CN111140901B - 石墨烯远红外负离子暖芯电热地板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，包括进地板单元以及连接件；地板单元由下至上包括隔热板、石墨烯导热组件和面板；石墨烯导热组件内设有发热膜，面板包括表面热导层和粘接于表面热导层上表面的装饰层；地板单元的表面热导层下方位置的两侧边为由上至下向内倾斜的斜边，面板的表面热导层位置内凹形成凹接口，石墨烯导热组件的侧边设有插口，插口内通过导线连接发热膜；连接件为具有倒梯形横截面的条状构造，其两侧边设有的倒梯形斜面与斜边相配合，倒梯形斜面上部设有接头，梯形斜面下部设有插块。该地板散热效果好，铺设拼接操作简单且安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及电热材料制作发热板领域，具体涉及一种石墨烯远红外负离子暖芯电热地板。
背景技术
传统的供暖系统有散热器、空调、以暖气片为代表的的点式供暖系统、以发热电缆为代表的线式供暖系统，传统的供暖方式具有耗能大、占用空间大、热能利用率低等缺点。
目前，发热芯片供暖作为新型供暖方式发展起来，发热芯片是由可导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在绝缘聚酯薄膜间制成。工作时以电热膜为发热体，将热量以辐射的形式送入空间，其综合效果优于传统的对流供暖方式。石墨烯具有非常好的热传导性能，导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料，目前已有采用石墨烯制备的发热地板或墙板。但是，目前利用石墨烯发热芯片的地板和墙板所面临的问题是散热效果不理想，无法使所加热的空间快速升温，功能性差。此外，现有石墨烯发热地板铺设时通过侧边的接头相互连接通电，拼接时接线处容易脱落，并且侧边处恰好为衔接缝隙，极易渗入水或其他液体，导致接头进水，影响发热地板的正常发热，石墨烯发热层容易受潮，进一步造成导热效率的下降。
发明内容
本发明的目的在于提出一种石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，散热效果好，铺设拼接操作简单且安全性高。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，包括进行前后衔接铺设的地板单元以及安装于相邻的所述地板单元之间的连接件；所述地板单元由下至上包括隔热板、石墨烯导热组件和面板；所述石墨烯导热组件内设有发热膜，且其上方形成热传导面；所述面板包括表面热导层和粘接于所述表面热导层上表面的装饰层；
所述地板单元的表面热导层下方位置的两侧边为由上至下向外倾斜的斜边，所述面板的表面热导层位置内凹形成凹接口，所述石墨烯导热组件的侧边设有插口，所述插口内通过导线连接所述发热膜；
所述连接件为具有倒梯形横截面的条状构造，其两侧边设有的倒梯形斜面与所述斜边相配合，所述倒梯形斜面上部设有与所述凹接口相配合的接头，所述倒梯形斜面下部设有与所述插口相配合的插块，两侧所述插块为相连接的铜材料制成。
进一步的，所述表面导热为由以下重量份数的组分经高周波技术压密而成：木材基料30-80份、导热填料20-40份、石墨烯纤维5-30份和纳米远红外负离子粉5-20份；所述导热填料为氮化硼、碳化硅、硼酸镁、氧化铝、碳酸钙、硫酸钙、石墨、可膨石墨、膨胀石墨、碳纤维或碳纳米管中的一种或一种以上。
进一步的，所述木材基料为木质纤维、木刨花颗粒的混合物；所述木质纤维长度为0.5-2mm，所述木刨花颗粒粒径为0.5-3mm；所述纳米级负离子粉粒径小于100nm。
更进一步对，所述石墨烯纤维由下述方法制备而成：将固含量为10-15mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，并在干燥温度为70-75℃下进行干燥，干燥时间为12h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维剪切成氧化石墨烯短纤维；其中，所述石墨烯纤维的最大径向直径为10-50μm，长度为100-800nm。
