CN108848584A - 一种石墨烯电热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯电热材料，属于电发热材料领域。本发明提供的石墨烯电热材料包括石墨烯加热膜，石墨烯具有优异的导电导热性能、轻便、柔韧性好、不易氧化，利用石墨烯加热膜相当于一个纯电阻加热膜，等同于一个均热器，同时具有极好的散热性能，可以实现更高的发热效率，更均匀的温度分布，兼具轻薄，柔韧性好、耐老化的优点，适用于低温高精度控温场景。实验结果表明，本发明提供的石墨烯电热材料接通AC220V电源后在20℃空气中的升温速度高于0.78℃/s，同时具有非常优异的温度均匀性，膜面各个位置的温度标准差低于0.86℃。

Description

一种石墨烯电热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电发热材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯电热材料及其制 备方法。
背景技术
随着科技的发展，很多电子元器件对环境工作温度的管理提出了更高 的要求，传统的电阻丝加热方法存在电加热效率低，温度极不均匀，电阻丝 长时间使用易氧化等缺点，已经不能满足某些对于温度管理越来越严格使用 场景的需要，为了提高温度的均匀性，电加热膜逐渐出现。
如广泛使用的锂电池，其正常工作温度必须在0～45℃以内，温度过低， 锂电池的充放电效率会大大降低，而锂电池不仅需要适宜的工作环境温度， 还需要很好的温度均匀性，为了维持适宜的工作环境温度，厂家通常会在锂 电池模组中安装市场上较为成熟的PI加热膜产品或PTC加热板产品，但是从 使用效果来看，它们各自存在一定的缺点，PI加热膜产品通电时锂电池受热 后表面不同区域的温度会有明显的差异，PTC加热板产品由于使用铝制外壳 可在一定程度上提高温度均匀性，但厚度厚，质量重，成本高，不能满足设 备多样化轻便及低成本的需求。要使锂电池受热后的温度更加均匀，首先要 解决加热膜的温度均匀性，加热膜发热温度不均匀时，锂电池受热后表面的 热传导差异会放大这种缺陷，因此提高加热膜的温度均匀性是加热膜类产品 性能提升的重要方向。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种石墨烯电热材料及其制备方法。本 发明提供的石墨烯电热材料具有极好的温度均匀性，适用于低温高精度控温 场景。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种石墨烯电热材料，包括依次设置的成膜基材、石墨烯加热膜、导电 电极对和保护膜，所述保护膜与石墨烯加热膜部分接触。
优选地，所述石墨烯加热膜由包括柔性树脂、有机溶剂、助剂和少层石 墨烯的原料制备得到。
优选地，所述少层石墨烯的粒径为10～50μm，所述少层石墨烯的层数 为2～30层。
优选地，所述柔性树脂、有机溶剂、助剂和少层石墨烯的质量比为 10～35∶20～70∶0.1～5∶0.1～10。
优选地，所述柔性树脂包括高分子量柔性树脂和低分子量柔性树脂，所 述高分子量柔性树脂的数均分子量为30000～40000，所述低分子量柔性树 脂的数均分子量为10000～20000。
优选地，所述高分子量柔性树脂和低分子量柔性树脂的质量比为 4∶1～1∶1。
优选地，所述成膜基材和保护膜独立地为PI膜、PET膜、PVC膜、PP 膜、PC膜、PS膜或PE膜。
本发明还提供了上述技术方案所述石墨烯电热材料的制备方法，包括以 下步骤：
(1)在成膜基材表面涂覆石墨烯浆料，烘干后得到石墨烯加热膜；
(2)在所述步骤(1)得到的石墨烯加热膜表面涂覆导电电极浆料，固 化成型得到导电电极对；
(3)在所述步骤(2)得到的导电电极对表面和导电电极对之间的石墨烯 加热膜表面覆盖保护膜，得到石墨烯电热材料。
