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CN107481785A - 一种石墨烯电热膜的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯电热膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯电热膜的制备方法,包括如下步骤:(1)对石墨烯进行亲水化处理,然后加入去离子水、树脂和助剂,均匀混合后得到电热浆料;(2)将无纺布浸渍在电热浆料中10—30分钟,烘干,得到电热无纺布;(3)采用热压成型的方式将电热无纺布与发热片固定成一体,得到石墨烯发热层;(4)在石墨烯发热层的电热无纺布与发热片之间粘接电极层;(5)在石墨烯发热层的上下表面粘接由PVC膜、PE膜或PET膜制成的绝缘防水层。本发明能够大幅提高石墨烯电热膜的柔韧性、导电性和稳定性。

Description

一种石墨烯电热膜的制备方法
技术领域
本发明属于新型电热材料的技术领域,具体地说涉及一种石墨烯电热膜的制备方法。
背景技术
由单碳原子层构成的二维晶体材料——石墨烯(graphene),是已知材料中最薄的,被称为神奇的材料,掀起了全世界的研究热潮。石墨烯有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×105cm2/Vs),突出的导热性能(5000W/(mK),超常的比表面积(2630m2/g),其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)。AndreGeim和KonstantinNovoselov因为对石墨烯研究的贡献获得了2010年诺贝尔物理奖。石墨烯优异的导电导热性能完全超过金属,同时石墨烯具有耐高温耐腐蚀的优点,而其良好的机械性能和较低的密度更让其具备了在电热材料领域取代金属的潜力。由于石墨烯大规模加工逐渐成为现实,石墨烯膜将取代金属材料应用在不同的领域。
常用的电热系统中的电阻加热单元一般采用金属箔、薄膜涂层、电阻丝、金属网等材料。使用最多的加热元件为镍铬合金。然而,对于镍铬合金,目前在以下方面仍然显得不足:镍铬合金的密度大于8g/cm3,使用时厚度有数毫米;电阻率低(~10–6Ω/m),仍然存在着电热转化效率低,加热速率小,加热元件没有自动恒温及功率补偿功能,使得电热系统结构复杂,热惯性大等不足之处;铁铬铝是铁素体合金,存在常温脆性、475℃脆性和1000℃以上的高温脆性,由于高温脆性导致的高温强度低最终导致电热元件使用寿命短;合金的可焊性很差,难修复。总体来说,目前急需开发高效、高速、低密度、稳定性好、柔韧性好的电热材料。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题,提供一种石墨烯电热膜的制备方法,本发明能够大幅提高石墨烯电热膜的柔韧性、导电性和稳定性。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种石墨烯电热膜的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)对石墨烯进行亲水化处理,然后加入去离子水、树脂和助剂,均匀混合后得到电热浆料;
(2)将无纺布浸渍在电热浆料中10—30分钟,烘干,得到电热无纺布;
(3)采用热压成型的方式将电热无纺布与发热片固定成一体,得到石墨烯发热层;其中,所述发热片的制备方法为:先取3重量份的石墨烯与80—120重量份的溶剂和1—3重量份的粘结剂混合并超声分散,再将分散液以600—800mL/h的挤出速度在一字形模口中挤出,并于20—50℃的凝固液中停留120秒凝固成膜,最后经干燥即得到发热片;
(4)在石墨烯发热层的电热无纺布与发热片之间粘接电极层;
(5)在石墨烯发热层的上下表面粘接由PVC膜、PE膜或PET膜制成的绝缘防水层。
所述步骤(1)中石墨烯与去离子水、树脂、助剂的质量比为1:40—70:10—20:10—15。
所述步骤(1)和步骤(3)中的石墨烯均为粉体,其片层数均为2—10层。
所述步骤(1)中的树脂为水溶性丙烯酸树脂、丙烯酸丁酯、苯丙乳液和水性聚氨酯中的一种或按任意比例混合的几种。
所述步骤(1)中助剂为润湿分散剂、消泡剂、流平剂、成膜助剂、附着力促进剂、防霉剂中的一种或按任意比例混合的几种。
所述步骤(2)中无纺布以在电热浆料中上下移动的方式进行浸渍。
所述步骤(3)中的粘接剂为水性环氧树脂。
采用本发明的优点在于:
