电热涂料讲义

电热涂料讲义第1页/共25页定义

原理

发展

分类

应用第2页/共25页

什么叫做电热涂料？

第3页/共25页简单来说：就是一种可以涂在金属、塑料及纺织品等材料表面，然后把涂膜连接的两个电极的电源接通，涂膜立刻能发热升温的一种粘稠的液体。第4页/共25页电热涂料的组成电热涂料通常由基料、导电填料、分散介质和助剂组成。

①粘结剂(基料):电热涂料的粘结剂的种类和普通涂料相似,主要根据对涂料的物理力学性能的要求进行选择。粘结剂是组成电热涂料的主要成膜物质,在电热涂层中起支撑体的作用。常见基料有碱金属硅酸盐、合成树脂和磷酸二氢化物等几种。第5页/共25页

②导电填料:导电填料赋予电热涂料的导电性能。导电填料可分为金属系、碳系、金属氧化物系、复合系等四类。金属类中金、银导电材料价格昂贵，仅局限用于军事及航天航空领域；而铜、铝等导电材料由于易氧化而限制了其应用；其中碳系填料来源广泛、廉价,赋予涂料的导电性能良好、持久,以及涂层施工成型方便,电阻可根据具体条件调节等优点,各国对以碳系为填料的导电涂料研究很活跃。第6页/共25页③分散介质:电热涂料的分散介质是水或溶剂。无机基料主要是水,极个别的用醇类溶剂,有机基料除乳液外全部需要溶剂。选择溶剂时,其考虑因素和一般的涂料基本相似。第7页/共25页④助剂:电热涂料作为一种功能型商品涂料使用,除具有所要求的导电性能以外,还需具有普通涂料所具有的各种性能,如对底板的润湿性、附着性和涂膜平整、光洁等。主要助剂有:分散剂、防沉剂、增稠剂、流平剂等。第8页/共25页电热涂层的导电发热机理第9页/共25页导电涂料的导电机理：导电涂料中起导电作用的组分可以是填料也可以是成膜聚合物。在研究导电机理时,将传输电荷的载体称为载流子。按照载流子的种类,固体导电可分为电子导电和离子导电。也就是说,固体电导率的大小决定于三个因素:产生了什么样的载流子;单位体积内有多少载流子;载流子“跑”得快慢。非添加型导电涂料的导电机理：非添加型导电涂料是以导电高聚物为基本成膜物质,以高聚物自身的导电功能使涂层导电。导电高聚物是指自身结构或经过“掺杂”少量“杂质”之后具有一定导电功能的高聚物。添加型导电涂料的导电机理：添加型导电涂料是在绝缘粘结剂中掺入导电填料,使基料具有导电性能,这种导电性能并非基料所固有的特性,其导电过程是导电填料提供自由电子载流子来实现。第10页/共25页电热涂层的电热机理第11页/共25页电热涂料中起导电作用的组分可以是导电填料,也可以是成膜聚合物。对添加型电热涂料而言,在涂料固化前基体和溶剂中的导电填料彼此独立存在,互不相连,处于绝缘状态。干燥固化后,基体与填料已成为一整体,当施加电压后,涂层通过自由电子沿外电场方向移动形成电流,属半导体直接式面状电加热材料,其电热原理是焦耳一楞次定律。即电流通过电阻发热而加热物体使物体升温放热和传热的原理,见式(1.1)。Q=I^2RvT(1.1)式1.1中:Q为涂层发热量;I为通过涂层的电流;Rv为涂层的体积电阻;t为时间。从理论上讲,热量传递有三种基本方式:热传导、热对流和热辐射从技术上讲,这三种方式一般情况下是不能截然分开的。第12页/共25页电热涂料的分类第13页/共25页①按照是否添加导电材料分为:添加型与非添加型电热涂料两大类。添加型电热涂料的基料不具有导电能力,必须要掺加导电填料或导电助剂。而非添加型电热涂料的基料自身能够导电,不需要再添加其他导电材料②按粘结剂的种类可分为:无机系电热涂料和有机系电热涂料两类。无机系电热涂料属添加型电热涂料,主要采用贵重金属填料、金属氧化物填料、炭黑粉、石墨粉、炭纤维和无机盐类材料等作为导电填料,以碱金属硅酸盐作为粘结剂配制而成。有机系电热涂料需要添加一种或一种以上的有机粘结剂才具有导电性。③按固化条件分为常温固化型、热固化型、高温烧结型及紫外光或高能幅射固化型电热涂料。④按表面发热温度可分为低温型涂料(表面发热温度范围为50一100℃),中低温型涂料(表面发热温度范围为100一150℃),中温型涂料(表面发热温度范围为150一200℃),中高温型涂料(表面发热温度范围为200一250℃),高温型涂料(表面发热温度为300℃以上)。第14页/共25页电热涂料的发展第15页/共25页国外：电热涂料是在导电涂料基础上开发的一种新型功能性涂料60年代美、英、日等国相继研制电热涂料。70年代中期，以Sno2:为代表的半导体膜研究应用得到重视，但由于要求专用设备，制作工艺复杂，操作温度高，且对底材一定的要求，因此不便广推广应用90年代初，国外电热涂料技术获得迅速发展，日本鲁斯托化学公司等开发了价格低、用途广泛的电热涂料，除在普通家用取暖器、煎锅等方面获得应用外，还用于输油管道保温、太阳能热水器等。如1991年，日本的铃木等开发出了电热涂料与太阳能电池配套的温水器装置。该装量是利用太阳能电池作电源,电热涂料作发热体,完全能满足居民用水的要求,电压只用24V以下,安全性很高。美国佐治亚州太平洋树脂公司最近发展了一种用于胶合板的新型树脂胶.这种胶以木材纸浆生产时的副产物—木素作为原料.代替了酚醛树脂，大大降低了生产成本.。第16页/共25页国内：我国的电热涂料的研究起步较晚，但是近几年，也在快速的发展。

