一种具有发热功能的真空袋薄膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于包装技术领域，具体涉及一种具有发热功能的真空袋薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

在复合材料成型过程中，真空袋薄膜起到密封作用，其作为真空工艺的重要耗材，是一款决定了产品质量的主材料。一方面，随着高温树脂的研发成功，真空耗材要求同样提升，传统的尼龙复合膜已经无法满足高温成型温度要求；另一方面，随着成型工艺的不断发展，为了尽可能减少材料成本及人工成本，越来越多的复合材料制造商倾向于使用单一薄膜进行真空成型，这就要求薄膜不仅具有良好的密封性，还要具有更多的功能性。

越来越多的高性价比的复合材料用于航空航天领域，同时对于耐高温真空袋薄膜的需求量也迅猛发展，而对耐高温真空袋薄膜的品质也有了极高的要求。CN106009631A公开了一种耐高温真空袋薄膜，由以下重量份的原料混合后吹出成型：均聚尼龙：50～75份；共聚尼龙：15～35份；弹性体：2～10份；热稳定剂：1～4份；色母：0.2～2份；该发明还公开了一种耐高温真空袋薄膜的制备方法，包括以下步骤：按照上述技术方案中的组分重量比的配比组分配比出原料，将原料装入螺旋塑料挤出机的料斗中，经过螺旋塑料挤出机塑化熔融，在螺旋塑料挤出机的料筒内部压力及其螺杆向前的推力作用下，熔体状的原料被输送至单层吹膜机的模头，挤出后的管状坯料经过单层吹膜机的口模处吹胀成管状真空袋。CN105038204A公开了一种耐高温真空袋膜及其制备方法，其由PA6和PA66的混合物或者PA66为基体主材料，添加热稳定剂和爽滑剂作为助剂制作出相应的薄膜，所述PA6和PA66的混合物中PA6和PA66的重量比例为5:1-1:3；热稳定剂和爽滑剂的重量比例为1:2～3:1；主材料添加95～99％，助剂添加1-5重量％。该发明所得真空袋膜在170～230℃环境中烘烤2小时，无卷曲、熔融、破裂等异常发生，拉伸强度在75～85MPa之间，断裂率均大于300％，最高可承受230℃的使用温度，满足绝大多数树脂体系成型要求，远远高于现有复合膜120℃的局限。CN202781851U公开了一种用于复合材料成型的真空袋，包括构成袋体的真空袋薄膜和用以将袋口密封的密封胶条；其特征在于，所述真空袋薄膜由两层尼龙薄膜复合而成，两层尼龙薄膜之间为粘合树脂层。该实用新型的真空袋薄膜采用两层尼龙薄膜复合而成，具有极好的坚韧性，优良的弹性和延伸率，能在高温下实用，而且成本也较低。

上述专利得到真空袋薄膜制备成复合材料时都适用于热压罐成型工艺，其中，不同的树脂体系具有不同的固化温度，需要对整个热压罐进行加热，一般大型复合材料结构件成型时需要用到很大的热压罐，最大时需要两三层建筑物大小，对其进行整体加热，需要耗费的能量很大，造成资源和成本的浪费，不利于工业化发展。

因此，开发一种具有发热功能的真空袋薄膜，是本领域目前迫在眉睫需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有发热功能的真空袋薄膜及其制备方法和应用，所述真空袋薄膜包括导电发热层和真空薄膜层；所述导电发热层的材料包括特定份数的碳系导电材料、粘结剂和溶剂的组合；添加特定份数的碳系导电材料，可以使得所述真空袋薄膜具有发热功能，通过其自主发热，为制备复合材料采用的成型工艺提供所需的温度条件，无需再进行额外的加热，大大减少了能量损耗和生产成本，具有重要的工业化应用前景。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种具有发热功能的真空袋薄膜，所述真空袋薄膜包括导电发热层和真空薄膜层；

所述导电发热层的材料按照重量份包括如下组分：碳系导电材料10～40重量份、粘结剂10～40重量份和溶剂20～50重量份。

所述碳系导电材料可以为13重量份、16重量份、19重量份、22重量份、25重量份、28重量份、31重量份、34重量份或37重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

所述粘结剂可以为13重量份、16重量份、19重量份、20重量份、23重量份、26重量份、29重量份、30重量份、33重量份、36重量份或39重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

所述溶剂可以为23重量份、26重量份、29重量份、33重量份、36重量份、39重量份、43重量份、46重量份或49重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

