CN109036713A - 一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，包括石墨烯膜本体，所述石墨烯膜本体包括基膜、位于基膜一侧的粘胶层，位于粘胶层一侧的石墨烯层、位于石墨烯层一侧的封胶层。本发明工艺简单，制作的石墨烯膜导电效果好，得到的复合石墨烯膜具有较好的耐热性和抗老化性。

Description

一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺

技术领域

本发明涉及导电膜领域，尤其涉及一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺。

背景技术

导电膜，是具有导电功能的薄膜，作为用于在基材上形成导电电路的材料，已知含有银粉、铜粉等导电填料的导电涂料(有时称为导电糊剂、导电油墨等)，广泛地供于实用。一般用印刷等方法将导电涂料涂 布于基材上之后，通过烧结而制成导电膜。

石墨烯是由单层碳原子构成的具有蜂窝状结构的一种新型二维碳材料。石墨烯具有优异的导电性，电导率是铜的1.6倍；石墨烯对近红外、可见光及紫外光 均具有优异的透过性，单层石墨烯的透光性达97.7％；石墨烯的强度可达130GPa， 是钢的100多倍，并具有优异的柔韧性、热稳定性和化学稳定性。因此，石墨烯作为透明导电膜可以充分发挥其结构与性能优势。

本发明参考专利号CN201410709308.3 公开了一种稳定掺杂的大面积石墨烯透明导电膜规模化制备方法，具体为一种稳定掺杂的大面积石墨烯透明导电膜规模化制备方法。该方法通过夹层结构提高石墨烯透明导电膜的掺杂效果和稳定性，掺杂剂与石墨烯的本征表面直接接触并位于石墨烯与透明基体之间。首先在初始基体上的石墨烯表面或透明基体表面形成掺杂剂，然后将石墨烯、掺杂剂和透明基体进行结合，最后将石墨烯与初始基体分离，从而制备出稳定掺杂的大面积石墨烯透明导电膜。石墨烯作为掺杂剂的外层保护膜，提高掺杂的稳定性；石墨烯的本征表面与掺杂剂直接接触，避免杂质对两者之间界面的污染，改善掺杂剂的掺杂效果，从而提高薄膜的导电性。将石墨烯的转移和掺杂过程合二为一，易于实现规模化制备。

专利号CN201710078907.3公开了一种电镀金属增强透明导电膜及其制备方法，该发明包括以下步骤：先在基材的表面制备一层透明导电层，然后采用电镀方法在透明导电层上沉积金属层，并进行后处理得到电镀金属增强透明导电膜；其中，所述金属层的金属与透明导电层的材料的质量配比为0.001~500：1，所述基材的表面为平面、曲面或不规则表面。采用该发明的技术方案，利用电镀技术，可消除接触电阻，实现欧姆接触，显著增强透明导电膜的透光性和导电性能，而且膜的耐温性能十分突出，还具有很好的附着力，工艺方法简单、成本低廉、重复性好且高效，具有良好的工业应用前景。

专利号CN201610907841.X 公开了一种透明导电膜的制作方法、透明导电膜和触控屏，制作方法包括：利用模具在透明绝缘衬底的一面上压印形成连续的凹槽；在透明绝缘衬底的一面上涂覆胶状物，利用模具对远离透明绝缘衬底的一面进行压印，使其固化后形成凹槽；向凹槽中填充导电材料，形成导电层。

专利号 CN201180037671.X 公开了一种透明导电膜的制备方法及由其制备的透明导电膜，该发明的步骤：a)在基材上涂布用于透明导电膜的涂布液，从而形成涂布膜，所述用于透明导电膜的涂布液包含非极性溶剂、极性溶剂、传导性金属油墨及表面活性剂；及b)干燥及烧制所述涂布膜，从而在所述基材上形成传导性图案，所述传导性图案具有孔(hole)状的透射部及由所述传导性金属油墨形成的图案部。

上述发明虽然导电性能增强，但是均存在一个缺陷，电镀的金属层或涂覆的胶状物容易脱落，附着力不好。

专利号 CN201210499082.X 公开了一种碳材导电膜的转印方法，将碳材导电膜浸入溶剂中，以分离碳材导电膜与无机氧化层；以及将第二基材与分离的碳材导电膜贴合，使碳材导电膜转印至第二基材上。

专利号CN201280016400.0 公开了一种具备以石墨烯为主成分的透明导电膜的转印片及其制造方法、透明导电物，该发明的解决手段在于，提供一种具备基片、金属薄膜层和透明导电膜层的转印片，其中，所述基片具备脱模性和平滑性，所述金属薄膜层以反映出所述基片的平滑性的方式局部或整面地形成在所述基片上，所述透明导电膜层形成在所述金属薄膜层上形成并以石墨烯作为主成分。

