CNT复合型材料发热体及其制造方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种CNT复合型材料发热体，所述CNT复合型材料发热体包含硅橡胶、PBR、PP、PE、NDBR、SSBR、丙烯酸橡胶、氟橡胶、聚氨酯中的任意一种以上，经分散处理的碳纳米管的重含量为1％到12％。本发明专利技术达到的效果是：电耗低、使用安全。本发明专利技术还公开了该CNT复合型材料发热体的制备方法及应用。

CNT Composite Material Heater and Its Manufacturing Method and Application

【技术实现步骤摘要】
CNT复合型材料发热体及其制造方法和应用
本专利技术涉及复合型材料发热体
，尤其是涉及一种包含碳纳米管的复合型材料发热体。本专利技术还涉及该包含碳纳米管的复合型材料发热体的制造方法。
技术介绍
包含碳纳米管(CNT，CarbonNanoTube，以下简称“CNT”)的复合型材料发热体就是把由CNT和高分子混合而成的复合型材料制成发热体，将该发热体置于面上，在面与面之间插入电极，便能提升发热体使用寿命，并提高安全性。CNT于1991年被日本科学家首次发现。该物质拥有比铜更强的导电性，比钻石更高的导热性，且其力学性能高于铁数千倍。目前，CNT已有超过20年的使用和量产史，并常作为其他材料的添加剂使用。因为特有的防静电，屏蔽电磁波，吸收电波，隔音，隔热，发热等特性，CNT被作为附加材料广泛应用于电器、电子、汽车、船舶、航空、运动、军事等多个领域。然而，由于对CNT的分离技术和应用方法的开发研究不足，目前仍无法更广泛地应用CNT。最近，对以CNT和碳纤维为基础制作发热体的研究正成为热点。值得一提的是，包含有CNT的发热体具有无空气污染和噪音，能放射对人体有益的远红外线的优点。利用CNT的这种特性，科学家们正在研究将其用于温热疗法，健康桑拿，衣物，床上用品，供暖，结冰预防，农水产品干燥，养猪养鸡等牲口棚、化学工厂以及燃气运船的管道保温，甚至力求使其成为下一代家用供暖材料。但是现在已有的发热体主要是通过在发热体上直接形成一个类似于电极的电源来发热的。但是这种发热方式容易导致事故的发生：一是在发热体和电极之间的界面以上会形成高温区域，从而导致安全事故；二是发热体之上若有异物进入则容易形成热点，进而局部发热而导致安全事故。并且，含有碳纤维的发热体无法加热到100℃以上，在断线的情况下无法继续加热，不能被作为材料使用。同时，这类发热体不仅存在使用寿命急剧缩短的问题，若是受到外部冲击而损伤，还易引起火灾、触电等安全事故，并会出现性能低下的问题。有文献公开了选择了塑料作为高分子物质来制成发热体，为了使CNT与高分子物质均匀混合，不得不添加碳黑。该文献所示的制造方法制造而成的发热体(如图2所示)，该发热体的发热温度会随时间的流逝而急剧上升。为了控制温度，需要额外加入温度控制剂，使用者会面临随时间增加发热温度不稳定的问题。有文献与“利用加热混合物(heatingpaste)的表面加热分子和低电力便携式加热器”有关，公开了加热混合物(heatingpaste)在低电阻的情况下制作而成，由此制成的发热体能在低电压和低动力的情况下运转。有文献与“碳素发热合成物和碳素发热体”有关，公开了含有粉状碳化硅的树脂发热体的制造方法。有文献与“具有硅烷功能的面上发热体及其制造方法”有关，公开了使包含石墨烯和CNT的碳素原料结晶，并与硅烷醇混合后制成发热体的制造方法。然而，前述文献利用了印刷方式来制造发热体。这种方法制成的发热体只能在表面发热，并且因为电极部分的接触电阻很大，只能在电极部位发热且易形成热点(hotspot)，继而产生危害。因此本专利申请人并没有使用上述几种方法，即将分散处理的CNT与高分子混合制成复合型材料，在现有的发热体上印刷可使用的表面并加上电极，而是研究出了在面与面之间加入电极的面上发热体，既能省电，又能确保安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种CNT复合型材料发热体，它具有解决了目前市售发热体存在的电耗高，存在触电、火灾等安全隐患，且因短路或损坏导致的稳定性差，电磁波对人体产生危害等种种问题的特点。本专利技术所采用的技术方案是：利用经分散处理的CNT与高分子混合，制成CNT复合型材料发热体。为达成上述目标，本专利技术中的CNT使用了多壁碳纳米管(MWCNT,MultipleWallCarbonNanoTube)和单壁碳纳米管(SWCNT,SingleWallCarbonNanoTube)，选用材料的主要特征为：直径在30nm以内，大小以直径的1倍为基准，纵横比在1:1000以下。