优选地，所述步骤(2)中固化成型的温度为100～200℃，固化成型的时 间为30～60min。
本发明还提供了上述技术方案所述石墨烯电热材料或上述技术方案所 述制备方法得到的石墨烯电热材料在制备电子元件中的应用。
本发明提供了一种石墨烯电热材料，包括依次设置的成膜基材、石墨烯 加热膜、导电电极对和保护膜，所述保护膜与石墨烯加热膜部分接触。本发 明提供的石墨烯电热材料在基材和导电电极对之间设置了石墨烯加热膜，石 墨烯加热膜中的石墨烯具有优异的导电导热性能、轻便、柔韧性好、不易氧 化，石墨烯加热膜相当于一个纯电阻加热膜，等同于一个均热器，同时具有 极好的散热性能，可以实现更高的发热效率，更均匀的温度分布，兼具轻薄， 柔韧性好、耐老化的优点，适用于低温高精度控温场景。实验结果表明，本 发明提供的石墨烯电热材料接通AC220V电源后在20℃空气中的升温速度 高于0.78℃/s，同时具有非常优异的温度均匀性，膜面各个位置的温度标准 差低于0.86℃，断裂伸长率为45.8％，耐老化寿命达到2000h以上。
进一步的，本发明通过石墨烯加热膜中柔性树脂的种类以及用量和少层 石墨烯的层数、粒径控制石墨烯加热膜的电阻率、厚度和长度，调节石墨烯 电热材料的面功率，可以满足不同的使用要求，且操作简单。实验结果表明， 本发明提供的石墨烯电热材料的面功率可达0.16～0.36W/cm2。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例1制得的石墨烯电热材料结构的俯视图；
图2为本发明实施例1制得的石墨烯电热材料结构的剖面图；
图3为本发明石墨烯电热材料、PI加热膜、PTC发热板产品的膜面温度 测试方法示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种石墨烯电热材料，包括依次设置的成膜基材、石墨烯 加热膜、导电电极对和保护膜，所述保护膜与石墨烯加热膜部分接触。
在本发明中，所述石墨烯电热材料的厚度优选为140～200μm，更优选 为150～190μm，长度优选为5～100cm，更优选为10～100cm，宽度优选 1～100cm，更优选为10～100cm。
在本发明中，所述石墨烯加热膜的厚度优选为40～100μm，更优选 为50～70μm。
在本发明中，所述石墨烯加热膜优选由包括柔性树脂、有机溶剂、助剂 和少层石墨烯的原料制备得到。
在本发明中，所述少层石墨烯的粒径优选为10～50μm，更优选为 15～25μm；所述少层石墨烯的层数优选为2～30层，更优选为7～15层， 更优选为10层。本发明对所述少层石墨烯的来源没有特殊的限定，采用本 领域技术人员熟知的市售商品或采用本领域技术人员熟知的机械剥离法或 者氧化还原法制备即可。
在本发明中，所述柔性树脂、有机溶剂、助剂和少层石墨烯的质量比优 选为20～35∶30～70∶0.1～5∶0.1～10，更优选20～30∶40～70∶1～5∶2～10。
在本发明中，所述柔性树脂包括高分子量柔性树脂和低分子量柔性树 脂，所述高分子量柔性树脂的数均分子量优选为30000～40000，更优选为 32000～35000，所述低分子量柔性树脂的数均分子量优选为 15000～20000，更优选为16000～19000。
在本发明中，所述高分子量柔性树脂和低分子量柔性树脂的质量比优选 为4∶1～1∶1，更优选为3∶1～2∶1。
在本发明中，所述高分子量柔性树脂和低分子量柔性树脂的材质独立地 优选包括聚氨酯TPU树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂和丙烯酸树脂中的一 种或几种。当所述高分子量柔性树脂或低分子量柔性树脂优选为混合物时， 本发明对所述混合物中各物质的用量没有特殊的限定，采用任意比例的混合 物均可。
