电热涂料是将电能直接转化为热能的功能性涂料,电热涂料的研制是当前特种功能涂料领域研究的一个热点。但目前传统的有机型电热涂料表面发热温度不高,耐热性能较差和易老化脱落；常用的无机型电热涂料附着力较差、易潮解吸水且涂层电发热性能不稳定。这些问题都制约了电热涂料在众多领域的应用,同时国内外相关研究者对电热涂料的电热特性及其可控温机理仍缺乏深入研究。为了克服现有电热涂料因自身材质的缺陷难以适用于电热采暖,及其维护成本偏高等问题,制得了在安全电压下即具有优良电热性能的可控温型炭系电热涂层。本文开展了对可控温型无机炭系电热涂料的制备、电热性能及机理研究。(1)对炭系电热涂料配方、制备工艺和电热性能进行了研究。采用多种炭系粉料按照一定比例组成复合型导电填料,以无机和有机粘结剂为基料,制得复合型炭系电热涂料。系统研究了不同炭系导电填料和不同种类粘结剂对电热涂层的导电性、电热性、耐热性和耐老化性等性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)对涂层表面形貌进行分析；采用差热-热重分析仪对涂层进行热稳定性分析；采用电阻率测试仪测量涂层的导电性能；采用电参数测试仪测量涂层的表面发热温度。研究表明：在相同条件下,用石墨／炭黑混合炭系填料比用单一的炭系粉末填料制得的涂层具有更优良的导电性和电热性；采用无机粘结剂为基料的电热涂层比以有机树脂为基料的涂层具有更好的耐热性和耐老化性；研究发现,复合型无机炭系电热涂料在安全电压下即具有优良的电热性能,以水玻璃为粘结剂,当导电填料(石墨／炭黑=5／1)含量为40wt%时制得的涂层在36V电压下,通电15min,涂层表面温度可稳定在约302℃；以改性树脂为粘结剂,导电填料含量为40wt%时制得的涂层在36V电压下,通电15min,涂层表面温度仅为76℃。(2)对可控温型无机炭系电热涂料配方、制备工艺和电热性能进行了研究。采用复合型炭系粉料为主要导电材料,掺杂一定体积比的金属组元,以共混无机粘结剂为基料,在耐热载体表面预埋电极后,用涂覆法成型再固化,制得可控温型无机炭系电热涂料。系统研究了炭系导电填料和粘结剂对电热涂层的导电性、电热性、耐热性和耐老化性等性能的影响。用扫描电子显微镜(SEM)对涂层微观结构和粒子分布状态进行表征和分析；用数字式四探针测试仪和电参数测定仪对电热涂层进行电学、热学等性能的测试。研究结果表明,采用水玻璃和硅溶胶共混无机粘结剂为基料,以石墨／炭黑／金属粉混合填料为导电填料制得的电热涂层,其温度可控性、耐水性及电热性能优良。研究还发现,当涂层尺寸为200×100mm2,厚度约为0.5mm,在室温为23℃,电压为36V,通电30min,以共混无机粘结剂为基料的涂层表面发热温度一般能稳定在120℃左右。(3)研究了炭系电热涂料的电击穿模型,研究表明,涂层的致密度是影响其电击穿强度的主要因素。研究发现,炭系电热涂料的电击穿特性主要是由涂层内部的焦耳热效应引起的。在导电发热过程中,涂层局部焦耳热效应产生大量热量,使其热量传递失衡,导致基体膨胀破坏了原有导电网络,使原来导通的导电网络断开,从而造成电击穿的发生。(4)探讨了炭系电热涂料的可控温模型,分析了温度可控性的影响因素。研究表明,涂层的内部结构越均匀、致密,涂层的强度、导电性等综合性能越好。提出了采用炭系与涂层结合的复合形式,以复合型导电填料在无机粘结剂连续相中形成了致密的炭／金属导电网络,从而使得涂层长时间通电发热与辐射散热在空气中趋于一个平衡态的控温模型,其散热与发热达到大致平衡,即Q吸=Q放,使涂层表面发热温度趋于稳定,基本实现了表面发热温度的可控性。