專利名稱：碳納米管復合碳晶涂料及其制備碳素晶體電熱材料的方法
技術領域：
本發明涉及一種含碳納米管的碳晶復合涂料及由該復合涂料制備碳素晶體電熱 材料的方法，尤其是用于地暖、電熱臺板的碳素晶體電熱材料的制備方法。
背景技術：
碳納米管作為一維納米材料，具有優異的力學、電學、和化學性能，尤其是碳納米 管具有非常大的長徑比，在復合材料中易形成導電網絡，大大提高了導電和導熱性能。近些 年隨著技術的進步，已有大量的碳納米管在導電涂料、隱身吸波涂料中應用的報道。碳纖維 也是一種高性能的一維材料，具有良好的導熱、導電及化學性能，其球磨后的短碳纖維可均 勻分散在各種基體中，在導電發熱材料中得到廣泛應用。雖然近年來，碳晶電熱材料的生產 和研發有了很大的進展，但其制備方法主要是采用短碳纖維與紙漿混合制漿造紙的工藝， 該方法繁瑣、成本較高，另外，制備出的碳晶電熱材料寬度較窄，一般沒有超過600mm，難以 獲得大規格尺寸。因此改進碳晶電熱材料的制備工藝，是推廣該產品的關鍵。
發明內容
本發明的目的是提供一種工藝簡單、成本低廉、性能優異的碳素晶體電熱材料的 制備方法。為了達到上述目的，本發明人制備得到了碳納米管復合碳晶涂料，并利用簡單的 噴涂或刮涂的方法制備碳素晶體電熱材料。本發明中碳納米管復合碳晶涂料是由碳納米管、改性后的球磨短碳纖維、樹脂涂 料、紅外發射粉體等制備得到，其制備包括如下步驟a)將碳納米管、短碳纖維分別在配好的酒精或丙酮中浸泡1小時；b)將上述原料分別放入潔凈容器中，在80°C下烘干；c)短碳纖維在高能球磨機中粉碎，得到長度較均勻的2 5μπι的短碳纖維粉；d)添加 10%含量的陽離子型表面活性劑，將碳納米管和所得的短碳纖維粉 在混料機中混勻得到碳素晶體粉，碳納米管含量在0% 10% ；e)將樹脂涂料用丙酮稀釋，并添加上述混合好的碳素晶體粉、紅外發射粉體，在 涂料攪拌機中攪拌均勻，得到碳晶復合涂料，其比例分別為樹脂涂料50%、碳素晶體粉 30%、紅外發射粉體20%。在用上述碳晶復合涂料制備碳素晶體電熱材料時，依次包括如下步驟a)選用合適尺寸的面狀模板(紙基模板、塑料模板等)，利用噴涂機或刮具等將上 述制備好的碳晶復合涂料均勻的噴涂到模板上；b)在涂料未干時，將長度合適的規格為5mmX0. 2mm銅箔貼在涂層上，作為導入電 極，涂層固化后即制得面狀發熱體；c)在所得面狀發熱體的上方和下方，同時鋪上3 6層樹脂薄膜如阻燃環氧樹脂、 丁腈橡膠、乙烯基酯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等耐老化的高分子材料；
d)高溫下復合壓制得到最終的碳素晶體電熱材料，成型壓力為3 lOMPa，成型溫 度140 180°C，成型時間0. 5 2小時。本發明在碳素晶體材料中添加了碳納米管，碳納米管與碳纖維同屬一維碳素晶體 材料，具有遠紅外輻射強、電熱轉化效率高、表面溫差小、耐腐蝕、耐候和抗老化性好、安全 性高等優點，利用碳納米管優異的導電導熱性能，尤其是大的長徑比，可以有效的增強碳素 晶體電熱材料的發熱能力，可以制備出高于市面上600mm寬的大規格材料。本發明利用碳 晶復合涂料制備碳素晶體電熱材料，工藝流程也較短碳纖維造紙的方法簡便、設備要求不 高，具有易控、質量穩定等優點。根據上述方法制備的碳素晶體電熱材料是一種發熱均勻的 面狀發熱體，長度、寬度可設計，電壓自1.5V 380V可調，表面溫度自5°C 280°C可調，加 熱時間短30 120秒，遠紅外線當量30% 95%可調，使用壽命大于10萬小時。
具體實施例方式實施例1:(1)含碳納米管的碳晶復合涂料的制備選用單壁碳納米管，其管徑2 4nm，長 度10 20 μ m，選用碳纖維為聚丙烯腈基、T300系列，纖維長度為1 5mm，不含膠。將碳 納米管、短碳纖維分別在配好的酒精中浸泡1小時，然后將上述原料分別放入潔凈容器中， 在80°C下烘干。將短碳纖維在高能球磨機中粉碎，得到長度較均勻的2 5 μ m的短碳纖維 粉。按比例碳納米管含量2%加入短碳纖維粉，添加的表面活性劑十六烷基三甲基溴化 銨，將碳納米管和所得的短碳纖維粉在混料機中混勻得到碳素晶體粉。將樹脂涂料用丙酮 稀釋，并添加上述混合好的碳素晶體粉、紅外發射粉體，在涂料攪拌機中攪拌均勻，得到碳 晶復合涂料，其比例分別為樹脂涂料50%、碳素晶體粉30%、紅外發射粉體20%。(2)碳素晶體電熱材料的制備選用合適尺寸牛皮紙，利用噴涂機將上述制備好 的碳晶復合涂料均勻的噴涂到模板上，在涂料未干時，將5mmX0. 2mm銅箔貼在涂層上，作 為導入電極，涂層固化后即制得面狀發熱體。在所得面狀發熱體的上方和下方，同時鋪上3 層含玻纖的阻燃環氧樹脂膜，在155°C、5MPa、l小時下復合壓制得到最終的碳素晶體電熱 材料。