CN107135559A - 一种新型石墨烯复合电发热片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型石墨烯复合电发热片及其制备方法，电发热片包括：电极层、石墨烯复合膜，石墨烯复合膜具有良好的柔软度，可任意弯曲、折叠；通过石墨烯复合膜的均匀涂抹，实现发热均匀；通过电极层和石墨烯复合膜的配合，使发热片能够发热，并发出不会对人体产生危害的，在5～15um之间的红外线波长。制备方法实现上述效果的同时，还实现以下有益效果：通过在大块的基板上涂覆混合胶状涂料，进行高温烘干，冷却后，剥离出柔性材料，再进行裁剪，有利于批量生产，并且得到的一种石墨烯新型复合电发热片一致性良好，不会出现过大的电阻偏差。
Description
技术领域
本发明涉及电发热领域，具体涉及一种新型石墨烯复合电发热片及其制备方法。
背景技术
在冬季，由于温度影响，人们通常希望借助取暖工具使人体维持在一个温暖的环境下，从而能够保证日常活动的进行。
在室内，由于空间的局限，人们通过暖器、空调等取暖设备将温度调节至温暖的环境下；在室外，由于空间过大，无法通过上述设备调节温度，因此，一般使用保暖内衣、保暖靴、暖手宝、理疗文胸、护膝和加绒鞋垫、电热毯等保暖物达到取暖的效果。取暖的原理为：通过加强密封性，防止人体本身热量的丧失过快，从而能相对温暖。
现有技术中的发热片，有金属合金发热体、陶瓷发热体、碳纤维发热体或石墨烯发热体，对上述发热体供电使其发热，从而能够持续的放热，使人体或人体部位维持在一个温暖的环境中，起到御寒、理疗等作用；其中，石墨烯发热体一般采用PET作为热塑性聚酯类工程塑料作为基材。在基材上，通过工艺加工(如甲烷在高温环境下，分理出碳原子，碳原子沉淀在基材上，形成不完整的石墨烯层)，这些不完整的石墨烯层，因为中间空隙而存在电阻，在加载电源后，电阻发热，发出远红外线(热量)。
现有技术的不足之处在于，金属合金发热体、陶瓷发热体不仅会产生对人体有益的远红外光，还有对人体有害的其他波长的能量；柔软度差，不可弯曲。碳纤维发热体柔软度差，不可弯曲。石墨烯发热体柔软度不够，只能稍微弯曲。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型石墨烯复合电发热片及其制备方法，以解决上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种新型石墨烯复合电发热片，包括本体，所述本体包括：电极层和石墨烯复合膜，所述电极层包括：一阳极电极板和一阴极电极板；
石墨烯复合膜石墨烯复合膜；
所述石墨烯复合膜由石墨烯、辅料、粘结剂、分散剂和溶剂混合组成。
上述一种石墨烯新型复合电发热片，所述石墨烯复合膜中各原料按质量份的构成为：
石墨烯5～60份；
辅料0～300份；
分散剂1～9份；
粘结剂5～300份；
溶剂5～90份；
其它添加剂1～3份；
各原料的总质量份为100份。
上述一种石墨烯新型复合电发热片，所述石墨烯为片状，尺寸为3～200μm。
上述一种石墨烯新型复合电发热片，所述辅料为石墨、碳管、金属氧化物、氧化硅、氮化物、硼化锆和锆英粉中的至少一种。
上述一种石墨烯新型复合电发热片，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基氯化铵和羧甲基纤维素钠中的至少一种。
上述一种石墨烯新型复合电发热片，所述粘结剂为环氧树脂、聚乙烯醇、丁苯橡胶、导热硅胶、聚氨酯树脂、聚丙烯酸树脂及硅酸盐系有机粘结剂中的至少一种。
上述一种石墨烯新型复合电发热片，所述溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、甲醇、乙醇、乙二醇及丙醇中的至少一种。
上述一种石墨烯新型复合电发热片，所述电极层由涂抹于所述石墨烯复合膜上的银浆材料凝固而成，或在所述石墨烯复合膜上覆盖铜合金形成。
上述一种石墨烯新型复合电发热片，所述石墨烯复合膜的厚度范围为0.01～5mm。
上述技术方案中，本发明提供的一种石墨烯新型复合电发热片，石墨烯复合膜具有良好的柔软度，可任意弯曲、折叠；通过石墨烯复合膜的均匀涂抹，实现发热均匀；通过电极层和石墨烯复合膜的配合，使发热片能够发热，并发出不会对人体产生危害的，在5～15um之间的红外线波长。
