一种用于伴热带的聚合物基导电复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电热复合材料领域，具体涉及一种用于高温伴热带的聚合物基电热复合材料及其制备方法。本发明专利技术提供一种用于伴热带的聚合物基导电复合材料，所述复合材料的原料包括聚乙烯和多壁碳纳米管；其中，所述聚乙烯为重均相对分子质量为20万～60万g/mol的高密度聚乙烯；所述多壁碳纳米管的平均长度小于10μm。本发明专利技术在不使用多种基体组合多种导电填料复配的情况下，只使用一种基体和一种填料，实现了在18V的超低安全电压下，快速(小于等于2.5分钟即可)升温至120℃并长期维持在120℃

A polymer based conductive composite for heat tracing band and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种用于伴热带的聚合物基导电复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电热复合材料领域，具体涉及一种用于高温伴热带的聚合物基电热复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚合物基电热复合材料是以有机聚合物为基体，然后在其中加入一些无机导电填料而形成的一种复合材料，这种复合材料结合了聚合物材料很好的柔韧性以及无机填料良好的导电性和焦耳热性能，具有很好的综合性能。
[0003]聚合物基电热复合材料相较于陶瓷基电热复合材料更具有可加工性好和成本低廉便宜的优点，因此聚合物基电热复合材料被广泛应用在伴热带、航空航天除冰融雪、水加热、卫生医疗等诸多方面。聚合物基电热复合材料多作为加热元件应用于伴热带的芯材。在国内，用于伴热带的聚合物基电热复合材料目前在低温和中温领域已经得到了广泛的应用，而在高温领域还处于研发状态，主要存在以下问题：1.商用伴热带使用的无机填料仍主要是炭黑，炭黑焦耳热性能差，需要大量填料才能达到高温，大量填料的使用显著降低了伴热带的力学性能，限制了其使用范围；2.商用伴热带室温体积电阻率较大，通常需要很高的电压才能达到较高温度，使用成本增加；3.使用炭黑作为填料，使基体内形成的导电网络在高温时导电网络稳定性差，容易出现烧带的情况。

