复合型炭系电热涂料和炭膜与超薄炭片及热致变色的研究

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1、摘要电热涂料是当前特种功能涂料领域研究的一个热点，但目前国内外研制成的电热涂料主要存在其表面发热温度不高、涂层易脱落和填料易氧化等缺陷。为了研制出性能优异、用途更广的导电发热涂层，我们开展了本论文的研究工作。在对国内外相关文献调研和分析讨论的基础上，本文通过研究不同导电填料对电热涂料导电性和电热性的影响，确定出实验所需的主要填料。研究中采用复合型炭系填料、改性酚醛树脂以及助溶剂经机械混合和不等温固化制成耐高温、导电发热性能优良的复合型炭系电热涂料，并对该涂料进行综合测试和分析讨论。在国内首次制备出由炭系填料与炭纤维互相匹配构成的具有三维空间网络导电粒子链结构的电热涂层。结果

2、表明，这种结构的涂层更利于导电和发热，其室温体积电阻率为0.15~0.20Ω⋅cm；酚醛树脂改性后制得的电热涂料，其耐热温度可达290℃左右，使常用有机电热涂料的耐热性能有了显著提高。本研究还采用在炭系粉料和炭纤维中添加改性酚醛树脂制成涂料，用涂覆法成型待其干燥后再碳化制得电热炭膜，或将其粉料直接热压成型后碳化制得电热超薄炭片。研究发现电热炭膜与超薄炭片-2-2形成了紧密堆积的炭网络结构，其室温体积电阻率为0.97×10~2.64×10Ω⋅cm，使炭膜与超薄炭片产生了优异的电热特性，同时还解决了电热涂料耐热性不强，涂层易脱落等问题。经抗氧化防护处理后的电热炭膜与超薄炭片在低

3、电压下发热温度高，突破了现有电热涂料的表面发热温度，理论上在一定的还原气氛等条件下，其表面发热温度可达2000℃以上。此外，还可将超薄炭片制成可拆分单一平面或曲面状电热炭片元件，拓宽了其实用途径。电热炭膜的研究填补了国内对炭膜在电加热研究领域的空白，电热炭片的研究为超薄采暖用电热材料的实用化提供了一定的科学依据和重要的参考价值。本文还研究了利用自制的电热涂层结合热致可逆变色涂料的应用，使这种涂层在电加热过程中既达到了取暖加热的目的，同时又产生了动态的颜色变化。关键词：炭系电热涂料；电热炭膜与超薄炭片；电热性能；改性树脂；热致变色IAbstractThestudyonelec

4、troheatcoatingisahotspotinthespecialfuctionalcoatingfield.Butnowtheelectroheatcoatingindomesticandabroadhavethedefectsoflowsurface-generatingheattemperature,fallingoffeasily,fillersbeingoxidizedathightemperatureandsoon.Inordertoinvertigateconductiveandheatingcoatingofexcellentpropertyandwi

5、delyuse,theauthordevelopedthestudybelow.Basingontheinvestigationandanalysisontherelativedocumentsindomesticandabroad,thethemestudiedtheeffectsofvarietykindsofconductivefillersontheelectroheatcoating,andconfirmedthemainfillersoftheexperiment.Intheresearch,theauthoradoptcompositecarbon-fille

6、rs,phenolpthaleinmodifiedresinandsolvent,auxiliarytopreparehigh-temperature-resistingandexcellentelectroheatpropertyconductiveandheatingcoatingwiththecompositecarbon-fillersbymachinerymixingandheatingcuring.Theauthorfirstlyproducedtheconductiveandheatingcoatingofthreedimensionalspaceweb-sh

7、apedandconductiveparticleschainstructure,whichisconstructedbycarbon-fillersandcarbonfiber.Fromtheresultsofmeasure,itcanbeconcludedthatthestructurewasbenefittoenhancetheconductivityandheatingofcoating.Thevolumeresistivityofthecoatingatnormaltemperaturecanreach0