CN113630914A - 一种复合树脂发热体材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合树脂发热体材料及其制备方法,原料至少包含碳材料3~90%,基体树脂余量。本发明申请通过多种维度的碳材料的复配,充分发挥多维碳材料之间在基体树脂中的相互填充作用,有效避免了单种碳材料之间的团聚现象,增强复合材料的紧密度,提供了占比更高的发热导电面积,且制备的复合树脂发热体材料具有良好的导热导电性能,耐弯曲折叠性能,适宜在纺织品领域推广,具有广阔的发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及H05B3/28领域,尤其涉及一种复合树脂发热体材料及其制备方法。
背景技术
远红外线在自然界中广泛存在,其拥有较强的渗透力和辐射能力,具有显著的温控效应和共振效应,容易被物体吸收转化为物体的内能,而物体的内能和内能的转化往往伴随着热效应。而远红外发热体材料则就是一种有效利用远红外线的应用材料,其种类繁多,大多采用碳晶,短碳纤维和电热膜,但是这类产品都受限于其自身条件,无法简化整体结构,且无法保证使用安全性和高的热效率,限制了发热体材料整体的使用环境和领域。
近些年来,一些现有技术应对上述问题提出一些发热体材料的解决方案。线装发热体,使用纤维织物作为柔性承载基体,碳纤维或金属纤维发热体通过缝纫或胶接的方式固定在承载基体上,两层柔性基体夹一层发热体的三明治结构,但其厚度较大质地硬,发热面积占比小,不耐弯折;导电油墨发热体,使用聚酯类塑料薄膜如PET、PI薄膜作为柔性承载基体,将含碳类导电油墨通过印刷等方式附着在承载基体上,两层柔性基体夹一层发热体的三明治结构,形成电加热片,但其质地硬,可弯曲不能折叠,防水但不能洗涤,透气性差。以上这些发热体的解决办法都具有一个相似的行业通病,即当这些发热体用于一些纤维制品或者智能穿戴用品时,都会因为移动电源功耗容量受限,使得电加热片的相应尺寸难以做出大面积的发热体系,不仅降低了相应产品的产品质量,还明显增添了产品的生产经济成本。
现有技术(CN201510635047)提供了一种石墨烯发热体的制备方法,通过制备成膜树脂溶解液和石墨烯的简单混合涂敷制备成了一种石墨烯发热体材料,声称具有优异的导热导电性,但是其单维度材料在树脂中的分散极容易产生石墨烯材料的群体团聚和分散不佳状况,这极大的限制了发热体材料的导热性和导热均匀性,降低了导热材料的使用性能。
因此,亟需一种厚度适中,质地柔软,发热面积占比率高,可弯曲折叠,防水能洗涤的复合发热体材料,用以扩大发热体材料的应用环境和领域,例如纺织品领域。
本发明申请中,通过多种导热碳材料和热塑性树脂的合理配比,制备出了一种具有优异的发热面积占比,且能够耐折、耐弯曲的复合树脂发热体材料,充分解决了现有技术中发热面积小等难以解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题,本发明第一方面提供了一种复合树脂发热体材料,原料至少包含以下质量比成分:碳材料3~90%,基体树脂余量。
在一些优选的实施方式中,所述碳材料在复合树脂发热体材料中的质量百分比为10~70%。
在一些优选的实施方式中,所述碳材料在复合树脂发热体材料中的质量百分比为30~60%。
在一些优选的实施方式中,所述碳材料在复合树脂发热体材料中的质量百分比为40~50%。
在一些优选的实施方式中,所述碳材料为零维碳材料,一维碳材料,二维碳材料的混合物;所述零维碳材料的细度为10~80um。
在一些优选的实施方式中,所述零维碳材料为碳粉、纳米金刚石、纳米富勒烯粉、碳包覆纳米金属中的至少一种。
在一些优选的实施方式中,所述零维碳材料为表面改性碳粉;所述表面改性碳粉的细度为20~50um。
在一些优选的实施方式中,所述零维碳材料为表面改性碳粉;所述表面改性碳粉的细度为35um。
在一些优选的实施方式中,所述表面改性碳粉的制备方法步骤包含以下几步:(1)将碳粉干燥后,加入反应容器,之后加入质量百分比为25%乙醇溶液,超声分散2~3小时;(2)加入0.4~0.6wt%的表面改性剂,乙二酸调节pH为3.5~5;(3)70~80℃水浴搅拌反应3~4小时后,停止搅拌,离心干燥既得表面改性碳粉。
在一些优选的实施方式中,所述表面改性剂为KH570和KH580。