本发明还提供了一种新型石墨烯复合电发热片的制备方法，包括以下步骤：
按配比混合石墨烯、辅料、分散剂、粘结剂及溶剂；
对混合得到的浆料经过超声分散、首次常温乳化、研磨以及筛选后的二次常温乳化工序，得到混合胶状涂料；
将混合胶状涂料涂覆到基板上，并通过高温烘干、冷却、剥离工序，得到柔性材料；
通过对所述柔性材料进行裁剪，并在裁剪后的柔性材料上覆上金属导电材料后得到石墨烯新型复合电发热片。
上述技术方案中，本发明提供的一种新型石墨烯复合电发热片的制备方法，具有一种石墨烯新型复合电发热片有益效果的同时，还具有以下有益效果：通过在大块的基板上涂覆混合胶状涂料，烘干、冷却后，再进行裁剪，有利于批量生产，并且得到的一种石墨烯新型复合电发热片一致性良好，不会出现过大的电阻偏差。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的石墨烯新型复合电发热片的结构示意图。
附图标记说明：
1、本体；11、石墨烯复合膜；12、电极层。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
本发明实施例提供的本发明提供了一种新型石墨烯复合电发热片，包括本体1，所述本体1包括：电极层12和石墨烯复合膜11，所述电极层12包括：一阳极电极板和一阴极电极板；石墨烯复合膜11所述石墨烯复合膜11由石墨烯、辅料、粘结剂、分散剂和溶剂混合组成。
具体的，石墨烯复合膜11为柔性材料，将混合胶状涂料均匀涂抹于基板上，经高温烘干、烘干、冷却固定后，形成具有柔性的石墨烯复合膜11；进一步的，在实际生产中，可采用大块定型件，在该定型件上均匀涂抹混合胶状涂料，待烘干、冷却固定、剥离后，再通过裁剪设备按照指定的大小裁剪为单个石墨烯复合膜11；使发热片可弯曲、折叠；更进一步的，石墨烯复合膜11呈方形板状，可以达到平面型发热的效果，并且由于是均匀涂抹石墨烯复合膜11，致使发热也为均匀的。优选的，石墨烯复合膜11由石墨烯、辅料、粘结剂、分散剂和溶剂混合组成；按一定的比例混合上述材料，生成具有柔性的石墨烯复合膜11。电极层12由两个电极板组成，电流从阳极电极层12流入，从阴极个电极层12流出，实现导通；电极层12为金属材质，可以为铜或者银；电极层12采用将上述金属溶为液体，并均匀涂抹在石墨烯复合膜11上的形式，使石墨烯复合膜11和电极层12的结合更为紧密，并且在受力弯曲、正常使用的情况下，均不会脱落；进一步的，裁剪完成后，在每个石墨烯复合膜11上涂抹液体金属；也可以是在裁剪前，按照比例和距离涂抹液体金属，再直接裁剪成设定大小的发热片。通过在两个电极板上接入电源为本体1供电，并使其发热，即发出波长在5～15um红外线，该波长范围内的红外线不会对人体产生危害。
作为本实施例中优选的，将混合胶状涂料通过辊筒压膜、烘干工艺，生成具有柔性的石墨烯复合膜11。
作为本实施例中优选的，石墨烯复合膜11与铜箔类电极，通过热压机直接高温压制，使电极(铜箔)与石墨烯复合膜11紧密连接。
作为本实施例中优选的，石墨烯复合膜11中各原料按质量份的构成为：石墨烯5～60份；辅料0～300份；分散剂1～9份；粘结剂5～300份；溶剂5～90份；其它添加剂1～3份；各原料的总质量份为100份。
作为本实施例中优选的，石墨烯为片状，尺寸为3～200μm。
作为本实施例中优选的，辅料为石墨、碳管、金属氧化物、氧化硅、氮化物、硼化锆和锆英粉中的至少一种。优选的，采用石墨、碳管作为辅料。作为本实施例中优选的，分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基氯化铵和羧甲基纤维素钠中的至少一种。作为本实施例中优选的，粘结剂为环氧树脂、聚乙烯醇、丁苯橡胶、导热硅胶、聚氨酯树脂、聚丙烯酸树脂及硅酸盐系有机粘结剂中的至少一种。优选的，粘结剂为环氧树脂。作为本实施例中优选的，溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、甲醇、乙醇、乙二醇及丙醇中的至少一种。
作为本实施例中优选的，电极层12由涂抹于石墨烯复合膜11上的银浆材料凝固而成，或在石墨烯复合膜11上覆盖铜合金形成。将银溶为液体，涂抹于本体1中的石墨烯复合膜11上，待其凝固后形成电极层12，通过其接入电源，实现通电。或者通过将铜合金直接高温压制，使电极层12与石墨烯复合膜11紧密连接。