技术实现思路

[0004]针对上述缺陷，本专利技术提出一种可用于伴热带的聚合物基导电复合材料，解决目前高温伴热带填料载量大、使用电压高以及高温电热稳定性差的问题。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种用于伴热带的聚合物基导电复合材料，所述复合材料的原料包括聚乙烯和多壁碳纳米管；其中，所述聚乙烯为重均相对分子质量为20万～60万g/mol的高密度聚乙烯；所述多壁碳纳米管的平均长度小于10μm。
[0007]进一步，所述聚乙烯和多壁碳纳米管的比例为：聚乙烯100重量份，多壁碳纳米管3～7重量份。
[0008]进一步，所述用于伴热带的聚合物基导电复合材料具有高温电热稳定性，在18V的安全电压下，2.5分钟内即可升温至120℃并长期维持在120℃
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10℃。
[0009]本专利技术要解决的第二个技术问题是提供上述用于伴热带的聚合物基导电复合材料的制备方法，所述制备方法包括：将干燥的聚乙烯和多壁碳纳米管熔融共混制得所述复合材料。
[0010]进一步，熔融共混在聚乙烯在熔点以上分解温度以下进行。
[0011]本专利技术的有益效果：
[0012]本专利技术较现有技术公开的伴热带以及目前商用的伴热带所使用的电热复合材料相比，在不使用多种基体组合多种导电填料复配的情况下，只使用一种基体和一种填料，实
现了在18V的超低安全电压下，快速(小于等于2.5分钟即可)升温至120℃并长期维持在120℃
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10℃，不会出现烧带现象，即表现出优异的高温电热稳定性。此外，本专利技术制备工艺简单，有利于快速且大规模的生产；导电填料载量低，具有更好的力学性能，适配更多应用场景。
附图说明：
[0013]图1为实施例1所得高密度聚乙烯(5960G1)导电复合材料在18V下的(a)红外热成像图和(b)温度/电流随时间变化曲线。
[0014]图2为实施例2高密度聚乙烯(5960G1)导电复合材料在18V下的(a)红外热成像图和(b)温度/电流随时间变化曲线。
[0015]图3为对比例1所得高密度聚乙烯(5000S)导电复合材料在18V下的(a)红外热成像图和(b)温度/电流随时间变化曲线。
[0016]图4为对比例2所得线性低密度聚乙烯(FB2230)导电复合材料在18V下的(a)红外热成像图和(b)温度/电流随时间变化曲线。
[0017]图5为对比例3所得中密度聚乙烯(FB2310)导电复合材料在96V下的(a)红外热成像图和(b)电流和温度随时间变化曲线。
[0018]图6为本专利技术实施例(实施例1)和对比例(对比例1)所得不同聚合物体系的ΔT随时间的变化曲线。
[0019]图7(a)(b)(c)分别为高密度聚乙烯(5960G1)、中密度聚乙烯(FB2310)和线性低密度聚乙烯(FB2230)使用平均长度不同的两种多壁碳纳米管的体积电阻率曲线图；由图7可知：在使用同一基体的前提下，导电填料的平均长度会影响其在基体中分散进而影响导电复合材料的导电网络，体积电阻率和高温电热稳定性；选择平均长度低于10μm的导电填料(多壁碳纳米管NC7000)相较于平均长度高于10μm的导电填料(多壁碳纳米管XF13)，使用的NC7000获得的导电网络越完善，导电网络在复合材料发热升温过程中受到的破坏就越小，复合材料高温电热稳定性就越好。
具体实施方式
[0020]本专利技术使用特定的聚乙烯和特定的填料制得了一种聚合物基导电复合材料，可在18V的超低安全电压下，快速(小于等于2.5分钟即可)升温至120℃并长期维持在120℃
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10℃，不会出现烧带现象，即表现出优异的高温电热稳定性；因此其可用做高温伴热带。另外需要指出，电伴热作为发热部件，按其作用方式可分为自限温伴热带和恒功率伴热带两类；自限温伴热带就是由具有很高的正温度系数的导电聚合物制成的电伴热带，而本专利技术中所制备的聚合物基导电复合材料适用于制备恒功率伴热带。
[0021]本专利技术中，选择具有高相对分子质量的基体，即重均相对分子质量高于20万g/mol的高密度聚乙烯，这里以大约29万g/mol重均相对分子质量的高密度聚乙烯(5960G1)为基体；选择平均长度短的多壁碳纳米管作为导电填料，即多壁碳纳米管的平均长度小于10μm，这里以平均长度为1.5μm的多壁碳纳米管(NC7000)为导电填料。
[0022]实施例1
[0023]将高密度聚乙烯(5960G1)和多壁碳纳米管(NC7000)放置于80℃烘箱中24小时，烘
干水分；将烘干后的高密度聚乙烯和多壁碳纳米管按100：4的质量比称取后，依次加入到转矩流变仪中(温度为180℃，转速为60r/min，时间为10min)，进行熔融共混；将充分熔融共混后的物料取出、造粒、自然冷却得到聚乙烯基电热复合材料。
[0024]将得到的粒料放入到特定的模具中，埋进铜线，通过平板硫化仪热压成型(温度为180℃时间为预压5min，热压5min,冷压5min)，随后将模具取出得到聚合物基导电复合材料样条，用于电热性能的测试。通过使用直流稳压源在样条两端施加18V电压，通过无纸化温度记录仪和红外成像仪记录测试样条电热性能如图1所示；由图1可知：由重均相对分子质量高于20万g/mol的高密度聚乙烯(5960G1)所制备的导电复合材料，在18V的直流电压下，小于等于2.5分钟即可升温至120℃，并能够在120℃下稳定维持30分钟，不会出现烧带现象，表现出良好的高温电热稳定性。
[0025]实施例2
[0026]将高密度聚乙烯(5960G1)和多壁碳纳米(NC7000)管放置于80℃烘箱中24小时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于伴热带的聚合物基导电复合材料，其特征在于，所述复合材料的原料包括聚乙烯和多壁碳纳米管；其中，所述聚乙烯为重均相对分子质量为20万～60万g/mol的高密度聚乙烯；所述多壁碳纳米管的平均长度小于10μm。2.根据权利要求1所述的一种用于伴热带的聚合物基导电复合材料，其特征在于，所述聚乙烯和多壁碳纳米管的比例为：聚乙烯100重量份，多壁碳纳米管3～7重量份。3.根据权利要求1或2所述的一种用于伴热带的聚合物基导电复合材料，其特征在于，所述用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正英，杜天龙，杨伟，陈军，杨鸣波，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：