本發(fā)明涉及一種低電壓驅(qū)動導(dǎo)熱膜及其制備方法，屬于發(fā)熱材料
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：電加熱是目前市場上常用的加熱手段，主要是利用電流流過導(dǎo)體的焦耳效應(yīng)產(chǎn)生的熱能對物料進(jìn)行的加熱，電加熱一般需要220V電壓驅(qū)動，因此對使用環(huán)境要求較高，難以實(shí)現(xiàn)加熱的可移動性。遠(yuǎn)紅外散熱近年來在供暖領(lǐng)域逐漸引起重視，與傳統(tǒng)的電阻加熱相比，遠(yuǎn)紅外加熱具有電熱轉(zhuǎn)化率高、加熱速度快、散熱面積廣等優(yōu)點(diǎn)，是一種節(jié)能、環(huán)保、健康的散熱方式。碳納米管具有超強(qiáng)的長度直徑比，韌性高，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性極強(qiáng)、遠(yuǎn)紅外性能突出，因而被作為一種優(yōu)良的散熱材料，可用于加熱、供暖等領(lǐng)域。用于加熱的碳納米管主要以碳納米管紙或者薄膜的方式形式存在。目前制備碳納米管薄膜的方法有化學(xué)氣相沉積法、碳納米管陣列拉膜法、抽濾法等，這些方法對設(shè)備要求較高且產(chǎn)率低，極大的限制了碳納米管在散熱領(lǐng)域的應(yīng)用，現(xiàn)有的碳納米管薄膜還存在驅(qū)動電壓高的缺陷。如何開發(fā)一種可大規(guī)模制備且使用電壓較低的碳納米管薄膜是目前急需解決的問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中碳納米管薄膜制備存在的成本高、生產(chǎn)效率低、無法大規(guī)模生產(chǎn)和驅(qū)動電壓高等缺陷，本發(fā)明提供一種低電壓驅(qū)動導(dǎo)熱膜及其制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種低電壓驅(qū)動導(dǎo)熱膜，包括樹脂基體和均勻分散在樹脂基體內(nèi)的碳納米管。本申請低電壓驅(qū)動導(dǎo)熱膜用5V電壓即可驅(qū)動。為了保證發(fā)熱效果，同時滿足日常需求，低電壓驅(qū)動導(dǎo)熱膜的厚度為50-100μm；低電壓驅(qū)動導(dǎo)熱膜的膜驅(qū)動電壓為5V以上。為了方便移動使用，同時保證導(dǎo)熱效果，低電壓驅(qū)動導(dǎo)熱膜的膜驅(qū)動電壓為10-12V。上述低電壓驅(qū)動導(dǎo)熱膜的原料組分包括：0-0.5份助劑，2.5-9份樹脂和1-7份碳納米管，所述份數(shù)為重量份數(shù)；其中助劑為白油、PE蠟、鄰苯二甲酸酯、木質(zhì)素磺酸鈉或環(huán)氧酯中的至少一種；樹脂為聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、低密度聚乙烯等樹脂的粒料或粉末至少一種，優(yōu)選低密度聚乙烯粉末。本申請各原料組分及其用量的選擇，主要考慮到導(dǎo)熱膜的發(fā)熱效果和成膜性等特性，本申請的碳納米管可以是單壁、雙壁或多壁；本申請通過對各原料組分及其用量的選擇，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)熱膜的大規(guī)模生產(chǎn)，且所得膜在較低的電壓下即可驅(qū)動。本申請的樹脂優(yōu)選粉末料。為了進(jìn)一步提高制備時的可控性，保證碳納米管分布的均勻性，助劑為質(zhì)量比為(1-2)：(1-2)：1的白油、PE蠟和鄰苯二甲酸酯中的混合物。申請人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)碳納米管的用量為7份以上時，只有使用LDPE粉末才可以成膜，PP粉末、PE粉末均不能成膜。上述低電壓驅(qū)動導(dǎo)熱膜的制備方法，將所有原料在高混機(jī)中混合均勻，加入到雙螺桿擠出機(jī)中擠出、壓延成導(dǎo)熱膜。