在本发明中，所述有机溶剂优选包括二乙二醇乙醚醋酸酯、乙酸乙酯、 丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸丁酯和二丙酮醇中的一种或几种。当所述有机溶剂 优选为混合物时，本发明对所述混合物中各物质的用量没有特殊的限定，采 用任意比例的混合物均可。
在本发明中，所述助剂优选包括消泡剂、附着力促进剂、流平剂和触变 剂中的一种或几种。当所述助剂优选为混合物时，本发明对所述混合物中各 物质的用量没有特殊的限定，采用任意比例的混合物均可。
在本发明中，所述消泡剂优选包括硅油、硬脂肪酰胺和硬脂酸铝中的一 种或几种；所述附着力促进剂优选包括硅烷偶联剂、磷酸酯偶联剂和钛酸酯 偶联剂中的一种或几种；所述流平剂优选包括乙二醇丁醚、有机硅助剂、丙 烯酸酯流平剂和有机硅油中的一种或几种；所述触变剂优选包括BYK-405 和/或邻苯二甲酸二丁酯中。本发明对所述消泡剂、附着力促进剂、流平剂 和触变剂中物质的种类以及用量没有特殊的限定，采用任意比例的混合物均 可。
在本发明中，所述导电电极对的材质优选为导电银浆和/或导电铜浆。 本发明对所述导电银浆和导电铜浆的来源没有特殊的限定，采用本领域技术 人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述导电电极对的一端形成引线接头。在本发明中，所述 引线接头分别连接电源的正负极。
在本发明中，所述导电电极对优选为相同的矩形条状导电电极。
在本发明中，所述导电电极对的宽度优选为1～10mm，更优选为 3～10mm，所述导电电极对的厚度优选为10～60μm，更优选为10～50μm。
在本发明中，所述导电电极对的接触面积优选占石墨烯加热膜面积的 2％以内，更优选为1～1.5％。在本发明中，所述导电电极对之间的距离优 选为1～100cm，更优选为10～100cm。
在本发明中，所述成膜基材和保护膜独立地优选为PI膜、PET膜、PVC 膜、PP膜、PC膜、PS膜或PE膜。本发明对所述成膜基材和保护膜的来源 没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
本发明还提供了上述技术方案所述石墨烯电热材料的制备方法，包括以 下步骤：
(1)在成膜基材表面涂覆石墨烯浆料，烘干后得到石墨烯加热膜；
(2)在所述步骤(1)得到的石墨烯加热膜表面涂覆导电电极浆料，固 化成型得到导电电极对；
(3)在所述步骤(2)得到的导电电极对表面和导电电极对之间的石墨烯 加热膜表面覆盖保护膜，得到石墨烯电热材料。
本发明在成膜基材表面涂覆石墨烯浆料，烘干后得到石墨烯加热膜。在 本发明中，所述石墨烯浆料优选包括柔性树脂、有机溶剂、助剂和少层石墨 烯。
本发明对所述石墨烯浆料的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术 人员熟知的组合物的制备方法制得即可，具体的，如先将20～45重量份的 低分子量柔性树脂溶解在55～80重量份的有机溶剂中，并在70～100℃下 溶解完全，得到低分子量柔性树脂分散液；再将25～45重量份的高分子量 柔性树脂溶解在55～75重量份的有机溶剂中，并在70～100℃下溶解完全 得到高分子量的柔性树脂分散液；然后按低分子量柔性树脂分散液与高分子 量柔性树脂分散液的质量比为1∶1～4∶1将两种柔性树脂分散液混合搅拌分 散形成柔性树脂分散液，柔性树脂分散液的粘度为3000～20000cps，然后 将其在400～800目筛网上过滤除杂；将0.1～10重量份少层石墨烯粉末、 0.1～1重量份的助剂、1～100重量份的柔性树脂分散液混合，置于行星搅 拌机中混合均匀，然后使用砂磨、搅拌、高速剪切和超声中的一种或者几种 组合进行分散，使少层石墨烯粉末均匀地分散在树脂体系中，得到石墨烯浆 料。
