本發(fā)明涉及電加熱材料，具體為一種有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料及制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，家庭理療保健取暖、工業(yè)領(lǐng)域制品熱加工成形及熱處理?xiàng)l件要求越來(lái)越嚴(yán)格，加熱方式和新型加熱材料的開(kāi)發(fā)研究在材料科學(xué)和能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域內(nèi)占有極為重要的地位。隨著研究的深入，電熱材料的種類越來(lái)越豐富，其應(yīng)用范圍亦越來(lái)越廣泛。

2、當(dāng)前，常見(jiàn)的電熱材料有金屬電熱材料、陶瓷型電熱材料和碳基電熱材料。金屬基電熱材料具有導(dǎo)熱快，加熱迅速的優(yōu)點(diǎn)，但其存在著電熱效率、低成本高昂和易腐蝕的缺點(diǎn)。陶瓷型電熱材料電熱轉(zhuǎn)換效率高、抗氧化性強(qiáng)和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但其存在著升溫響應(yīng)慢和韌性差的缺點(diǎn)。為了克服金屬和陶瓷型電熱材料的不足，相繼開(kāi)發(fā)了碳基電熱材料，一定程度上促進(jìn)了電熱材料的發(fā)展。導(dǎo)電碳材料因其高導(dǎo)電性、對(duì)環(huán)境友好、成本低廉、穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注，特別是采用具有柔性、成型性好的聚合物為基材，將導(dǎo)電碳填料與聚合物進(jìn)行復(fù)合制成碳基聚合物復(fù)合電熱膜材料，已經(jīng)成為目前電熱復(fù)合材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

3、比如，專利cn108521683b中將超聲分散的石墨烯、氧化石墨烯和納米纖維素復(fù)合漿料噴涂印刷在基材上固化形成電熱層。盡管如此，此類電熱復(fù)合材料發(fā)熱溫度不到100℃，且機(jī)械穩(wěn)定性差，極大程度限制了其在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，如何突破碳基電熱材料在高溫范圍（>200℃）的環(huán)境中安全使用仍然是一個(gè)亟需解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料及制備方法與應(yīng)用，該電熱膜材料為有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料，具有耐高溫特性，可在短時(shí)內(nèi)升溫至350℃，能在200~300℃高溫下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料，包括聚酰亞胺纖維骨架、澆筑在骨架上成膜的電熱層和設(shè)置于電熱層上的對(duì)電極；所述的聚酰亞胺纖維骨架由靜電紡絲法制備；所述的對(duì)電極與電熱層采用固化連接。

4、作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，所述聚酰亞胺纖維骨架中的纖維直徑為10~1000?nm。

5、作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，所述電熱層材料由以下重量份的物質(zhì)組成：低熔點(diǎn)玻璃粉60~80份、導(dǎo)電填料20~40份和液體分散劑100~300份。

6、作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，所述的低熔點(diǎn)玻璃粉為pb-bi-b、pb-zn-b、pb-si-b、bi-zn-b、v-p-sb、zn-b-si或sn-p-zn中的一種或多種。

7、作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，所述的低熔點(diǎn)玻璃粉的粒徑6~16?μm。

8、作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，所述的導(dǎo)電填料為導(dǎo)電石墨、炭黑、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯、氧化石墨烯或活性炭中的一種或多種。

9、作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，所述的液體分散劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、異丙醇、正丁醇、乙醇、丙三醇或蒸餾水中的一種或多種。

10、本發(fā)明的目的之二是提供一種根據(jù)以上所述的無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料的制備方法，包括以下步驟：

11、將裝有聚酰亞胺溶液的注射器置于靜電紡絲設(shè)備中進(jìn)行靜電紡絲，制得聚酰亞胺纖維骨架；

12、按照重量份數(shù)稱取低熔點(diǎn)玻璃粉60~80份和導(dǎo)電填料20~40份加入到100~300份液體分散劑中，隨后攪拌均勻制得無(wú)機(jī)復(fù)合電熱復(fù)合物油墨；

13、將無(wú)機(jī)復(fù)合電熱復(fù)合物油墨澆筑在聚酰亞胺纖維骨架，在300~350℃下干燥2~4?h后自然冷卻成膜得到有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料；

14、將有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料表面設(shè)置對(duì)電極，得到有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜。

15、作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，所述靜電紡絲的工藝參數(shù)為：基材運(yùn)轉(zhuǎn)速率0.2~2.0?m/min，滾筒旋轉(zhuǎn)速率6~10?rpm，接收距離10~50?cm，電壓15~50?kv，納米纖維克重10~100?g/m2。

