CN109413774B - 一种石墨烯电热膜、其制备方法及电热产品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种石墨烯电热膜、其制备方法及电热产品，属于电加热技术领域。石墨烯电热膜包括石墨烯薄膜和导电涂层，导电涂层不完全覆盖于石墨烯薄膜的表面；其中，导电涂层包括碳系导电填料。石墨烯电热膜的制备方法，通过含有碳系导电填料的碳系导电油墨在石墨烯薄膜的表面成膜；其中，碳系导电油墨不完全覆盖石墨烯薄膜。电热产品，包括上述石墨烯电热膜。此石墨烯薄膜的导电涂层由碳系导电油墨制成，得到的电极不会被氧化，碳系导电油墨与石墨烯薄膜的亲和性好，面接触的效果更好，使石墨烯薄膜与导电涂层形成的电极之间不产生缝隙，发热更加均匀、稳定。

Description

一种石墨烯电热膜、其制备方法及电热产品
技术领域
本发明涉及电加热技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯电热膜、其制备方法及电热产品。
背景技术
石墨烯是碳原子以蜂窝状六边形重复排列所形成的一种新型碳材料，具有良好的电学、力学、热学及光学特性。由于具备以上优异的性能，石墨烯薄膜作为透明导电材料广泛应用于触摸屏、显示器、加热膜等电子器件。在制造加热膜的时候，还需要在石墨烯薄膜两侧制作电极，该电极目前常用银浆或是铜浆涂布后制作。由于金属浆料主要是在有机分散介质中加入金属微粉制得的，因此，有机分散介质在干燥的过程中会释放有对人体和环境有害的气体；而且，银粉价格昂贵，铜粉容易老化。
专利CN201520716872.8提供了一种石墨烯复合电极，第一石墨烯膜表面设置第二石墨烯膜，且第一石墨烯膜是单层石墨烯，第二石墨烯膜是厚层石墨烯，其中单层石墨烯部分具有高的透光率，高达96％，且具有良好的导电性，方阻为300Ω/□左右，厚层石墨烯部分具有较高的导电性，方阻为10Ω/□左右，满足其作为电极的需要。但是该石墨烯复合电极的第一石墨烯膜和第二石墨烯膜都通过CVD方法制造而成，制备方法复杂。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种石墨烯电热膜，石墨烯薄膜与导电涂层之间的亲和性好，不产生缝隙，发热更加均匀、稳定。
本发明的第二目的在于提供一种石墨烯电热膜的制备方法，方法简单，操作方便。
本发明的第三目的在于提供一种电热产品，包括上述石墨烯电热膜，使石墨烯薄膜与导电涂层之间的亲和性好，不产生缝隙，发热更加均匀、稳定。
基于上述第一目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
一种石墨烯电热膜，包括石墨烯薄膜和导电涂层，导电涂层不完全覆盖于石墨烯薄膜的表面；其中，导电涂层包括碳系导电填料。
进一步地，本发明的另一实施例中，上述碳系导电填料包括石墨、炭黑、碳纳米管、碳纤维、碳晶、石墨烯和富勒烯的一种或多种。
进一步地，本发明的另一实施例中，上述石墨烯电热膜还包括第一保护层和第二保护层，石墨烯薄膜和导电涂层夹于第一保护层和第二保护层之间，导电涂层由碳系导电油墨制成，碳系导电油墨包括碳系导电填料和低温软化树脂。
进一步地，本发明的另一实施例中，上述低温软化树脂的软化温度为70－150℃。
进一步地，本发明的另一实施例中，上述低温软化树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、乙烯基树脂、纤维素类树脂和聚酰胺树脂中的一种或多种。
进一步地，本发明的另一实施例中，上述石墨烯薄膜的层数不大于四层。
基于上述第二目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
一种上述石墨烯电热膜的制备方法，通过含有碳系导电填料的碳系导电油墨在石墨烯薄膜的表面成膜；其中，碳系导电油墨不完全覆盖石墨烯薄膜。
进一步地，本发明的另一实施例中，上述成膜以后，在石墨烯薄膜的远离导电涂层的一面和导电涂层的远离石墨烯薄膜的一面复合第一保护层和第二保护层。
进一步地，本发明的另一实施例中，上述复合的压力为0.2－30MPa，复合的温度为70－150℃。
基于上述第三目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
一种电热产品，包括上述石墨烯电热膜。
与现有技术相比，本发明的较佳实施例提供的石墨烯电热膜的有益效果包括：
在石墨烯薄膜的表面不完全覆盖导电涂层，形成电极，由于碳系导电填料导电，且不会被氧化，其使用寿命长。由于导电填料中含有碳系材料，碳系材料为片状结构，和石墨烯薄膜之间是面与面的接触，接触效果好，且石墨烯薄膜也为碳系材料，与导电涂层的亲和性更好，从而使导电涂层与石墨烯薄膜之间不会形成缝隙，发热更加均匀、稳定。
