fù)合電熱材料。
4)高分子復(fù)合電熱材料試樣阻值的測(cè)試方法如下a)將步驟3)制成的高分子復(fù)合電熱材料裁成IOX IOcm規(guī)格；b)按圖2的方法，用電極5和6、7和8夾住電熱材料兩端的位置；c)用準(zhǔn)確度不低于0. 5%的數(shù)字萬用表測(cè)量導(dǎo)線9、10之間的電阻值并記錄。測(cè)試結(jié)果阻值R = 35. 5k Ω。電熱涂料放置一周后無明顯分層現(xiàn)象。對(duì)比例1對(duì)比例1的配方與實(shí)施例1相似，不同之處在于對(duì)比例1中潤(rùn)滑劑(硬脂酸)和分散劑(Tween20)的配合量均為0份。結(jié)果高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法中e)項(xiàng)需用約40分鐘的時(shí)間才將涂料分散均勻。電熱涂料放置M小時(shí)后已能明顯觀察到分層現(xiàn)象。實(shí)施例2至實(shí)施例5實(shí)施例2至實(shí)施例5的配方與實(shí)施例1相似，不同之處在于實(shí)施例2中乙炔碳黑的配合量為6份；實(shí)施例3中，乙炔碳黑為6份，導(dǎo)電石墨為6份；實(shí)施例4中，乙炔碳黑為 6份，導(dǎo)電石墨為10. 5份；實(shí)施例5中，乙炔碳黑為8份。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法和高分子復(fù)合電熱材料的制作方法以及試樣阻值的測(cè)試方法與實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果實(shí)施例2，阻值R = 10. 8k Ω ；實(shí)施例3，阻值R = 4310 Ω ；實(shí)施例4，阻值R = 3660 Ω ；實(shí)施例 5，阻值 R = 3560 Ω。對(duì)比例2對(duì)比例2的配方與實(shí)施例4相似，不同之處在于對(duì)比例2中其它助劑(氧化鎂、 氧化鋅)的配合量為0份。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法和高分子復(fù)合電熱材料的制作方法以及試樣阻值的測(cè)試方法與實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果對(duì)比例2，阻值R = 3750 Ω。其阻值比實(shí)施例4的阻值大90 Ω。實(shí)施例6、實(shí)施例7和實(shí)施例8實(shí)施例6、實(shí)施例7和實(shí)施例8的配方與實(shí)施例1相似，不同之處在于實(shí)施例6中乙炔碳黑的配合量為8份，導(dǎo)電石墨為12份；實(shí)施例7中，乙炔碳黑為20份，導(dǎo)電石墨為4 份；實(shí)施例8中，乙炔碳黑為18份，導(dǎo)電石墨為8份；此外，這三個(gè)實(shí)施例中，其它助劑(氧化鎂、氧化鋅)的配合量為4份，溶劑(醋酸乙酯)的配合量為260份。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法和高分子復(fù)合電熱材料的制作方法以及試樣阻值的測(cè)試方法與實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果實(shí)施例6，阻值R = 1310 Ω ；實(shí)施例7，阻值R = 440 Ω ；實(shí)施例8，阻值R = 400 Ω。實(shí)施例9高分子復(fù)合電熱涂料的配方按重量份計(jì)如下所示聚氨酯樹脂(WHT-6320，煙臺(tái)萬華聚氨酯股份有限公司)100份，乙炔碳黑21. 5份，
8導(dǎo)電石墨14份，氧化鎂(純度> 95% )3. 2份，氧化鋅(純度> 95% )3. 2份，鄰苯二甲酸二丁酯8份，硬脂酸1.6份，分散劑(Tween20)0.7份，溶劑(甲乙酮)350份。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法與實(shí)施例1相同。高分子復(fù)合電熱材料的制作方法與實(shí)施例1相似，不同之處在于實(shí)施例9中的烘烤溫度為120°C，時(shí)間約20分鐘。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法和高分子復(fù)合電熱材料的制作方法以及試樣阻值的測(cè)試方法與實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果阻值R = 350 Ω。實(shí)施例10高分子復(fù)合電熱涂料的配方按重量份計(jì)如下所示聚氨酯樹脂(NIPP0LAN 2301) 100份，乙炔碳黑8. 