专利号 CN201380043932.8 各向异性导电膜的制造方法和各向异性导电膜。

上述专利均是通过转印的方法制备而成石墨烯膜，制备方法复杂，工序复杂，制作成本高。

基于上述原因，有必要设计一种工艺方法简单、成本低廉、附着力好、导电性能优异的导电膜。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，工艺简单，制作的石墨烯膜导电效果好，得到的复合石墨烯膜具有较好的耐热性和抗老化性。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，包括石墨烯膜本体，所述石墨烯膜本体包括基膜、位于基膜一侧的粘胶层，位于粘胶层一侧的石墨烯层、位于石墨烯层一侧的封胶层，其制备成石墨烯膜的工艺包括如下步骤：

1)基膜2进入第一光滑碾压辊，第一光滑碾压辊牵引带动基膜并进行辊压；

2)基膜被张紧，所述基膜与第一抹平刮接触；

3)喷胶机或点胶机向基膜的上表面喷涂第一胶，喷胶机或点胶机控制喷胶的速度为100-1000 l/min，喷涂的胶量设置在4-5g/m 2，第一抹平刮将第一胶的厚度抹平为0.01-0.1um；

4)第二光滑碾压辊碾压涂胶后的基膜，将整体厚度碾压至0.1-1um；

5)进入第一转印流程，转印压辊组滚动；转印压辊组上设置的加胶仓向转印辊表面加第二胶，辊胶辊将第二胶抹平并辊压成胶厚0.01-0.1um，所述第二胶沿着转印辊转动至石墨烯仓的位置，所述第二胶沾取并剥离石墨烯层，所述转印辊带动石墨烯层继续转动，与敷有第一胶的基膜接触，转印辊与配合转印压辊结合处进行辊压，所述第一胶的粘度大于第二胶的粘度15%以上，喷涂的第二胶涂布量为4.3-4.5g/m 2；

6)转印辊与配合转印压辊辊压后，步骤5中的石墨烯层被转印到第一胶上，紧紧吸附；

7) 转印辊继续旋转，吸附在转印辊上的第二胶旋转至胶刮位置，第二胶被胶刮从转印辊上刮入至胶回收仓；

8)进入下一转印流程，重复步骤5至步骤7；

9)涂封胶层，抹平；第二喷胶机或点胶机喷涂丙烯类树脂、氨基甲酸醋树脂、环氧树脂、硅胶树脂的一种或多种液态或固液态混合物；第二抹平刮将喷涂的上述液态或固液态混合物横向、纵向抹平整，其封胶层厚度控制在0.01-0.1um；

10)烘干；紫外激光发射器对喷涂后的封胶层进行激光固化；

11)辊压；第三光滑碾压辊辊压所述喷涂封胶后基膜，其辊压的压力设置为0.2～0.8MPa

12)步骤9至步骤11重复两次或两次以上；

13)完成加工后，由卷膜轴卷起。

作为优选，所述第一光滑碾压辊、第二光滑碾压辊、第三光滑碾压辊辊压的压力设置为0.2～0.8MPa，碾压后的粗糙度设置Ra≥0.1～1。

作为优选，所述步骤5之前，还设置有粗糙碾压辊，所述粗糙碾压辊辊压的压力设置为0.2～0.8MPa，其辊压后的粗糙度设置Ra≥0.1～1。

作为优选，所述步骤13之前还设置有热压辊和冷压辊，所述热压辊的加热温度为50～ 100℃，辊压压力0.2～0.8MPa；所述冷压辊的温度设置为5-18℃，辊压压力0.2～0.8MPa，辊压完毕，静置4-24小时。

作为优选，所述第一胶和第二胶为单组分的光敏热固胶，所述单组分光敏热固胶包括环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂和丙烯酸树脂中的一种或多种。

作为优选，所述基膜通过膜处理装置制作成石墨烯膜，所述膜处理装置包括依次排列的第一光滑碾压辊、第一抹平刮、第一喷胶机或点胶机、第二光滑碾压辊、转印压辊组、第二喷胶机或点胶机、第二抹平刮、紫外激光发射器、第三光滑碾压辊、热压辊、冷压辊、卷膜轴。