在一些优选的实施方式中,所述一维碳材料为碳纳米管、碳纳米纤维中的至少一种。
在一些优选的实施方式中,所述一维碳材料为多壁碳纳米管。
在一些优选的实施方式中,所述多壁碳纳米管的直径为5~20nm,长度为50~100um。
在一些优选的实施方式中,所述多壁碳纳米管的直径为10nm,长度为60um。
在一些优选的实施方式中,所述二维碳材料为石墨烯、还原氧化石墨烯、改性氧化石墨烯中的至少一种。
在一些优选的实施方式中,所述二维碳材料为石墨烯。
在一些优选的实施方式中,所述石墨烯的厚度为1~5nm,片径为5~10um。
在一些优选的实施方式中,所述石墨烯的厚度为3nm,片径为8um。
在一些优选的实施方式中,所述表面改性碳粉,多壁碳纳米管和石墨烯的质量比为1~2:3~4:3~4。
在一些优选的实施方式中,所述表面改性碳粉,多壁碳纳米管和石墨烯的质量比为1.5:3.5:3.5。
在一些优选的实施方式中,所述基体树脂为聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂中的至少一种;所述基体树脂的粘度为10000~30000cps,25℃。
在一些优选的实施方式中,所述基体树脂为聚氨酯树脂;所述聚氨酯树脂的粘度为12000cps,25℃。
本发明第二方面提供了一种上述复合树脂发热体材料的制备方法,步骤包含以下几步:(1)称取所需量的碳材料和基体树脂通过高速搅拌机熔融共混搅拌均匀,共混搅拌温度为180~220℃;(2)混合均匀后,复合树脂通过流延、压延、牵伸和定型后得到均匀复合树脂膜;(3)在复合树脂膜表面印刷导电银浆,制备导电银浆层,烘干既得所述复合树脂发热体材料。
在一些优选的实施方式中,所述导电银浆的方阻为3~15毫欧;所述导电银浆层的厚度为1~6微米。
在一些优选的实施方式中,所述复合树脂发热体材料的方阻为0.1~10欧姆。
在一些优选的实施方式中,所述复合树脂发热体材料的方阻为3~6欧姆。
在一些优选的实施方式中,所述复合树脂发热体材料的的厚度为12~105um。
在一些优选的实施方式中,所述复合树脂发热体材料的的厚度为30~70um。
有益效果:
1、本发明申请中,通过多维碳材料和热塑性树脂的有效结合,制备了一种具有优异的发热导电面积,防水和耐弯曲折叠性能的发热体复合树脂材料,有效解决了现有技术中发热体材料质地硬,过厚和不耐水洗等问题,有效拓宽了发热体材料的应用环境和领域。
2、本发明申请中,通过多种维度的碳材料的复配,充分发挥多维碳材料之间在基体树脂中的相互填充作用,有效避免了单种碳材料之间的团聚现象,增强复合材料的紧密度,提供了占比更高的发热导电面积。
3、本发明申请中,通过对零维碳材料的表面改性处理,提高了零维碳材料在基体树脂中分散效果,从而确保了其与其他维度碳材料的紧密结合,并且通过其余基体树脂之间的活性基团的丝状连接,有效提高了发热体材料的力学性能。
具体实施方式
实施例1
实施例1第一方面提供了一种复合树脂发热体材料(以质量比计),原料包括65%的碳材料,35%的聚氨酯树脂。
本实施例中,碳材料为表面改性碳粉,多壁碳纳米管和石墨烯,三者的质量比为1.5:3.5:3.5。
本实施例中,表面改性碳粉的制备方法包含以下几步(以重量份计):(1)将10份碳粉干燥后,加入反应容器,之后加入300份质量百分比为25%乙醇溶液,超声分散2.5小时;(2)加入50份0.5wt%的KH570和KH580混合溶液,乙二酸调节pH为4;(3)75℃水浴搅拌反应3.5小时后,停止搅拌,离心干燥既得表面改性碳粉。
本实施例中,表面改性碳粉的细度为35um。
本实施例中,多壁碳纳米管的直径为10nm,长度为60um。
本实施例中,石墨烯的厚度为3nm,片径为8um。
本实施例中,聚氨酯树脂的平均粘度为12000cps,25℃,购买自沧州光博化工有限公司出售的平均粘度12000cps级的产品。
本实施例中,KH570和KH580为广州双桃精细化工出售的KH570和KH580产品。
本实施例第二方面提供了一种上述复合树脂发热体材料的制备方法,步骤包含以下几步:(1)称取所需量的碳材料和聚氨酯树脂通过高速搅拌机熔融共混搅拌均匀,共混搅拌温度为190℃;(2)混合均匀后,复合树脂通过流延、压延、牵伸和定型后得到均匀复合树脂膜;(3)在复合树脂膜表面印刷导电银浆,制备导电银浆层,烘干既得所述复合树脂发热体材料。
