电热涂料作为一种功能涂料,在取暖、机场除冰和户外显示屏等领域都具有非常好的应用价值。在电热涂料的制备过程中,粘结剂的选择和使用对其使用性能影响非常大,目前常用的粘结剂主要有:环氧树脂、聚氨酯和聚丙烯酸树脂等,但是这些粘结剂都存在耐热性不高、耐候性差和长期使用容易开裂等缺点。另外,目前文献中报道的电热涂料多为溶剂型电热涂料,而溶剂型涂料,在涂膜固化过程中,会释放出挥发性有机物(VOC),对人体健康和环境有较大危害,以上这些缺点极大地限制了溶剂型电热涂料的广泛应用。而氟树脂中存在相互作用力较强的C-F键,并且由于氟原子较大体积使其具有大的空间位阻,因此氟树脂主链具有非常大的稳定性。氟树脂主链稳定的结构,使其具有优异的耐候性、耐化学腐蚀性和耐高低温性能。因此本文以石墨/含氟乳液和石墨烯/四氟树脂体系为电热涂料,分别研究了碳基含氟树脂电热涂层的性能。主要研究内容如下:第一部分,以水性含氟乳液为粘结剂,石墨为主要导电填料,通过助剂的加入,将导电填料石墨均匀分散在水性含氟乳液中,制得含氟水性电热涂料,然后将电热涂料使用刮膜刀均匀刮涂在玻璃上形成电热薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)对涂层微观结构和导电粒子分布状态进行了表征和分析,用数字温度计和电参数测定仪对电热涂层电热性能进行测试。研究结果表明:当涂层尺寸为2.5 cm×7.5 cm,厚度约为60μm,石墨含量为30 wt%时,电热涂层的室温体积电阻率下降到0.15Ω·cm,发热功率达到12.24W。在温度为18.8±2℃,电压为20 V,通电10 min时,电热涂层的表面稳定状态温度从26.2℃上升到303.4℃,水接触角从47.1°增加到93.0°,当导电填料含量从15 wt%增加到35 wt%时,SEM分析表明随导电填料的增加,电热涂层中形成了良好的导电网络。另外,我们还通过除冰实验考察了石墨/含氟电热涂层的除冰效果,结果发现在20 V电压下,导电填料含量为30 wt%涂层上的冰块(约0.25 g)可在63 s内融化,而只含有含氟涂层上的冰块则无明显变化,以上结果表明石墨/含氟乳液电热涂层具有良好的除冰效果。第二部分,以四氟树脂为粘结剂,石墨烯为主要导电填料,通过超声共混,将石墨烯均匀分散在四氟树脂中,并用刮膜刀分别在玻璃和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性基底上刮涂复合涂层。用SEM电镜对涂层微观结构和粒子分布状态进行了表征和分析,用数字温度计和电参数测定仪对电热涂层电热性能进行测试。研究结果表明:以石墨烯为导电填料的电热涂层,当涂层尺寸为2.5 cm×7.5 cm,厚度约为60μm时,随着石墨烯含量的增加,四氟树脂绝缘涂层逐渐变为导电涂层,当石墨烯含量为2.0 wt%时,涂层体积电阻率下降到0.17Ω·cm。对石墨烯/四氟树脂复合涂层分别通入10 V、15 V、20 V、25 V以及30 V等人体安全电压时,石墨烯含量为1.8 wt%的电热涂层表面发热温度由15.0℃增加到40.9℃,发热功率达到3.21 W;而2.0 wt%的涂层表面发热温度从29.5℃增加到142.8℃,发热功率达到12.65 W。当石墨烯含量为0.1 wt%时,电热涂层拉伸强度达到其临界值48.27 MPa,随着石墨烯含量的继续增加,其拉伸强度则逐渐下降。对电热涂层进行弯曲实验时发现,当涂层两端距离为3.7 cm,手动弯曲100次时,涂层电热性能未发生明显变化,说明电热涂层具有非常好的柔韧性。以上实验结果表明,石墨烯/氟树脂复合涂层在电热除冰和加热等方面具有非常好的潜在应用价值。