本发明提供的真空袋薄膜的剖面结构示意图如图1所示，其中，1代表真空薄膜层，2代表导电发热层；所述导电发热层的材料包括特定份数的碳系导电材料、粘结剂和溶剂的组合；将所述真空袋薄膜设计为包含导电发热层和真空薄膜层的复合结构，且在所述真空发热层的材料中添加特定份数的碳系导电材料，碳系导电材料为发热材料，进而使得所述真空袋薄膜具有发热功能，应用于热压罐真空成型工艺时，无需再对整个热压罐进行加热，大大减少了能量损耗和生产成本，具有重要的研究价值。

优选地，所述导电发热层的厚度为30～100μm，例如40μm、50μm、60μm、70μm、80μm或90μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

作为本发明的优选技术方案，本发明提供的真空袋薄膜中导电发热层的厚度为30～100μm时，可以得到导电发热效果和粘附性能最为优异的真空袋薄膜，一方面，如果导电发热层的厚度过小，则会使得真空袋薄膜的导电发热效果有所下降；另外一方面，如果导电发热层的厚度过大，则会使的导电发热层与真空薄膜层的粘附性较差，影响加工性能以及使用寿命。

优选地，所述碳系导电材料包括炭黑、石墨、石墨烯或碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述粘结剂包括环氧树脂、聚氨酯树脂或丙烯酸树脂中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述溶剂为水性溶剂。

优选地，所述水性溶剂包括去离子水和醇类溶剂的组合。

优选地，所述醇类溶剂包括乙醇、正丙醇或异丙醇中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述水性溶剂中醇类溶剂的含量为0～10重量份且不包括0，例如1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

优选地，所述导电发热层的材料还包括助剂。

优选地，所述助剂包括流平剂、消泡剂或分散剂中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述导电发热层的材料中流平剂的含量为1～5重量份，例如1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份或4.5重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

优选地，所述导电发热层的材料中消泡剂的含量为1～5重量份，例如1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份或4.5重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

优选地，所述导电发热层的材料中分散剂的含量为5～20重量份，例如6重量份、8重量份、10重量份、12重量份、14重量份、16重量份或18重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

优选地，所述真空薄膜层的厚度为50～100μm，例如55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm或95μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

优选地，所述真空薄膜层为尼龙薄膜。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述真空袋薄膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将碳系导电材料、粘结剂、溶剂和任选地助剂混合，得到碳系导电油墨；

(2)将步骤(1)得到的碳系导电油墨涂覆在真空薄膜上，固化，得到所述真空袋薄膜。

优选地，步骤(1)所述混合的时间为0.5～1.5h，例如0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h或1.4h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

优选地，步骤(1)所述混合在搅拌的条件下进行，进一步优选为在转速为800～1500rpm(例如750rpm、900rpm、950rpm、1000rpm、1050rpm、1100rpm、1150rpm、1200rpm、1250rpm、1300rpm、1350rpm、1400rpm或1450rpm等)的搅拌条件下进行。

优选地，步骤(2)所述固化的温度为80～150℃，例如90℃、100℃、110℃、120℃、130℃或140℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

优选地，步骤(2)所述固化的时间为0.5～2h，例如0.6h、0.8h、1.0h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或1.9h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

作为优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将碳系导电材料、粘结剂、溶剂和任选地助剂在转速为800～1500rpm的搅拌条件下混合0.5～1.5h，得到碳系导电油墨；

(2)将步骤(1)得到的碳系导电油墨涂覆在真空薄膜上，在80～150℃下固化0.5～2h，得到所述真空袋薄膜。

第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的真空袋薄膜在包装中的应用。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的具有发热功能的真空袋薄膜通过设置导电发热层和真空薄膜层，并且在所述导电发热层的材料中添加特定份数的碳系导电材料，利用所述碳系导电材料的导电发热性能，使得最终制备得到的真空袋薄膜具有自发热功能；将所述真空袋薄膜应用于制备复合材料时，通过所述真空袋薄膜的自主发热，为复合材料热压罐成型提供所需的温度条件，无需再对整个热压罐进行额外的加热，大大减少了能量损耗和生产成本；具体而言，本发明提供的真空袋薄膜的拉伸强度为69～80MPa；发热性能为50～＞230℃；方阻为95～520Ω；电气强度均为不击穿；附着力为0级～3级；具有重要的研究价值。

附图说明

图1为本发明提供的真空袋薄膜的剖面结构示意图，其中，1-真空薄膜层，2-导电发热层。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