在現(xiàn)有的導(dǎo)熱膜制備中，由于碳納米管的使用，都在采用化學(xué)氣相沉積法、碳納米管陣列拉膜法、抽濾法等比較復(fù)雜的工藝，這些方法不僅對設(shè)備要求較高且產(chǎn)率低，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)，本發(fā)明制備的碳納米管薄膜則結(jié)合了樹脂成膜的技術(shù)，利用碳納米管遠(yuǎn)紅外的性質(zhì)，制備的碳納米管膜，發(fā)熱速度快，驅(qū)動電壓低，解決了碳納米管大規(guī)模制備的難題，與傳統(tǒng)的電加熱原料相比，驅(qū)動電壓低，因而對使用環(huán)境要求低，可實(shí)現(xiàn)移動加熱，具有一定的商業(yè)價值。為了進(jìn)一步提高碳納米管的分散性和有序性，上述原料的混合包括順序相接的如下步驟：(1)將白油和鄰苯二甲酸二丁酯加入碳納米管和樹脂的混合物中，在高混機(jī)中以50±5r/min的速度攪拌5-10分鐘，之后以100±5r/min的速度攪拌10-20分鐘；(2)將PE蠟和環(huán)氧酯先用高混機(jī)以50±5r/min的速度攪拌5-10分鐘，再以100±5r/min的速度攪拌10-20分鐘，之后將所得物料加入步驟(1)所得的物料中，用高混機(jī)以120±5r/min的速度攪拌10-15分鐘，再以230±5r/min的速度攪拌15-30分鐘；(3)將木質(zhì)磺酸鈉加入步驟(2)所得的物料中，用高混機(jī)以200±5r/min的速度攪拌10-15分鐘，之后以300±5r/min的速度攪拌15-30分鐘；其中，白油、PE蠟、鄰苯二甲酸酯、木質(zhì)素磺酸鈉和環(huán)氧酯的質(zhì)量比為(1-2)：(1-2)：1：(0-1)：(0-1)。通過上述方法混勻與將所有物料直接混合相比，樹脂的拉伸強(qiáng)度提高5％、阻燃性能提高7％。為了進(jìn)一步提高所得導(dǎo)熱膜的導(dǎo)熱性能，雙螺桿擠出機(jī)中的加熱區(qū)分為三段，分別為壓縮段、熔融段和計量段，壓縮段溫度為170℃-190℃，熔融段溫度為180℃-200℃，計量段溫度為190℃-210℃，雙螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為：30r/min-60r/min；雙螺桿擠出機(jī)中螺桿的長徑比為52。為了進(jìn)一步保證所得膜的均勻性和發(fā)熱性能，優(yōu)選，壓延所用設(shè)備為壓延機(jī)，壓延機(jī)包括第一組壓輥和第二組精密壓輥；雙螺桿擠出機(jī)擠出的物料先進(jìn)入壓延機(jī)的第一組壓輥，然后進(jìn)入第二組精密壓輥，第一組壓輥溫度為150-180℃、壓力為150噸、壓延的線速度為8-12m/min，第二組精密壓輥溫度為150-180℃、壓力為160噸、壓延的線速度為5-8m/min。為了更進(jìn)一步保證所得膜的均勻性和發(fā)熱性能，碳納米管的管徑為12-15nm，長度為30-50um。本發(fā)明未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明低電壓驅(qū)動導(dǎo)熱膜，與傳統(tǒng)的加熱膜相比，具有驅(qū)動電壓低、發(fā)熱速度快、電壓可調(diào)節(jié)、對使用環(huán)境要求低、可實(shí)現(xiàn)移動加熱、可大規(guī)模制備等優(yōu)點(diǎn)，在可穿戴設(shè)備、保暖衣物、加熱等領(lǐng)域具有重要的商業(yè)價值。附圖說明：圖1為實(shí)施例1所得膜的掃描電鏡圖。具體實(shí)施方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1所用原料包括：0.5重量份的助劑，2.5重量份由金大全科技有限公司提供的牌號為LD160的LDPE粉末，7重量份碳納米管，助劑為蘇州禾森特種油品有限公司提供的120號白油、天詩新材料科技有限公司提供的牌號為PEW-0235PE蠟和上海蘇科化工有限公司提供的牌號為7757-82-6木質(zhì)素磺酸鈉質(zhì)量比為1:1:1的混合物；碳納米管來自南京先豐納米材料科技有限公司，型號為XFIM4(直徑10-30nm，長度10-30μm)。