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为了制备一种发热均匀、可控的纳米纤维素电热膜,本研究采用纳米纤丝纤维素(NFC)作为基体骨架与石墨烯通过超声分散制备NFC/石墨烯电热膜。首先充分利用NFC和氧化石墨烯(GO)的自组装成膜性能,发挥两者分散和成膜作用,通过超声分散与石墨烯复合制备NFC/GO/石墨烯电热膜,在NFC和GO用量比例为1:1的固定条件下研究不同石墨烯含量和不同克重的电热膜的结构性质、电热性能及其稳定性;再在石墨烯用量不变的条件下研究GO含量对电热膜的制备、方阻、形貌结构、化学性能、热稳定性、升温规律、电热温度均匀性的影响;最后,采用NFC与石墨烯复合制备NFC/石墨烯电热膜,系统研究NFC和石墨烯的超声分散工艺,通过探讨超声功率和分散时间对其分散性、表面形貌、物相结构、化学性质、力学性能、表面导电均匀性、表面电热温度均匀性及电热稳定性等的影响,分析获得较优的超声分散工艺;着重探究不同石墨烯含量和不同克重NFC/石墨烯电热膜的电热性能,分析时间-温度关系、通电过程电阻变化规律及表面电热温度均匀性等,综合分析电热性能的变化规律和影响机制。主要研究结果如下:(1)在NFC/GO/石墨烯电热膜研究中,NFC、GO及NFC/GO分散液体系呈现负电位,Zeta电位分别为-46.8、-42.7、-37.9mV,均可作为分散剂利用相互之间的负电荷排斥作用促进石墨烯的均匀分散,提高静置稳定性能。随着电热膜中石墨烯含量和克重的增加,NFC/GO/石墨烯电热膜方阻呈规律下降趋势,石墨烯含量为40、50、55wt%时,方阻分别为5.13、1.98、1.49kΩ/sq。Raman和XRD分析表明加入NFC/GO影响电热膜叠层结构规整性,且在焦耳热和电的协同作用后电热膜中规整度有所提高。在1500W/m~2功率密度下通电过程中,电热膜表面稳定温升随石墨烯含量和克重的增加而增大;石墨烯含量为55wt%时的稳定温升比30wt%和35wt%时的高15℃左右。这是因为随着石墨烯含量和克重的增加,石墨烯片层搭接点增多使导电网络结构更加完善,通电后热阻效应更加明显,断电瞬间电阻下降率呈现增大趋势,通电过程电热膜导电性能显著提高,使实际输入功率密度增大。但第二次通电时电阻下降率明显降低,表明预通电后电热膜稳定性得到提高,这与Raman和XRD分析结果一致。电热膜的稳定温升随功率密度的增加呈线性增大,2500W/m~2功率密度下表面稳定温升可达到90℃。由此可知,电热膜的电阻变化规律和电热性能具有规律性。(2)在NFC/GO/石墨烯电热膜研究中,石墨烯含量50wt%不变的情况下,增大GO含量(GO占NFC/GO比例),抽滤成膜所需时间明显增加,电热膜方阻呈近似线性增大趋势。未添加GO时,方阻为1.188±0.214kΩ/sq,GO含量为60wt%时方阻增加至2.274±0.313kΩ/sq,大径厚比的GO比大长径比的NFC更易阻碍石墨烯片层组装连接,进而削弱了导电性能;减少GO用量有利于改善电热膜结构,提高电热膜平整度和电热稳定性。(3)在NFC/石墨烯电热膜的超声分散制备工艺中,1000W超声功率下,延长超声分散时间,纯NFC分散液的Zeta负电位略有削弱,粒径显著下降,35min后趋于稳定;同时纯石墨烯分散液的分散性和静置稳定性也略有改善。通过提高超声分散参数增强由超声波空化作用引起的剪切作用,以及在NFC分散剂协同作用下,石墨烯片层分散性显著提高;此外,超声分散功率和时间的增加,有利于提高电热膜表面导电均匀性和拉伸强度,但红外热像图显示表面温度均匀性差异不明显,这主要归因于石墨烯片优异的径向导热性能。400W-20min、700W-50min以及1000W-65min分散工艺制成的电热膜第一次通电后的电阻下降率分别为59.32、51.67、46.67%,第二次通电后电阻下降率为28.57、19.51、24.00%,表明通过增强超声分散条件能促使NFC与石墨片层相互交织,形成稳固的结构,有利于改善电热膜的电热稳定性。(4)在NFC/石墨烯电热膜的电热性能研究中,随着石墨烯含量和克重的增加,电热膜两电极间电阻呈现一定的指数函数曲线下降规律,稳定温升呈现增大趋势,功率密度-温升和时间-温升关系具有规律性。其中,在2500W/m~2功率密度下,克重为20g/m~2的电热膜稳定温升比8g/m~2电热膜高50℃左右。电热膜通电后的电阻变化率也随石墨烯含量和克重增加而增加,而后趋向于稳定。同时,通电过程中电热膜两电极间电阻呈现蠕变现象,通电后快速降低,而后趋于稳定。(5)综上可知,NFC/石墨烯电热膜的电热性能具有规律性和可控性,在电热制品领域具有应用前景。