一种含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料及其制备方法和用途与流程

1.本发明涉及发热涂料技术领域，具体涉及一种含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料及其制备方法和用途。


背景技术：

2.采暖是我们冬季常用驱除寒冷的取暖方式，当前主要为空调、地暖、暖气这三种采暖形式。随着生活水平的提高，人们对家居环境要求提高，对采暖的追求已经从“功能性”提升到更高品质的“舒适性”。
3.为了满足日益增多的个性化需求，本技术的发明人已经利用最新碳纤维材料，研发出一款多功能的发热涂料，该发热涂料是以高新材料-碳纤维及石墨烯作为主要原材料研发而成的一种新型采暖涂料产品。使用时，将该发热涂料配合发热涂料系统可以在任何空间表面施工安装，不到1毫米的超薄涂膜厚度，通过24v安全电压，将电能转化为热能，就可以形成远红外辐射达到立即制暖效应。
4.但是，现有的发热涂料存在以下问题：1.成本高、导热性能有限、发热效率低、升温时间较长、发热升温后达到的恒温温度低；2.附着力差，长时间加热使用后，存在脱落风险；3.发热涂料产品中各组分混合不均匀，导致导热不均匀，影响发热效果。


技术实现要素：

5.为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供一种含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料，其具有导热性能好，导热均匀，发热效率高，升温快，恒温后温度高，附着性优异，绝缘性好及使用寿命长等优点，同时不含甲苯、二甲苯等对环境及人体健康存在威胁的成分，应用前景广泛。此外，本发明还提供一种上述含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料的制备方法，及由该发热涂料涂覆形成发热涂料层、并将其应用于电子器件散热、电器产品、化工管道保温、建筑行业保温采暖、轨道交通及公交车座椅加热，以及医药、木材加工、食品、造纸、纺织、印染、农业塑料大棚等高低温烘干及加热领域。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明的第一方面，提供一种含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料，包括如下重量份数的原料组分：
8.碳化钨20～30份、石墨烯15～20份、碳纤维粉末20～25份、丙烯酸改性树脂7～12份、水20～30份。
9.采用上述技术方案：
10.首先，本技术中采用碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末进行复配起到导热作用，其中石墨烯具有片层结构，使得涂料在横向方向上具有优异的导热性能，向其中加入碳纤维粉末，其可以掺杂进入至石墨烯片层之间，使得涂料具有较高的纵向热导率，此外，还加入有较高热导率的碳化钨，其进入至石墨烯片层之间，避免石墨烯发生二次垛叠，能进一步提高涂料
的横向和纵向热导率。
11.其次，本技术中，采用丙烯酸改性树脂与碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末进行复合，一方面，丙烯酸改性树脂的加入使得碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末更均匀的分散于水中，不会发生团聚现象，保证了涂料具有高的、均匀的高热系数，另一方面，丙烯酸改性树脂的加入使得发热涂料具有优异的附着性，其经涂覆形成均匀的发热涂料层；
12.此外，本技术中的发热涂料中采用水作为溶剂，并未添加甲苯、二甲苯等对环境及人体健康存在威胁的成分，绿色环保，应用前景广泛。
13.优选地，所述碳化钨的粒径为1～45μm。
14.优选地，所述碳纤维粉末的粒径为400～1200目。
15.优选地，所述石墨烯的片径为0.8～80μm，所述石墨烯的层数在10层以内。
16.优选地，所述发热涂料还包括消泡剂0.01～0.1份。
17.碳化钨为广州金属冶金(集团)有限公司生产的高纯碳化钨粉。
18.石墨烯为深圳穗衡石墨烯科技有限公司生产的高纯石墨烯。
19.碳纤维粉末采用日本东丽高模量高强度碳纤维短切丝为原料，经过研磨、筛选、烘干而得。
20.丙烯酸改性树脂为青岛大洋海得润生产的丙烯酸改性树脂。
21.水为自来水或纯水。
22.消泡剂为许氏化工科技有限公司生产的牌号为dt-135的消泡剂。
23.本发明的第二方面，提供一种上述含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料的制备方法，包括如下步骤：
24.s1、称取配方量的碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末、丙烯酸改性树脂和水；
25.s2、首先将石墨烯加入至分散设备中，再向其中加入水，慢速搅拌混合均匀；
26.s3、再加入碳化钨，经慢速-中速-高速搅拌混合后，向其中加入碳纤维粉末，再经慢速-中速-高速搅拌混合；
27.s4、然后加入丙烯酸改性树脂，经慢速-中速-高速搅拌混合均匀后，向体系中加入消泡剂搅拌分散均匀，即得发热涂料。
28.优选地，慢速搅拌时，转速为300～400r/min，搅拌时间为15～25min；中速搅拌时，转速为800～1000r/min，搅拌时间为20～30min；高速搅拌时，转速为1500～2000r/min，搅拌时间为5～15min。
29.采用上述制备方法，通过对各组分的投料顺序，以及物料的混合搅拌速度、混合搅拌时间进行调控，保证了碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末均匀分散至丙烯酸改性树脂和水中，涂料产品中各组分混合均匀，最终形成的涂料膜导热均匀，导热性能更好。
