專利名稱：一種高分子納米復合導電膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子復合功能材料制造技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及一種高分子納米復合導 電膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
導電高分子材料可分為結(jié)構(gòu)型導電聚合物和復合型導電聚合物兩大類，前者稱之 為本征導電聚合物，指的是那些高分子本身或經(jīng)過摻雜之后具有導電功能的聚合物。如、 聚乙炔、聚毗咯、聚苯胺等。對這類導電聚合物的研究已經(jīng)取得了某些重大進展，但批量生 產(chǎn)和應用方面還存在著許多難題，如合成工藝較復雜，成本較高，生產(chǎn)周期長、導電率范圍 窄，其實用價值尚還有限。另一類為復合型導電聚合物，是由高分子和導電劑通過不同的 復合工藝而構(gòu)成的材料，它既具有導電性，同時又具有高分子材料的許多優(yōu)異特性，易加工 成各種復雜的形狀、化學穩(wěn)定性好以及電阻率可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)等特點而最具有實用 價值，近年來復合型導電高分子材料在石油化工、醫(yī)療衛(wèi)生、生活日用、電子工業(yè)、航空、軍 事等領(lǐng)域得到廣泛應用。如美國Texas設(shè)備有限公司將自控溫發(fā)熱材料做成加熱器用于 客艙加熱，不僅經(jīng)濟性好，而且安全可靠[CURHAN J A, PIMENTEL D R, BERG P G. Finned PTC air heater assembly for heating an automotive passenger compartment :US, 5256857[P], 1993.]。中石化使用復合型高分子基自控溫發(fā)熱材料制備了汽車電源電壓下 適用的自控溫加熱帶、專用帶，并可連續(xù)化生產(chǎn)大功率的發(fā)熱元件組合加熱器，對柴油車冷 啟動非常有效[譚洪生，王日暉，李麗，等.復合型高分子自限溫發(fā)熱材料及元件在汽車 冷啟動方面的應用[J].塑料工業(yè)，2004，32 (12) :51-53.]。葉林等[葉林，魏海濱，劉瓊， 等.導電復合材料在航空工業(yè)中的應用[J].高分子材料科學與工程，1998(1) 136-138.] 報道了將聚合物PTC材料制成面狀發(fā)熱體用于冰箱防凍加熱器，有較高的熱轉(zhuǎn)換效率，主 要性能已達到家電產(chǎn)品的要求。這種材料用于飛機機翼的防冰前緣，可取代傳統(tǒng)的金屬材 料，長期使用性能穩(wěn)定。復合型導電高分子材料的應用對國民經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生的深遠影響，受 到研究者的普遍關(guān)注，這方面的研究和開發(fā)十分活躍。在高分子納米復合導電膜制備過程中，選擇一種合適的高分子聚合物是至關(guān)重要 的，聚四氟乙烯是一種性能優(yōu)異的工程塑料，素有“塑料王”之稱，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、 耐腐蝕性，良好的抗老化性，寬闊的溫度工作區(qū)(-180°C +250°C)。以聚四氟乙烯為母體 通過填充多種導體材料對其精細復合制備的導電膜，具有PTC功能，同時導電膜可以方便 地制成各種復雜形狀，具有導電、導熱等功能和柔軟、耐折、工作壽命長等特點，可應用開發(fā) 出數(shù)百種新型實用產(chǎn)品。目前，導電產(chǎn)品的導電率參數(shù)波動范圍較大，國內(nèi)產(chǎn)品波動范圍在 50%以上，國外普遍高達15%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述以聚四氟乙稀為母體的高分子納米復合導電膜存在 的導電率參數(shù)波動范圍較大的不足而提供一種導電率波動范圍在10%范圍的高分子納米復合導電膜及其制備方法。一，本發(fā)明的產(chǎn)品以聚四氟乙稀為母體，通過填充納米導電混合物材料并對其進 行精細復合而成。