CN104817984A - 一种导电发热胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导电发热胶，包括以下质量份的组份：导电发热填料为15～45份，聚乙烯树脂为60～85份，乙烯共聚物树脂为15～40份，分散剂为1～5份，抗氧化剂为0.1～2份。本发明的导电发热胶不仅使用安全、可以长期保持发热均匀，而且具有粘接作用，同时给出其制作工艺方法，从而可以满足诸如电热建材、家电、设备护罩、防冻装备等诸多行业产品发展的需求。

Description

一种导电发热胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种胶，尤其是一种导电发热胶(包括胶粒、胶膜或胶粉)；同时还涉及其制作工艺方法，属于电热材料技术领域。

背景技术

导电发热材料在导电发热复合板材领域主要起到导电发热的作用，随着人们生活水平的提高，对居住环境的舒适要求越来越高，空调、取暖器等取暖设备不能满足人们的需求，地热取暖方式已经被消费者普遍接受。因为随着对环保要求的进一步提高，传统的使用燃油、燃气、燃煤的供暖方式消耗大量的能源并产生大量的污染物，且热转换效率较低。因此，低能耗高能效的导电发热的取暖方式成为室内取暖的新方向，一些导电发热新材料应运而生。但是这些导电发热新材料在生产、运输、储存和使用过程中会对环境产生新的污染；另外有些导电发热新材料在用于制作导电发热产品时工艺复杂，制成品的导电发热性能不能确保稳定、均匀。所以，开发一种低能耗、高能效、环保、安全、稳定的导电发热新材料是导电发热材料市场的迫切需求。

检索发现，申请号为201110090974.X的中国专利公开了一种碳纤维发热纸，包含总重量5～60％的碳纤维和0.01～0.50％的石墨烯。制备时首先石墨烯与聚丙烯腈基碳纤维混合、打浆，然后再混入纸浆中打浆、抄造、烘干制成碳纤维发热纸。若将该碳纤维发热纸应用于制作地板时，存在下列问题：1)抄纸工艺容易造成碳纤维和石墨烯在纸中分布不均匀；2)需要另外使用胶粘剂，工艺复杂；3)胶粘剂在固化过程中会渗透到纸中，从而影响其导电发热效果；4)由于纸张的延展性能不佳，在使用过程中会因热胀冷缩而撕裂，从而容易产生电弧，存在安全隐患。

此外，申请号为200910182110.3的中国专利公开了一种导电发热材料，包括基材,均匀附着在基材上的导电发热层,导电发热层由导电发热涂料制成,导电发热涂料包括导电发热基体材料和粘结剂。所述的导电发热基体材料选自天然石墨、人造石墨、导电碳黑；所述的粘结剂选自丙烯酸树脂、环氧树脂、聚胺酯树脂、明胶、羧甲基纤维素和聚乙烯醇等。虽然在其具体实施方式中提到基材为纸的导电发热材料可以用来制作导电发热地板。然而，实际上存在以下问题：1)将导电发热涂料涂布或浸渍到基材上的工艺极易造成导电发热涂料中的导电发热基体材料在基材表面分布不均匀；2)需要另外使用胶粘剂，工艺复杂；3)胶粘剂在固化过程中会渗透到导电发热涂料中，从而影响其导电发热效果；4)导电发热基体材料在基材表面容易被氧化，影响其使用寿命；5)基材使用纸张时，由于其延展性能不佳，在使用过程中会因热胀冷缩而撕裂，从而容易产生电弧，影响使用安全。

申请号为201110075608.7的中国专利发明公开了一种炭黑导电胶及其制备方法。该导电胶是一种应用于金属胶合的胶粘剂，只具备粘合和导电性能，不具备发热功能。

申请号为201310148749.6的中国专利公开了一种含有石墨烯的高导热导电胶制备方法，由于是一种应用于电子行业的胶粘剂，主要提高其散热性能，因此也不具备发热的功能。

申请号为为99101185.6的中国专利公开了一种发热胶带，成份包括：LDPE、乙炔黑、石墨、交联剂DCP、抗氧剂1010、防老剂DLTP、扩散剂M-9、阻燃剂、护卡膜，用经热处理的铜丝铜网作电极，不具有胶粘功能，也不适于进一步制备导电发热板材。