一种具有发热功能的真空袋薄膜，其剖面结构示意图如图1所示，包括真空薄膜层1和导电发热层2；

其中，真空薄膜层1为厚度为75μm的尼龙薄膜(上海沥高、LVF230B)；

导电发热层2的厚度为50μm，材料按照重量份包括如下组分：

其中，环氧树脂来源于瀚森、5003，流平剂来源于毕克化学、BYK-420，分散剂来源于毕克化学、BYK-180，消泡剂来源于毕克化学、BYK-016；

本实施例提供的真空袋薄膜的制备方法包括如下步骤：

(1)将炭黑、环氧树脂、去离子水、乙醇、流平剂、分散剂和消泡剂在转速为1000rpm的条件下混合1h，得到碳系导电油墨；

(2)将步骤(1)得到的碳系导电油墨涂覆在尼龙薄膜上，100℃下固化1h，得到所述真空袋薄膜。

实施例2

一种具有发热功能的真空袋薄膜，其剖面结构与实施例1相同；包括真空薄膜层和导电发热层；

其中，真空薄膜层为厚度为50μm的尼龙薄膜；(上海沥高、LVF230B)；

导电发热层的厚度为30μm，材料按照重量份包括如下组分：

其中，聚氨酯树脂来源于河本、H-28N，流平剂来源于毕克化学、BYK-420，分散剂来源于毕克化学、BYK-180，消泡剂来源于毕克化学、BYK-016；

本实施例提供的真空袋薄膜的制备方法包括如下步骤：

(1)将碳纳米管、聚氨酯树脂、去离子水、正丙醇、流平剂、分散剂和消泡剂在转速为900rpm的条件下混合0.5h，得到碳系导电油墨；

(2)将步骤(1)得到的碳系导电油墨涂覆在尼龙薄膜上，80℃下固化1.5h，得到所述真空袋薄膜。

实施例3

一种具有发热功能的真空袋薄膜，其剖面结构与实施例1相同；包括真空薄膜层和导电发热层；

其中，真空薄膜层为厚度为100μm的尼龙薄膜(上海沥高、LVF230B)；

导电发热层的厚度为100μm，材料按照重量份包括如下组分：

其中，丙烯酸树脂来源于韩华、Soluryl-120，流平剂来源于毕克化学、BYK-420，分散剂来源于厂家毕克化学、BYK-180，消泡剂来源于毕克化学、型号BYK-016；

本实施例提供的真空袋薄膜的制备方法包括如下步骤：

(1)将石墨烯、丙烯酸树脂、去离子水、异丙醇、流平剂、分散剂和消泡剂在转速为1200rpm的条件下混合1.5h，得到碳系导电油墨；

(2)将步骤(1)得到的碳系导电油墨涂覆在尼龙薄膜上，150℃下固化0.5h，得到所述真空袋薄膜。

实施例4

一种具有发热功能的真空袋薄膜，其与实施例1的区别仅在于，导电发热层的厚度为30μm，其他组分、结构与制备方法均与实施例1相同。

实施例5

一种具有发热功能的真空袋薄膜，其与实施例1的区别仅在于，导电发热层的厚度为100μm，其他组分、结构与制备方法均与实施例1相同。

实施例6

一种具有发热功能的真空袋薄膜，其与实施例1的区别仅在于，导电发热层的厚度为20μm，其他组分、结构与制备方法均与实施例1相同。

实施例7

一种具有发热功能的真空袋薄膜，其与实施例1的区别仅在于，导电发热层的厚度为110μm，其他组分、结构与制备方法均与实施例1相同。

对比例1

一种真空袋薄膜，为厚度为75μm的尼龙薄膜(埃尔泰克、DPT1000)。

性能测试：

(1)拉伸强度：按照GB1040提供的测试法方法进行测试；

(2)发热性能：测量通电10min后表面的温度；

(3)方阻：采用四探针进行测量；

(4)电气强度：在真空袋薄膜的导电发热层和真空薄膜层之间施加1250V电压，1min观察是否发生击穿；

(5)附着力：参照GB9286及GB33049中提供的测试方法进行测试。

按照上述测试方法对实施例1～7和对比例1提供的真空袋薄膜进行测试，测试结果如表1所示：

表1

根据表1数据可以看出：本发明提供的具有发热功能的真空袋薄膜具有优异的机械性能、发热性能和附着力。

具体而言，实施例1～7得到的真空袋薄膜的拉伸强度为69～80MPa；发热性能为50～＞230℃；方阻为95～520Ω；电气强度均为不击穿；附着力为0级～3级。

而对比例1提供的薄膜不具有发热性能。

比较实施例1和实施例4～7可以发现，实施例6得到的真空袋薄膜发热性能较差；而实施例7得到的真空袋薄膜的附着力有所下降，证明导电发热层的厚度只有在设定的范围内得到的真空袋薄膜的综合性能最为优异。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种具有发热功能的真空袋薄膜及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。