水性电热油墨的PTC效应研究开题报告

 2022-02-17 20:47:05

1. 研究目的与意义

电热膜加热技术早在20世纪60年代初,美国和英国就有涂料公司研制出了导电涂料。不过由于技术不成熟,涂料表面发热温度不均匀,导致局部温度过高,附着力不强,容易出现裂纹及变质等现象。到了60年代末,美国就研究出了半导体导电塑料薄膜,产生了比较成熟的电热膜。70年代末,电热膜应用已经十分广泛,日本大金公司已经有产品应用于电热地毯等产品上。80年代末,电热膜在北欧、日韩等国家进行工业化生产,韩国和日本是电热膜大面积用于供暖较早的国家,也是世界上最早制订电热膜地暖应用规程的国家,这主要源于日韩在电热新材料技术的进步、生活习惯以及电力资源充足等多方面原因。

我国在70年代中后期才开始有所研究,上海有机氟研究所首先开始研制,但并没有得到应用。80年代末,市场上先后出现一系列电热膜,如电热壶、电热锅等,但并没有用于采暖。90年代末,国家加大了用电改革力度,电热膜采暖才开始应用,但由于价格因素,应用并不广泛。直至20世纪初,电热膜辐射采暖在民用供暖领域才开始广泛应用。电热膜油墨配方技术及电热膜采暖的室内工作性能才得到各大高校和科研单位的广泛研究。

我国北方地区主要采用集中供暖,这就在成本和能耗方面造成了严重的浪费,排放的气体对环境也非常有害。在当前以节约能源和开发新能源为目标的时代背景下,北方多个城市依旧出现非常严重的雾霾天气,更是直接影响到了人们生活和生命,故改变传统取暖方式,节能减排的取暖方式已经不仅仅是大势所趋,更是迫在眉睫,电热膜采暖因人体舒适度高、电热转化率好、费用低、绿色环保等优点,受到广泛的推崇与推广。

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2. 研究内容和预期目标

水性油墨简称为水墨,是一种复合材料,在此油墨体系中有很多导电粒子均匀分布在水性溶剂中,形成包含溶剂水的绝缘桨状物。固体干燥后,溶剂水挥发,导电材料和填充物等固化,导电粒子间距减小,互相连接,形成电流。

水性油墨与油性油墨主要区别在于溶剂的不同,水性油墨以水为溶剂,对环境污染小;油性油墨以有机溶剂为溶剂。由于溶剂型油墨均采用挥发性干燥为主的方式,溶剂的沸点越低,就越易挥发并释放出有毒气体污染环境,在印刷完成后其表面也有残留的有毒物质,而水性油墨使用的溶剂是水和从voc名单中排除的乙醇等,可以大大降低voc的排放。  水墨构造主要成份由导电材料、粘结料、溶剂以及油墨助剂组成,构造比较简单,投资设备不大,利润率相对比较高,因为高档水墨使用的树脂全部是丙烯酸树脂,所以高档水墨的干燥速度最快、耐水性最高、耐磨性最好、墨色稳定性最高、亮度高、着色力强、不腐蚀版材,但其成本和技术含量都较高。

碳纳米管(carbon nano tubes,cnts)自1991年被iijima在高分辨透射电镜(hrtem)下发现以来,由于其新颖的结构、高的长径比、大的比表面积、优异的机械性能和独特的光电性能,因而在新型复合材料、纳米电子器件和光电池等高科技领域具有重要的应用前景,迅速成为国内外化学、物理及材料科学等领域的研究热点,其中一个重要的研究方向就是碳纳米管.聚合物复合材料。依据主客体的不同,碳纳米管.聚合物复合材料可分为两类。一类是以聚合物为主体,碳纳米管作为填充材料,主要是针对导电聚合物材料,目的是为了改善导电聚合物的力学性能和导电性等性质。另一类是以碳纳米管为主体,把聚合物修饰在碳纳米管上,以增加碳纳米管的溶解度,使碳纳米管的光电性质得以应用和作为化学试剂在溶液中进行化学操作得以实现。本实验采用多壁碳纳米管作为导电填料,对聚丙烯树脂/多壁碳纳米管复合材料的电阻非线性正温度系数现象(即ptc效应)特性进行了研究。

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3. 研究的方法与步骤

研究涂层的ptc效应,制作6*6cm试样,两端涂银浆,消除表面电阻。放在烘箱中加热,接出两根导线,用低电阻测试仪测出电阻值随温度变化情况。再利用电阻率公式:ρ=r*s/d(ρ-电阻率、r-电阻值、s-截面积、d长度)求出电阻率,利用origin绘图软件,制作出电阻率-温度曲线图。根据曲线图进一步进行分析,调整改变制作涂层的原料。

先按配方称取水性的试剂,然后称取碳纳米管,然后放在升降搅拌机上搅一段时间,尽量多搅。然后打开均质机和旁边的冷凝器,先用纯水过一遍机器,然后倒入分散夜,先将压力调制500左右,过一遍,再将压力上升至1000以上,重复分散。在出来的都是液体时,用滴管吸取少量分散液,滴入水中,观察现象,如果入墨水搬迅速扩散开来那么分散完毕,如果有明显小颗粒沉降,如同流星划过天空搬,那么需要继续分散。

分散完毕后加入树脂、流平剂、增稠剂等经恒温磁力搅拌机制成水性油墨,并保持流动度为31s。再利用涂膜机在pe膜上进行涂膜,选用100um的厚度。制膜成功后放入烘箱烘干。接下来测量表面电阻,要保证表面电阻在一定范围以便发热。再将其制成6*6cm试样,两端图上银浆以便测量。

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4. 参考文献

1.罗延龄,高分子基ptc导电材料研究开发进展,现代化工,2000,20(4):9-13

2.晨光,刘成岑,李万捷,窦涛,丙烯酸树脂基导电油墨正/负升温系数协同效应的研究,现代化工, 2011,31(s1):325-329

3.杨小健,印制电子用无机导电油墨的制备及性能研究,电子科技大学学位论文,2012。

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5. 计划与进度安排

第一阶段(第1~3周):3月2日~3月22日

文献检索,论文开题,写出开题报告;

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