作为优选，所述转印辊和配合转印压辊的压力设置为0.2～0.8MPa，所述转印辊与辊胶辊的压力控制在0.1～0.5MPa。

作为优选，所述单组分光敏热固胶可以替换为双组份导电银胶，所述双组份导电银胶为市售的德国Soltabond公司生产的型号为SB-1227的导电银胶，该双组份导电银胶的两种组分为A组分和B组分，A组分和B组分分别设置在前述的第一喷胶机或点胶机或第二喷胶机或点胶机内，A组分为粘度较大的粘稠态固体，B组分为粘度较小液态固化剂，其质量百分比为A组分:B组分=100:11。

作为优选，所述石墨烯膜本体1的厚度设置在0.1-2um。

作为优选，所述第一光滑碾压辊、第二光滑碾压辊、转印压辊组、第三光滑碾压辊、热压辊、冷压辊运行的线速度为3～15 米/分钟。

作为优选，所述转印流程进行N次或N次以上，N≥2。

本发明的有益效果是：

1.保证涂覆涂层的均匀；

2. 节约成本；

3. 该生产工艺摈弃了传统的使用双组分胶粘剂进行胶粘的方式，固化时间短、剥离强度高，工艺周期得以大幅度缩短、工艺过程更加绿色环保。得到的复合石墨烯膜具有较好的耐热性和抗老化性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明涉及的结构示意图；

图2为本发明涉及的石墨烯膜本体的结构示意图；

图中标号说明：石墨烯膜本体1，基膜2，粘胶层3，石墨烯层4，封胶层5，膜处理装置6，第一光滑碾压辊601，第一抹平刮602，第一喷胶机或点胶机603，第二光滑碾压辊604，第二喷胶机或点胶机605，第二抹平刮601，紫外激光发射器611，第三光滑碾压辊607，粗糙碾压辊608，热压辊609，冷压辊610，转印压辊组8，加胶仓801，转印辊802，辊胶辊803，石墨烯仓804，胶刮805，胶回收仓806，配合转印压辊807。卷膜轴7。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

参照图1至图2所示，一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，包括石墨烯膜本体1，所述石墨烯膜本体1包括基膜2、位于基膜2一侧的粘胶层3，位于粘胶层3一侧的石墨烯层4、位于石墨烯层4一侧的封胶层5，其制备成石墨烯膜的工艺包括如下步骤：

1)基膜2进入第一光滑碾压辊601，第一光滑碾压辊601牵引带动基膜2并进行辊压；

2) 基膜2被张紧，所述基膜2与第一抹平刮602接触；

3)第一喷胶机或点胶机603向基膜2的上表面喷涂第一胶，第一喷胶机或点胶机603控制喷胶的速度为100-1000 l/min，喷涂的胶量设置在4-5g/m 2，第一抹平刮602将第一胶的厚度抹平为0.01-0.1um；

4)第二光滑碾压辊604碾压涂胶后的基膜2，将整体厚度碾压至0.1-1um；

5) 进入第一转印流程，转印压辊组8滚动；转印压辊组8上设置的加胶仓801向转印辊802表面加第二胶，辊胶辊803将第二胶抹平并辊压成胶厚0.01-0.1um，所述第二胶沿着转印辊802转动至石墨烯仓804的位置，所述第二胶沾取并剥离石墨烯层，所述转印辊802带动石墨烯层继续转动，与敷有第一胶的基膜2接触，转印辊802与配合转印压辊807结合处进行辊压，所述第一胶的粘度大于第二胶的粘度15%以上，喷涂的第二胶涂布量为4.3-4.5g/m2；

6)转印辊802与配合转印压辊807辊压后，步骤5中的石墨烯层被转印到第一胶上，紧紧吸附；

7)转印辊802继续旋转，吸附在转印辊802上的第二胶旋转至胶刮805位置，第二胶被胶刮805从转印辊802上刮入至胶回收仓806；

8)进入下一转印流程，重复步骤5至步骤7；

9)涂封胶层，抹平；第二喷胶机或点胶机605喷涂丙烯类树脂、氨基甲酸醋树脂、环氧树脂、硅胶树脂的一种或多种液态或固液态混合物；第二抹平刮606将喷涂的上述液态或固液态混合物横向、纵向抹平整，其封胶层厚度控制在0.01-0.1um；

10)烘干；紫外激光发射器611对喷涂后的封胶层进行激光固化；

11)辊压；第三光滑碾压辊607辊压所述喷涂封胶后基膜2，其辊压的压力设置为0.2～0.8MPa

12)步骤9至步骤11重复两次或两次以上；

13)完成加工后，由卷膜轴7卷起。

作为优选，所述第一光滑碾压辊601、第二光滑碾压辊604、第三光滑碾压辊607辊压的压力设置为0.2～0.8MPa，碾压后的粗糙度设置Ra≥0.1～1。

作为优选，所述步骤5之前，还设置有粗糙碾压辊608，所述粗糙碾压辊608辊压的压力设置为0.2～0.8MPa，其辊压后的粗糙度设置Ra≥0.1～1。

作为优选，所述步骤13之前还设置有热压辊609和冷压辊610，所述热压辊609的加热温度为50～ 100℃，辊压压力0.2～0.8MPa；所述冷压辊610的温度设置为5-18℃，辊压压力0.2～0.8MPa，辊压完毕，静置4-24小时。