1，納米導電混合物材料由碳納米管(CNT)、乙炔黑(AB)、超細石墨(GR)按下述重 量百分比球磨混合均勻所組成CNT 6% ；AB :68% 84% ；GR 28% ；2，聚四氟乙稀和納米導電材料的重量百分比含量為聚四氟乙稀55% 85% ；納米導電混合物材料45% 15% ；二，本發(fā)明的方法由下述步驟所構(gòu)成1，制備納米導電混合物材料1)按組成的重量百分比稱取碳納米管、乙炔黑、超細石墨；2)將上步稱量物球磨混合均勻；2，生成凝聚物1)按組成的重量百分比稱取聚四氟乙稀和納米導電混合物材料；2)將上步稱量物放入反應釜中加溫使其反應后生成一種凝聚物；3，制成導電膜將上步所得凝聚物依次進行包括有烘干、粉碎、拌油、擠出、輥壓、燒結(jié)的成膜工序。三，本發(fā)明方法中的球磨混合均勻是1，在球磨罐中進行球磨混合，且磨球的大小和數(shù)量均不相同；2，磨球的直徑大小分別為50mm、40mm、22mm、12mm ；3，對應直徑的磨球數(shù)量分別為50mm :5 15 個；40mm 10 25 個；22mm 30 50 個；12mm 60 100 個；4，球磨時間彡3小時。四，本發(fā)明方法中的制成導電膜步驟中1，粉碎后的得物與拌油量的重量比值為1 3. 5 ；2，燒結(jié)在隧道燒結(jié)爐中進行，隧道燒結(jié)爐的溫度分布為200°C 350°C。五，本發(fā)明的技術(shù)方案已達到的效果和具有特點1，產(chǎn)品的導電率參數(shù)穩(wěn)定，其波動范圍≥10% ；2，產(chǎn)品的特性優(yōu)良。厚度0. 1 0. 3mm可調(diào)可控；寬度20 50mm可調(diào)可控；長 度5 150m可調(diào)可控；面電阻20Q/cm2 2KQ/cm2可調(diào)可控 ’強度≥4. 5kg/mm2 ；韌性 180度折疊≥10000次；工作環(huán)境溫度-100°C +200°C ；工作壽命≥10000小時。3，產(chǎn)品的熱輻射波長集中在4 μ m 20 μ m的紅外區(qū)，發(fā)向全發(fā)射率0.86。電阻可 大范圍調(diào)控。3，方法的工藝簡單可靠，易于掌握，適合于規(guī)?；a(chǎn)。4，產(chǎn)品的制造和使用均清潔無污染。


附圖是本發(fā)明產(chǎn)品的熱輻射能譜曲線。
具體實施例方式實施例1 高分子納米復合導電膜制備準確稱取CNT 20g, AB 340g, GR 140g加入球磨罐中，放入直徑為50mm氧化鋯球10顆、直徑為40mm氧化鋯球15顆、直徑為22mm氧化鋯球50 顆、直徑為12mm氧化鋯球70顆，將球磨罐安放在球磨機上，球磨速度400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨3 小時，靜止20min.，剔除氧化鋯球，收取納米導電混合物材料備用。稱取納米導電混合物材 料320g加入60%聚四氟乙烯乳液1133g，放入反應釜中，在60°C下反應20min.后取出凝聚 物，然后經(jīng)110°C烘干、粉粹。取粉粹物200g，煤油85g放入攪拌機中均勻混合，將混合物注 入擠出機，擠出直徑為5mm條狀物，然后在輥壓機雙輥溫度50°C下輥壓成0. 2mm厚，40mm寬 膜，最后將膜導入隧道燒結(jié)爐，在200°C溫區(qū)干燥，320°C溫區(qū)燒結(jié)15min.，在隧道燒結(jié)爐另 一端由卷繞機收集高分子納米復合導電膜成品。實施例2 高分子納米復合導電膜制備準確稱取CNT 10g, AB 360g，GR 130g加入球磨罐 中，放入直徑為50mm氧化鋯球5顆、直徑為40mm氧化鋯球10顆、直徑為22mm氧化鋯球30 顆、直徑為12mm氧化鋯球100顆，將球磨罐安放在球磨機上，球磨速度400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨 8小時，靜止20min.，剔除氧化鋯球，收取納米導電混合物材料備用。稱取納米導電混合物 材料450g加入60%聚四氟乙烯乳液916. 7g，放入反應釜中，在50°C下反應40min.后取出 凝聚物，然后經(jīng)110°C烘干、粉粹。取粉粹物200g，煤油200g放入攪拌機中均勻混合，將混 合物注入擠出機，擠出直徑為5mm條狀物，然后在輥壓機雙輥溫度50°C下輥壓成0. 