进一步的，所述石墨烯导热组件包括边框体以及设于所述边框体底部的底板，所述边框体和底板形成浅槽，所述插口设于边框体上；所述浅槽内设置所述发热膜，所述浅槽的上方设有传热层；
所述发热膜由上至下包括上绝缘层、导电发热层、导通层、反射层和下绝缘层；所述导电发热层包括设于所述导通层上的发热元件和设于所述发热元件上方的散热件；所述发热元件由碳纤维网架和填充于所述碳纤维网架的石墨烯复合涂料构成，所述散热件为均匀铺设于所述发热元件表面的石墨烯复合齿条。
进一步的，所述石墨烯复合涂料由下述重量份数的原料制成：石墨烯粉末30-50份、乙醇水溶液40-85份、双酚A型环氧树脂10-30份、羟烷基酰胺3-8份；
所述石墨烯复合涂料的制备方法为：称取所述重量份的石墨烯粉末经过乙醇水溶液浸泡1-5小时后，加入羟烷基酰胺充分混合，再加入5倍重量的蒸馏水，50-60kHz功率超声处理10min，混合均匀得到混悬液，减压浓缩至混悬液的体积缩小至原始体积的30-55％；再加入双酚A型环氧树脂至混悬液中，40-50kHz功率超声处理15min；混合均匀，即得石墨烯复合涂料。
再进一步的，所述石墨烯复合齿条由重量配比为1:1-2.5的纳米尺寸石墨烯碎片与溶剂混合制成的溶液点涂而成；所述溶剂包括重量份数为10-20份的二甲基甲酰胺溶剂和0.5-2份的氨基乙基哌嗪混合而成；所述石墨烯复合齿条的直径为10-45μm，厚度为100-400μm。
进一步的，所述导通层设于所述发热元件的下表面，所述导通层侧端通过电线与所述插口相连接；所述导通层的厚度为0.5-2mm；
所述导通层包含下述重量分数的组分：导电银浆30-40份、碳化硅粉25-35份γ―氨丙基三乙氧基硅烷12-25份和氨基乙基哌嗪；所述导通层105的制备方法：将碳化硅粉、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、氨基乙基哌嗪放入搅拌装置进行混合，混合后放置研磨机中研磨，直至原料细度大小为1-10μm；将导电银浆加入研磨好的物料中，进一步研磨混合至原料细度大小为20μm以下，即得所述导通层溶液。
进一步的，所述上绝缘层和下绝缘层采用有机聚合物材料制成；所述反射层为纳米银粒子纤维膜，所述纳米银粒子纤维膜采用纤维状纳米银、三甲氧基丙基硅烷、磷化氢以及醇盐化合物经过水解、缩聚反应后得到；
所述传热层为合金蜂窝板以及填充于所述合金蜂窝板蜂窝腔内的高导热填充剂构成，所述高导热填充剂为氮化硼、碳化硅、硼酸镁、氧化铝、碳酸钙、硫酸钙、石墨、可膨石墨、膨胀石墨、碳纤维或碳纳米管中的一种或一种以上；所述传热层厚度为2-10mm。
更进一步的，所述连接件的接头上表面中间设有纵向凹槽，所述接头两侧端上部设有覆盖所述纵向凹槽的缺角。
本发明石墨烯远红外负离子暖芯电热地板通过连接件连接地板单元，一方面使得拼接连接操作更简单，连接件的插块和接头的双重配合避免接头的脱落；另一方面接头配合倒梯形结构、纵向凹槽结构避免渗入的水流入连接件侧边的插块内，避免连接处受潮。
本发明石墨烯远红外负离子暖芯电热地板设置的表面导热层结构将石墨烯纤维融入至地板表面的面板上，提高传热散热效率；而石墨烯导热组件的导电发热层的石墨烯齿条形成多点式、高比表面积的散热结构，使得该电热膜具有更优异的散热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。
图1为石墨烯远红外负离子暖芯电热地板的一种实施方式的结构示意图；
图2为石墨烯导热组件的一种实施方式的横截面示意图；
图3为发热膜的一种实施方式的结构示意图；
图4为传热层的一种实施方式的结构示意图；
图5为连接件的另一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
一种石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，包括进行前后衔接铺设的地板单元1以及安装于相邻的所述地板单元1之间的连接件2，如图1所示；所述地板单元1由下至上包括隔热板12、石墨烯导热组件10和面板11；所述石墨烯导热组件10内设有发热膜，且其上方形成热传导面；所述面板11包括表面热导层110和粘接于所述表面热导层110上表面的装饰层111。