作为优选，所述第一胶和第二胶为单组分的光敏热固胶，所述单组分光敏热固胶包括环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂和丙烯酸树脂中的一种或多种。

作为优选，所述基膜2通过膜处理装置6制作成石墨烯膜，所述膜处理装置6包括依次排列的第一光滑碾压辊601、第一抹平刮602、第一喷胶机或点胶机603、第二光滑碾压辊604、转印压辊组8、第二喷胶机或点胶机605、第二抹平刮606、紫外激光发射器611、第三光滑碾压辊607、热压辊609、冷压辊610。

作为优选，所述转印辊802和配合转印压辊807的压力设置为0.2～0.8MPa，所述转印辊802与辊胶辊803的压力控制在0.1～0.5MPa。

作为优选，所述单组分光敏热固胶可以替换为双组份导电银胶，所述双组份导电银胶为市售的德国Soltabond公司生产的型号为SB-1227的导电银胶，该双组份导电银胶的两种组分为A组分和B组分，A组分和B组分分别设置在前述的第一喷胶机或点胶机603或第二喷胶机或点胶机605内，A组分为粘度较大的粘稠态固体，B组分为粘度较小液态固化剂，其质量百分比为A组分:B组分=100:11。

作为优选，所述石墨烯膜本体1的厚度设置在0.1-2um。

具体实施例：

在实际使用中，如附图1所示，基膜2进入第一光滑碾压辊601，第一光滑碾压辊601牵引带动基膜2并进行辊压，基膜2被张紧，所述基膜2与第一抹平刮602接触，第一喷胶机或点胶机603向基膜2的上表面喷涂第一胶，第二光滑碾压辊604碾压涂胶后的基膜2，将整体厚度碾压至0.1-1um，进入第一转印流程，转印压辊组8滚动，转印压辊组8上设置的加胶仓801向转印辊802表面加第二胶，辊胶辊803将第二胶抹平并辊压成胶厚0.01-0.1um，所述第二胶沿着转印辊802转动至石墨烯仓804的位置，所述第二胶沾取并剥离石墨烯层，所述转印辊802带动石墨烯层继续转动，与敷有第一胶的基膜2接触，转印辊802与配合转印压辊807结合处进行辊压，所述第一胶的粘度大于第二胶的粘度15%以上，转印辊802与配合转印压辊807辊压后，转印辊802中的石墨烯层被转印到基膜2的第一胶上，紧紧吸附，转印辊802继续旋转，吸附在转印辊802上的第二胶旋转至胶刮805位置，第二胶被胶刮805从转印辊802上刮入至胶回收仓806；进入下一转印流程，重复转印，一次转印有缺失，两次以上的转印补偿转印的缺失，第二喷胶机或点胶机605喷涂丙烯类树脂、氨基甲酸醋树脂、环氧树脂、硅胶树脂的一种或多种液态或固液态混合物，第二抹平刮606将喷涂的上述液态或固液态混合物横向、纵向抹平整，其封胶层厚度控制在0.01-0.1um，紫外激光发射器611对喷涂后的封胶层进行激光固化并烘干，第三光滑碾压辊607辊压所述喷涂封胶后的基膜2，重复涂封胶层，抹平并烘干，最后由卷膜轴7卷起，完成加工。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，其特征在于：包括石墨烯膜本体（1），所述石墨烯膜本体（1）包括基膜（2）、位于基膜（2）一侧的粘胶层（3），位于粘胶层（3）一侧的石墨烯层（4）、位于石墨烯层（4）一侧的封胶层（5），其制备成石墨烯膜的工艺包括如下步骤：

基膜（2）进入第一光滑碾压辊（601），第一光滑碾压辊（601）牵引带动基膜（2）并进行辊压；

基膜（2）被张紧，所述基膜（2）与第一抹平刮（602）接触；

第一喷胶机或点胶机（603）向基膜（2）的上表面喷涂第一胶，第一喷胶机或点胶机（603）控制喷胶的速度为100-1000 l/min，喷涂的胶量设置在4-5g/m 2，第一抹平刮（602）将第一胶的厚度抹平为0.01-0.1um；

