一種複合電熱材料的製作方法
2023-12-03 23:54:46 2
專利名稱：一種複合電熱材料的製作方法
技術領域：
本發明是涉及複合電熱材料的改進。
現工業用電加熱法(一般指在油田)比傳統蒸汽加熱法的能源利用率高40-70％，加熱費用較低，易於自動控制且不汙染空氣。例如油田輸油管路現常用的加熱方法有管道直接通電法、MI電纜、加熱帶等。管路直接通電加熱主要優點是設備簡單、施工方便。缺點是管路外表面帶電，需電氣絕緣，電源電壓需限制在人身安全範圍內，因此，一個電源能加熱的管路距離短，導致損失一部分能量，使加熱效率低，宜於中短距離管路採用；MI電纜和加熱帶施工及使用都很方便，但價格高，適用中短距離管路採用。現油田輸油管道採用的電熱帶伴熱，防止管中原油凝固是近些年採用的一種較新型節能技術。電熱帶是採用電能來補充被伴熱物體在工藝生產過程中所散失的熱量，以維持流動介質的工藝溫度範圍。該自控溫型電熱帶發熱芯料接通電源瞬間會產生較大啟動電流(5-8倍)，這樣造成最大使用長度受到限制、控制原件的容量大、發熱功率小且材料易老化而降低熱效率。
現國內外已開發出的導電聚合物包括聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚咔唑、聚喹啉、聚醚、聚酯等，但多數導電高分子材料的電導率較低、化學穩定性差，耐溫性能較差，在空氣中易失去導電性能，且在加工性方面存在一定難度。因此作為電力輸送材料和發熱材料在綜合性能方面與現有的導電材料相比差距較大。近些年，有人採用某種工藝將碳纖維製成導電紙來導電發熱，但此工藝中存在著碳纖維分布不均、導電紙發熱不均、安全性較差、不能在腐蝕介質中長期使用等弊病。
本發明的目的就是提供一種具有高效、節能的複合電熱材料。
本發明的目的是這樣實現的本發明是以下述材料複合而成(1)利用表面活性劑對除油、粗化後鍍鎳碳纖維進行表面改性用表面活性劑(有機鈦酸酯、月桂酸鈉三乙烷基矽烷、乙醚、助劑等)加入除油、粗化後的碳纖維，攪拌後烘乾，用有機酞酸酯處理後的導電纖維中的鈦與碳纖維有較強的親合力，也與樹脂有較強的結合力，導電束上帶有長鏈烷烴，其位阻作用使導電纖維可很好分散，易與導電高分子材料形成均勻、緻密的導電網絡；(2)、改性聚苯胺/聚氨酯用過量的二元醇或三元醇與酸酐反應，再與長鏈脂肪酸反應，生長帶有長鏈羧基的產物，將此產物與二苯基甲烷二異氟酸酯(MDI)和己二異氰酸酯(HDI)反應後，再與聚苯胺反應即成；(3)鎳系有機導電聚合物；(4)微晶紅外陶瓷粉。
複合技術為常規技術，在此不在贅述。
微晶紅陶瓷粉的製備利用球磨分散法經過多次研磨製備成0.5-1μm的微晶紅外陶瓷粉，其表面能較大，易凝聚。
將長鏈烷基磷酸酯鹽、超分散劑、乙二醇等助劑與微晶紅外陶瓷粉配成懸浮液，通過長鏈烷基磷酸酯鹽的雙電層的穩定機制和空間位阻穩定機制使微晶陶瓷粉達到良好分散，使體系穩定。
超分散劑是一種偶聯劑，含有親無機物的基因和陶瓷粉表面發生化學鍵合；親有機物基因和樹脂表面發生鍵合。
核心節能複合導電材料的製備將以上製得的表面改性微晶導電束、以上製得的改性聚苯胺/聚氨酯、鎳系有機導電聚合物、微晶紅外陶瓷粉、流平劑、界面張力調節劑、超分散劑等充分攪拌混合反應，將反應物在球磨機上充分研磨，即可得核心複合導電材料。
重防腐導靜電塗料的製備將鈦白粉、丙烯酸樹脂、環氧樹脂、有機矽樹脂、流平劑、潤溼分散劑、消泡劑、顏料、丁酯、丁醚、二甲苯以上製得的表面改性鍍鎳碳纖維，硫酸醚四烷基的丁醇溶液在三輥磨中充分研磨、混合製備而成。