本实施例中,导电银浆的方阻为10毫欧;所述导电银浆层的厚度为3微米。
本实施例中,复合树脂发热体材料的的厚度为50um。
实施例2
本实施例的具体实施方式同实施例1,不同之处在于:表面改性碳粉,多壁碳纳米管和石墨烯的质量比为2:3:4。
对比例1
本对比例的具体实施方式同实施例1,不同之处在于:表面改性碳粉,多壁碳纳米管和石墨烯的质量比为0.5:5:2。
对比例2
本对比例的具体实施方式同实施例1,不同之处在于:聚氨酯树脂的平均粘度为8000cps,25℃。
对比例3
本对比例的具体实施方式同实施例1,不同之处在于:表面改性碳粉的细度为100um。
性能评价
1.方阻值:对所有实施例和对比例制得的复合树脂发热体材料的方阻值通过方阻测试仪进行测试,每个实施例对比例测试5个试样,测得的数值的平均值记入表1。
2.弯曲折叠性:对所有实施例和对比例制得的复合树脂发热体材料裁剪成5cmx5cm大小的样片,进行样片的对折测试,每个样片对折100次,观察100次之后,样品表面是否有明显的折痕和断裂情况,观察的情况记入表1。
表1
实施例 | 方阻值Ω | 弯曲折叠性 |
实施例1 | 8.00 | 无折痕、无断裂 |
实施例2 | 7.17 | 无折痕、无断裂 |
对比例1 | 3.12 | 有明显折痕、轻微裂痕 |
对比例2 | 3.14 | 有明显折痕、轻微裂痕 |
对比例3 | 3.87 | 有明显折痕、轻微裂痕 |
通过实施例1~2、对比例1~3和表1可以得知,本发明提供的一种复合树脂发热体材料及其制备方法,制备的复合树脂发热体材料具有良好的导热导电性能,耐弯曲折叠性能,并且有效增加了导热导电面积占比,适宜在纺织品领域推广,具有广阔的发展前景。其中实施例1在具有最佳的原料配比,制备工艺等因素下获得了最佳性能指数。
Claims (10)
1.一种复合树脂发热体材料,其特征在于:原料至少包含以下质量比成分:碳材料3~90%,基体树脂余量。
2.根据权利要求2所述的复合树脂发热体材料,其特征在于:所述碳材料在复合树脂发热体材料中的质量百分比为10~70%。
3.根据权利要求1~2任一项所述的复合树脂发热体材料,其特征在于:所述碳材料在复合树脂发热体材料中的质量百分比为30~60%。
4.根据权利要求1~3任一项所述的复合树脂发热体材料,其特征在于:所述碳材料为零维碳材料,一维碳材料,二维碳材料的混合物;所述零维碳材料的细度为10~80um。
5.根据权利要求4所述的复合树脂发热体材料,其特征在于:所述零维碳材料为碳粉、纳米金刚石、纳米富勒烯粉、碳包覆纳米金属中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的复合树脂发热体材料,其特征在于:所述一维碳材料为碳纳米管、碳纳米纤维中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的复合树脂发热体材料,其特征在于:所述二维碳材料为石墨烯、还原氧化石墨烯、改性氧化石墨烯中的至少一种。
8.根据权利要求1~7任一项所述的复合树脂发热体材料,其特征在于:所述基体树脂为聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂中的至少一种;所述基体树脂的粘度为10000~30000cps,25℃。
9.一种根据权利要求1~8任意一项所述的复合树脂发热体材料的制备方法,其特征在于:步骤包含以下几步:(1)称取所需量的碳材料和基体树脂通过高速搅拌机熔融共混搅拌均匀,共混搅拌温度为180~220℃;(2)混合均匀后,复合树脂通过流延、压延、牵伸和定型后得到均匀复合树脂膜;(3)在复合树脂膜表面印刷导电银浆,制备导电银浆层,烘干既得所述复合树脂发热体材料。
10.根据权利要求9所述的复合树脂发热体材料的制备方法,其特征在于:所述导电银浆的方阻为3~15毫欧;所述导电银浆层的厚度为1~6微米。
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CN114395244A (zh) * | 2021-12-25 | 2022-04-26 | 武汉中科先进技术研究院有限公司 | 一种高柔性高弹性石墨烯电热膜及其制备方法 |
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