將上述原料按照如下步驟混合：(1)將白油加入碳納米管和樹脂的混合物中，高混機(jī)50r/min攪拌5分鐘，之后100r/min攪拌10分鐘；(2)將PE蠟加入步驟(1)所得的物料中，用高混機(jī)120r/min攪拌10分鐘，之后230r/min攪拌20分鐘；(3)將木質(zhì)磺酸鈉加入步驟(2)所得的物料中，用高混機(jī)200r/min攪拌5分鐘，之后300r/min攪拌30分鐘；將上述所得混合物，加入到雙螺桿擠出機(jī)中擠出、壓延成厚度為100μm的導(dǎo)熱膜，雙螺桿擠出機(jī)中的壓縮段溫度為170℃，熔融段溫度為180℃，計量段溫度為190℃，雙螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為：50r/min；雙螺桿擠出機(jī)中螺桿的長徑比為52。雙螺桿擠出機(jī)擠出的物料先進(jìn)入壓延機(jī)的第一組壓輥，壓輥溫度控制在160℃，壓力為150噸，壓延的線速度為9m/min，然后進(jìn)入第二組精密壓輥，壓輥溫度控制在170℃，壓力為160噸，壓延的線速度為5m/min。所得膜的發(fā)熱性能如下表：施加電壓5V10v12v室溫℃16.516.416.6膜溫℃22.34565.1電流A0.100.180.24對比例1與實(shí)施例1基本相同，所不同的是：用PP粉末代替LDPE粉末，結(jié)果成不了膜。對比例2與實(shí)施例1基本相同，所不同的是：用PE粉末代替LDPE粉末，結(jié)果成不了膜。對比例3參考文獻(xiàn)趙東宇,趙冬梅,吳捷,雷清泉,張貞浴,多壁碳納米管在低密度聚乙烯基體中的分散性,黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報,2006,(23),647-650的制備方法，與實(shí)施案例所用主體材料相同，所不同的是：制膜方法方法不同，助劑不同。根據(jù)掃描電鏡結(jié)果，實(shí)施例1所得膜的均勻性明顯好于對比例3所得膜的均勻性。實(shí)施例2所用原料包括：0.5重量份的助劑，8.5重量份由金大全科技有限公司提供的牌號為LD160的LDPE粉末，1重量份碳納米管，助劑為蘇州禾森特種油品有限公司提供的120號白油、天詩新材料科技有限公司提供的牌號為PEW-0235PE蠟和無錫長干化工有限公司提供的牌號為1675-52-1環(huán)氧樹脂比為1:2:2的混合物；碳納米管來自南京先豐納米材料科技有限公司，型號為XFIM2(直徑12-15nm，長度30-50μm)。將上述原料按照如下步驟混合：(1)將白油加入碳納米管和樹脂的混合物中，高混機(jī)50r/min攪拌5分鐘，之后100r/min攪拌10分鐘；(2)將PE蠟和環(huán)氧酯先用高混機(jī)50r/min攪拌6分鐘，再100r/min攪拌12分鐘；之后加入步驟(1)所得的物料中，用高混機(jī)120r/min攪拌10分鐘，之后230r/min攪拌20分鐘；將上述所得混合物，加入到雙螺桿擠出機(jī)中擠出、壓延成厚度為50μm的導(dǎo)熱膜，雙螺桿擠出機(jī)中的壓縮段溫度為170℃，熔融段溫度為180℃，計量段溫度為190℃，雙螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為：50r/min；雙螺桿擠出機(jī)中螺桿的長徑比為52。雙螺桿擠出機(jī)擠出的物料先進(jìn)入壓延機(jī)的第一組壓輥，壓輥溫度控制在170℃，壓力為150噸，壓延的線速度為12m/min，然后進(jìn)入第二組精密壓輥，壓輥溫度控制在170℃，壓力為160噸，壓延的線速度為8m/min。所得膜的發(fā)熱性能如下表：施加電壓5V10v12v室溫℃14.214.113.9膜溫℃15.016.317.2電流A0.010.010.02實(shí)施例3所用原料包括：0.3重量份的助劑，5重量份由金大全科技有限公司提供的牌號為LD160的LDPE粉末，4.7重量份碳納米管，助劑為蘇州禾森特種油品有限公司提供的120號白油、天詩新材料科技有限公司提供的牌號為PEW-0235PE蠟和南京榮基化工提供的牌號為84-74-2鄰苯二甲酸酯質(zhì)量比為1:1:1的混合物；碳納米管來自南京先豐納米材料科技有限公司，型號為XFIM2(直徑12-15nm，長度30-50μm)。