所述地板单元1的表面热导层110下方位置的两侧边为由上至下向外倾斜的斜边115，所述面板的表面热导层110位置内凹形成凹接口112，所述石墨烯导热组件10的侧边设有插口113，所述插口113内通过导线连接所述发热膜。所述连接件2为具有倒梯形横截面的条状构造，其两侧边设有的倒梯形斜面22与所述斜边115相配合，所述倒梯形斜面22上部设有与所述凹接口112相配合的接头20，所述倒梯形斜面22下部设有与所述插口113相配合的插块21，两侧所述插块21为相连接的铜材料制成。
使用时，将连接件的接头插入所述凹接口，插块插入所述插口连接即可。该处所述插口和插块为可以理解为相互连接的公插头和母插头结构，采用现有技术即可，在此不做具体结构描述。
本发明所述连接件为倒梯形结构及接头结构可更好地避免水渗入至插口，另一方面通过连接件的设置降低维修成本，由于木地板在使用过程中缝隙部位容易受潮，设置的连接件在受潮后直接更换即可，该倒梯形结构利于更换操作。
在一个具体的示例中，对表面导热层结构进行改进，所述表面导热层110为由以下重量份数的组分经高周波技术压密而成：木材基料30-80份、导热填料20-40份、石墨烯纤维5-30份和纳米远红外负离子粉5-20份；所述导热填料为氮化硼、碳化硅、硼酸镁、氧化铝、碳酸钙、硫酸钙、石墨、可膨石墨、膨胀石墨、碳纤维或碳纳米管中的一种或一种以上。其中，所述木材基料为木质纤维、木刨花颗粒的混合物；所述木质纤维长度为0.5-2mm，所述木刨花颗粒粒径为0.5-3mm；所述纳米级负离子粉粒径小于100nm。该方案中的木材通过木质纤维保持复合材料的机械性能，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。
再一个示例中，所述石墨烯纤维由下述方法制备而成：将固含量为10-15mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，并在干燥温度为70-75℃下进行干燥，干燥时间为12h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维剪切成氧化石墨烯短纤维；其中，所述石墨烯纤维的最大径向直径为10-50μm，长度为100-800nm。通过石墨烯纤维的均匀铺设使得发热更为均匀、稳定。
图2示出了石墨烯导热组件的一个实施方式，所述石墨烯导热组件10还包括边框体100以及设于所述边框体100底部的底板108，所述边框体100和底板108形成浅槽102，所述插口113设于边框体100上；所述浅槽102内设置所述发热膜，所述浅槽102的上方设有传热层101。
如图3所示，所述发热膜由上至下包括上绝缘层103、导电发热层104、导通层105、反射层106和下绝缘层107；所述导电发热层104包括设于所述导通层105上的发热元件和设于所述发热元件上方的散热件；所述发热元件由碳纤维网架1040和填充于所述碳纤维网架1040的石墨烯复合涂料1041构成，所述散热件为均匀铺设于所述发热元件表面的石墨烯复合齿条1042。通过石墨烯齿条的设置增大该层的比表面积，从而扩大散热面积，从结构上进一步提高散热效率。
一个具体示例中，所述石墨烯复合涂料1041由下述重量份数的原料制成：石墨烯粉末30-50份、乙醇水溶液40-85份、双酚A型环氧树脂10-30份、羟烷基酰胺3-8份。所述石墨烯复合涂料1041的制备方法为：称取所述重量份的石墨烯粉末经过乙醇水溶液浸泡1-5小时后，加入羟烷基酰胺充分混合，再加入5倍重量的蒸馏水，50-60kHz功率超声处理10min，混合均匀得到混悬液，减压浓缩至混悬液的体积缩小至原始体积的30-55％；再加入双酚A型环氧树脂至混悬液中，40-50kHz功率超声处理15min；混合均匀，即得石墨烯复合涂料1041。