重防腐高效複合熱電熱材料的製備將核心節能複合導電材料、三氧化二銻、十溴聯苯醚、防紫外線材料、改性環氧樹脂、酚醛樹脂、工業酒精、顏料、消泡劑(DaproNA1621)、流平劑、分散劑(Disperse-Ayd 8)在混料釜中按以上比例混合。然後利用上膠技術及熱壓技術和材料複合技術將特殊處理的絕緣材料、特殊處理的電極及特種助劑等按一定的次序和配比在層壓機上經過加壓、加熱固化製得重防腐高效複合電熱材料(平板狀或撓狀)。
核心節能複合導電材料的具體作法將5％表面改性的微晶導電束、70％改性聚苯胺/聚胺酯、20％鎳系有機導電聚合物、3％微晶紅外陶瓷粉及0.5％流平劑(Baysilone OL31)、0.5％界面張力調節劑(DaproW-95HS)、1％的超分散劑(Solsperse-9000)等在攝氏75度下反應，攪拌4個小時。將反應物在球磨機中充分研磨3遍，得到核心節能複合熱材料、密封保存。
電極的具體作法將金屬合金電極(銅銀合金)用特種氧化劑(50％三氯化鐵、20％高錳酸鉀、30％乙醇等)、酸洗劑(70％鹽酸與磷酸30％等的混合物)清洗劑等處理得到。
重防腐導電材料的具體作法將20％鈦白粉、50％克丙烯酸樹脂、26％克酚醛改性環氧樹脂、0.4％促進流平劑(Baysilone OL31)、0.5％潤滑分散劑(Efka-766)、0.5％界面張力調節劑、0.3％消泡劑(TROYSOL AFL)、0.5％碳黑、0.05％丁酯、0.05％丁醚、0.07％二甲苯、1.55％以上製得的表面改性鍍鎳碳纖維、0.08％硫酸醚四烷基的丁醇溶液在三輥磨中充分研磨、混合製備成重防腐導靜電材料。
實施例1(1)、將6μm的丙烯氰碳纖維進行除油、粗化處理及鍍鎳處理先用除油液浸泡碳纖維30分鐘，然後，用重鉻酸鉀的硫酸溶液浸泡除油後的碳纖維2小時，最後用稀硫酸液進行中性化處理，將導電纖維剪切成3-5mm，用氫氣還原8小時後，以有機鈦酸酯將其表面處理。將以上得到的產物加入鎳鍍液、鍍鎳纖維在電解水產生的氫氣還原6小時，進行去氧化處理。
(2)、利用表面活性劑對鍍鎳碳纖維進行表面改性用10％表面活性劑(有機鈦酸酯、月桂酸鈉、三乙烷基矽烷、乙醚、助劑等)，加入粗化後的碳纖維，攪拌5小時再烘乾4小時得到反應物。用有機鈦酸酯處理後的導電纖維中的鈦與碳纖維有較強的親和力，也與樹脂有較強的結合力，導電束上帶有長鏈烷烴，其位阻作用使導電纖維可很好分散，易於導電高分子材料形成均勻、緻密的導電網絡。
(3)、改性聚苯胺/聚氨酯的製備用過量聚四氫呋喃二元醇與苯酐在攝氏45度下反應2小時後，再與月桂酸和十八酸在攝氏40度下反應1.5小時，生成帶有長鏈羧基的產物。將1摩爾此產物與0.45摩爾的二苯基鉀烷二異氟酸酯(MDI)和0.5摩爾的己二異氰酸酯(HDI)在攝氏38度反應2小時，再與0.8摩爾聚苯胺反應生成。
(4)、鎳系有機導電聚合物的製備取1克取2，3，6，7，-四(2』-氰基)乙基硫代富瓦烯懸浮於50毫升(ml)無水甲醇中，在惰性氣體的保護下，加入12毫升(ml)甲醇鈉，在室溫下攪拌15小時。在得到產物中再加入35毫升(ml)四甲基溴化銨的甲醇溶液，攪拌40分鐘後加入溴化銀的無水甲醇溶液，直至出現黑色沉澱，再攪拌5小時。將所得的產品過濾，用水和甲醇多次洗滌，在80攝氏度真空乾燥後得到0.8克該產品。