將上述原料按照如下步驟混合：(1)將白油和鄰苯二甲酸二丁酯加入碳納米管和樹脂的混合物中，在高混機(jī)中以50r/min的速度攪拌6分鐘，之后以100r/min的速度攪拌12分鐘；(2)將PE蠟加入步驟(1)所得的物料中，用高混機(jī)以120r/min的速度攪拌11分鐘，再以230r/min的速度攪拌18分鐘；將上述所得混合物，加入到雙螺桿擠出機(jī)中擠出、壓延成厚度為80μm的導(dǎo)熱膜，其中，雙螺桿擠出機(jī)中的壓縮段溫度為180℃，熔融段溫度為180℃，計量段溫度為190℃，雙螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為：50r/min；雙螺桿擠出機(jī)中螺桿的長徑比為52。雙螺桿擠出機(jī)擠出的物料先進(jìn)入壓延機(jī)的第一組壓輥，壓輥溫度控制在160℃，壓力為150噸，壓延的線速度為10m/min，然后進(jìn)入第二組精密壓輥，壓輥溫度控制在150℃，壓力為160噸，壓延的線速度為6m/min。所得膜的發(fā)熱性能如下表：施加電壓5V10v12v室溫℃13.413.413.4膜溫℃25.030.135.6電流A0.050.090.11實(shí)施例4所用原料包括：0.2重量份的助劑，3.8重量份由金大全科技有限公司提供的牌號為LD160的LDPE粉末，6重量份碳納米管，助劑為蘇州禾森特種油品有限公司提供的120號白油、天詩新材料科技有限公司提供的牌號為PEW-0235PE蠟和南京榮基化工提供的牌號為84-74-2鄰苯二甲酸酯質(zhì)量比為2:2:1的混合物；其中碳納米管來自南京先豐納米材料科技有限公司，型號為XFIM2(直徑12-15nm，長度30-50μm)。將上述原料按照如下步驟混合：(1)將白油和鄰苯二甲酸二丁酯加入碳納米管和樹脂的混合物中，在高混機(jī)中以50r/min的速度攪拌7分鐘，之后以100r/min的速度攪拌11分鐘；(2)將PE蠟加入步驟(1)所得的物料中，用高混機(jī)以120r/min的速度攪拌10分鐘，再以230r/min的速度攪拌16分鐘；將上述所得混合物，加入到雙螺桿擠出機(jī)中擠出、壓延成厚度為100μm的導(dǎo)熱膜，其中，雙螺桿擠出機(jī)中的壓縮段溫度為170℃，熔融段溫度為180℃，計量段溫度為190℃，雙螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為：50r/min；雙螺桿擠出機(jī)中螺桿的長徑比為52。雙螺桿擠出機(jī)擠出的物料先進(jìn)入壓延機(jī)的第一組壓輥，壓輥溫度控制在160℃，壓力為150噸，壓延的線速度為9m/min，然后進(jìn)入第二組精密壓輥，壓輥溫度控制在150℃，壓力為160噸，壓延的線速度為6m/min。所得膜的發(fā)熱性能如下表：施加電壓5V10v12v室溫℃16.617.016.8膜溫℃21.644.062.3電流A0.070.150.19實(shí)施例5與實(shí)施例4基本相同，所不同的是：助劑為蘇州禾森特種油品有限公司提供的120號白油、天詩新材料科技有限公司提供的牌號為PEW-0235PE蠟和上海蘇科化工有限公司提供的牌號為7757-82-6木質(zhì)素磺酸鈉質(zhì)量比為1:1:1的混合物；所得膜的發(fā)熱性能如下表：施加電壓5V10v12v室溫℃16.516.916.8膜溫℃20.438.658.1電流A0.070.130.15實(shí)施例6與實(shí)施例4基本相同，所不同的是：助劑為蘇州禾森特種油品有限公司提供的120號白油和無錫長干化工有限公司提供的牌號為1675-52-1環(huán)氧樹脂質(zhì)量比為2:1的混合物；所得膜的發(fā)熱性能如下表：施加電壓5V10v12v室溫℃15.715.615.7膜溫℃18.235.355.9電流A0.050.090.11實(shí)施例7與實(shí)施例1基本相同，所不同的是：原料的混合為將所有原料直接混合均勻，實(shí)施例1與實(shí)施例7相比，樹脂的拉伸強(qiáng)度提高5％、阻燃性能提高7％。實(shí)施例8與實(shí)施例1基本相同，所不同的是：碳納米管使用的是南京先豐納米材料科技有限公司的XFIM2(直徑12-15nm，長度30-50μm)，所得膜的發(fā)熱性能如下表：施加電壓5V10v12v室溫℃16.516.416.6膜溫℃24.347.970.1電流A0.110.220.27當(dāng)前第1頁1 2 3