[发明专利]高分子加热板材及其制备方法

说明书

本发明公开了高分子加热板材及其制备方法，涉及加热材料技术领域。该高分子加热板材，包括：骨架材料和导电填充物；上述骨架材料包括聚丙烯酸酯；上述导电填充物包括3,4‑二氟‑反式苯乙烯异氰酸酯功能化石墨烯。本发明制得的高分子加热板材具有优异的导电性能和导热性能，电热转化效率高，发热均匀性好；且有效增强了板材的机械性能和热稳定性。

技术领域

本发明属于加热材料技术领域，具体涉及高分子加热板材及其制备方法。

背景技术

发热板，是一种通电后板面发热而不带电且无明火的、外形呈圆形，矩形的、安全可靠的电加热平板，由于使用时主要靠热传导，因此热效率高。但是目前，一般发热板的电热丝为裸露的，存在安全隐患，且进口成本较高，此外传统的发热板，散热不均匀，造成发热效率低等现象。

石墨烯独特的物理化学结构赋予了其优越的性能：超高的杨氏模量和强度，优良的导电、导热性能，巨大的比表面积和良好的气体阻隔性，使得石墨烯纳米复合材料在性能上显示出较大的提高，这是以往的复合材料或者单纯的聚合物所不能达到的。然而，石墨烯自身的不溶不熔性、易堆叠团聚以及难以加工操作等问题，很大程度上限制了它在复合材料和其他器件方面的应用。氧化石墨烯虽然经过氧化处理，表面接上了各种含氧基团，提高了石墨烯的溶解性，但其只能溶解在亲水的介质中，与很多聚合物也很难相容。并且氧化石墨烯的导电、导热性能差，不适合于制备导电导热复合材料。对石墨烯进行化学修饰可以最有效的改善这些限制，越来越多的科学家对此产生了浓厚的兴趣。

发明内容

本发明的目的在于提供高分子加热板材及其制备方法，该高分子加热板材具有优异的导电性能和导热性能，电热转化效率高，发热均匀性好；且有效增强了板材的机械性能和热稳定性，获得较好的抗冻性能。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种高分子加热板材，包括：骨架材料和导电填充物；上述骨架材料包括聚丙烯酸酯；上述导电填充物包括3,4-二氟-反式苯乙烯异氰酸酯功能化石墨烯。3,4-二氟-反式苯乙烯异氰酸酯功能化石墨烯，分子结构中存在较多活性基团，显著提升其在有机物质中的分散性，可以更好的分散在基体中并与之形成更强的界面相互作用，使得材料具有更好的加工性和凝聚力，显著增强板材的机械性能。且功能化石墨烯作为导电填料加入骨架材料中，形成良好的导电网络，可有效增强获得的高分子加热板材的导电性能；且制得的板材的玻璃化转变温度得到提升，热性能得到改善；同时，3,4-二氟-反式苯乙烯异氰酸酯功能化石墨烯的存在显著增强了高分子加热板材的导热性能，且电热转化效率提高。

在一种可能的设计中，导电填充物的添加量为2.1～4.3wt％。

上述高分子加热板材的制备方法，包括：上述高分子加热板材由功能化石墨烯和MMA在AIBN催化剂的作用下发生异分子聚合获得。

进一步地，高分子加热板材的制备方法，具体包括：

室温下将功能化石墨烯溶解于DMF中超声分散，加入MMA和AIBN，磁力搅拌使其分散均匀，然后将反应器放置于冰水浴中真空/干燥、氮气循环除氧若干次；将密封好的烧瓶浸入预热至70～75℃的油浴中，氮气保护下持续搅拌使反应物进行自由基聚合；经过10～12h反应后，在剧烈搅拌的条件下倒入过量冰甲醇中，抽滤获得沉淀物，用甲醇洗涤5～6次；最后在真空下70～75℃干燥过夜。

在一种可能的设计中，功能化石墨烯分散液的浓度为1.5～3mg/mL；催化剂AIBN的添加量为0.42～0.57wt％。