(5)、微晶紅外陶瓷粉的製備利用球磨分散法經過多次研磨製備成0.5-1μm的微晶紅外陶瓷粉，但其表面能較大，易凝聚。將十二烷基磷酸酯鹽、超分散劑(Solsperse-9000)、乙二醇等助劑與微晶紅外陶瓷粉配成懸浮液，通過十二烷基磷酸酯鹽的雙電層的穩定機制和空間穩定機制使微晶陶瓷粉達到良好分散、使體系穩定。超分散劑是一種偶合劑，含有親無機物的基因和陶瓷粉表面發生化學健合親有機物基因和樹脂表面發生鍵合。
(6)、高效節能複合電熱板的製造；把10％核心節能複合導電材料、34％氮化鋁填料改性環氧樹脂、21％酚醛樹脂、23％工業酒精、3％有機矽樹脂、4％三氧化二銻、3％十溴聯苯醚、0.5％碳黑、0.4％L-1984消泡劑、0.6％BYK-325流平劑、0.3％BYK-220S潤溼分散劉、0.2％Disperse-Ayd8分散劑等充分混合均勻後，再均勻地塗在玻璃絲布，讓灑精揮發掉後，把複合導電材料夾在玻璃絲布或無紡布中間，加熱固化成型後剪裁。
(7)、重防腐高效節能複合電熱板的製造；利用靜電噴塗工藝將以上製得的重防腐導靜電材料噴於成型材料表面即得產品，產品外觀為黑灰色。
實施例2利用編織工藝製成銅網後鍍鋅，再利用擠出工藝將以上製得的核心節能複合導電材料製成節能熱輻射電纜。電纜內層為核心節能複合導電材料，外層為鍍鋅銅網一含氟塑料層一防潮塑料外層。
本發明的複合電熱材料其效率可達95％以上，而一般電熱材料的熱效率僅為60％-70％。該材料將會很好的服務於石油化工、農業、軍工業加熱保溫等領域。
權利要求
1.一種複合電熱材料是以下材料複合而成(1)利用表面活性劑對除油、粗化後鍍鎳碳纖維進行表面改性用表面活性劑加入除油、粗化後的碳纖維，攪拌後烘乾，用有機酞酸酯處理後的導電纖維中的鈦與碳纖維有較強的親合力，也與樹脂有較強的結合力，導電束上帶有長鏈烷烴，其位阻作用使導電纖維可很好分散，易與導電高分子材料形成均勻，緻密的導電網絡(2)、改性聚苯胺/聚氨酯用過量的二元醇或三元醇與酸酐反應，再與長鏈脂肪酸反應，生長帶有長鏈羧基的產物，將此產物與二苯基甲烷二異氟酸酯(MDI)和己二異氰酸酯(HDI)反應後，再與聚苯胺反應即成；(3)鎳系有機導電聚合物；(4)微晶紅外陶瓷粉。
2.根據權利要求1所述的一種複合電熱材料，其特徵在於先用除油液浸泡碳纖維30分鐘，然後用重鉻酸鉀的硫酸溶液浸泡除油後的碳纖維2小時，最後用稀硫酸液進行中性化處理；用10％表面活性劑，加入粗化後的碳纖維，攪拌5小時，再烘乾4小時得到反應物。
3.根據權利要求1所述的一種複合電熱材料，其特徵在於用過量聚四氫呋喃二元醇與苯酐在攝氏45度下反應2小時後，再與月桂酸和十八酸在攝氏40度下反應1.5小時，生成帶有長鏈羧基的產物；將1摩爾此產物與0.45摩爾二苯基鉀烷二異氟酸酯和0.5摩爾的己二異氰酸酯在攝氏38度反應2小時，再與0.8摩爾聚苯胺反應。
全文摘要
一種複合電熱材料是涉及複合電熱材料的改進。本發明是以下述材料複合而成1.利用表面活性劑對除油、粗化後的鍍鎳碳纖維進行表面改性；2.改性聚苯胺/聚氨酯；3.鎳系有機導電聚合物；4.微晶紅外陶瓷粉。本發明的複合電熱材料其熱效率可達95％以上。
文檔編號H05B3/12GK1392751SQ01114098
公開日2003年1月22日 申請日期2001年6月18日 優先權日2001年6月18日
發明者王震宇, 盧大波 申請人:瀋陽瑞天新材料有限公司