30.本发明的第三方面，提供一种上述含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料的应用，所述发热涂料涂覆于导电电路上形成发热涂料膜层，再通过控制元件控制所述发热涂料膜层通电加热工作。
31.优选地，所述发热涂料膜层外侧设有防水绝缘层，所述发热涂料膜层内侧设有保温层和/或内侧防水层。
32.具体应用时，该发热涂料可应用于电子器件散热、电器产品、化工管道保温、建筑行业保温采暖、轨道交通及公交车座椅加热，以及医药、木材加工、食品、造纸、纺织、印染、
农业塑料大棚等高低温烘干及加热领域。
33.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
34.(1)本发明采用碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末进行复配起到导热作用，其中石墨烯具有片层结构，使得涂料在横向方向上具有优异的导热性能，向其中加入碳纤维粉末，其可以掺杂进入至石墨烯片层之间，使得涂料具有较高的纵向热导率，此外，还加入有热导率较高的碳化钨，其进入至石墨烯片层之间，避免石墨烯发生二次垛叠，能进一步提高涂料的横向和纵向热导率；
35.(2)本发明中，采用丙烯酸改性树脂与碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末进行复合，一方面，丙烯酸改性树脂的加入使得碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末更均匀的分散于水中，不会发生团聚现象，保证了涂料具有高的、均匀的高热系数，另一方面，丙烯酸改性树脂的加入使得发热涂料具有优异的附着性，其经涂覆形成均匀的发热涂料层；
36.(3)本发明中的发热涂料中采用水作为溶剂，并未添加甲苯、二甲苯等对环境及人体健康存在威胁的成分，绿色环保，应用前景广泛。
具体实施方式
37.为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
38.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
39.除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
40.实施例1
41.本实施例提供一种含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料，包括如下原料组分：
42.碳化钨24kg、石墨烯18kg、碳纤维粉末21kg、丙烯酸改性树脂9kg、消泡剂0.03kg、水28kg。
43.本实施例中的碳化钨为广州金属冶金(集团)有限公司生产的高纯碳化钨粉，粒径为1～45μm。
44.石墨烯为深圳穗衡石墨烯科技有限公司生产的高纯石墨烯，石墨烯的片径为0.8～80μm，所述石墨烯的层数在10层以内。
45.碳纤维粉末采用日本东丽高模量高强度碳纤维短切丝为原料，经过研磨、筛选、烘干而得，粒径为1000目和500目两种，两种粒径的碳纤维粉末的重量配比为1：1。
46.丙烯酸改性树脂为青岛大洋海得润生产的丙烯酸改性树脂。
47.水为自来水或纯水。
48.消泡剂为许氏化工科技有限公司生产的牌号为dt-135的消泡剂。
49.上述含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料的制备方法，包括如下步骤：
50.s1、称取配方量的碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末、丙烯酸改性树脂和水；
51.s2、首先将石墨烯加入至分散设备中，再向其中加入水，在转速为300r/min，搅拌
时间为20min的条件下混合均匀；
52.s3、再加入碳化钨，经慢速(转速为300r/min，搅拌时间为20min)-中速(转速为800r/min，搅拌时间为30min)-高速(转速为1500r/min，搅拌时间为15min)搅拌混合后，向其中加入碳纤维粉末，再经慢速-中速-高速(同上)搅拌混合；
53.s4、然后加入丙烯酸改性树脂，经慢速-中速-高速(同上)搅拌混合均匀后，向体系中加入消泡剂高速搅拌分散均匀10min，即得发热涂料。
54.实施例2
55.本实施例提供一种含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料，包括如下原料组分：
56.碳化钨20kg、石墨烯20kg、碳纤维粉末20kg、丙烯酸改性树脂7kg、消泡剂0.01kg、水20kg。
57.本实施例中的碳化钨为广州金属冶金(集团)有限公司生产的高纯碳化钨粉，粒径为1～45μm。
58.石墨烯为深圳穗衡石墨烯科技有限公司生产的高纯石墨烯，石墨烯的片径为0.8～80μm，所述石墨烯的层数在10层以内。
59.碳纤维粉末采用日本东丽高模量高强度碳纤维短切丝为原料，经过研磨、筛选、烘干而得，粒径为500目。
60.丙烯酸改性树脂为青岛大洋海得润生产的丙烯酸改性树脂。
61.水为自来水或纯水。
62.消泡剂为许氏化工科技有限公司生产的牌号为dt-135的消泡剂。
63.上述含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料的制备方法，包括如下步骤：
64.s1、称取配方量的碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末、丙烯酸改性树脂和水；
65.s2、首先将石墨烯加入至分散设备中，再向其中加入水，在转速为400r/min，搅拌时间为15min的条件下混合均匀；
66.s3、再加入碳化钨，经慢速(转速为400r/min，搅拌时间为15min)-中速(转速为1000r/min，搅拌时间为20min)-高速(转速为2000r/min，搅拌时间为5min)搅拌混合后，向其中加入碳纤维粉末，再经慢速-中速-高速(同上)搅拌混合；