作为本实施例中优选的，所述下层的厚度范围为0.01～5mm。
本发明实施例还提供一种新型石墨烯复合电发热片制备方法，包括如下步骤：
S101、按配比混合石墨烯、辅料、分散剂、粘结剂及溶剂；
S102、对混合得到的浆料经过超声分散、首次常温乳化、研磨以及筛选后的二次常温乳化工序，得到混合胶状涂料；
S103、将混合胶状涂料涂覆到基板上，并通过烘干、冷却工序，得到柔性材料；
S104、通过对所述柔性材料进行裁剪，并在裁剪后的柔性材料上涂覆上金属导电浆，待其凝固后得到一种石墨烯新型复合电发热片。
具体的，按配比将石墨烯、辅料、分散剂、粘结剂及溶剂混合并超声分散1～5h，得到混合浆料；石墨烯复合膜11中各原料按质量份的构成为：石墨烯5～60份；辅料0～300份；分散剂1～9份；粘结剂5～300份；溶剂5～90份；其它添加剂1～3份；各原料的总质量份为100份。然后使用高剪切对所述混合浆料进行首次常温乳化，乳化转速为10000～26000rpm，时间为3～12h；再将首次乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨3～30h，将研磨后浆料过150～300目筛；最后再使用高剪切对过筛后浆料进行二次常温乳化，乳化转速为10000～26000rpm，时间为2～5h，即获得混合胶状材料；将获得的混合胶状材料涂覆到基板上，在烘箱中60～200℃烘烤3～15min，冷却、固化后，剥离出厚度在10～5000μm的柔性材料。最后通过机器或人为对所述柔性材料进行裁剪，并在裁剪后的柔性材料涂覆上金属导电浆，待其凝固后得到一种石墨烯新型复合电发热片。通过在大块的基板上涂覆混合胶状涂料，再进行剥离、裁剪，有利于批量生产，并且得到的一种石墨烯新型复合电发热片一致性良好，不会出现过大的电阻偏差。
在一些实施例中，取3份石墨烯、2份氧化铁粉、5份石墨、3份十二烷基苯磺酸钠、35份环氧树脂、5份乙二醇、46份水混合和1份其它添加剂，进行超声分散3h得混合浆料；然后使用高剪切对混合浆料进行首次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为6h；再将首次乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨20h，将研磨后浆料过200目筛；最后再使用高剪切对过筛后浆料进行二次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为3h，即获得混合胶状材料；将混合胶状材料涂覆到基板上，在烘箱中100℃烘烤8min，冷却、剥离出厚度在0.06mm的柔性材料。
经测试，所得电阻率为8.4x 10-3Ω·m。
在一些实施例中，取6份石墨烯、2份石墨、5份碳化硅、5份十二烷基苯磺酸钠、35份环氧树脂、3份导热硅胶、43份水混合和1份其它添加剂，进行超声分散4h得混合浆料；然后使用高剪切对混合浆料进行首次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为6h；再将首次乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨20h，将研磨后浆料过200目筛；最后再使用高剪切对过筛后浆料进行二次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为3h，即获得混合胶状材料；混合胶状材料涂覆到基板上，在烘箱中100℃烘烤8min，冷却、剥离出厚度在0.06mm的柔性材料。
经测试，所得电阻率为3.12x 10-3Ω·m。
在一些实施例中，取10份石墨烯、3份石墨、2份碳化硅、5份十二烷基苯磺酸钠、35份环氧树脂、2份导热硅胶、42份水混合和1份其它添加剂，进行超声分散3h得混合浆料；然后使用高剪切对混合浆料进行首次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为6h；再将首次乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨20h，将研磨后浆料过200目筛；最后再使用高剪切对过筛后浆料进行二次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为3h，即获得混合胶状材料；将混合胶状材料涂覆到基板上，在烘箱中100℃烘烤8min，冷却、剥离出厚度在0.06mm的柔性材料。