一、本发明中的石墨烯发热层采用了双层结构,分别是浸渍了石墨烯电热浆料的电热无纺布和由石墨烯分散液挤出的石墨烯发热片,采用这样双层结构的石墨烯发热层,能够大幅提高石墨烯电热膜的柔韧性、导电性和稳定性,使得石墨烯电热膜耐折、耐压、可折叠,防水性能更好,潮湿环境下可照常使用,有利于适应的各种形状、各种应用的需求。
二、本发明制备方法简单易行,成本低廉,适用于规模化生产。
具体实施方式
一种石墨烯电热膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)对石墨烯进行亲水化处理,然后加入去离子水、树脂和助剂,均匀混合后得到电热浆料。
本步骤中,所述石墨烯与去离子水、树脂、助剂的质量比为1:40—70:10—20:10—15。所述石墨烯均为粉体,其片层数均为2—10层。所述树脂为水溶性丙烯酸树脂、丙烯酸丁酯、苯丙乳液和水性聚氨酯中的一种或按任意比例混合的几种。所述助剂为润湿分散剂、消泡剂、流平剂、成膜助剂、附着力促进剂、防霉剂中的一种或按任意比例混合的几种。
(2)将无纺布浸渍在电热浆料中10—30分钟,烘干,得到电热无纺布。其中,无纺布在电热浆料中浸渍时,以恒定的速度上下移动,以提高浸渍效果。
(3)采用热压成型的方式将电热无纺布与发热片固定成一体,得到石墨烯发热层;其中,所述发热片的制备方法为:先取3重量份的石墨烯与80—120重量份的溶剂和1—3重量份的粘结剂混合并超声分散,再将分散液以600—800mL/h的挤出速度在一字形模口中挤出,并于20—50℃的凝固液中停留120秒凝固成膜,最后经干燥即得到发热片。其中,所述石墨烯与步骤(1)中的石墨烯相同,所述粘接剂为水性环氧树脂。
(4)在石墨烯发热层的电热无纺布与发热片之间粘接电极层。
(5)在石墨烯发热层的上下表面粘接由PVC膜、PE膜或PET膜制成的绝缘防水层。
下面通过实施例对本发明进一步的详细阐述:
实施例1
一种石墨烯电热膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)对石墨烯进行亲水化处理,然后加入去离子水、树脂和助剂,均匀混合后得到电热浆料。
本步骤中,所述石墨烯与去离子水、树脂、助剂的质量比为1:40:10:10。所述石墨烯为粉体,其片层数为2层。所述树脂为水溶性丙烯酸树脂。所述助剂为润湿分散剂。
(2)将无纺布浸渍在电热浆料中10分钟,烘干,得到电热无纺布。其中,无纺布在电热浆料中浸渍时,以恒定的速度上下移动,以提高浸渍效果。
(3)采用热压成型的方式将电热无纺布与发热片固定成一体,得到石墨烯发热层;其中,所述发热片的制备方法为:先取3重量份的石墨烯与80重量份的溶剂和1重量份的粘结剂混合并超声分散,再将分散液以600mL/h的挤出速度在一字形模口中挤出,并于20℃的凝固液中停留120秒凝固成膜,最后经干燥即得到发热片。其中,所述石墨烯与步骤(1)中的石墨烯相同,所述粘接剂为水性环氧树脂。
(4)在石墨烯发热层的电热无纺布与发热片之间粘接电极层。
(5)在石墨烯发热层的上下表面粘接由PVC膜、PE膜或PET膜制成的绝缘防水层。
实施例2
一种石墨烯电热膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)对石墨烯进行亲水化处理,然后加入去离子水、树脂和助剂,均匀混合后得到电热浆料。
本步骤中,所述石墨烯与去离子水、树脂、助剂的质量比为1:70:20:15。所述石墨烯为粉体,其片层数为10层。所述树脂为丙烯酸丁酯、苯丙乳液和水性聚氨酯按任意比例的混合。所述助剂为消泡剂、流平剂、成膜助剂、附着力促进剂和防霉剂按任意比例的混合。
(2)将无纺布浸渍在电热浆料中30分钟,烘干,得到电热无纺布。其中,无纺布在电热浆料中浸渍时,以恒定的速度上下移动,以提高浸渍效果。
(3)采用热压成型的方式将电热无纺布与发热片固定成一体,得到石墨烯发热层;其中,所述发热片的制备方法为:先取3重量份的石墨烯与120重量份的溶剂和3重量份的粘结剂混合并超声分散,再将分散液以800mL/h的挤出速度在一字形模口中挤出,并于50℃的凝固液中停留120秒凝固成膜,最后经干燥即得到发热片。其中,所述石墨烯与步骤(1)中的石墨烯相同,所述粘接剂为水性环氧树脂。
(4)在石墨烯发热层的电热无纺布与发热片之间粘接电极层。
(5)在石墨烯发热层的上下表面粘接由PVC膜、PE膜或PET膜制成的绝缘防水层。
实施例3
一种石墨烯电热膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)对石墨烯进行亲水化处理,然后加入去离子水、树脂和助剂,均匀混合后得到电热浆料。
本步骤中,所述石墨烯与去离子水、树脂、助剂的质量比为1:55:15:12。所述石墨烯为粉体,其片层数为6层。所述树脂为苯丙乳液和水性聚氨酯按任意比例的混合。所述助剂为润湿分散剂、消泡剂、流平剂、成膜助剂和防霉剂按任意比例的混合。