总之，申请人从现有技术中未发现可以长期保持发热均匀、确保使用安全，并且具有粘接作用的导电发热胶，更无可以保证基材分布均匀、工艺简单易行的相应制作工艺方法，因此无法满足诸如电热建材、家电、设备护罩、防冻装备等诸多行业产品发展的需求。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的缺陷，提出一种不仅使用安全、可以长期保持发热均匀，而且具有粘接作用的导电发热胶，同时给出其制作工艺方法，从而可以满足诸如电热建材、家电、设备护罩、防冻装备等诸多行业产品发展的需求。

本发明的技术方案为：一种导电发热胶，包括以下质量份的组份：

导电发热填料为15～45份，

聚乙烯树脂为60～85份，

乙烯共聚物树脂为15～40份，

分散剂为1～5份，

抗氧化剂为0.1～2份。

所述的导电发热填料为导电碳黑、石墨、碳纤维、石墨烯中的一种或者一种以上的混合物；

所述的聚乙烯树脂为低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)中的一种或者一种以上的混合物；

所述的乙烯共聚物树脂具体为至少乙烯-醋酸乙烯酯树脂(EVA)、聚烯烃弹性体(POE)、乙烯-丙烯酸、乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸乙酯中的一种或者一种以上的混合物；

所述的分散剂为聚乙烯蜡、巴斯夫A蜡中的一种或者一种以上的混合物；

所述的抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098中的一种或者一种以上的混合物。

在导电发热胶膜的组份中还可以加入偶联剂、红外线引发剂、增韧剂、柔软剂中的中的一种或几种化学助剂。

所述的导电发热胶的制备方法，包括如下步骤：

第一步、共聚——将各组份充分混合，在温度120～200℃条件下通过混合装置进行充分混合3～30分钟，得到共聚物；

第二步、造粒——将得到的共聚物进行造粒，得到粒径为3～10mm的树脂颗粒；

第三步、成膜——将得到的树脂颗粒在120～200℃下成膜，得到厚度为0.1～2mm的导电发热胶膜。

所述的导电发热胶的另一种制备方法，包括如下步骤：

第一步、共聚——将各组份充分混合，在温度120～200℃条件下通过混合装置进行充分混合3～30分钟，得到共聚物；

第二步、粉碎——将得到的共聚物粉碎，制成胶粉；

第三步、成膜——将胶粉均匀地发布在所需复合的两张板材中间，在120～200℃下用热压机复合，胶粉在两张复合板材之间形成0.1～2mm的导电发热胶膜。

所述的导电发热胶的再一种制备方法，包括如下步骤：

第一步、共聚——将各组份充分混合，在温度120～200℃条件下通过混合装置进行充分混合3～30分钟，得到共聚物；

第二步、造粒——将得到的共聚物进行造粒，得到粒径为3～10mm的树脂颗粒；

第三步、粉碎——再将得到的树脂颗粒粉碎，制成胶粉；

第四步、成膜——将胶粉均匀地发布在所需复合的两张板材中间，在120～200℃下用热压机复合，胶粉在两张复合板材之间形成0.1～2mm的导电发热胶膜。

所述的混合装置为密炼机、螺杆挤出机或开炼机。

有益效果：

常规的导电发热材料是将导电发热填料涂布在塑料膜、布或纸张上，或吸附在布或纸张上；在使用于复合材料时需要另外施胶。而本发明将热熔胶混入在树脂中，将胶的导电发热性能与胶合性能结合在一起。因此，本发明的导电发热胶，与其他的导电发热材料的不同在于：

a)还可以通过调整基体中聚乙烯树脂和乙烯共聚物树脂的比例来调整导电发热胶的电阻率。当其它成份不变时，聚乙烯树脂的比例越高，导电发热胶的电阻率越低。

b)还可以通过调整导电发热胶中导电发热填料的导电率来调整导电发热胶的电阻率。当其他成份不变时，导电发热填料的导电率越高，导电发热胶的电阻率越低。

c)还可以通过调整导电发热胶中导电发热填料的比例来调整导电发热胶的电阻率。当其他成份不变时，在一定范围内，导电发热填料的比例越高，导电发热胶的电阻率越低。

d)还可以通过调整导电发热胶层的厚度来调整导电发热胶层的电阻率。当成份不变时，导电发热胶的厚度越厚，导电发热胶的电阻率越低。

总之，本发明可以通过调整聚乙烯树脂的结晶度、聚乙烯树脂和乙烯共聚物树脂的比例、导电发热填料的导电率、导电发热填料的比例、导电发热胶的厚度来调整其电阻率，以满足导电发热制品的规格和功率要求。

