[发明专利]碳纳米管复合碳晶涂料及其制备碳素晶体电热材料的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种含碳纳米管的碳晶复合涂料及由该复合涂料制备碳素晶体电热材料的方法，尤其是用于地暖、电热台板的碳素晶体电热材料的制备方法。

背景技术：

碳纳米管作为一维纳米材料，具有优异的力学、电学、和化学性能，尤其是碳纳米管具有非常大的长径比，在复合材料中易形成导电网络，大大提高了导电和导热性能。近些年随着技术的进步，已有大量的碳纳米管在导电涂料、隐身吸波涂料中应用的报道。碳纤维也是一种高性能的一维材料，具有良好的导热、导电及化学性能，其球磨后的短碳纤维可均匀分散在各种基体中，在导电发热材料中得到广泛应用。虽然近年来，碳晶电热材料的生产和研发有了很大的进展，但其制备方法主要是采用短碳纤维与纸浆混合制浆造纸的工艺，该方法繁琐、成本较高，另外，制备出的碳晶电热材料宽度较窄，一般没有超过600mm，难以获得大规格尺寸。因此改进碳晶电热材料的制备工艺，是推广该产品的关键。

发明内容：

本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉、性能优异的碳素晶体电热材料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明人制备得到了碳纳米管复合碳晶涂料，并利用简单的喷涂或刮涂的方法制备碳素晶体电热材料。

本发明中碳纳米管复合碳晶涂料是由碳纳米管、改性后的球磨短碳纤维、树脂涂料、红外发射粉体等制备得到，其制备包括如下步骤：

a)将碳纳米管、短碳纤维分别在配好的酒精或丙酮中浸泡1小时；

b)将上述原料分别放入洁净容器中，在80℃下烘干；

c)短碳纤维在高能球磨机中粉碎，得到长度较均匀的2～5μm的短碳纤维粉；

d)添加1％～10％含量的阳离子型表面活性剂，将碳纳米管和所得的短碳纤维粉在混料机中混匀得到碳素晶体粉，碳纳米管含量在0％～10％；

e)将树脂涂料用丙酮稀释，并添加上述混合好的碳素晶体粉、红外发射粉体，在涂料搅拌机中搅拌均匀，得到碳晶复合涂料，其比例分别为：树脂涂料50％、碳素晶体粉30％、红外发射粉体20％。

在用上述碳晶复合涂料制备碳素晶体电热材料时，依次包括如下步骤：

a)选用合适尺寸的面状模板(纸基模板、塑料模板等)，利用喷涂机或刮具等将上述制备好的碳晶复合涂料均匀的喷涂到模板上；

b)在涂料未干时，将长度合适的规格为5mm×0.2mm铜箔贴在涂层上，作为导入电极，涂层固化后即制得面状发热体；

c)在所得面状发热体的上方和下方，同时铺上3～6层树脂薄膜如阻燃环氧树脂、丁腈橡胶、乙烯基酯树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等耐老化的高分子材料；

d)高温下复合压制得到最终的碳素晶体电热材料，成型压力为3～10MPa，成型温度140～180℃，成型时间0.5～2小时。

本发明在碳素晶体材料中添加了碳纳米管，碳纳米管与碳纤维同属一维碳素晶体材料，具有远红外辐射强、电热转化效率高、表面温差小、耐腐蚀、耐候和抗老化性好、安全性高等优点，利用碳纳米管优异的导电导热性能，尤其是大的长径比，可以有效的增强碳素晶体电热材料的发热能力，可以制备出高于市面上600mm宽的大规格材料。本发明利用碳晶复合涂料制备碳素晶体电热材料，工艺流程也较短碳纤维造纸的方法简便、设备要求不高，具有易控、质量稳定等优点。根据上述方法制备的碳素晶体电热材料是一种发热均匀的面状发热体，长度、宽度可设计，电压自1.5V～380V可调，表面温度自5℃～280℃可调，加热时间短30～120秒，远红外线当量30％～95％可调，使用寿命大于10万小时。

具体实施方式：

实施例1：

(1)含碳纳米管的碳晶复合涂料的制备：选用单壁碳纳米管，其管径2～4nm，长度10～20μm，选用碳纤维为聚丙烯腈基、T300系列，纤维长度为1～5mm，不含胶。将碳纳米管、短碳纤维分别在配好的酒精中浸泡1小时，然后将上述原料分别放入洁净容器中，在80℃下烘干。将短碳纤维在高能球磨机中粉碎，得到长度较均匀的2～5μm的短碳纤维粉。按比例碳纳米管含量2％加入短碳纤维粉，添加1％的表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，将碳纳米管和所得的短碳纤维粉在混料机中混匀得到碳素晶体粉。将树脂涂料用丙酮稀释，并添加上述混合好的碳素晶体粉、红外发射粉体，在涂料搅拌机中搅拌均匀，得到碳晶复合涂料，其比例分别为：树脂涂料50％、碳素晶体粉30％、红外发射粉体20％。