(2)将无纺布浸渍在电热浆料中20分钟,烘干,得到电热无纺布。其中,无纺布在电热浆料中浸渍时,以恒定的速度上下移动,以提高浸渍效果。
(3)采用热压成型的方式将电热无纺布与发热片固定成一体,得到石墨烯发热层;其中,所述发热片的制备方法为:先取3重量份的石墨烯与100重量份的溶剂和2重量份的粘结剂混合并超声分散,再将分散液以700mL/h的挤出速度在一字形模口中挤出,并于30℃的凝固液中停留120秒凝固成膜,最后经干燥即得到发热片。其中,所述石墨烯与步骤(1)中的石墨烯相同,所述粘接剂为水性环氧树脂。
(4)在石墨烯发热层的电热无纺布与发热片之间粘接电极层。
(5)在石墨烯发热层的上下表面粘接由PVC膜、PE膜或PET膜制成的绝缘防水层。
实施例4
一种石墨烯电热膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)对石墨烯进行亲水化处理,然后加入去离子水、树脂和助剂,均匀混合后得到电热浆料。
本步骤中,所述石墨烯与去离子水、树脂、助剂的质量比为1:65:18:14。所述石墨烯为粉体,其片层数为5层。所述树脂为水溶性丙烯酸树脂和水性聚氨酯按任意比例的混合。所述助剂为成膜助剂、附着力促进剂和防霉剂按任意比例的混合。
(2)将无纺布浸渍在电热浆料中25分钟,烘干,得到电热无纺布。其中,无纺布在电热浆料中浸渍时,以恒定的速度上下移动,以提高浸渍效果。
(3)采用热压成型的方式将电热无纺布与发热片固定成一体,得到石墨烯发热层;其中,所述发热片的制备方法为:先取3重量份的石墨烯与90重量份的溶剂和2重量份的粘结剂混合并超声分散,再将分散液以750mL/h的挤出速度在一字形模口中挤出,并于45℃的凝固液中停留120秒凝固成膜,最后经干燥即得到发热片。其中,所述石墨烯与步骤(1)中的石墨烯相同,所述粘接剂为水性环氧树脂。
(4)在石墨烯发热层的电热无纺布与发热片之间粘接电极层。
(5)在石墨烯发热层的上下表面粘接由PVC膜、PE膜或PET膜制成的绝缘防水层。
性能测试:本发明对实施例1—4进行测试,测试结果显示:实施例1-4的电加热转换效率高达93%以上。

Claims (7)

1.一种石墨烯电热膜的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)对石墨烯进行亲水化处理,然后加入去离子水、树脂和助剂,均匀混合后得到电热浆料;
(2)将无纺布浸渍在电热浆料中10—30分钟,烘干,得到电热无纺布;
(3)采用热压成型的方式将电热无纺布与发热片固定成一体,得到石墨烯发热层;其中,所述发热片的制备方法为:先取3重量份的石墨烯与80—120重量份的溶剂和1—3重量份的粘结剂混合并超声分散,再将分散液以600—800mL/h的挤出速度在一字形模口中挤出,并于20—50℃的凝固液中停留120秒凝固成膜,最后经干燥即得到发热片;
(4)在石墨烯发热层的电热无纺布与发热片之间粘接电极层;
(5)在石墨烯发热层的上下表面粘接由PVC膜、PE膜或PET膜制成的绝缘防水层。
2.如权利要求1所述的一种石墨烯电热膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中石墨烯与去离子水、树脂、助剂的质量比为1:40—70:10—20:10—15。
3.如权利要求1所述的一种石墨烯电热膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)和步骤(3)中的石墨烯均为粉体,其片层数均为2—10层。
4.如权利要求1所述的一种石墨烯电热膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的树脂为水溶性丙烯酸树脂、丙烯酸丁酯、苯丙乳液和水性聚氨酯中的一种或按任意比例混合的几种。
5.如权利要求1所述的一种石墨烯电热膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中助剂为润湿分散剂、消泡剂、流平剂、成膜助剂、附着力促进剂、防霉剂中的一种或按任意比例混合的几种。
6.如权利要求1所述的一种石墨烯电热膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中无纺布以在电热浆料中上下移动的方式进行浸渍。
7.如权利要求1所述的一种石墨烯电热膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中的粘接剂为水性环氧树脂。
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