[发明专利]石墨基复合高分子电热材料、制备方法及其用途

说明书

本发明公开了一种石墨基复合高分子电热材料、制备方法及其用途，包括以下质量份的组份：100份橡胶原料，50～90份的复合石墨基导电材料，以及44.6‑74份的配合剂；所述复合石墨基导电材料包括质量分数为20～40%鳞片石墨，20～40%石墨纤维，20～40%喷雾炭黑，10～20%煅烧石油焦。所述配合剂包括如下质量份组份：0.5‑1.0份硫化剂，3‑9份补强剂，0.1‑1.5份软化剂，1～2.5份防老剂，40～60份阻燃剂。该电热材料热转化率可达到98%，成本低，电阻低。主要技术参数如下：体积电阻率10‑50Ω·cm，可按要求做调整；常规使用温度‑20℃‑‑90℃，极端耐温范围为‑40℃‑‑120℃。

技术领域

本发明属于电热材料技术领域，具体涉及一种石墨基复合高分子电热材料、制备方法及其用途。

背景技术

电热材料是通过自身电阻能够将电能转化为热能的材料，通常的电热材料是由金属、半导体或导电颗粒高分子材料复合制成的。金属以及半导体材料由于材料过于坚硬，不可随意变形，限制了其应用范围。复合导电颗粒基高分子材料是将高分子材料作为基底，导电颗粒在基底中形成导电网络的复合材料，其克服了原有电热材料柔性差的问题。

现有的导电复合导电高分子材料基本上是用的单一的导电填充材料作为导电体。经测试，采用石墨作为填充材料时，若橡胶原料质量份为100份，当石墨含量为10-35质量份时，材料体积电阻率随石墨含量的增加而急剧下降，当石墨含量为10质量份时，其体积电阻率为1.114×10⁹Ω ·cm ，而当石墨质量为35质量份时，其体积电阻率下降到6.11×10⁴Ω·cm；当石墨含量为35～45质量份时，材料体积电阻率下降趋势逐渐平缓，从6.11×10⁴Ω·cm下降至1.61×10⁴Ω ·cm；石墨含量为90质量份时，材料体积电阻率下降至9×10³Ω·cm，此时石墨填料含量接近临界值；当石墨含量大于90质量份时，石墨填料含达到临界值，材料制备脆性增大，加工成型困难，所得产品质量不稳定；当石墨含量达到110质量份时，胶料就不能成团；要想再降低材料的电阻率，只能选用价格高昂的高导电粉末，如碳纳米管。

石墨基橡胶复合材料一般作为导电、屏蔽材料应用在电子技术领域，在电热材料中的研究较少。使用时一般只需考虑其导电性，未考虑可塑性、拉伸强度、拉断伸长率等机械性能。为了适应复杂的工作环境，电热材料需要具备越来越高的要求，如导电稳定、可塑性高，易于成型、定型，柔韧性高，成本低等。

发明内容

本发明的目的提供一种石墨基复合高分子电热材料、制备方法及其用途，其解决了制备低电阻率导电材料时，常规导电颗粒成型困难，优良导电颗粒价格高的问题。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案（本发明中百分数均为质量百分数，份数均为质量份）：

一种石墨基复合高分子电热材料，包括以下质量份的组份：100份橡胶原料，50～90份的复合石墨基导电材料，以及44.6-74份的配合剂；所述复合石墨基导电材料包括质量分数为20～40%鳞片石墨，20～40%石墨纤维，20～40%喷雾炭黑，10～20%煅烧石油焦。

进一步地，所述配合剂包括如下质量份组份：0.5-1.0份硫化剂，3-9份补强剂，0.1-1.5份软化剂， 1～2.5份防老剂，40～60份阻燃剂。

进一步地，所述橡胶原料为乙丙橡胶、氯醚橡胶、硅橡胶、氢化丁晴橡胶中的一种或多种。

进一步地，鳞片石墨，含碳量在99%以上，粒径小于35μm；石墨纤维，经2500℃下石墨化处理，含碳量在99.19%以上；喷雾炭黑，含碳量在99.19 %以上，粒径小于20μm；煅烧石油焦，含碳量大于99.15 %，粒径小于35μm。

进一步地，所述硫化剂为DCP（邻苯二甲酸二仲辛酯），BPO（过氧化苯甲酰），双二五（2,5-二甲基-2,5-双己烷）中的一种。