16、本發(fā)明的目的之三是提供一種所述的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料作為高溫電加熱膜材料的應(yīng)用，特別是應(yīng)用于風(fēng)機(jī)葉片中。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料的有益效果是：

18、本發(fā)明提供了一種耐高溫、阻燃性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、安全性好、機(jī)械性能優(yōu)異、成本低廉、操作簡(jiǎn)便的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料。所述有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜，包括一層由聚酰亞胺纖維骨架、澆筑在骨架上成膜的電熱層和設(shè)置于電熱層上的對(duì)電極；所述的聚酰亞胺纖維骨架由靜電紡絲法制備；所述的電熱層材料以低熔點(diǎn)玻璃粉、導(dǎo)電填料和液體分散劑為原料；所述的對(duì)電極與電熱層采用固化連接。其中將原料按一定比例混合均勻后獲得無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜油墨，將其澆筑在聚酰亞胺纖維骨架表面，在300~400℃干燥2~4?h后自然冷卻獲得有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜。具體優(yōu)點(diǎn)如下：

19、（1）該電熱膜材料為有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料，具有耐高溫特性，可在短時(shí)內(nèi)升溫至350℃，能在200~300℃高溫下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

20、（2）該電熱膜材料選用具有剛性結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺為骨架，與電熱層形成大量氫鍵，提高了有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料的機(jī)械性能，具有較高的韌性。

21、（3）本發(fā)明提供的無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料具有極高的阻燃性，安全性極佳，提高了使用壽命。

22、（4）本發(fā)明提供的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料的制備工藝簡(jiǎn)易，操作安全。

技術(shù)特征：

1.一種有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料，其特征在于，包括聚酰亞胺纖維骨架、澆筑在骨架上成膜的電熱層和設(shè)置于電熱層上的對(duì)電極；所述的聚酰亞胺纖維骨架由靜電紡絲法制備；所述的對(duì)電極與電熱層采用固化連接。

2.?根據(jù)權(quán)利要求1所述有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料，其特征在于，所述聚酰亞胺纖維骨架中的纖維直徑為10~1000?nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料，其特征在于，所述電熱層材料由以下重量份的物質(zhì)組成：低熔點(diǎn)玻璃粉60~80份、導(dǎo)電填料20~40份和液體分散劑100~300份。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料，其特征在于，所述的低熔點(diǎn)玻璃粉為pb-bi-b、pb-zn-b、pb-si-b、bi-zn-b、v-p-sb、zn-b-si或sn-p-zn中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料，其特征在于，所述的低熔點(diǎn)玻璃粉的粒徑6~16?μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料，其特征在于，所述的導(dǎo)電填料為導(dǎo)電石墨、炭黑、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯、氧化石墨烯或活性炭中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料，其特征在于，所述的液體分散劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、異丙醇、正丁醇、乙醇、丙三醇或蒸餾水中的一種或多種。

8.一種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料的制備方法，其特征在于，所述靜電紡絲的工藝參數(shù)為：基材運(yùn)轉(zhuǎn)速率0.2~2.0?m/min，滾筒旋轉(zhuǎn)速率6~10?rpm，接收距離10~50cm，電壓15~50?kv，納米纖維克重10~100?g/m2。

10.一種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料作為高溫電加熱膜材料的應(yīng)用，其特征在于，應(yīng)用于風(fēng)機(jī)葉片中。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電加熱材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料及制備方法與應(yīng)用。所述有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜包括一層聚酰亞胺纖維骨架、澆筑在骨架上成膜的電熱層和設(shè)置于電熱層上的對(duì)電極；所述的聚酰亞胺纖維骨架由靜電紡絲法制備；所述的電熱層材料以低熔點(diǎn)玻璃粉、導(dǎo)電填料和液體分散劑為原料；所述的對(duì)電極與電熱層采用固化連接。其中將原料按一定比例混合均勻后獲得無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料油墨，將其澆筑在聚酰亞胺纖維骨架表面，在300~400℃干燥2~4?h后自然冷卻獲得有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜。本發(fā)明提供的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜材料具有耐高溫、阻燃性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、安全性好、優(yōu)異的機(jī)械性能等優(yōu)點(diǎn)，適用于高溫加熱薄膜領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：張麗輝,童博,夏陽(yáng),敖海,徐越,文軍,譚光道,徐超,趙江,楊文云,胡輝,吳孝偉,劉勇,付榮方,周世銀,孟鵬飛,邵忠潔,金玉嶺,韓紅亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華能赫章風(fēng)力發(fā)電有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2