電熱膜用碳系導(dǎo)電油墨的制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、電熱膜輻射供暖有電熱轉(zhuǎn)換效率高、清潔能源、保健、易于控制、舒適性高等優(yōu)點，是目前國內(nèi)外公認最理想的采暖方式。其中導(dǎo)電油墨是影響電熱膜電熱性能的關(guān)鍵因素，導(dǎo)電油墨是一種功能性導(dǎo)電涂料，能將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能，廣泛應(yīng)用于航天航空、建筑、工業(yè)、民用等領(lǐng)域。但普遍存在電熱性能不穩(wěn)定、粘結(jié)性不好、易開裂、使用壽命較短等問題。碳系導(dǎo)電油墨由于具有電熱轉(zhuǎn)換效率高、成本低、不易氧化等優(yōu)點，是眾多研究者研究的熱點。為了解決導(dǎo)電油墨存在的問題，使其更適用于

2、電熱采暖，研究一種發(fā)熱均勻、電熱性能優(yōu)良、附著力強的碳系導(dǎo)電油墨具有重要意義。
　　本論文通過對碳黑和石墨分散劑的篩選和分散方法的研究確定了適當?shù)姆稚⒐に?；通過選用水性聚氨酯為粘結(jié)劑，石墨和碳黑作為填料制備導(dǎo)電油墨，基于上述導(dǎo)電油墨制備導(dǎo)電織物，并對導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性能、微觀形貌及油墨附著力等性能進行了測試表征；將導(dǎo)電織物加工成電熱元件，研究了導(dǎo)電織物電熱元件的電熱性能和模擬了實際應(yīng)用中的傳熱過程。通過以上研究，可以得到如下結(jié)論：<

3、br>　　（1）分別研究碳黑與石墨在水性體系中的分散性，結(jié)果表明：采取球磨方式對碳黑進行分散比超聲方式分散可以取得更好的分散效果和沉降穩(wěn)定性，制備得到的碳黑水性體系中的碳黑顆粒的粒徑更小。非離子型分散劑曲拉通X-100的分散效果優(yōu)于十二烷基苯磺酸鈉、聚氧乙烯月桂醚、阿拉伯樹膠粉和陰離子聚丙烯酰胺等分散劑，以曲拉通X-100作為分散劑，通過球磨分散制備碳黑水性分散體系，可以得到平均粒徑為243.6nm的碳黑顆粒，且碳黑粒徑分布較窄。在此基

4、礎(chǔ)上，對石墨填料進行了分散性研究，發(fā)現(xiàn)在同樣工藝條件下，石墨水性分散體系中石墨顆粒的尺寸隨球磨時間的增加而減少，石墨水性分散體系的分散效果也越好。
　　（2）分別以石墨和碳黑為填料，制備了電熱用導(dǎo)電油墨，浸漬后得到導(dǎo)電織物，研究了填料含量和球磨時間對油墨性能的影響。結(jié)果表明：以石墨為導(dǎo)電填料的導(dǎo)電油墨，在球磨4h時比球磨10h獲得的體積電阻率更低，導(dǎo)電性更好；其體積電阻率隨石墨含量的增加而減小，石墨:聚氨酯的質(zhì)量比為10:5的導(dǎo)電

5、油墨，其導(dǎo)電性能較好，同時以此導(dǎo)電油墨制備的導(dǎo)電織物的表面平整，涂層均勻且附著力等級較佳。以碳黑為導(dǎo)電填料制備的導(dǎo)電油墨，在碳黑含量增大到某一程度后（碳黑:聚氨酯=10:3），會出現(xiàn)觸變現(xiàn)象，致使導(dǎo)電織物表面不均勻；碳黑:聚氨酯的質(zhì)量比為10:5的導(dǎo)電油墨導(dǎo)電性能最好，導(dǎo)電織物平整度佳。
　　（3）以石墨/碳黑混合物為填料制備導(dǎo)電油墨，研究了石墨和碳黑的配比對油墨性能的影響。結(jié)果表明：所制備的導(dǎo)電性能較單一填料的導(dǎo)電油墨好，且導(dǎo)電

6、油墨有著良好的伏安特性。在石墨:碳黑:聚氨酯為6:4:5時，導(dǎo)電織物達到最低體積電阻率1.27Ω·cm，織物表面光滑平整，涂層附著力為2級。
　?。?）基于導(dǎo)電織物制備了導(dǎo)電織物電熱元件，研究了其電熱性能和工作過程中的換熱量。研究表明：所制備的導(dǎo)電織物電熱元件具有快速升溫速率，升溫時間為5min；導(dǎo)電織物電熱元件的穩(wěn)定溫升和功率密度之間存在良好的線性關(guān)系，溫升和功率密度之比的倒數(shù)為綜合換熱系數(shù)，其值為0.0022；導(dǎo)電織物表現(xiàn)出優(yōu)