67.s4、然后加入丙烯酸改性树脂，经慢速-中速-高速(同上)搅拌混合均匀后，向体系中加入消泡剂高速搅拌分散均匀10min，即得发热涂料。
68.实施例3
69.本实施例提供一种含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料，包括如下原料组分：
70.碳化钨27kg、石墨烯15kg、碳纤维粉末25kg、丙烯酸改性树脂10kg、消泡剂0.06kg、水25kg。
71.本实施例中的碳化钨为广州金属冶金(集团)有限公司生产的高纯碳化钨粉，粒径为1～45μm。
72.石墨烯为深圳穗衡石墨烯科技有限公司生产的高纯石墨烯，石墨烯的片径为0.8～80μm，所述石墨烯的层数在10层以内。
73.碳纤维粉末采用日本东丽高模量高强度碳纤维短切丝为原料，经过研磨、筛选、烘
干而得，粒径为1000目。
74.丙烯酸改性树脂为青岛大洋海得润生产的丙烯酸改性树脂。
75.水为自来水或纯水。
76.消泡剂为许氏化工科技有限公司生产的牌号为dt-135的消泡剂。
77.上述含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料的制备方法，包括如下步骤：
78.s1、称取配方量的碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末、丙烯酸改性树脂和水；
79.s2、首先将石墨烯加入至分散设备中，再向其中加入水，在转速为300r/min，搅拌时间为20min的条件下混合均匀；
80.s3、再加入碳化钨，经慢速(转速为300r/min，搅拌时间为20min)-中速(转速为900r/min，搅拌时间为20min)-高速(转速为1800r/min，搅拌时间为10min)搅拌混合后，向其中加入碳纤维粉末，再经慢速-中速-高速(同上)搅拌混合；
81.s4、然后加入丙烯酸改性树脂，经慢速-中速-高速(同上)搅拌混合均匀后，向体系中加入消泡剂高速搅拌分散均匀10min，即得发热涂料。
82.实施例4
83.本实施例提供一种含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料，包括如下原料组分：
84.碳化钨30kg、石墨烯16kg、碳纤维粉末23kg、丙烯酸改性树脂12kg、消泡剂0.1kg、水30kg。
85.本实施例中的碳化钨为广州金属冶金(集团)有限公司生产的高纯碳化钨粉，粒径为1～45μm。
86.石墨烯为深圳穗衡石墨烯科技有限公司生产的高纯石墨烯，石墨烯的片径为0.8～80μm，所述石墨烯的层数在10层以内。
87.碳纤维粉末采用日本东丽高模量高强度碳纤维短切丝为原料，经过研磨、筛选、烘干而得，粒径为1000目。
88.丙烯酸改性树脂为青岛大洋海得润生产的丙烯酸改性树脂。
89.水为自来水或纯水。
90.消泡剂为许氏化工科技有限公司生产的牌号为dt-135的消泡剂。
91.上述含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料的制备方法，包括如下步骤：
92.s1、称取配方量的碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末、丙烯酸改性树脂和水；
93.s2、首先将石墨烯加入至分散设备中，再向其中加入水，在转速为400r/min，搅拌时间为15min的条件下混合均匀；
94.s3、再加入碳化钨，经慢速(转速为400r/min，搅拌时间为15min)-中速(转速为1000r/min，搅拌时间为20min)-高速(转速为2000r/min，搅拌时间为5min)搅拌混合后，向其中加入碳纤维粉末，再经慢速-中速-高速(同上)搅拌混合；
95.s4、然后加入丙烯酸改性树脂，经慢速-中速-高速(同上)搅拌混合均匀后，向体系中加入消泡剂高速搅拌分散均匀10min，即得发热涂料。
96.实验例
97.对实施例1-4中制得的发热涂料的发热性能进行测试，具体测试过程如下：
98.选用尺寸为30cm
×
30cm的瓷砖，每块瓷砖一分为二使用，每块瓷砖上各样本区域
尺寸为30cm
×
14cm，将铜带(2cm宽，0.3mm厚)用3m双面胶粘在瓷砖两端作为正负极使用，然后在其表面涂刷制得的含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料，再经干燥形成膜层，反复涂刷四层，每涂刷一层要等干透后再涂刷下一层，发热涂料总厚度为1mm，再用220v转8～48v的变压器连接到正负极上，本实验例测试时，是用220v转24v的变压器测试数据，每个实施例采用25块进行相同的测试，然后求取平均值。
99.对实施例1-4中制得的发热涂料的粘稠度、成膜性能、附着力、涂刷后形成膜层的性能进行测试，测试结果见表1，其中附着力的检测标准为：gb/t 1720-1979(1989)。
100.表1
101.测试项目实施例1实施例2实施例3实施例4粘稠度适中适中适中适中成膜性能非常好非常好非常好非常好附着力i级i级i级i级电压24v24v24v24v电阻16.8ω16.5ω17.2ω17.3ω电流1.428a1.454a1.395a1.387a功率34.3w34.9w33.5w33.3w
102.对实施例1-4中制得的发热涂料涂刷至瓷砖上后的升温数据进行测试，具体地，样本连续通电2小时，每隔10分钟记录一次升温后的表面温度数据，测试数据见表2。
103.表2
[0104][0105]
[0106]
由表1和表2中的测试结果可知，实施例1-4中制得的含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料具有粘稠度适中，成膜性能好，导热性能好，导热均匀，发热效率高，升温快，恒温后温度高，附着性优异，绝缘性好及使用寿命长等优点。
[0107]
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