又一个示例中，所述石墨烯复合齿条1042由重量配比为1:1-2.5的纳米尺寸石墨烯碎片与溶剂混合制成的溶液点涂而成；所述溶剂包括重量份数为10-20份的二甲基甲酰胺溶剂和0.5-2份的氨基乙基哌嗪混合而成；所述石墨烯复合齿条1042的直径L为10-45μm，厚度为100-400μm。
所述导通层105设于所述发热元件的下表面，所述导通层105侧端通过电线与所述插口113相连接；所述导通层105的厚度为0.5-2mm；
所述导通层105包含下述重量分数的组分：导电银浆30-40份、碳化硅粉25-35份γ―氨丙基三乙氧基硅烷12-25份和氨基乙基哌嗪；所述导通层105的制备方法：将碳化硅粉、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、氨基乙基哌嗪放入搅拌装置进行混合，混合后放置研磨机中研磨，直至原料细度大小为1-10μm；将导电银浆加入研磨好的物料中，进一步研磨混合至原料细度大小为20μm以下，即得所述导通层溶液。
需要说明的是，所述上绝缘层103和下绝缘层107采用有机聚合物材料制成；所述反射层106为纳米银粒子纤维膜，所述纳米银粒子纤维膜采用纤维状纳米银、三甲氧基丙基硅烷、磷化氢以及醇盐化合物经过水解、缩聚反应后得到。所述传热层101为合金蜂窝板1010以及填充于所述合金蜂窝板1010蜂窝腔内的高导热填充剂1011构成，如图4所示，所述高导热填充剂1011为氮化硼、碳化硅、硼酸镁、氧化铝、碳酸钙、硫酸钙、石墨、可膨石墨、膨胀石墨、碳纤维或碳纳米管中的一种或一种以上；所述传热层101厚度为2-10mm。
图5示出了连接件2的另一个实施方式，所述连接件2的接头20上表面中间设有纵向凹槽25，所述接头20两侧端上部设有覆盖所述纵向凹槽的缺角26。其中的纵向凹槽和缺角结构具有引流作用，避免渗入的水流入连接件侧边的插块内，防止连接处受潮。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，其特征在于，包括进行前后衔接铺设的地板单元(1)以及安装于相邻的所述地板单元(1)之间的连接件(2)；所述地板单元(1)由下至上包括隔热板(12)、石墨烯导热组件(10)和面板(11)；所述石墨烯导热组件(10)内设有发热膜，且其上方形成热传导面；所述面板(11)包括表面热导层(110)和粘接于所述表面热导层(110)上表面的装饰层(111)；
所述地板单元(1)的表面热导层(110)下方位置的两侧边为由上至下向外倾斜的斜边(115)，所述面板的表面热导层(110)位置内凹形成凹接口(112)，所述石墨烯导热组件(10)的侧边设有插口(113)，所述插口(113)内通过导线连接所述发热膜；
所述连接件(2)为具有倒梯形横截面的条状构造，其两侧边设有的倒梯形斜面(22)与所述斜边(115)相配合，所述倒梯形斜面(22)上部设有与所述凹接口(112)相配合的接头(20)，所述倒梯形斜面(22)下部设有与所述插口(113)相配合的插块(21)，两侧所述插块(21)为相连接的铜材料制成。
2.如权利要求1所述的石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，其特征在于，所述表面导热层(110)为由以下重量份数的组分经高周波技术压密而成：木材基料30-80份、导热填料20-40份、石墨烯纤维5-30份和纳米远红外负离子粉5-20份；所述导热填料为氮化硼、碳化硅、硼酸镁、氧化铝、碳酸钙、硫酸钙、石墨、可膨石墨、膨胀石墨、碳纤维或碳纳米管中的一种或一种以上。
3.如权利要求2所述的石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，其特征在于，所述木材基料为木质纤维、木刨花颗粒的混合物；所述木质纤维长度为0.5-2mm，所述木刨花颗粒粒径为0.5-3mm；所述纳米级负离子粉粒径小于100nm。
4.如权利要求3所述的石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，其特征在于，所述石墨烯纤维由下述方法制备而成：将固含量为10-15mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，并在干燥温度为70-75℃下进行干燥，干燥时间为12h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维剪切成氧化石墨烯短纤维；其中，所述石墨烯纤维的最大径向直径为10-50μm，长度为100-800nm。