在本发明中，所述石墨烯浆料中少层石墨烯的质量分数优选为 0.01～10％，更优选为1～10％，所述石墨烯浆料的粘度优选为 8000～100000cps，更优选为9000～80000cps。
本发明优选将石墨烯浆料在400～800目筛网上进行过滤，除去石墨烯 浆料中的杂质或者分散不均匀的较大颗粒。
本发明对所述石墨烯浆料的涂覆方式没有特殊的限定，采用本领域技术 人员熟知的涂覆方式即可，具体的，如转印、丝印或刮涂均可。本发明对所 述涂覆量和涂覆次数没有特殊的限定，能够使所述石墨烯加热膜达到所述厚 度即可。
在本发明中，所述烘干优选包括：先在50～100℃下烘烤10～60min， 然后在100～200℃下烘烤1～3h，更优选为先在70～80℃下烘烤 20～40min，然后在130～150℃下烘烤2～2.5h，最优选为先在70～80℃ 下烘烤30min，然后在140℃下烘烤2.5h。
得到石墨烯加热膜后，本发明在所述石墨烯加热膜表面涂覆导电电极浆 料，固化成型得到导电电极对。
本发明对所述导电电极浆料的涂覆方式没有特殊的限定，采用本领域技 术人员熟知的涂覆方式即可，具体的，如转印、丝印或刮涂均可。本发明对 所述涂覆量和涂覆次数没有特殊的限定，能够使所述导电电极对达到所述厚 度即可。
在本发明中，所述固化的温度优选为100～200℃，更优选为 140～150℃，固化的时间优选为30～60min，更优选为30～50min。
得到导电电极对后，本发明在所述导电电极对表面和导电电极对之间的 石墨烯加热膜表面覆盖保护膜，得到石墨烯电热材料。在本发明中，所述导 电电极对、导电电极对之间的石墨烯加热膜与保护膜的连接方式为粘结式连 接，采用粘结胶连接。在本发明中，所述保护膜优选完全覆盖导电电极对上 表面以及导电电极对之间的石墨烯加热膜上表面。
保护膜覆盖完成后，本发明优选经切割得到石墨烯电热材料。
本发明还提供了上述技术方案所述石墨烯电热材料或上述技术方案所 述制备方法得到的石墨烯电热材料在制备电子元件中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的石墨烯电热材料及其制备方法进行详 细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例涉及的石墨烯电热材料的俯视图如图1所示，包括成膜基材、 石墨烯加热膜3、导电电极对2和保护膜1；成膜基材上表面涂覆有一层均 匀的石墨烯加热膜，石墨烯加热膜上表面两侧涂覆了两条相同的矩形条状导 电电极对，导电电极一端形成引线接头4，石墨烯加热膜上表面以及导电电 极对上表面完全覆盖一层保护膜，中间使用粘结式连接，其中成膜基材与保 护膜1在图1中重合。
图2本实施例制得的石墨烯电热材料结构的剖面图，其中5为成膜基材， 图2中，成膜基材5与保护膜1分别显示，
本实施例涉及的成膜基材为柔韧耐折耐高温的PET膜，保护膜1为柔 韧耐折耐高温的PI膜；导电电极对2的材质为导电银浆。
本实施例涉及的石墨烯浆料通过丝印的方式涂覆在成膜基材上表面，经 过干燥后形成石墨烯加热膜，将导电电极材料涂覆在石墨烯加热膜的上表面 两侧，经固化工序、覆盖保护膜工序和切割工序制成石墨烯电热材料。
石墨烯浆料的制备：将45重量份的低分子量聚氨酯TPU树脂(数均分 子质量为20000)溶解在55重量份的二乙二醇乙醚醋酸酯溶剂中并在70℃ 下溶解完全，得到低分子量聚氨酯分散液，再将35重量份的高分子量聚氨 酯TPU树脂(数均分子质量为35000)溶解在65重量份的溶剂中，并在 70℃下溶解完全得到高分子量聚氨酯树脂分散液，然后按两种树脂质量比为 1∶1称取两种分散液，搅拌分散形成最终树脂分散液，其粘度为15000cps，然后将其在600目筛网上过滤除杂，使用机械剥离法制备的、粒径为15μm、 