e)此外，本发明的导电发热胶还可以通过调整导电发热胶中乙烯共聚物树脂的比例来调整导电发热胶的粘接强度。当其他成份不变时，乙烯共聚物树脂的比例越高，导电发热胶的粘接强度越高。

f)还可以通过调整基体中聚乙烯树脂和乙烯共聚物树脂的熔点来调整导电发热胶的熔点，以适用于不同材质的导电发热制品的胶合工艺。

本发明由于巧妙合理地在树脂基体内均匀分布合适的填料，因此制成的导电发热胶不仅可以借助与树脂的共聚形成导电通路，而且导电填料分子在电场作用下可以作布朗运动产生热量，从而成为具有高效导电发热性的导电发热网络；并且聚乙烯树脂与乙烯共聚物树脂及辅助成分适当混合，还在基本不影响导电发热性的前提下，产生粘合性，可以起到黏合作用，使本发明具有热熔胶合作用，即同时具有导电发热和胶合作用两种功能，用其制作的导电发热装饰建筑材料在环保、成本等诸多方面均优于电热电缆、电热膜、水暖等制暖方式，尤其是使用本发明导电发热胶制成的地材、墙板、顶板等装饰复合板基材。一定厚度树脂基体的柔韧性能够消除热胀冷缩的不良影响，柔性树脂的胶粘性在制作产品时可以不再使用其他胶粘剂，从而避免由于渗胶而造成的发热不均，使产品具有高能效、安全、稳定、发热均匀、使用寿命长的优点。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并不限于本发明的范围。

以下各实施例得到的本发明的导电发热胶的电阻率及其均匀性按照四探针的测试方法进行测试，拉伸断裂强度和断裂伸长率按GB/T1040.3标准的要求进行测试，胶合强度按GBT17657标准的要求进行测试。

表1中实施例1、实施例2、实施例3：其成份聚乙烯树脂分别使用LDPE、LLDPE、HDPE，其它成份(超导电碳黑、EVA、巴斯夫A蜡、抗氧剂1010)的份数不变；将以上组份充分混合，在温度190℃条件下通过密炼机进行充分混合5分钟，得到共聚物；将得到的共聚物再经造粒机造粒，得到粒径为3～10mm的树脂颗粒；将得到的树脂颗粒在200℃下经挤塑流延机成膜成膜，得到厚度为0.1～2mm的导电发热胶。

对实施例1、实施例2、实施例3的导电发热胶进行测试，测试结果如表1所示。

表1

表2中为实施例1、实施例4：其成份低密度聚乙烯LDPE和乙烯-醋酸乙烯酯树脂(EVA)按不同比例，其它成份(导电碳黑、巴斯夫A蜡、抗氧剂1010)的份数不变；将以上组份充分混合，在温度160℃条件下通过密炼机进行充分混合28分钟，得到共聚物；将得到的共聚物再经造粒机造粒，得到粒径为3～10mm的树脂颗粒；将得到的树脂颗粒在170℃下经挤塑流延机成膜成膜，得到厚度为0.1～2mm的导电发热胶。

对实施例1、实施例4的导电发热胶进行测试，测试结果如表2所示。

表2

表3中实施例1、实施例5：其成份导电填料分别使用超导电碳黑和普通导电碳黑，其它成份(低密度聚乙烯树脂LDPE、乙烯－聚醋酸乙烯EVA、巴斯夫A蜡、抗氧剂1010)的份数不变；将以上组份充分混合，在温度150℃条件下通过密炼机进行充分混合15分钟，得到共聚物；将得到的共聚物再经造粒机造粒，得到粒径为3～10mm的树脂颗粒；再将得到的树脂颗粒粉碎，制成胶粉；将胶粉均匀地发布在所需复合的两张板材中间，在160℃下用热压机复合，胶粉在两张复合板材之间形成0.1～2mm的导电发热胶膜。

对实施例1、实施例5的导电发热胶进行测试，测试结果如表3所示。

表3

表4中实施例1、实施例6：其成份导电填料使用超导电碳黑，分别按30份和20份添加，其它成份(低密度聚乙烯树脂LDPE、乙烯－聚醋酸乙烯EVA、巴斯夫A蜡、抗氧剂1010)的份数不变；将以上组份充分混合，在温度150℃条件下通过密炼机进行充分混合5分钟，得到共聚物；将得到的共聚物粉碎，制成胶粉；将胶粉均匀地发布在所需复合的两张板材中间，在180℃下用热压机复合，胶粉在两张复合板材之间形成0.1～2mm的导电发热胶膜。