本专利技术所使用的高分子材料为橡胶和塑料，具体来说，由硅橡胶，PBR(PolybutadieneRubber)，PP(Polypropylene)，PE(Polyethylene)，NDBR(NeodymiumButadieneRubber)，SSBR(SolutionStyreneButadieneRubber)，丙烯酸橡胶，含氟橡胶，聚氨酯，PA(Polyamide)等中的任意一种以上合成。本专利技术中，CNT占高分子材料重量的1-12％。本专利技术包括如下制造步骤：S110：CNT的前期分散处理阶段；S120：经分散处理的CNT和高分子材料混合阶段；S130：合成物轧制(rolling)阶段；S140：面与面之间插入电极阶段；S150：热压结合与硬化冷却阶段。在步骤S110：CNT的前期分散处理阶段中，使用了MWCNT和SWCNT，主要特征为：直径在30nm以内，大小以直径的1倍为基准，纵横比在1:1000以下。在步骤S120：在经分散处理的CNT和高分子材料混合阶段，使用了橡胶及塑料，具体来说，是由硅橡胶，PBR，PP，PE，NDBR，SSBR，丙烯酸橡胶，含氟橡胶，聚氨酯，PA等中的任意一种以上合成。并且，在经分散处理的CNT和高分子材料混合阶段(S120)，需要先在混合器中加入高分子材料，再加入其重量1-12％的CNT。加入过程中需要根据CNT混合量的不同，每次在高分子中加入其重量1-3％的CNT并反复操作至混合完全。在步骤S130：合成物轧制(rolling)阶段，通过轧制混合材料，制成发热体面的形态。在步骤S140：在面与面之间插入电极阶段，在铜电极表面镀上锡、银和镍，把电极插入发热体的面与面之间。在步骤S150：在热压结合与硬化冷却阶段，两面在110-250℃下持续热压结合20-50分钟，硬化冷却，使其定型，制成面上发热体。前述的CNT复合型材料发热体的制备方法生产的碳纳米管的复合材料发热体作为加热器芯(heatercore)应用。本专利技术达到的效果是：电耗低、使用安全。即，根据本专利技术的制造方法，所生产的CNT复合型材料发热体在高分子中混合了橡胶，通过其缓冲效果，最大程度降低受损可能性。并且，本专利技术中的CNT复合型材料可以通过混合高分子和分散的CNT，以注塑的方式批量生产。本专利技术并没有采用在现有的发热体上印刷可使用的表面并加上电极，或是利用在面与面之间加上电极的方法，使整个发热体的面能够均匀散热而非局部散热。继而，在本专利技术中，可通过制作金属模具来制造3维形态或多种厚度的发热体。本专利技术能够防止由损伤、表面异物带来的热点现象的发生，不仅能预防安全事故，还能增加产品使用寿命。CNT复合型材料发热体会通过CNT放射对人体有益的远红外线。与已有的面上发热体相比，本产品能显著节约电能，使用了环保材料，并且能吸收电磁波，使之不对外放射。在户外或是没有电源的地方，仅作为便携式电池便可维持一定的温度长达5个小时以上。本专利技术的CNT复合型材料发热体不受大小限制，具有多种用途，如发热坐垫，发热鞋，户外用便携式发热体，移动座椅，汽车方向盘加热器，手套、扶手、门把手加热器，被褥毯子加热等。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：图1为制造CNT复合型材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.CNT复合型材料发热体，其特征在于：所述CNT复合型材料发热体包含硅橡胶、PBR(Polybutadiene Rubber)、PP(Polypropylene)、PE(Polyethylene)、NDBR(Neodymium Butadiene Rubber)、SSBR(Solution Styrene ButadieneRubber)、丙烯酸橡胶、氟橡胶、聚氨酯中的任意一种以上，经分散处理的碳纳米管(CNT)的重含量为1％到12％。

【技术特征摘要】
1.CNT复合型材料发热体，其特征在于：所述CNT复合型材料发热体包含硅橡胶、PBR(PolybutadieneRubber)、PP(Polypropylene)、PE(Polyethylene)、NDBR(NeodymiumButadieneRubber)、SSBR(SolutionStyreneButadieneRubber)、丙烯酸橡胶、氟橡胶、聚氨酯中的任意一种以上，经分散处理的碳纳米管(CNT)的重含量为1％到12％。2.根据权利要求1所述的CNT复合型材料发热体的制备方法，包括如下步骤：S110：碳纳米管(CNT)的前期分散处理阶段；S120：经过分散处理的碳纳米管(CNT)和高分子的混合阶段；S130：合成物的轧制阶段；S140：在面与面之间插入电极的阶段；S150：热压结合并硬化冷却的阶段。3.根据权利要求2所述的CNT复合型材料发热体的制备方法，其特征在于：所述步骤S110中，CN...

【专利技术属性】
技术研发人员：金方俊，
申请(专利权)人：永康郑金电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33