环境友好型纳米电热碳浆的制备及其应用
本文采用物理混合的方法制备出环境友好型纳米电热碳浆，并将其用于电热膜与网状电热材料的制备中，对其性能进行了研究，并且通过中试产业化制备出网状电热材料，研究了其制作工艺和性能。 首先使用纳米碳黑和水性聚氨酯制备出纳米电热碳基碳浆，探究了碳黑含量和电热碳浆的电阻率、力学性能、表面形貌和电热性能的关系以及助剂的加入对电热碳浆性能的影响，并通过加入石墨烯对其进行改性研究。以PET薄膜为基材，将电热碳浆制成0.8mm厚度，电极间距为25cm的膜片，对其性能测试发现，碳浆的电阻率随碳黑含量的增加而降低，当碳黑含量为17％时，在220V的条件下，电热温度达到125℃;当碳黑含量为11％-17％时，碳浆膜片具有良好的力学性能，最大的断裂伸长率和拉伸强度分别为1800％和6MPa;当碳黑含量超过21％时，碳浆膜片表面发生皲裂，结构被破坏;OS乳化剂的含量为2％时，碳浆具有最佳的抗沉淀性能;表面活性剂BYK的含量为2％时，碳浆有最小的表面张力和接触角;交联剂的最佳含量为3％。在上述碳浆中加入电阻率为0.09Ω.cm的石墨烯对其改性，制备出具有高电热性能的碳浆，当导电填料为15％且m（石墨烯）∶m（碳黑）=12∶3时，电热膜片在220V条件下使PET基材发生形变，在100V条件下电热温度为50.7℃。 其次将纳米电热碳浆用于网状电热材料的制备当中，通过使用电热碳浆对网状玻璃纤维涂覆，在100℃的条件下进行干燥，制备出具有良好电热性能的电热网。通过研究其电热性能及影响因素发现，电热网的电热性能随碳黑含量的增加而提升，最适碳浆浓度为20％;电热网网格的减小，电极间距的降低，电压的上升和涂覆次数的增加会造成电热性能的提升，纵向长度对电热性能无影响。在上述碳浆中加入纳米SiO2进行改性，发现碳浆的粘度随SiO2含量的增加逐渐增大，当其含量为3％时，碳浆的结晶度最大且电热性能最佳。 最后采用中试产业化工艺制备电热碳浆并通过自动化设备对玻璃纤维网进行涂覆，成功制备出大面积的电热网。通过研究具体的中试工艺参数和电热网性能，发现在130℃的干燥温度和2.5m/min的涂覆速度下，进行两次涂覆能够制备出电热性能良好的电热网。通过中试设备对电热网进行绝缘层的涂覆，成功制出绝缘效果优良的电热网。
纳米电热碳浆;制备工艺;电热性能;力学性能
北京化工大学
硕士
化学
刘太奇
2018
中文
TB341
89
2018-09-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）