The invention belongs to the technical field of electrothermal materials, and relates to an electrothermal film with PTC effect and a preparation method thereof. This method first uses dopamine to treat the surface of the carbon fiber staple, and the treated carbon fiber is added to the hydrophilic polymer at a weight ratio of 25 to 60%, so that the carbon fiber is evenly distributed and made into carbon paste. The carbon paste is added to the polyurethane emulsion with a solid weight of 50 to 65% by weight ratio of 40 to 70%. After mixing evenly, the carbon film is coated on the substrate to prepare an electric heating film, and the film thickness is 50 150 m. Dopamine forms a hydrophilic coating on the surface of carbon fiber staple. Because the hydrophilic polymer is incompatible with polyurethane, the system is bicontinuous. Carbon fiber staple mainly distributes in hydrophilic polymer, and polyurethane is the supporting material of electric heating film. In the invention, polyurethane with small thermal expansion coefficient and good dimensional stability can be selected because the supporting material does not need to provide volume expansion effect, and the finished product has better PTC effect and dimensional stability.
【技术实现步骤摘要】
一种新型具有PTC效应的电热膜及其制备方法
本专利技术属于电热材料
,涉及一种具有PTC效应的电热膜及其制备方法,具体而言是一种以碳纤维短纤为导电填料、以高分子为支撑材料制备电热膜的技术和方法。本专利技术用于制备通电发热且可自限温的高分子电热膜,用于代替传统的不能自限温的高分子电热膜。
技术介绍
具有PTC(PositiveTemperatureCoefficient)效应的材料指的是一类具有正温度系数的热敏电阻材料,其主要特点是当材料的温度升高到某个温度后,材料的电阻率会迅速增加,由导体变为不良导体甚至绝缘体。正是因为这一特点,具有PTC效应的材料经常被用于设计和制备在通电加热的条件下可以自限温的电热材料。高分子材料电热膜一般以炭黑、碳纤维、石墨烯或者金属等导电粒子作为导电填料,以热稳定性好的高分子材料作为支撑材料制备而成。电热膜在通电的情况下持续发热,如果局部有覆盖物,容易导致热量积累和局部温度过高。目前要实现高分子电热膜的限温,采用的方法主要有两类。一类方法是采用温度传感器测量温度,当达到某一温度后继电器断电。这种方法的缺点在于高度依赖于温度传感器的放置位置和测量准确性,而且容易由于某个局部过热导致整个电热膜都断电。第二类方法即具有PTC效应的电热膜。这种电热膜,如果某个局部温度过高,那么这个局部就会由于PTC效应使得电阻增加和发热功率自动降低,达到局部自限温的目的。在第二类高分子基导电发热材料中PTC效应的实现主要是依赖高分子支撑体的热膨胀率:在导电加热过程中,电热膜的高分子支撑体因为温度升高导致体积膨胀,使得原来互相接触的导电填料由于支撑体 ...
【技术保护点】
1.一种新型具有PTC效应的电热膜,其特征在于,其为双连续相电热膜,其中一连续相为热膨胀系数大的亲水性高分子,受热产生较大体积膨胀,经过多巴胺改性的碳纤维主要分布在该组份中,由该组份受热体积膨胀产生稀释效用从而实现PTC效应;另一连续相为聚氨酯,起到支撑作用,为膜提供优越的物理性能和尺寸稳定性。
【技术特征摘要】
1.一种新型具有PTC效应的电热膜,其特征在于,其为双连续相电热膜,其中一连续相为热膨胀系数大的亲水性高分子,受热产生较大体积膨胀,经过多巴胺改性的碳纤维主要分布在该组份中,由该组份受热体积膨胀产生稀释效用从而实现PTC效应;另一连续相为聚氨酯,起到支撑作用,为膜提供优越的物理性能和尺寸稳定性。2.根据权利要求1所述一种新型具有PTC效应的电热膜,其特征在于,其由如下步骤而制成:(1)对碳纤维短纤进行亲水性表面处理:取碳纤维短纤加入到去离子水中超声处理后,再置于浓度为0.01-0.02摩尔/升的三羟甲基氨基甲烷溶液中;加入碳纤维质量的3-10%的盐酸多巴胺,搅拌;加入HCl调节溶液pH至8.0-8.5;室温搅拌,反应16-24小时;去离子水洗涤后,将碳纤维短纤烘干,即制得表面为亲水性聚多巴胺包覆的碳纤维短纤;(2)制备导电碳浆:将经步骤(1)表面处理过的碳纤维短纤加入到亲水性聚合物中,碳纤维的量为亲水性聚合物量的25-60%;加入碳纤维与亲水性聚合物重量之和的0.4-0.8倍的去离子水,搅拌,制备成水性导电碳浆;(3)制备电热膜:将上述水性导电碳浆以重量比40-70%添加到固含量为50-65%的聚氨酯乳液中,室温下搅拌,在基材上进行涂布,涂层膜厚50-150μm,即制备得到具有PTC效应的电热膜。3.一种新型具有PTC效应的电热膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)对碳纤维短纤进行亲水性表面处理:取碳纤维短纤加入到去离子水中超声;将超声处理后的碳纤维置于三羟甲基氨基甲烷溶液中,溶液中三羟甲基氨基甲烷的浓度为0.01-0.02摩尔/升;加入碳纤维质量的3-10%的盐酸多巴胺,搅拌使盐酸多巴胺溶解;加入HCl调节溶液pH至8.0-8.5;室温搅拌,反应16-24小时;最后将表面处理后的碳纤维短纤用去离子水冲洗,烘干,即制得表面为亲水性聚...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘小云,朱鹏飞,谭正,洪林,
申请(专利权)人:华东理工大学,
类型:发明
国别省市:上海,31
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