第二光滑碾压辊（604）碾压涂胶后的基膜（2），将整体厚度碾压至0.1-1um；

进入第一转印流程，转印压辊组（8）滚动；转印压辊组（8）上设置的加胶仓（801）向转印辊（802）表面加第二胶，辊胶辊（803）将第二胶抹平并辊压成胶厚0.01-0.1um，所述第二胶沿着转印辊（802）转动至石墨烯仓（804）的位置，所述第二胶沾取并剥离石墨烯层，所述转印辊（802）带动石墨烯层继续转动，与敷有第一胶的基膜（2）接触，转印辊（802）与配合转印压辊（807）结合处进行辊压，所述第一胶的粘度大于第二胶的粘度15%以上，喷涂的第二胶涂布量为4.3-4.5g/m 2；

转印辊（802）与配合转印压辊（807）辊压后，步骤5中的石墨烯层被转印到第一胶上，紧紧吸附；

转印辊（802）继续旋转，吸附在转印辊（802）上的第二胶旋转至胶刮（805）位置，第二胶被胶刮（805）从转印辊（802）上刮入至胶回收仓（806）；

进入下一转印流程，重复步骤5至步骤7；

涂封胶层，抹平；第二喷胶机或点胶机（605）喷涂丙烯类树脂、氨基甲酸醋树脂、环氧树脂、硅胶树脂的一种或多种液态或固液态混合物；第二抹平刮（606）将喷涂的上述液态或固液态混合物横向、纵向抹平整，其封胶层厚度控制在0.01-0.1um；

烘干；紫外激光发射器（611）对喷涂后的封胶层进行激光固化；

辊压；第三光滑碾压辊（607）辊压所述喷涂封胶后基膜（2），其辊压的压力设置为0.2～0.8MPa

步骤9至步骤11重复两次或两次以上；

完成加工后，由卷膜轴（7）卷起。

2.根据权利要求1所述的一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，其特征在于：所述第一光滑碾压辊（601）、第二光滑碾压辊（604）、第三光滑碾压辊（607）辊压的压力设置为0.2～0.8MPa，碾压后的粗糙度设置Ra≥0.1～1。

3.根据权利要求1所述的一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，其特征在于：所述步骤5之前，还设置有粗糙碾压辊（608），所述粗糙碾压辊（608）辊压的压力设置为0.2～0.8MPa，其辊压后的粗糙度设置Ra≥0.1～1。

4.根据权利要求1所述的一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，其特征在于：所述步骤13）之前还设置有热压辊（609）和冷压辊（610），所述热压辊（609）的加热温度为50～ 100℃，辊压压力0.2～0.8MPa；所述冷压辊（610）的温度设置为5-18℃，辊压压力0.2～0.8MPa，辊压完毕，静置4-24小时。

5.根据权利要求1所述的一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，其特征在于：所述第一胶和第二胶为单组分的光敏热固胶，所述单组分光敏热固胶包括环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂和丙烯酸树脂中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，其特征在于：所述基膜（2）通过膜处理装置（6）制作成石墨烯膜，所述膜处理装置（6）包括依次排列的第一光滑碾压辊（601）、第一抹平刮（602）、第一喷胶机或点胶机（603）、第二光滑碾压辊（604）、转印压辊组（8）、第二喷胶机或点胶机（605）、第二抹平刮（606）、紫外激光发射器（611）、第三光滑碾压辊（607）、热压辊（609）、冷压辊（610）、卷膜轴（7）。

7.根据权利要求1所述的一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，其特征在于：所述转印辊（802）和配合转印压辊（807）的压力设置为0.2～0.8MPa，所述转印辊（802）与辊胶辊（803）的压力控制在0.1～0.5MPa。

8.根据权利要求2所述的一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，其特征在于：所述单组分光敏热固胶可以替换为双组份导电银胶，所述双组份导电银胶为市售的德国Soltabond公司生产的型号为SB-1227的导电银胶，该双组份导电银胶的两种组分为A组分和B组分，A组分和B组分分别设置在前述的第一喷胶机或点胶机（603）或第二喷胶机或点胶机（605）内，A组分为粘度较大的粘稠态固体，B组分为粘度较小液态固化剂，其质量百分比为A组分:B组分=100:11。

9.根据权利要求1所述的一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，其特征在于：所述石墨烯膜本体（1）的厚度设置在0.1-2um。

10.根据权利要求1所述的一种单面转印式石墨烯膜结构及其工艺，其特征在于：所述第一光滑碾压辊（601）、第二光滑碾压辊（604）、转印压辊组（8）、第三光滑碾压辊（607）、热压辊（609）、冷压辊（610）运行的线速度为3～15 米/分钟。