3份，氧化鎂(純度彡95% ) 3. 3 份，氧化鋅(純度> 95 % )3. 3份，鄰苯二甲酸二辛酯7. 5份，硬脂酸1. 5份，分散劑 (Tween20)0.6份，溶劑(醋酸乙酯，純度彡95% )240份。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法和高分子復(fù)合電熱材料的制作方法以及試樣阻值的測(cè)試方法與實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果阻值R = 2630 Ω。實(shí)施例11和實(shí)施例12實(shí)施例11和實(shí)施例12的配方與實(shí)施例10相似，不同之處在于實(shí)施例11中導(dǎo)電石墨為6. 5份；實(shí)施例12中，導(dǎo)電石墨為13. 3份；實(shí)施例12中，溶劑(醋酸乙酯)的配合量為200份。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法和高分子復(fù)合電熱材料的制作方法以及試樣阻值的測(cè)試方法與實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果實(shí)施例11，阻值R = 1320 Ω ；實(shí)施例12，阻值R = 860 Ω。實(shí)施例13高分子復(fù)合電熱涂料的配方按重量份計(jì)如下所示聚氨酯樹脂(NIPP0LAN 2301) 100份，乙炔碳黑8. 6份，氧化鎂(純度彡95% )2. 8 份，氧化鋅(純度>95% )2. 8份，鄰苯二甲酸二辛酯7份，硬脂酸1.5份，分散劑 (Tween20)0.6份，溶劑(醋酸乙酯，純度彡95% )165份。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法和高分子復(fù)合電熱材料的制作方法以及試樣阻值的測(cè)試方法與實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果阻值R = 1930 Ω。實(shí)施例14、實(shí)施例15和實(shí)施例16實(shí)施例14、實(shí)施例15和實(shí)施例16的配方與實(shí)施例13相似，不同之處在于實(shí)施例 14中導(dǎo)電石墨為2. 9份；實(shí)施例11中導(dǎo)電石墨為6份；實(shí)施例12中導(dǎo)電石墨為11. 5份。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法和高分子復(fù)合電熱材料的制作方法以及試樣阻值的測(cè)試方法與實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果實(shí)施例14，阻值R = 1290 Ω ；實(shí)施例15，阻值R = 1000 Ω ；實(shí)施例16，阻值R =730 Ω。實(shí)施例17高分子復(fù)合電熱涂料的配方按重量份計(jì)如下所示聚氨酯樹脂(IR0STIC S 6558，HUNTSMAN) 100份，乙炔碳黑16份，導(dǎo)電石墨17份， 氧化鎂(純度> 95% )2. 8份，氧化鋅(純度> 95% )2. 8份，鄰苯二甲酸二辛酯6份，硬脂酸1. 2份，分散劑(Tween20) 0. 5份，溶劑(甲乙酮)360份。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法和高分子復(fù)合電熱材料的制作方法以及試樣阻值的測(cè)試方法與實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果阻值R = 420 Ω。實(shí)施例18高分子復(fù)合電熱涂料的配方按重量份計(jì)如下所示聚氨酯樹脂(NIPP0LAN 2301) 100份，乙炔碳黑19份，導(dǎo)電石墨13. 5份，氧化鎂 (純度> 95 % ) 2. 5份，氧化鋅(純度> 95 % ) 2. 5份，鄰苯二甲酸二辛酯6份，硬脂酸1. 2 份，分散劑(Tween20)0.5份，溶劑(醋酸乙酯，純度>95% )260份。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法和高分子復(fù)合電熱材料的制作方法以及試樣阻值的測(cè)試方法與實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果阻值R= 260 Ω。實(shí)施例19高分子復(fù)合電熱涂料的配方按重量份計(jì)如下所示聚氨酯樹脂(NIPP0LAN 2301) 100份，乙炔碳黑15份，導(dǎo)電石墨15份，氧化鎂(純度> 95 % ) 2. 