技术特征：
1.一种含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料，其特征在于，包括如下重量份数的原料组分：碳化钨20～30份、石墨烯15～20份、碳纤维粉末20～25份、丙烯酸改性树脂7～12份、水20～30份。2.根据权利要求1所述的含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料，其特征在于，所述碳化钨的粒径为1～45μm。3.根据权利要求1所述的含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料，其特征在于，所述碳纤维粉末的粒径为400～1200目。4.根据权利要求1所述的含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料，其特征在于，所述石墨烯的片径为0.8～80μm，所述石墨烯的层数在10层以内。5.根据权利要求1所述的含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料，其特征在于，所述发热涂料还包括消泡剂0.01～0.1份。6.一种如权利要求1所述的含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、称取配方量的碳化钨、石墨烯、碳纤维粉末、丙烯酸改性树脂和水；s2、首先将石墨烯加入至分散设备中，再向其中加入水，慢速搅拌混合均匀；s3、再加入碳化钨，经慢速-中速-高速搅拌混合后，向其中加入碳纤维粉末，再经慢速-中速-高速搅拌混合；s4、然后加入丙烯酸改性树脂，经慢速-中速-高速搅拌混合均匀后，向体系中加入消泡剂搅拌分散均匀，即得发热涂料。7.根据权利要求6所述的含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料的制备方法，其特征在于，慢速搅拌时，转速为300～400r/min，搅拌时间为15～25min；中速搅拌时，转速为800～1000r/min，搅拌时间为20～30min；高速搅拌时，转速为1500～2000r/min，搅拌时间为5～15min。8.一种如权利要求1所述的含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料的应用，其特征在于，所述发热涂料涂覆于导电电路上形成发热涂料膜层，再通过控制元件控制所述发热涂料膜层通电加热工作。9.根据权利要求8所述的含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料的应用，其特征在于，所述发热涂料膜层外侧设有防水绝缘层，所述发热涂料膜层内侧设有保温层和/或内侧防水层。

技术总结
本发明公开了一种含有碳化钨的水性低电压石墨烯发热涂料及其制备方法和用途，包括如下重量份数的原料组分：碳化钨20～30份、石墨烯15～20份、碳纤维粉末20～25份、丙烯酸改性树脂7～12份、水20～30份。该发热涂料，其具有导热性能好，导热均匀，发热效率高，升温快，恒温后温度高，附着性优异，绝缘性好及使用寿命长等优点，同时不含甲苯、二甲苯等对环境及人体健康存在威胁的成分，应用前景广泛，可应用于电子器件散热、电器产品、化工管道保温、建筑行业保温采暖、轨道交通及公交车座椅加热，以及医药、木材加工、食品、造纸、纺织、印染、农业塑料大棚等高低温烘干及加热领域。塑料大棚等高低温烘干及加热领域。


技术研发人员：张广彦 张丹丹
受保护的技术使用者：张广彦
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/6