层数为7层的少层石墨烯粉末，将6.5重量份少层石墨烯粉末，0.2重量份 的消泡剂、0.3重量份的附着力促进剂、0.2重量份的流平剂、0.3份的触变 助剂、92.5重量份的柔性树脂分散液混合，置于行星搅拌机中混合均匀，其 中消泡剂为硅油，附着力促进剂为硅烷偶联剂，流平剂为乙二醇丁醚，触变 助剂为BYK-405，然后使用砂磨工艺将少层石墨烯粉末均匀地分散在树脂体 系中，得到石墨烯质量分数为6.5％的石墨烯浆料，其粘度为70000cps， 将得到的石墨烯浆料在600目筛网上进行过滤，除去浆料中的杂质或者分散 不均匀的较大颗粒。
石墨烯加热膜的制备：将石墨烯浆料通过丝印的方式均匀涂覆在成膜基 材上表面，将涂覆有石墨烯浆料的成膜基材烘干得到石墨烯加热膜，石墨烯 加热膜烘干条件为100℃下烘烤20min，然后在130℃下烘烤2h，石墨烯 加热膜的厚度为100μm。
石墨烯电热材料的制备：将导电银浆涂覆在石墨烯加热膜上表面两侧， 涂覆工艺为丝印，导电银浆的固化温度为在150℃，固化时间为30min，固 化成型后得到宽度为5mm，厚度为20μm的矩形条状导电电极，导电电极 对一端形成引线接头，然后在石墨烯加热膜上表面完全覆盖一层PI保护膜， 中间使用粘结式连接，经切割定型制成石墨烯电热材料，石墨烯电热材料的 厚度为200μm，长度为30cm，宽度为7cm。
本实施例涉及的石墨烯电热材料接通AC220V电源后在空气中的升温 速度可达0.78℃/s，同时具有非常优异的温度均匀性，石墨烯电热材料各个 位置的温度变化的平均标准差为0.80℃。
实施例2
本实施例涉及的成膜基材为柔韧耐折耐高温的PI膜，保护膜为柔韧耐 折耐高温的PET膜；导电电极对2的材质为导电铜浆。
本实施例涉及的石墨烯浆料通过刮涂的方式涂覆在成膜基材上表面，经 过干燥后形成石墨烯加热膜，将导电电极材料涂覆在石墨烯加热膜的上表面 两侧，经固化工序、覆盖保护膜工序和切割工序制成石墨烯电热材料。
石墨烯浆料的制备：将45重量份的低分子量聚氨酯TPU树脂(数均分 子质量为20000)溶解在55重量份的二乙二醇乙醚醋酸酯溶剂中，并在70℃ 下溶解完全，得到低分子量聚氨酯分散液，再将35重量份的高分子量聚氨 酯TPU树脂(数均分子质量为35000)溶解在65重量份的溶剂中，并在 70℃下溶解完全得到高分子量聚氨酯树脂分散液，然后按两种树脂质量比为 2∶1称取两种分散液，搅拌分散形成最终树脂分散液，其粘度为9000cps， 然后将其在600目筛网上过滤除杂，使用机械剥离法制备的、粒径为15μm、 层数为7层的少层石墨烯粉末，将4.5重量份少层石墨烯粉末，0.2重量份 的消泡剂、0.3重量份的附着力促进剂、0.2重量份的流平剂、0.3份的触变 助剂、94.5重量份的柔性树脂分散液混合，置于行星搅拌机中混合均匀，其 中消泡剂为硅油，附着力促进剂为硅烷偶联剂，流平剂为乙二醇丁醚，触变 助剂为BYK-405然后使用砂磨工艺将少层石墨烯粉末均匀地分散在树脂体 系中，得到石墨烯质量分数为4.5％的石墨烯浆料，其粘度为29000cps， 将得到的石墨烯浆料在600目筛网上进行过滤，除去浆料中的杂质或者分散 不均匀的较大颗粒。
石墨烯加热膜的制备：将石墨烯浆料通过刮涂的方式均匀涂覆在成膜基 材上表面，将涂覆有石墨烯浆料的成膜基材烘干得到石墨烯加热膜，石墨烯 加热膜烘干条件为100℃下烘烤30min，然后在140℃下烘烤3h，石墨烯 加热膜的厚度为80μm。
石墨烯电热材料的制备：将导电铜浆涂覆在石墨烯加热膜上表面两侧， 涂覆工艺为刮涂，导电铜浆的固化温度为在140℃，固化时间为40min，固 化成型后得到宽度为6mm，厚度为20μm的矩形条状导电电极，导电电极 一端形成引线接头，然后在石墨烯加热膜上表面完全覆盖一层PET保护膜， 中间使用粘结式连接，经切割工序制成石墨烯电热材料，石墨烯电热材料的 厚度为180μm，长度为100cm，宽度为10cm。