5份，氧化鋅(純度> 95 % ) 2. 5份，鄰苯二甲酸二辛酯6份，硬脂酸1. 2份， 分散劑(Tween20)0.5份，溶劑(醋酸乙酯，純度彡95% )260份。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法和高分子復(fù)合電熱材料的制作方法以及試樣阻值的測(cè)試方法與實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果阻值R = 330 Ω。實(shí)施例20、實(shí)施例21和實(shí)施例22實(shí)施例20、實(shí)施例21和實(shí)施例22的配方與實(shí)施例19相似，不同之處在于這三個(gè)實(shí)施例中乙炔碳黑的配合量為17. 5份；導(dǎo)電石墨的配合量，在實(shí)施例20中為0份，實(shí)施例21為5份；實(shí)施例22中為10份。高分子復(fù)合電熱涂料的配制方法和高分子復(fù)合電熱材料的制作方法以及試樣阻值的測(cè)試方法與實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果實(shí)施例20，阻值R = 560 Ω ；實(shí)施例21，阻值R = 450 Ω ；實(shí)施例22，阻值R = 360 Ω。從以上實(shí)施例可以確認(rèn)，根據(jù)本發(fā)明的方法，可以容易地獲得電阻值范圍易于調(diào)整的電熱材料。由于采用電熱涂料涂布到基材上的方式獲得電熱材料，因此可以調(diào)整電熱膜的厚度，從而獲得電熱轉(zhuǎn)換率高的電熱材料。下面，采用實(shí)施例5和實(shí)施例11的涂料，涂布在基材上，測(cè)定特定條件下的發(fā)熱溫度。
通電溫升實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)采用以預(yù)織入電極基材作為高分子復(fù)合電熱材料的基材來實(shí)現(xiàn)。預(yù)織入電極基材的基本結(jié)構(gòu)如下織物纖維為21支棉紗線，經(jīng)紗和緯紗的密度均為200根/IOcm ’導(dǎo)電電極由36棵直徑為0. 08mm的細(xì)銅絲構(gòu)成，電極寬度約6mm ；電極外沿之間距離有兩種規(guī)格，一種是22cm，另一種是44cm。將與實(shí)施例11相同的涂料，涂布在電極外沿之間距離為22cm的基材上，取長(zhǎng) IOOcm的一片為樣品，通入220V的電壓，形成功率密度約為600W/m2的電熱膜。在25°C室溫條件下測(cè)定溫度的結(jié)果，經(jīng)過10分鐘溫度達(dá)到90°C，一直通電M小時(shí)，結(jié)果溫度一直穩(wěn)定在95度左右。結(jié)果見圖3。將與實(shí)施例11相同的涂料，涂布在電極外沿之間距離為44cm的基材上，調(diào)取長(zhǎng) 50cm的一片為樣品，通入220V的電壓，形成功率密度約為150W/m2的電熱膜。在25度室溫條件下測(cè)定溫度的結(jié)果，經(jīng)過10分鐘溫度達(dá)到42度，一直通電M小時(shí)，結(jié)果溫度一直穩(wěn)定在40度左右。結(jié)果見圖4。將與實(shí)施例5相同的涂料，涂布在電極外沿之間距離為22cm的基材上，取長(zhǎng)50cm 的一片為樣品，通入220V的電壓，形成功率密度約為250W/m2的電熱膜。在25度室溫條件下測(cè)定溫度的結(jié)果，經(jīng)過10分鐘溫度達(dá)到50度，一直通電M小時(shí)，結(jié)果溫度一直穩(wěn)定在52 度左右。結(jié)果見圖5。持續(xù)通電實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)采用的基材與通電溫升實(shí)驗(yàn)的相同。將與實(shí)施例3相同的涂料，涂布在電極外沿之間距離為22cm的基材上，取長(zhǎng)IOOcm 的一片為樣品，通入220V的電壓，形成功率密度約為200W/m2的電熱膜。將樣品膜片平放保溫材料上，持續(xù)不間斷通電，實(shí)驗(yàn)前樣品膜片的電阻值為1045 Ω，在持續(xù)通電600天后測(cè)量其電阻值為1014 Ω。結(jié)果見圖6。
權(quán)利要求