经测试，所得电阻率为1.32x 10-3Ω·m。
在一些实施例中，取电阻率为8.4x 10-3Ω·m，厚度为0.06mm的柔性材料，裁剪成80mm x 60mm的方块，在其两端，分别丝印上宽度为5mm的导电银浆，经100℃烘烤5min后，得到石墨烯复合红外电发热片。
经测试，所得电阻值为143Ω。(注：导电银浆的电阻值大约为0.8Ω)
在一些实施例中，取电阻率为1.32x 10-3Ω·m，厚度为0.06mm的柔性材料，裁剪成80mm x 60mm的方块，在其两端，分别丝印上宽度为5mm的导电银浆，经100℃烘烤5min后，得到石墨烯复合红外电发热片。
经测试，所得电阻值为23.2Ω。(注：导电银浆的电阻值大约为0.8Ω)
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (10)
1.一种新型石墨烯复合电发热片，包括本体，其特征在于，所述本体包括：石墨烯复合膜，以及涂抹于所述石墨烯复合膜的电极层；
所述电极层包括：一阳极电极板和一阴极电极板；
所述石墨烯复合膜由石墨烯、辅料、粘结剂、分散剂和溶剂混合组成。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯新型复合电发热片，其特征在于，所述石墨烯复合膜中各原料按质量份的构成为：
石墨烯5～60份；
辅料0～300份；
分散剂1～9份；
粘结剂5～300份；
溶剂5～90份；
其它添加剂1～3份；
各原料的总质量份为100份。
3.根据权利要求1或2所述的一种石墨烯新型复合电发热片，其特征在于，所述石墨烯为片状，尺寸为3～200μm。
4.根据权利要求1或2所述的一种石墨烯新型复合电发热片，其特征在于，所述辅料为石墨、碳管、金属氧化物、氧化硅、氮化物、硼化锆和锆英粉中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的一种石墨烯新型复合电发热片，其特征在于，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基氯化铵和羧甲基纤维素钠中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的一种石墨烯新型复合电发热片，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂、聚乙烯醇、丁苯橡胶、导热硅胶、聚氨酯树脂、聚丙烯酸树脂及硅酸盐系有机粘结剂中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的一种石墨烯新型复合电发热片，其特征在于，所述溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、甲醇、乙醇、乙二醇及丙醇中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯新型复合电发热片，其特征在于，所述电极层由涂抹于所述石墨烯复合膜上的银浆材料凝固而成，或在所述石墨烯复合膜上覆盖铜合金形成。
9.根据权利要求1所述的一种石墨烯新型复合电发热片，其特征在于，所述石墨烯复合膜的厚度范围为0.01～5mm。
10.一种新型石墨烯复合电发热片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按配比混合石墨烯、辅料、分散剂、粘结剂及溶剂；
对混合得到的浆料经过超声分散、首次常温乳化、研磨以及筛选后的二次常温乳化工序，得到混合胶状涂料；
将混合胶状涂料涂覆到基板上，并通过高温烘干、冷却、剥离工序，得到柔性材料；
通过对所述柔性材料进行裁剪，并在裁剪后的柔性材料上覆上金属导电材料得到石墨烯新型复合电发热片。
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