[发明专利]一种自控温发热材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料改性技术领域，具体公开了一种自控温发热材料及其制备方法。该自控温发热材料具有“皮层‑芯层”结构，以所述自控温发热材料的质量为100％计，所述皮层的质量百分比为45％‑68％，所述芯层的质量百分比为32％‑55％，所述皮层由丙烯基弹性体制备得到。本发明还提供所述自控温发热材料的制备方法。本发明的皮层选择丙烯基弹性体，具有手感柔软舒适的特点；芯层通过石蜡熔融吸热、结晶放热及石蜡熔融体积膨胀效应和液体渗入石墨烯和/或碳纳米管的空隙产生阻隔效应而导致电阻变大，从而实现良好的自控温特性，获得低直流电压下即可发热的安全加热方式。

技术领域

本发明属于高分子材料改性技术领域，特别涉及一种自控温发热材料及其制备方法。该材料在直流电压下即可发热，具有自控温功能。

背景技术

自控温发热器件应用十分广泛，从身边的普通加热装置、智能建筑，到轨道交和飞机上的除冰装置都依赖于自控温发热技术。

PPTC器件即高分子聚合物正温度系数器件，由高分子材料添加导电粒子制成，其基本原理是一种能量的平衡。当电流流过元件时产生热量，所产生的热量一部分散发到环境中去，一部分增加了高分子材料的温度。在工作电流下，产生的热量和散发的热量达到平衡电流可以正常通过，当过大电流通过时，元件产生大量的热量不能及时的散发出去，导致高分子材料温度上升，当温度达到材料结晶融化温度时，高分子材料发生膨胀，阻断由导电粒子组成的导电通路，导致电阻迅速上升，限制了大电流通过，从而起到过流保护作用。

然而，大多数的PPTC材料是采用聚乙烯(PE)、导电炭黑和少量添加剂进行制备。由于导电炭黑的导电性能有限，一般需添加20％以上的导电炭黑，导致力学性能下降；其电阻大，需要在220V的交流电压下才能工作，存在漏电、触点等安全隐患。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种自控温发热材料。该材料导电性能更好、力学性能优异，在直流电压下即可发热，具有自控温功能。

本发明的另一目的在于提供所述自控温发热材料的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种自控温发热材料，具有“皮层-芯层”结构，以所述自控温发热材料的质量为100％计，所述皮层的质量百分比为45％-68％，所述芯层的质量百分比为32％-55％，所述皮层由丙烯基弹性体制备得到。皮层可以赋予材料一定的形状和提供柔软舒适的手感，芯层可以提供导电性能。

优选的，所述丙烯基弹性体为丙烯和乙烯的共聚物，所述丙烯基弹性体含有8wt％-15wt％乙烯单体，所述丙烯基弹性体的熔体流动指数为0.5-10g/10min。

优选的，所述芯层由如下按重量份数计的组分组成：石蜡56～89.8份、石墨烯5～20份、碳纳米管2～20份和分散剂0.2～4份。

优选的，所述石蜡为分子量为300-1000、熔点为40-70℃的低分子聚合物。

优选的，所述石墨烯为单层直径为1-5μm、厚度为0.8-1.2nm的氧化石墨烯片。

优选的，所述碳纳米管为直径为5-20nm、长径比为10-30的碳纳米管。

优选的，所述分散剂的数均分子量为500-2000；分散剂为丙烯酸及其衍生物的共聚物等，常温下为液体。

芯层的石蜡在室温呈固态，其结晶度较高；石墨烯和碳纳米管主要分布在无定型区从而形成相互贯通的导电网络，赋予材料好的导电性能；当温度升高，石蜡熔融吸收能量，避免温度快速上升；当温度降低时，石蜡结晶释放热量，避免温度立即下降，从而实现温度的稳定控制。当温度超过石蜡熔点后，继续加热石蜡全部熔融，石墨烯和(或)碳纳米管构成的导电网络因液体石蜡体积膨胀效应和渗入阻隔效应导致电阻增大，产生的热量减少，从而实现良好的自控温性能。

进一步的，本发明还提供所述自控温发热材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：