1.一種高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，包括高分子復(fù)合電熱涂料和承載這種涂料的基材，所述高分子復(fù)合電熱涂料中相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料含有1 50重量份的導(dǎo)電填料、1 30重量份的助劑和100 600重量份的溶劑；所述基材為薄的、柔性的且適合于涂覆涂料性物體的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述基材為塑料薄膜、玻璃纖維布、無紡布、化纖布或棉本色布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述高分子樹脂基料選自環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、聚碳酸酯樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述導(dǎo)電填料選自導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電石墨、碳纖維、金屬粉、金屬纖維中的一種或兩種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述導(dǎo)電碳黑為特導(dǎo)電碳黑、超導(dǎo)電碳黑或乙炔碳黑；所述導(dǎo)電碳黑為必要成分，其配合量相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料為3重量份以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述導(dǎo)電填料除導(dǎo)電碳黑外，均為輔助導(dǎo)電填料，所述輔助導(dǎo)電填料的配合量相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料為0 45重量份。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述輔助導(dǎo)電填料為導(dǎo)電石墨，該導(dǎo)電石墨的平均粒徑為1 50 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述助劑為偶聯(lián)劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、分散劑、潤(rùn)滑劑和其它助劑中的一種或兩種以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述偶聯(lián)劑為KH550、 KH570、A151、0FS-6020、DL602中的一種或兩種以上；所述偶聯(lián)劑在高分子復(fù)合電熱涂料中的配合量為相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料為0. 1 10重量份。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯或二苯甲酸二乙二醇酯；所述增塑劑在高分子復(fù)合電熱涂料中的配合量為相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料為0. 1 20重量份。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述分散劑為Tween20、 Tween40、Tween60或Tween80 ；所述分散劑在高分子復(fù)合電熱涂料中的配合量為相對(duì)于100 重量份的高分子樹脂基料為0. 1 10重量份。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述潤(rùn)滑劑為石蠟、聚乙烯蠟或硬脂酸；所述潤(rùn)滑劑在高分子復(fù)合電熱涂料中的配合量為相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料為0. 1 10重量份。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述其它助劑為鈣、鎂、 鋁、錫、鋅、鈦、鋇的氧化物的一種或兩種以上；所述其它助劑在高分子復(fù)合電熱涂料中的配合量為相對(duì)于100重量份的高分子樹脂基料為0. 1 20重量份。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述溶劑為甲苯、二甲苯、丙酮、甲乙酮、乙醇、丙醇、醋酸乙酯或醋酸丁酯。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述基材是作為織物的玻璃纖維布、化纖布或棉本色布，并且是預(yù)織入電極基材，所述預(yù)織入電極基材是在其織布過程中，用導(dǎo)電細(xì)絲成組取代上述織物指定位置的經(jīng)向纖維而成；所述導(dǎo)電細(xì)絲選自金屬纖維、金屬絲復(fù)合棉紗或金屬細(xì)絲，直徑為0. 03 0. 5mm ；所述成組為5 100棵導(dǎo)電細(xì)絲緊鄰并排組成一組，每一組導(dǎo)電細(xì)絲構(gòu)成所述高分子復(fù)合電熱材料的一條導(dǎo)電電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述導(dǎo)電電極的寬度為3 15mm，在所述預(yù)織入電極基材上是以2的倍數(shù)成對(duì)出現(xiàn)，每對(duì)電極外沿的距離為 30 600mm。