實施例2 (1)含碳納米管的碳晶復合涂料的制備同實施例1 ；(2)碳素晶體電熱材料的制備選用合適尺寸的聚丙烯薄膜，利用噴涂機將上述 制備好的碳晶復合涂料均勻的噴涂到模板上，在涂料未干時，將5mmX0. 2mm銅箔貼在涂層 上，作為導入電極，涂層固化后即制得面狀發熱體。在所得面狀發熱體的上方和下方，同時 鋪上3層聚丙烯薄膜，在180°C、6MPa、l小時下復合壓制得到最終的碳素晶體電熱材料。實施例3 (1)含碳納米管的碳晶復合涂料的制備同實施例1 ；(2)碳素晶體電熱材料的制備選用合適尺寸的丁腈橡膠薄片，利用噴涂機將上 述制備好的碳晶復合涂料均勻的噴涂到模板上，在涂料未干時，將5mmX0. 2mm銅箔貼在涂 層上，作為導入電極，涂層固化后即制得面狀發熱體。在所得面狀發熱體的上方和下方，同 時鋪上2層丁腈橡膠，在145°C、4MPa、0. 5小時下復合壓制得到最終的碳素晶體電熱材料。
權利要求
一種碳納米管復合碳晶涂料，其特征在于，該涂料是由碳納米管、改性后的球磨短碳纖維、樹脂涂料、紅外發射粉體等制備得到，其制備包括如下步驟a)將碳納米管、短碳纖維分別在配好的酒精或丙酮中浸泡1小時；b)將上述原料分別放入潔凈容器中，在80℃下烘干；c)短碳纖維在高能球磨機中粉碎，得到長度較均勻的2～5μm的短碳纖維粉；d)添加1％～10％含量的陽離子型表面活性劑，將碳納米管和所得的短碳纖維粉在混料機中混勻得到碳素晶體粉，碳納米管含量在0％～10％；e)將樹脂涂料用丙酮稀釋，并添加上述混合好的碳素晶體粉、紅外發射粉體，在涂料攪拌機中攪拌均勻，得到碳晶復合涂料，其比例分別為樹脂涂料50％、碳素晶體粉30％、紅外發射粉體20％。
2.根據權利要求1所述的含碳納米管的碳晶復合涂料，其特征在于，所選擇的原料碳 納米管，為單壁碳納米管，管徑2 4nm，長度10 20 μ m。
3.根據權利要求1所述的含碳納米管的碳晶復合涂料，其特征在于，所選擇的原料碳 纖維為聚丙烯腈基、T300以上系列，纖維長度為1 5mm，不含膠。
4.根據權利要求1所述的含碳納米管的碳晶復合涂料，其特征在于，所選擇的陽離子 型表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨。
5.根據權利要求1所述的含碳納米管的碳晶復合涂料，其特征在于，所述的樹脂涂料 為醇酸樹脂、丙烯酸樹脂、氨基樹脂、環氧樹脂、聚氨酯等。
6.根據權利要求1所述的含碳納米管的碳晶復合涂料，其特征在于，所述的紅外發射 粉體為摻雜有稀土氧化物的遠紅外陶瓷粉，比例為1 2 5。
7.一種由權利要求1所述的碳納米管復合碳晶涂料制備碳素晶體電熱材料的方法，其 制備包括如下步驟a)選用合適尺寸的面狀模板(紙基模板、塑料模板等)，利用噴涂機或刮具等將上述制 備好的碳晶復合涂料均勻的噴涂到模板上；b)在涂料未干時，將長度合適的規格為5mmX0.2mm銅箔貼在涂層上，作為導入電極， 涂層固化后即制得面狀發熱體；c)在所得面狀發熱體的上方和下方，同時鋪上3 6層樹脂薄膜如阻燃環氧樹脂、丁腈 橡膠、乙烯基酯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等；d)高溫下復合壓制得到最終的碳素晶體電熱材料，成型壓力為3 lOMPa，成型溫度 140 180°C，成型時間0. 5 2小時。
8.根據權利要求7所述的由碳納米管復合碳晶涂料制備碳素晶體電熱材料的方法，其 特征在于，所述的面狀模板為60 80g/m2的紙基模板如牛皮紙、白紙、彩色紙等，或塑料模 板如環氧樹脂薄膜、丁腈橡膠薄膜、乙烯基酯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等。
全文摘要
本發明公開了一種碳納米管復合碳晶涂料及其制備碳素晶體電熱材料的方法。其中碳晶復合涂料是由碳納米管、改性后的球磨短碳纖維、樹脂涂料、紅外發射粉體等制得；碳素晶體電熱材料則是由以上涂料在面狀模板(紙基模板、塑料模板等)上經噴涂或刮涂成膜，與耐老化的高分子材料復合制備得到面狀電熱材料。該碳晶復合涂料、碳素晶體電熱材料具有遠紅外輻射強、電熱轉化效率高、表面溫差小、耐腐蝕、耐候和抗老化性好、安全性高，不僅能與混凝土和諧相處，可作為建筑用采暖發熱產品，另外可加工成各種電熱取暖產品，如電熱臺板、電熱地毯、干衣柜、足暖器、食品保溫器等。
文檔編號H05B3/20GK101914347SQ20101024695
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年8月6日
發明者唐誼平, 龔亮 申請人:龔亮;唐誼平