可控溫型炭系電熱涂料的制備與電熱性能研究.pdf

1、電熱涂料是將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能的功能性涂料,電熱涂料的研制是當(dāng)前特種功能涂料領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。但目前傳統(tǒng)的有機(jī)型電熱涂料表面發(fā)熱溫度不高,耐熱性能較差和易老化脫落；常用的無機(jī)型電熱涂料附著力較差、易潮解吸水且涂層電發(fā)熱性能不穩(wěn)定。這些問題都制約了電熱涂料在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用,同時(shí)國內(nèi)外相關(guān)研究者對(duì)電熱涂料的電熱特性及其可控溫機(jī)理仍缺乏深入研究。為了克服現(xiàn)有電熱涂料因自身材質(zhì)的缺陷難以適用于電熱采暖,及其維護(hù)成本偏高等問題,制得了在安全電壓

2、下即具有優(yōu)良電熱性能的可控溫型炭系電熱涂層。本文開展了對(duì)可控溫型無機(jī)炭系電熱涂料的制備、電熱性能及機(jī)理研究。
　　 (1)對(duì)炭系電熱涂料配方、制備工藝和電熱性能進(jìn)行了研究。采用多種炭系粉料按照一定比例組成復(fù)合型導(dǎo)電填料,以無機(jī)和有機(jī)粘結(jié)劑為基料,制得復(fù)合型炭系電熱涂料。系統(tǒng)研究了不同炭系導(dǎo)電填料和不同種類粘結(jié)劑對(duì)電熱涂層的導(dǎo)電性、電熱性、耐熱性和耐老化性等性能的影響。采用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)涂層表面形貌進(jìn)行分析；采用差熱-

3、熱重分析儀對(duì)涂層進(jìn)行熱穩(wěn)定性分析；采用電阻率測試儀測量涂層的導(dǎo)電性能；采用電參數(shù)測試儀測量涂層的表面發(fā)熱溫度。研究表明:在相同條件下,用石墨/炭黑混合炭系填料比用單一的炭系粉末填料制得的涂層具有更優(yōu)良的導(dǎo)電性和電熱性；采用無機(jī)粘結(jié)劑為基料的電熱涂層比以有機(jī)樹脂為基料的涂層具有更好的耐熱性和耐老化性；研究發(fā)現(xiàn),復(fù)合型無機(jī)炭系電熱涂料在安全電壓下即具有優(yōu)良的電熱性能,以水玻璃為粘結(jié)劑,當(dāng)導(dǎo)電填料(石墨/炭黑=5/1)含量為40wt％時(shí)制得的

4、涂層在36V電壓下,通電15min,涂層表面溫度可穩(wěn)定在約302℃；以改性樹脂為粘結(jié)劑,導(dǎo)電填料含量為40wt％時(shí)制得的涂層在36V電壓下,通電15min,涂層表面溫度僅為76℃。
　　 (2)對(duì)可控溫型無機(jī)炭系電熱涂料配方、制備工藝和電熱性能進(jìn)行了研究。采用復(fù)合型炭系粉料為主要導(dǎo)電材料,摻雜一定體積比的金屬組元,以共混無機(jī)粘結(jié)劑為基料,在耐熱載體表面預(yù)埋電極后,用涂覆法成型再固化,制得可控溫型無機(jī)炭系電熱涂料。系統(tǒng)研究了炭系導(dǎo)

5、電填料和粘結(jié)劑對(duì)電熱涂層的導(dǎo)電性、電熱性、耐熱性和耐老化性等性能的影響。用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)涂層微觀結(jié)構(gòu)和粒子分布狀態(tài)進(jìn)行表征和分析；用數(shù)字式四探針測試儀和電參數(shù)測定儀對(duì)電熱涂層進(jìn)行電學(xué)、熱學(xué)等性能的測試。研究結(jié)果表明,采用水玻璃和硅溶膠共混無機(jī)粘結(jié)劑為基料,以石墨/炭黑/金屬粉混合填料為導(dǎo)電填料制得的電熱涂層,其溫度可控性、耐水性及電熱性能優(yōu)良。研究還發(fā)現(xiàn),當(dāng)涂層尺寸為200x100mm2,厚度約為0.5mm,在室溫為23℃,

6、電壓為36V,通電30min,以共混無機(jī)粘結(jié)劑為基料的涂層表面發(fā)熱溫度一般能穩(wěn)定在120℃左右。
　　 (3)研究了炭系電熱涂料的電擊穿模型,研究表明,涂層的致密度是影響其電擊穿強(qiáng)度的主要因素。研究發(fā)現(xiàn),炭系電熱涂料的電擊穿特性主要是由涂層內(nèi)部的焦耳熱效應(yīng)引起的。在導(dǎo)電發(fā)熱過程中,涂層局部焦耳熱效應(yīng)產(chǎn)生大量熱量,使其熱量傳遞失衡,導(dǎo)致基體膨脹破壞了原有導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),使原來導(dǎo)通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開,從而造成電擊穿的發(fā)生。
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