17.根據(jù)權(quán)利要求1 16的任一項(xiàng)所述的高分子復(fù)合電熱材料，其特征在于，所述高分子復(fù)合電熱材料適合在0 160°C以內(nèi)的低溫加熱應(yīng)用，尤其適合應(yīng)用于建筑物供暖、動(dòng)植物的采暖及保溫、糧食的烘烤干燥以及遠(yuǎn)紅外理療保健。
18.權(quán)利要求1 16的任一項(xiàng)所述的高分子復(fù)合電熱材料在0 160°C以內(nèi)的低溫加熱領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其適合應(yīng)用于建筑物供暖、動(dòng)植物的采暖及保溫、糧食的烘烤干燥以及遠(yuǎn)紅外理療保健。
19.高分子復(fù)合電熱材料的制作方法，其特征在于，該制作方法包括以下步驟a)將導(dǎo)電填料置于容器中，加入助劑和部分溶劑；b)經(jīng)充分浸潤(rùn)后，加入高分子樹脂基料，并進(jìn)行攪拌；c)加入剩余溶劑，進(jìn)行攪拌至各組分充分混合，得到混合物；d)用高剪切分散乳化機(jī)對(duì)上述混合物進(jìn)行高速分散與研磨，時(shí)間為15 30分鐘，最終制得高分子復(fù)合電熱涂料；e)將高分子復(fù)合電熱涂料均勻地涂覆在基材上，涂覆量以濕重計(jì)為50 600g/m2，在 60 120°C溫度烘烤3 30分鐘，得到高分子復(fù)合電熱材料。
20.一種預(yù)織入電極基材作為高分子復(fù)合電熱材料的基材的應(yīng)用，該預(yù)織入電極基材是在織物的織布過程中，用導(dǎo)電細(xì)絲成組取代織物的指定位置的經(jīng)向纖維而成；所述導(dǎo)電細(xì)絲選自金屬纖維、金屬絲復(fù)合棉紗或金屬細(xì)絲，直徑為0. 03 0. 5mm ；所述成組為5 100棵導(dǎo)電細(xì)絲緊鄰并排組成一組，每一組導(dǎo)電細(xì)絲構(gòu)成所述高分子復(fù)合電熱材料的一條導(dǎo)電電極。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的預(yù)織入電極基材作為高分子復(fù)合電熱材料的基材的應(yīng)用， 其特征在于，所述導(dǎo)電電極的寬度為3 15mm，在所述預(yù)織入電極基材上是以2的倍數(shù)成對(duì)出現(xiàn)，每對(duì)電極外沿的距離為30 600mm。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的預(yù)織入電極基材作為高分子復(fù)合電熱材料的基材的應(yīng)用，其特征在于，所述高分子復(fù)合電熱材料為權(quán)利要求1 16的任一項(xiàng)所述的高分子復(fù)合電熱材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高分子復(fù)合電熱材料、其制備方法、以及其用途。本發(fā)明的高分子復(fù)合電熱材料的特征在于，包括高分子復(fù)合電熱涂料和承載這種涂料的基材，所述高分子復(fù)合電熱涂料包括100重量份的高分子樹脂基料、1～50重量份的導(dǎo)電填料、1～30重量份的助劑和100～600重量份的溶劑，所述導(dǎo)電填料選自導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電石墨、碳纖維、金屬粉、金屬纖維中的一種或兩種以上；所述基材為薄的、柔性的且適合于涂覆涂料性物體的材料；所述高分子復(fù)合電熱材料適合在0～160℃以內(nèi)的低溫加熱領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，尤其適合應(yīng)用于建筑物供暖、動(dòng)植物的加熱和保溫、物品烘烤干燥以及遠(yuǎn)紅外理療保健等方面。
文檔編號(hào)H05B3/10GK102300346SQ20111023169
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者李春學(xué) 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古春暖電能熱力有限公司