本发明的实施例提供的石墨烯电热膜的制备方法的有益效果包括：在石墨烯薄膜的表面成膜含有碳系导电填料的导电涂层，形成电极，使导电涂层和石墨烯薄膜之间是面与面的接触，接触效果好，且石墨烯薄膜也为碳系材料，与导电涂层的亲和性更好，从而使导电涂层与石墨烯薄膜之间不会形成缝隙，发热更加均匀、稳定。
本发明的实施例提供的电热产品的有益效果包括：通过石墨烯电热膜制备电热产品，使电热产品的发热更加均匀、稳定，使用寿命更长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例提供的石墨烯电热膜的第一结构示意图；
图2为本发明实施例提供的石墨烯电热膜的第二结构示意图；
图3为本发明实施例提供的石墨烯电热膜的第三结构示意图；
图标：110－基材；120－石墨烯薄膜；130－导电涂层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
请参阅图1－图3，石墨烯电热膜包括第一保护层(图未示)、第二保护层(图未示)、石墨烯薄膜和导电涂层。使用导电涂层形成电极，通过导电涂层连接电源，从而对电热膜通电，使电热膜发热。
石墨烯薄膜和导电涂层夹于第一保护层和第二保护层之间，第一保护层和第二保护层可以是高分子薄膜和高分子板的一种或两种。本实施例未对第一保护层110和第二保护层120的结构进行改进，在此不做过多赘述。
使用CVD法在金属箔基材的表面生长得到石墨烯薄膜，将石墨烯薄膜从金属箔的表面转移至第一保护层的表面，再进行导电涂层的成膜。
可选地，石墨烯薄膜的层数不大于四层，可选地，石墨烯薄膜的层数为两层，进一步地，石墨烯薄膜的层数为单层，单层石墨烯薄膜具有较高的透光率，高达96％，且具有良好的导电性，方阻为300Ω/□左右，其作石墨烯电热膜的发热层的时候，发热效果更好。
导电涂层不完全覆盖于石墨烯薄膜的表面；其中，导电涂层由碳系导电油墨制成，碳系导电油墨包括碳系导电填料和树脂粘结剂。在石墨烯薄膜的表面不完全覆盖由碳系导电油墨制成的导电涂层，由于导电涂层不完全覆盖石墨烯薄膜的表面，且导电涂层中含有碳系导电填料，具有良好的导电性，能够作为电极结构来连通外部电源。
由于碳系导电油墨的碳系导电填料导电，且不会被氧化，其使用寿命长。树脂粘结剂使导电涂层附着在石墨烯薄膜的表面，由于导电填料中含有碳系材料，碳系材料为片状结构，和石墨烯薄膜之间是面与面的接触，接触效果好，且石墨烯薄膜也为碳系材料，与导电涂层的亲和性更好，从而使导电涂层与石墨烯薄膜之间不会形成缝隙，发热更加均匀、稳定。
碳系导电填料包括石墨、炭黑、碳纳米管、碳纤维、碳晶、石墨烯和富勒烯的一种或多种。可选地，碳系导电填料为石墨烯材料，石墨烯材料所具有的二维构造可以和石墨烯薄膜紧密贴合，具有很好的亲和性和更低的接触电阻，发热更加稳定。
使用树脂粘结剂，进一步提高导电涂层与石墨烯薄膜的粘接性能，避免导电涂层与石墨烯薄膜之间发生剥离、断裂。其中，树脂粘结剂为低温软化树脂，低温软化树脂的软化温度为70－150℃。
由于石墨烯薄膜的厚度达到纳米级，很薄，在导电涂层成膜的过程中容易破裂，低温软化树脂具有一定的流动性，在第一保护层和第二保护层复合在石墨烯薄膜和导电涂层的两表面的时候，导电涂层发生微流动效应，使石墨烯薄膜受到的压力的分布更加均匀，连续，减少由于复合第一保护层和第二保护层时产生的缺陷。
可选地，低温软化树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、乙烯基树脂、纤维素类树脂和聚酰胺树脂中的一种或多种。进一步地，低温软化树脂的软化温度为70－120℃，进一步地，低温软化树脂的软化温度为80－100℃，以便形成内部无缝隙的石墨烯电热膜。
可选地，树脂粘结剂可以是树脂的熔融体、溶液、乳液和分散液中的一种或多种的组合，以便形成导电涂层。
导电涂层可以是任何形状或分布(如图1－图3)，可选地，导电涂层可以是交叉指状(如图2)，导电涂层也可以是平行长条状(如图1)，石墨烯薄膜的两端分别形成一条长条形的导电涂层，形成电极，用于连接外部电源，给石墨烯电热膜供电。
石墨烯电热膜的制备方法是通过碳系导电油墨在石墨烯薄膜的表面成膜；其中，碳系导电油墨不完全覆盖石墨烯薄膜。
在石墨烯薄膜的表面涂覆导电涂层，形成电极，导电涂层不完全覆盖石墨烯薄膜。其中，成膜可以通过印刷、涂布、喷涂的一种或几种来进行，在石墨烯薄膜的表面印刷、涂布、喷涂碳系导电油墨得到导电涂层。
在石墨烯薄膜和导电涂层的表面复合第一保护层和第二保护层，复合的过程中，低温软化树脂软化，使导电涂层与保护层之间不会形成缝隙，且石墨烯薄膜受到连续、均匀的压力，避免石墨烯薄膜破裂，减少复合时产生的缺陷，得到的石墨烯电热膜发热更加稳定。