2mm厚， 40mm寬膜，最后將膜導入隧道燒結(jié)爐，在200°C溫區(qū)干燥，330°C溫區(qū)燒結(jié)15min.，在隧道燒 結(jié)爐另一端由卷繞機收集高分子納米復合導電膜成品。實施例3 高分子納米復合導電膜制備準確稱取CNT 30g, AB 420g, GR 50g加入球磨罐中， 放入直徑為50mm氧化鋯球15顆、直徑為40mm氧化鋯球25顆、直徑為22mm氧化鋯球40顆、 直徑為12mm氧化鋯球60顆，將球磨罐安放在球磨機上，球磨速度400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨12小 時，靜止20min.，剔除氧化鋯球，收取納米導電混合物材料備用。稱取納米導電混合物材料 150g加入60%聚四氟乙烯乳液1416. 6g，放入反應釜中，在70°C下反應IOmin.后取出凝聚 物，然后經(jīng)110°C烘干、粉粹。取粉粹物200g，煤油57g放入攪拌機中均勻混合，將混合物注 入擠出機，擠出直徑為5mm條狀物，然后在輥壓機雙輥溫度50°C下輥壓成0. 2mm厚，40mm寬 膜，最后將膜導入隧道燒結(jié)爐，在200°C溫區(qū)干燥，350°C溫區(qū)燒結(jié)15min.，在隧道燒結(jié)爐另 一端由卷繞機收集高分子納米復合導電膜成品。
權(quán)利要求
一種高分子納米復合導電膜，以聚四氟乙稀為母體，通過填充納米導電混合物材料并對其進行精細復合而成，其特征在于1)所述的納米導電混合物材料由碳納米管(CNT)、乙炔黑(AB)、超細石墨(GR)按下述重量百分比球磨混合均勻組成CNT2％～6％；AB68％～84％；GR10％～28％；2)所述高分子納米復合導電膜中，聚四氟乙稀和納米導電混合物材料的重量百分比含量為聚四氟乙稀55％～85％；納米導電混合物材料45％～15％；
2.一種制備權(quán)利要求1所述高分子納米復合導電膜的方法，其特征在于由下述步驟所 構(gòu)成1)制備納米導電混合物材料a)按組成的重量百分比稱取碳納米管、乙炔黑、超細石墨；b)將上步稱量物球磨混合均勻；2)生成凝聚物a)按組成的重量百分比稱取聚四氟乙稀和納米導電混合物材料；b)將上步稱量物放入反應釜中加溫使其反應后生成一種凝聚物；3)制成導電膜將上步所得凝聚物依次進行包括有烘干、粉碎、拌油、擠出、輥壓、燒結(jié)的成膜工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備高分子納米復合導電膜的方法，其特征在于所述的 球磨混合均勻是1)在球磨罐中進行球磨混合，且磨球的大小和數(shù)量均不相同；2)磨球的直徑大小分別為50mm、40mm、22mm、12mm；3)對應直徑的磨球數(shù)量分別為50mm :5 15 個；40mm :10 25 個；22mm 30 50 個；12mm 60 100 個；4)球磨時間≥3小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種制備高分子納米復合導電膜的方法，其特征在于 所述的制成導電膜步驟中1)粉碎后的得物與拌油量的重量比值為1 3.5 ；2)燒結(jié)在隧道燒結(jié)爐中進行，隧道燒結(jié)爐中的溫度分布為200°C 350°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高分子納米復合導電膜及其制造方法。其產(chǎn)品以聚四氟乙稀為母體，通過填充納米導電混合物材料并對其進行精細復合而成，納米導電混合物材料由碳納米管(CNT)、乙炔黑(AB)、超細石墨(GR)按一定的重量百分比球磨混合均勻所組成。高分子納米復合導電膜具有良好的導電能力，可防水、防潮、透氣、阻燃、耐酸耐堿以及各種腐蝕性氣體的侵蝕，也可以在-100℃至200℃下長期穩(wěn)定工作。其電熱轉(zhuǎn)換率在90％以上，發(fā)熱表面溫度均勻，產(chǎn)生的熱輻射波長集中在4μm～20μm的紅外區(qū)，發(fā)向全發(fā)射率0.86。電阻可大范圍調(diào)控、阻值穩(wěn)定。該工藝簡單可靠，易于規(guī)模化生產(chǎn)。
文檔編號C08K13/04GK101831123SQ201010160569
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者李升憲, 胡曉宏 申請人:武漢大學