本实施例涉及的石墨烯电热材料接通AC220V电源后在20℃空气中的 升温速度可达0.81℃/s，同时具有非常优异的温度均匀性，石墨烯电热材料 各个位置的温度变化的平均标准差为0.86℃。
实施例3
本实施例涉及的成膜基材为柔韧耐折耐高温的PI膜，保护膜为柔韧耐 折耐高温的PI膜；导电电极对的材质为导电银浆。
本实施例涉及的石墨烯浆料通过转印的方式涂覆在成膜基材上表面，经 过干燥后形成石墨烯加热膜，将导电电极材料涂覆在石墨烯加热膜的上表 面，经固化工序、覆盖保护膜工序和切割工序制成石墨烯电热材料。
石墨烯浆料的制备：将45重量份的低分子量聚氨酯TPU树脂(数均分 子质量为20000)溶解在55重量份的二乙二醇乙醚醋酸酯溶剂中，并在 100℃下溶解完全，得到低分子量聚氨酯分散液，再将35重量份的高分子 量聚氨酯TPU树脂(数均分子质量为35000)溶解在65重量份的溶剂中， 并在100℃下溶解完全得到高分子量聚氨酯树脂分散液，然后按两种树脂质 量比为3∶1称取两种分散液，搅拌分散形成最终树脂分散液，其粘度为7000cps，然后将其在600目筛网上过滤除杂，使用氧化还原法制备的、粒 径为25μm、层数为15层的少层石墨烯粉末，将2.0重量份少层石墨烯粉 末，0.2重量份的消泡剂、0.3重量份的附着力促进剂、0.2重量份的流平剂、 0.3份的触变助剂、97重量份的最终树脂分散液混合，置于行星搅拌机中混 合均匀，其中消泡剂为硬脂肪酰胺，附着力促进剂为磷酸酯偶联剂，流平剂 为有机硅助剂，触变助剂为邻苯二甲酸二丁酯，然后使用高速剪切工艺将少 层石墨烯粉末均匀地分散在树脂体系中，得到石墨烯质量分数为2.0％的石 墨烯浆料，其粘度为16000cps，将得到的石墨烯浆料在600目筛网上进行 过滤，除去浆料中的杂质或者分散不均匀的较大颗粒。
石墨烯加热膜的制备：将石墨烯浆料通过转印的方式均匀涂覆在成膜基 材上表面，将涂覆有石墨烯浆料的成膜基材烘干得到石墨烯加热膜，石墨烯 加热膜烘干条件为100℃下烘烤40min，然后在150℃下烘烤1.5h，石墨 烯加热膜的厚度为60μm。
石墨烯电热材料的制备：将导电银浆涂覆在石墨烯加热膜上表面两侧， 涂覆工艺为刮涂，导电银浆的固化温度为在150℃，固化时间为40min，固 化成型后得到宽度为7mm，厚度为20μm的矩形条状导电电极，导电电极 一端形成引线接头，然后在石墨烯加热膜上表面完全覆盖一层PI保护膜， 中间使用粘结式连接，经切割工序制成石墨烯电热材料，石墨烯电热材料的 厚度为160μm，长度为30cm，宽度为100cm。
本实施例涉及的石墨烯电热材料接通AC220V电源后在20℃空气中的 升温速度可达0.80℃/s，同时具有非常优异的温度均匀性，石墨烯电热材料 各个位置的温度变化的平均标准差为0.85℃。
实施例4
本实施例涉及的成膜基材为柔韧耐折耐高温的PI膜，保护膜为柔韧耐 折耐高温的PET膜；导电电极对的材质为导电银浆。
本实施例涉及的石墨烯浆料通过转印的方式涂覆在成膜基材上表面，经 过干燥后形成石墨烯加热膜，将导电电极材料涂覆在石墨烯加热膜的上表 面，经固化工序、覆盖保护膜工序和切割工序制成石墨烯电热材料。
石墨烯浆料的制备：将45重量份的低分子量聚氨酯TPU树脂(数均分 子质量为20000)溶解在55重量份的二乙二醇乙醚醋酸酯溶剂中，并在 100℃下溶解完全，得到低分子量聚氨酯分散液，再将35重量份的高分子 量聚氨酯TPU树脂(数均分子质量为35000)溶解在65重量份的溶剂中， 并在100℃下溶解完全得到高分子量聚氨酯树脂分散液，然后按两种树脂质 量比为4∶1称取两种分散液，搅拌分散形成最终树脂分散液，其粘度为5000cps，然后将其在600目筛网上过滤除杂，使用机械剥离法制备的、粒 径为15μm、层数为10层的少层石墨烯粉末，将1.5重量份少层石墨烯粉 末，0.2重量份的消泡剂、0.3重量份的附着力促进剂、0.2重量份的流平剂、 0.3份的触变助剂、97.5重量份的最终树脂分散液混合，置于行星搅拌机中 混合均匀，其中消泡剂为硬脂肪酰胺，附着力促进剂为硅烷偶联剂，流平剂 为有机硅助剂，触变助剂为邻苯二甲酸二丁酯，然后使用砂磨工艺将少层石 墨烯粉末均匀地分散在树脂体系中，得到石墨烯质量分数为1.5％的石墨烯 浆料，其粘度为9000cps，将得到的石墨烯浆料在600目筛网上进行过滤， 除去浆料中的杂质或者分散不均匀的较大颗粒。
