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CN107592685A - 一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法 - Google Patents

一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，包括如下步骤：（1）先将石墨烯粉末、远红外发射剂、粘结剂和溶剂均匀混合，再将混合液通过一字形模口挤出并在乙醇中凝固成膜，干燥后得到厚度为0.001mm—0.2mm的石墨烯发热片；（2）采用多根无纺布条编织成方格状的韧性层，将韧性层夹持在两张石墨烯发热片之间，再以热压成型的方式将韧性层与石墨烯发热片压制成一体，得到石墨烯发热层；（3）在石墨烯发热层的两张石墨烯发热片之间粘接电极层；（4）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、稳定性和电‑热转换效率。

Description

一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法
技术领域
本发明属于新型电热材料的技术领域，具体地说涉及一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法。
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，提供一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，本发明能够大幅提高石墨烯电热膜的柔韧性、导电性、稳定性和电-热转换效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）先将石墨烯粉末、远红外发射剂、粘结剂和溶剂按质量比为4—8：1—2：2—3：60—120的比例均匀混合，再将混合液通过一字形模口挤出并在乙醇中凝固成膜，干燥后得到厚度为0.001mm—0.2mm的石墨烯发热片；
（2）采用多根无纺布条编织成方格状的韧性层，将韧性层夹持在两张石墨烯发热片之间，再以热压成型的方式将韧性层与石墨烯发热片压制成一体，得到石墨烯发热层；
（3）在石墨烯发热层的两张石墨烯发热片之间粘接电极层；
（4）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）中的粘结剂为酚醛树脂。
所述步骤（2）中的多根无纺布条之间粘接连接。
所述步骤（2）中无纺布条的宽度为0.05—0.3mm，厚度为0.08—0.1mm。
所述步骤（2）中的方格为正方形。
所述方格的边的长度为0.4—1cm。
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由石墨烯发热片夹持韧性层的双层结构，其中，通过韧性层能够大幅提高石墨烯电热膜的柔韧性，使其可大幅折叠而不会损坏。而韧性层由多根无纺布条编织而成，且具有方格，因此两张石墨烯之间的接触面积较大，能够大幅提高石墨烯电热膜的导电性和稳定性。与现有技术相比，本发明的耐折性、耐压性、可折叠性他防水性能更好，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。另外，由于石墨烯发热中加入了远红外发射剂，因此使用微小的电流就能激活石墨烯远红外电加热部分，比传统电加热方式节能约60%，提高了电能的利用率。更使得石墨烯电热膜具有更小的传热热阻，化学稳定性、热稳定性和电-热转换效率更高。
二、本发明所制备的石墨烯电热膜具有正温度特性，可根据膜厚的不均匀自动调节电流的大小及自限流的特性，从而保证了电热膜加热的均匀性。
三、本发明制备的石墨烯电热膜具有表面电阻率可调的特点，可用于抗静电电路，能有效地将电荷释放掉，同时具有远红外发射和负离子释放的功能，起到净化消毒作用，又起到对人体健康的作用。
四、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
一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，包括如下步骤：
（1）先将石墨烯粉末、远红外发射剂、粘结剂和溶剂按质量比为4—8：1—2：2—3：60—120的比例均匀混合，再将混合液通过一字形模口挤出并在乙醇中凝固成膜，干燥后得到厚度为0.001mm—0.2mm的石墨烯发热片。其中，所述粘结剂为酚醛树脂。
（2）采用多根无纺布条编织成方格状的韧性层，将韧性层夹持在两张石墨烯发热片之间，再以热压成型的方式将韧性层与石墨烯发热片压制成一体，得到石墨烯发热层。其中，所述的多根无纺布条之间粘接连接；所述无纺布条的宽度为0.05—0.3mm，厚度为0.08—0.1mm；所述方格为正方形，所述方格的边的长度为0.4—1cm。
（3）在石墨烯发热层的两张石墨烯发热片之间粘接电极层。
（4）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。
下面通过具体实施例对本发明进一步的详细阐述：
实施例1
一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，包括如下步骤：
（1）先将石墨烯粉末、远红外发射剂、粘结剂和溶剂按质量比为4：1：2：60的比例均匀混合，再将混合液通过一字形模口挤出并在乙醇中凝固成膜，干燥后得到厚度为0.001mm的石墨烯发热片。
（2）采用多根无纺布条编织成方格状的韧性层，将韧性层夹持在两张石墨烯发热片之间，再以热压成型的方式将韧性层与石墨烯发热片压制成一体，得到石墨烯发热层。其中，所述的多根无纺布条之间粘接连接；所述无纺布条的宽度为0.05mm，厚度为0.08mm；所述方格为正方形，所述方格的边的长度为0.4cm。
（3）在石墨烯发热层的两张石墨烯发热片之间粘接电极层。
（4）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
一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，包括如下步骤：
（1）先将石墨烯粉末、远红外发射剂、粘结剂和溶剂按质量比为8：2：3：120的比例均匀混合，再将混合液通过一字形模口挤出并在乙醇中凝固成膜，干燥后得到厚度为0.2mm的石墨烯发热片。
（2）采用多根无纺布条编织成方格状的韧性层，将韧性层夹持在两张石墨烯发热片之间，再以热压成型的方式将韧性层与石墨烯发热片压制成一体，得到石墨烯发热层。其中，所述的多根无纺布条之间粘接连接；所述无纺布条的宽度为0.3mm，厚度为0.1mm；所述方格为正方形，所述方格的边的长度为1cm。
（3）在石墨烯发热层的两张石墨烯发热片之间粘接电极层。
（4）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
一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，包括如下步骤：
（1）先将石墨烯粉末、远红外发射剂、粘结剂和溶剂按质量比为6：1.5：2.5：90的比例均匀混合，再将混合液通过一字形模口挤出并在乙醇中凝固成膜，干燥后得到厚度为0.1mm的石墨烯发热片。
（2）采用多根无纺布条编织成方格状的韧性层，将韧性层夹持在两张石墨烯发热片之间，再以热压成型的方式将韧性层与石墨烯发热片压制成一体，得到石墨烯发热层。其中，所述的多根无纺布条之间粘接连接；所述无纺布条的宽度为0.1mm，厚度为0.09mm；所述方格为正方形，所述方格的边的长度为0.7cm。
（3）在石墨烯发热层的两张石墨烯发热片之间粘接电极层。
（4）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—3进行测试，测试结果显示：实施例1-3的电加热转换效率高达94.5%以上。

Claims (6)

1.一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）先将石墨烯粉末、远红外发射剂、粘结剂和溶剂按质量比为4—8：1—2：2—3：60—120的比例均匀混合，再将混合液通过一字形模口挤出并在乙醇中凝固成膜，干燥后得到厚度为0.001mm—0.2mm的石墨烯发热片；
（2）采用多根无纺布条编织成方格状的韧性层，将韧性层夹持在两张石墨烯发热片之间，再以热压成型的方式将韧性层与石墨烯发热片压制成一体，得到石墨烯发热层；
（3）在石墨烯发热层的两张石墨烯发热片之间粘接电极层；
（4）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所述的一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的粘结剂为酚醛树脂。
3.如权利要求1所述的一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的多根无纺布条之间粘接连接。
4.如权利要求1所述的一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，其特征在于：所述步骤（2）中无纺布条的宽度为0.05—0.3mm，厚度为0.08—0.1mm。
5.如权利要求1所述的一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的方格为正方形。
6.如权利要求1所述的一种制备双发热层石墨烯电热膜的方法，其特征在于：所述方格的边的长度为0.4—1cm。
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