CN100439886C - 一种用于温度测量的电加热复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于温度测量的电加热复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的用于温度测量的电加热复合材料，含有重量百分比为8～9%的多壁碳纳米管，91～92%的高密度聚乙烯。其制备方法如下：按比例称取多壁碳纳米管粉末及高密度聚乙烯颗粒，均匀混合后放入模具中，先在165～180℃下预热5～20分钟，随后在5～30MPa压力下压制5～20分钟，脱模，冷却到室温。本发明的复合材料以高密度聚乙烯为基体，多壁碳纳米管为添加剂，由于多壁碳纳米管独特的结构和形态特征，以此作为导电填料的高分子复合材料具有良好的导电性能、电加热节能性能和可在一定温度范围内的用于温度测量的特征。同时本发明的复合材料采用熔融共混法制备，工艺简单，操作方便，重复性好，适于大规模工业化生产。

Description

一种用于温度测量的电加热复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于温度测量的电加热复合材料及其制备方法。
背景技术
碳纳米管是一维新型纳米材料的典型代表，于上世纪90年代初发现。它是由石墨层按一定的方式卷起而成，按其形成的层数可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。由于碳纳米管具有优良的电学、力学和热学性能，在场发射、吸波、电极材料、通用高分子材料等很多领域都具有很好的应用前景，是目前纳米材料研究领域里引起广泛关注的研究热点。
高分子材料一般具有容易成型等优点，可以作为保温外敷材料等，但一般的高分子材料都是绝缘材料，无法通过电加热等方式加热和保温，因而限制了它在许多方面的应用。为使高分子导电，最常使用也是最简单的方法就是以高分子材料为基体，然后添加导电填料，制备成高分子导电复合材料。导电填料的选择有很多，使用最多的是炭黑，但是由于炭黑导电性较差，必须添加较多量才能达到一定的导电效果，而这样会降低高分子基体材料的连续性，导致其强度破坏，性能下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种可用于温度测量的电加热复合材料及其制备方法，此种材料既有电加热和节能功能，又有温度测量作用。
本发明的用于温度测量的电加热复合材料，它的组分及其重量百分比含量如下：
多壁碳纳米管    8～9％，
高密度聚乙烯    91～92％。
本发明的用于温度测量的电加热复合材料的制备采用熔融共混法，其步骤如下：
按比例称取多壁碳纳米管粉末及高密度聚乙烯颗粒，于140～170℃下均匀混合后放入模具中，先在165～180℃下预热5～20分钟，随后在5～30MPa压力下压制5～20分钟，脱模，冷却到室温。
本发明中所用的多壁碳纳米管利用化学气相沉积法制备，其直径为10nm～25nm。高密度聚乙烯的分子量为60000～100000。
本发明的有益效果在于：
本发明的复合材料以高密度聚乙烯为基体，多壁碳纳米管为添加剂，由于多壁碳纳米管具有较大的长径比，只要添加少量即可达到导电的要求，具有添加量低，不会破坏基体材料连续性的优点，同时由于多壁碳纳米管独特的结构和形态特征，以此作为导电填料的高分子复合材料具有良好的导电性能、电加热节能性能和可在一定温度范围内的用于温度测量的特征。同时本发明的复合材料采用熔融共混法制备，工艺简单，操作方便，重复性好，适于大规模工业化生产。
附图说明
图1是本发明复合材料的扫描电子显微(SEM)照片；
图2是本发明复合材料的电阻率对数随温度变化的曲线。
具体实施方式
实施例1：
将6克多壁碳纳米管粉末与94克高密度聚乙烯(分子量约为80000)颗粒均匀混合后，放入共混机内在155℃下共混10分钟。取出已混合均匀的材料放入铜制模具内，在160℃预热5分钟，然后在10MPa下压制15分钟。得到的块状复合材料。该复合材料的扫描电子显微分析(SEM)结果如图1所示。图2是该复合材料的电阻率对数随温度变化结果。由图2可见，在135℃(高分子基体材料熔点)以下复合材料的电阻率对数随温度基本呈线性变化，该材料这一特征可以在需要温度测量的场合下使用，与此同时，由于温度升高，材料电阻率下降，所需能量降低，因此该材料具有自我调节的节能功能。
实施例2：
将8克多壁碳纳米管粉末与92克高密度聚乙烯(分子量约为80000)颗粒均匀混合后，放入共混机内在160℃共混15分钟。取出已混合均匀的材料放入铜制模具内在170℃预热10分钟，然后在20MPa下压制10分钟，得到的块状复合材料。
实施例3：
将9克碳纳米管粉末与91克高密度聚乙烯(分子量约为80000)颗粒均匀混合后，放入共混机内在165℃共混10分钟。取出已混合均匀的材料放入铜制模具内在180℃预热5分钟，然后在30MPa下压制5分钟，得到的块状复合材料。
试验表明实施例2、3所得复合材料，同样具有电阻率对数随温度基本呈线性变化的关系。

Claims (4)

1.一种用于温度测量的电加热复合材料，其特征在于它的组分及其重量百分比含量如下：
多壁碳纳米管8～9％，
高密度聚乙烯91～92％。
2.根据权利要求1所述的用于温度测量的电加热复合材料的制备方法，其步骤如下：
按比例称取多壁碳纳米管粉末及高密度聚乙烯颗粒，于140～170℃下均匀混合后放入模具中，先在165～180℃下预热5～20分钟，随后在5～30MPa压力下压制5～20分钟，脱模，冷却到室温。
3.根据权利要求2所述的用于温度测量的电加热复合材料的制备方法，其特征是所说的高密度聚乙烯的分子量为60000～100000。
4.根据权利要求2所述的用于温度测量的电加热复合材料的制备方法，其特征是所使用的多壁碳纳米管的直径为10nm～25nm。
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多壁碳纳米管填充高密度聚乙烯复合材料的导电特性. 李文春，沈烈，郑强.高等学校化学学报，第26卷第2期. 2005
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