石墨烯加热膜的制备：将石墨烯浆料通过转印的方式均匀涂覆在成膜基 材上表面，将涂覆有石墨烯浆料的成膜基材烘干得到石墨烯加热膜，石墨烯 加热膜烘干条件为100℃下烘烤40min，然后在150℃下烘烤1h，石墨烯 加热膜的厚度为40μm。
石墨烯电热材料的制备：将导电银浆涂覆在石墨烯加热膜上表面两侧， 涂覆工艺为丝印，导电银浆的固化温度为在140℃，固化时间为35min，固 化成型后得到宽度为8mm，厚度为20μm的矩形条状导电电极，导电电极 一端形成引线接头，然后在石墨烯加热膜上表面完全覆盖一层PET保护膜， 中间使用粘结式连接，经切割工序制成石墨烯电热材料，石墨烯电热材料的 厚度为140μm，长度为50cm，宽度为20cm。
本实施例涉及的石墨烯电热材料接通AC220V电源后在20℃空气中的 升温速度可达0.80℃/s，同时具有非常优异的温度均匀性，石墨烯电热材料 各个位置的温度变化的平均标准差为0.80℃。
对照例1
PI加热膜的测试表征，选取市场上成熟的PI加热膜产品，如深圳市三 达丰电子有限公司，型号SDF-PI001。
对照例2
PTC加热板的测试表征，选取市场上成熟的PTC加热板产品，如上海 颐都电子有限公司PTC产品。
以下为实施例1获得的石墨烯电热材料与对照例1、对照例2在空气中 干烧实验发热速度的对比结果，需要说明的是，干烧实验是指将实施例1石 墨烯电热材料、对照例1、对照例2样品悬空至于空气环境或者冷冻环境下 进行通电发热测试的实验，测试其表面温度，发热速度是指温度从环境温度 升至稳定温度后产生温度差与所用时间的比值，面功率是指单位面积上发热 材料的功率，测温设备使用的是东莞市科联电子有限公司FLA5800型温度 记录仪，选取的样品的额定电压均为AC220V，结果如表1所示，由表1可 以看出，实施例1石墨烯电热材料与PI加热膜和PTC加热膜相比，在更低 面功率的情况下，发热速度最快，达到了0.78℃/s，远远高于市售的成熟的 同类型产品，同时也可以看出其热效率也较高，达到稳定温度的时间最短。
表1实施例1、对照例1～2通电干烧后膜面的温度测试结果
表2为实施例1获得的石墨烯电热材料与对照例1、对照例2在20℃ 空气中进行干烧实验时膜面不同点的温度均匀性的对比结果，在膜面上选取 测温点的方法如图3所示，需要说明的是，此次及后续的对比试验按照相同 的测试方法测试，具体方法是图3中，2号温度监控点为膜面的中心位置， 1号和3号点处在对角线上，且各自距离两端的距离为总长度的1/4，4号 和5号点距离3号点位置的距离均为总宽度的1/4，4号和5号点的连线平 行于两端导电电极，其中每个时间点取一次温度变化的标准差，平均标准差 为多个时间点温度标准差的平均值。从表2中可以看出，石墨烯电热材料表 面各区域的温度差异最小，其温度的标准差的平均值是最小的，说明石墨烯 电热材料跟市售的成熟的加热膜产品相比具有更加优异的温度均匀性，其温 度的标准差的平均值为0.80℃，远远低于其他加热膜类产品。
表2实施例1、对照例1～2不同点的温度均匀性测试结果
表3为实施例1获得的石墨烯电热材料与对照例1、对照例2的相关物 性参数的测试结果，测试环境为20℃空气中，需要说明的是，干烧稳定温 度是指将石墨烯电热材料悬空至于空气环境或者冷冻环境下进行通电发热 测试时石墨烯电热材料发热与散热达到平衡时其表面测试的温度。从表3数 据来看，跟市面上成熟的加热膜类产品相比，本发明制备的石墨烯电热材料 是所有同类型材料中最轻薄的，在空气中干烧稳定温度远低于对照例，其断 裂伸长率高，柔韧性好，在高温环境中的耐老化性能较好。