对实施例1、实施例6的导电发热胶进行测试，测试结果如表4所示。

表4

表5中实施例1、实施例7：其成份乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂(EVA)分别按不同的份数添加，其它成份(超导电碳黑、低密度聚乙烯树脂LDPE、巴斯夫A蜡、抗氧剂1010)的份数不变；将以上组份充分混合，在温度180℃条件下通过密炼机进行充分混合20分钟，得到共聚物；将得到的共聚物粉碎，制成胶粉；将胶粉均匀地发布在所需复合的两张板材中间，在190℃下用热压机复合，胶粉在两张复合板材之间形成0.1～2mm的导电发热胶膜。

对实施例1、实施例7的导电发热胶进行测试，测试结果如表5所示。

表5

将实施例1～实施例7的导电发热胶的拉伸断裂强度、断裂伸长率和电阻均匀性进行测试，测试结果如表6所示。

表6

从表5中可以看出，复合后导电发热制品的胶合强度均不小于1.37MPa；从表6中可以看出，本发明通过密炼，确保导电发热填料均匀分布在树脂基体中，制成后的导电发热胶的电阻均匀性不大于4.7％；从表6中可以看出，采用柔性树脂作为基体的导电发热胶的拉伸断裂强度不小于9.38MPa，其断裂伸长率不小于61％。作为热熔胶合剂，本发明的导电发热胶能够满足导电发热装饰材料或建材的应用要求。

本发明涉及的导电发热胶采用具有一定厚度的柔性树脂作为基体，将导电发热填料均匀分布在基体中；该柔性树脂基体又具有热熔胶合作用，因此本发明涉及的导电发热胶具有导电发热和胶合作用两种功能，适用于多种材料的复合，从而可以消除以上述缺陷并满足市场需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替代、改进，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导电发热胶，其特征在于：包括以下质量份的组份：

导电发热填料为15～45份，

聚乙烯树脂为60～85份，

乙烯共聚物树脂为15～40份，

分散剂为1～5份，

抗氧化剂为0.1～2份。

2.根据权利要求1所述的导电发热胶,其特征在于：所述的导电发热填料为导电碳黑、石墨、碳纤维、石墨烯中的一种或者一种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的导电发热胶,其特征在于：所述的聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的一种或者一种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的导电发热胶,其特征在于：所述的乙烯共聚物树脂具体为乙烯-醋酸乙烯酯树脂、聚烯烃弹性体、乙烯-丙烯酸、乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸乙酯中的一种或者一种以上的混合物；

5.根据权利要求1所述的导电发热胶,其特征在于：所述的分散剂为聚乙烯蜡、巴斯夫A蜡中的一种或者一种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的导电发热胶,其特征在于：所述的抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098的中的一种或者一种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的导电发热胶,其特征在于：在导电发热胶膜的组份中还可以加入偶联剂、红外线引发剂、增韧剂、柔软剂中的中的一种或几种化学助剂。

8.根据权利要求1所述的导电发热胶的制备方法，其特征在于：

包括如下步骤：

第一步、共聚——将各组份充分混合，在温度120～200℃条件下通过混合装置进行充分混合3～30分钟，得到共聚物；

第二步、造粒——将得到的共聚物进行造粒，得到粒径为3～10mm的树脂颗粒；

第三步、成膜——将得到的树脂颗粒在120～200℃下成膜，得到厚度为0.1～2mm的导电发热胶膜。

9.根据权利要求1所述的导电发热胶的制备方法，其特征在于：

包括如下步骤：

第一步、共聚——将各组份充分混合，在温度120～200℃条件下通过混合装置进行充分混合3～30分钟，得到共聚物；

第二步、粉碎——将得到的共聚物粉碎，制成胶粉；

第三步、成膜——将胶粉均匀地发布在所需复合的两张板材中间，在120～200℃下用热压机复合，胶粉在两张复合板材之间形成0.1～2mm的导电发热胶膜。

10.根据权利要求1所述的导电发热胶的制备方法，其特征在于：

包括如下步骤：

第一步、共聚——将各组份充分混合，在温度120～200℃条件下通过混合装置进行充分混合3～30分钟，得到共聚物；

第二步、造粒——将得到的共聚物进行造粒，得到粒径为3～10mm的树脂颗粒；

第三步、粉碎——再将得到的树脂颗粒粉碎，制成胶粉；

第四步、成膜——将胶粉均匀地发布在所需复合的两张板材中间，在120～200℃下用热压机复合，胶粉在两张复合板材之间形成0.1～2mm的导电发热胶膜。