如①用于家庭生活间取暖。一般20时室面积制1衬电热涂料,即可保证一家人温暖如春。这在西部和北方寒冷地区尤其适应。②洗澡。一般洗澡间墙壁上制作0.5衬即可满足一家人用,且成本低廉。③畜禽养殖场。冬季装上电热涂料,可使畜禽温暖一冬且生长快。④温室大棚:用电热涂料板可使室温一直在10℃以上,能早上市,效益高。⑤其他还可广泛用于工业、食品等方面的烘干、加热用等。第17页/共25页电热涂料在其它领域也有广泛地应用，如日常生活用的电热餐桌、电热写字台、电热毯、电热水器、电热壁画等工业上的低温烘烤电炉如食品烘箱、木材的干燥等,在农业上用作种子的干燥和育苗;在化工上可用作输油管道的保温等等。另外采用透明的电热涂料用于防止窗玻璃结冰,溶化飞机跑道及道路上的积雪以及电热坐便器的报道也时有出现。第18页/共25页新的发展方向第19页/共25页传统的电热涂料一般是以有机树脂为粘结剂,这种涂料存在表面发热温度不高、耐热性差和易老化等缺点,从而制约了其在许多领域的应用。为了增强炭系电热涂料的电热性能,并提高涂层的耐热性、抗磨性、附着力和耐老化性,需要根据炭系电热涂料的不同用途对各种影响因素进行综合分析和不断试验,从而得到满足特殊用途的电热涂层。第20页/共25页复合型炭系导电发热涂料的性能

采用复合型炭系填料和改性后的合成树脂制得的电发热涂料显著提高了涂层的耐热性和热氧稳定性,解决了普通电热涂料耐热性不强,涂层易脱落等问题,开发了在空气中可使用的电热涂料,克服了现有同类电热涂料表面发热温度偏低的局限。第21页/共25页谢谢观赏第22页/共25页人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书