表3实施例1、对照例1～2的相关物性参数的测试结果
表4为实施例1获得的石墨烯电热材料在不同环境温度下进行的干烧 测试结果，通过改变石墨烯电热材料的面功率来表征它的干烧稳定温度随使 用环境温度的变化规律。从表4数据可以看出，石墨烯电热材料可以实现在 不同环境中发热稳定温度的精准控制，随着使用环境温度的升高，可以通过 降低石墨烯电热材料的面功率来达到指定工作温度，反之亦然，这可以增加 石墨烯电热材料的工艺适应性和实用性，而且石墨烯电热材料通过降低面功 率可以将干烧稳定温度降低至80℃以下，这是PI加热膜和PTC加热板产品做不到的，PI加热膜和PTC加热板产品由于面功率较大，温度均匀性差， 干烧稳定温度远高于本专利石墨烯电热材料的，本发明的石墨烯电热材料更 适用于低温高精度控温场景。
表4实施例1石墨烯电热材料在不同环境温度下干烧测试结果
表5为实施例1获得的石墨烯电热材料在高温环境下进行的耐老化性能 测试，需要说明的是本发明所指的耐老化性能主要考察石墨烯电热材料长时 间在高温下使用时电阻值的稳定性，在烘箱中烘烤模拟测试。从表5数据 中可以看出，本发明石墨烯电热材料具有较好的耐老化性能，在高温环境中 测试了2000h，阻值未出现较大的波动，说明其寿命较长，可以满足不同场 合的使用需求。
表5实施例1石墨烯电热材料耐老化性能测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯电热材料，包括依次设置的成膜基材、石墨烯加热膜、导电电极对和保护膜，所述保护膜与石墨烯加热膜部分接触。
2.根据权利要求1所述的石墨烯电热材料，其特征在于，所述石墨烯加热膜由包括柔性树脂、有机溶剂、助剂和少层石墨烯的原料制备得到。
3.根据权利要求2所述的石墨烯电热材料，其特征在于，所述少层石墨烯的粒径为10～50μm，所述少层石墨烯的层数为2～30层。
4.根据权利要求2所述的石墨烯电热材料，其特征在于，所述柔性树脂、有机溶剂、助剂和少层石墨烯的质量为10～35∶20～70∶0.1～5∶0.1～10。
5.根据权利要求2或4所述石墨烯电热材料，其特征在于，所述柔性树脂包括高分子量柔性树脂和低分子量柔性树脂，所述高分子量柔性树脂的数均分子量为30000～40000，所述低分子量柔性树脂的数均分子量为10000～20000。
6.根据权利要求5所述的石墨烯电热材料，其特征在于，所述高分子量柔性树脂和低分子量柔性树脂的质量比为4∶1～1∶1。
7.根据权利要求1所述石墨烯电热材料，其特征在于，所述成膜基材和保护膜独立地为PI膜、PET膜、PVC膜、PP膜、PC膜、PS膜或PE膜。
8.根据权利要求1～7任意一项所述石墨烯电热材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在成膜基材表面涂覆石墨烯浆料，烘干后得到石墨烯加热膜；
(2)在所述步骤(1)得到的石墨烯加热膜表面涂覆导电电极浆料，固化成型得到导电电极对；
(3)在所述步骤(2)得到的导电电极对表面和导电电极对之间的石墨烯加热膜表面覆盖保护膜，得到石墨烯电热材料。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中固化成型的温度为100～200℃，固化成型的时间为30～60min。
10.权利要求1～7任意一项所述石墨烯电热材料或权利要求8～9任意一项所述制备方法得到的石墨烯电热材料在制备电子元件中的应用。
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