可选地，复合的压力为0.2－30MPa，进一步地，复合的压力为0.2－20MPa，复合的压力为0.5－10MPa，复合的压力为0.5－5MPa，能够在复合压力的作用下使软化的树脂流动，从而填满石墨烯薄膜与第一保护层和第二保护层之间的间隙，从而形成无缝隙的石墨烯电热膜。
复合可以是冷压复合或热压复合，可选地，复合为热压复合，热压复合的温度为70－150℃，进一步地，热压复合的温度为70－120℃，进一步地，热压复合的温度为100－120℃，可选地，热压复合的温度与低温软化树脂的软化温度一致，且小于第一保护层和第二保护层(例如：PET薄膜)的软化温度，在热压复合的过程中，能够使软化的发热层填满石墨烯薄膜与第一保护层和第二保护层之间的间隙，从而形成无缝隙的石墨烯发热膜，且能够避免第一保护层和第二保护层的结构遭到破坏，从而使石墨烯发热膜的发热更加稳定，且能够延长发热膜的使用寿命。
一种电热产品，包括上述石墨烯电热膜，可以使用石墨烯电热膜制备电热产品，使电热产品的发热更加稳定，使用寿命更长。
实施例1
使用石墨烯材料和软化温度为70－100℃(例如：70℃、80℃或100℃)的环氧树脂的碳系导电油墨为原料，其中，环氧树脂占不挥发组分的质量百分数为20％。
使用CVD法在金属箔基材的表面生长形成石墨烯薄膜，将石墨烯薄膜转移至PET薄膜的表面，使用柱形涂布辊在石墨烯薄膜的表面涂布碳系导电油墨形成导电涂层，在上层覆第一保护层，热压复合后，完成石墨烯电热膜产品的制作。其中，热压复合的温度为75℃，压力为0.2Mpa。
经观察，导电涂层与石墨烯薄膜之间无缝隙，第一保护层和第二保护层与石墨烯薄膜之间无缝隙，发热稳定。
实施例2
使用石墨烯材料和软化温度为100－150℃(例如：100℃、120℃或150℃)的丙烯酸树脂的碳系导电油墨为原料，其中，丙烯酸树脂占不挥发组分的质量百分数为40％。
使用CVD法在金属箔基材的表面生长形成石墨烯薄膜，将石墨烯薄膜转移至PET薄膜的表面，使用柱形涂布辊在石墨烯薄膜的表面涂布碳系导电油墨形成导电涂层，在上层覆第一保护层，热压复合后，完成石墨烯电热膜产品的制作。其中，热压复合的温度为100℃，压力为0.5Mpa。
经观察，导电涂层与石墨烯薄膜之间无缝隙，第一保护层和第二保护层与石墨烯薄膜之间无缝隙，发热稳定。
实施例3
使用石墨烯材料和普通树脂粘结剂的碳系导电油墨为原料，其中，树脂粘结剂占不挥发组分的质量百分数为40％。
使用CVD法在金属箔基材的表面生长形成石墨烯薄膜，将石墨烯薄膜转移至PET薄膜的表面，使用柱形涂布辊在石墨烯薄膜的表面涂布碳系导电油墨形成导电涂层，在上层覆第一保护层，热压复合后，完成石墨烯电热膜产品的制作。其中，热压复合的温度为100℃，压力为0.5Mpa。
经观察，导电涂层与石墨烯薄膜之间无缝隙，发热较稳定。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种石墨烯电热膜，其特征在于，包括石墨烯薄膜和导电涂层，所述导电涂层不完全覆盖于所述石墨烯薄膜的表面，所述导电涂层作为电极；其中，所述导电涂层包括碳系导电填料，所述碳系导电填料为石墨烯；所述石墨烯电热膜还包括第一保护层和第二保护层，所述石墨烯薄膜和所述导电涂层夹于所述第一保护层和所述第二保护层之间，所述导电涂层由碳系导电油墨制成，所述碳系导电油墨包括碳系导电填料和低温软化树脂；所述低温软化树脂的软化温度为70-150℃；在热压复合所述第一保护层和所述第二保护层时，所述低温软化树脂在所述热压复合的作用下能够流动。
2.根据权利要求1所述的石墨烯电热膜，其特征在于，所述低温软化树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、乙烯基树脂、纤维素类树脂和聚酰胺树脂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的石墨烯电热膜，其特征在于，所述石墨烯薄膜的层数不大于四层。
4.一种权利要求1-3任一项所述的石墨烯电热膜的制备方法，其特征在于，通过含有所述碳系导电填料的碳系导电油墨在所述石墨烯薄膜的表面成膜；其中，所述碳系导电油墨不完全覆盖所述石墨烯薄膜。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述成膜以后，在所述石墨烯薄膜的远离所述导电涂层的一面和所述导电涂层的远离所述石墨烯薄膜的一面复合第一保护层和第二保护层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述复合的压力为0.2-30MPa，复合的温度为70-150℃。
7.一种电热产品，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的石墨烯电热膜。
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