5.如权利要求1所述的石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，其特征在于，所述石墨烯导热组件(10)包括边框体(100)以及设于所述边框体(100)底部的底板(108)，所述边框体(100)和底板(108)形成浅槽(102)，所述插口(113)设于边框体(100)上；所述浅槽(102)内设置所述发热膜，所述浅槽(102)的上方设有传热层(101)；
所述发热膜由上至下包括上绝缘层(103)、导电发热层(104)、导通层(105)、反射层(106)和下绝缘层(107)；所述导电发热层(104)包括设于所述导通层(105)上的发热元件和设于所述发热元件上方的散热件；所述发热元件由碳纤维网架(1040)和填充于所述碳纤维网架(1040)的石墨烯复合涂料(1041)构成，所述散热件为均匀铺设于所述发热元件表面的石墨烯复合齿条(1042)。
6.如权利要求5所述的石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，其特征在于，所述石墨烯复合涂料(1041)由下述重量份数的原料制成：石墨烯粉末30-50份、乙醇水溶液40-85份、双酚A型环氧树脂10-30份、羟烷基酰胺3-8份；
所述石墨烯复合涂料(1041)的制备方法为：称取所述重量份的石墨烯粉末经过乙醇水溶液浸泡1-5小时后，加入羟烷基酰胺充分混合，再加入5倍重量的蒸馏水，50-60kHz功率超声处理10min，混合均匀得到混悬液，减压浓缩至混悬液的体积缩小至原始体积的30-55％；再加入双酚A型环氧树脂至混悬液中，40-50kHz功率超声处理15min；混合均匀，即得石墨烯复合涂料(1041)。
7.如权利要求5所述的石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，其特征在于，所述石墨烯复合齿条(1042)由重量配比为1:1-2.5的纳米尺寸石墨烯碎片与溶剂混合制成的溶液点涂而成；所述溶剂包括重量份数为10-20份的二甲基甲酰胺溶剂和0.5-2份的氨基乙基哌嗪混合而成；所述石墨烯复合齿条(1042)的直径L为10-45μm，厚度为100-400μm。
8.如权利要求5所述的石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，其特征在于，所述导通层(105)设于所述发热元件的下表面，所述导通层(105)侧端通过电线与所述插口(113)相连接；所述导通层(105)的厚度为0.5-2mm；
所述导通层(105)包含下述重量分数的组分：导电银浆30-40份、碳化硅粉25-35份γ―氨丙基三乙氧基硅烷12-25份和氨基乙基哌嗪；所述导通层(105)的制备方法：将碳化硅粉、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、氨基乙基哌嗪放入搅拌装置进行混合，混合后放置研磨机中研磨，直至原料细度大小为1-10μm；将导电银浆加入研磨好的物料中，进一步研磨混合至原料细度大小为20μm以下，即得所述导通层溶液。
9.如权利要求5所述的石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，其特征在于，所述上绝缘层(103)和下绝缘层(107)采用有机聚合物材料制成；所述反射层(106)为纳米银粒子纤维膜，所述纳米银粒子纤维膜采用纤维状纳米银、三甲氧基丙基硅烷、磷化氢以及醇盐化合物经过水解、缩聚反应后得到；
所述传热层(101)为合金蜂窝板(1010)以及填充于所述合金蜂窝板(1010)蜂窝腔内的高导热填充剂(1011)构成，所述高导热填充剂(1011)为氮化硼、碳化硅、硼酸镁、氧化铝、碳酸钙、硫酸钙、石墨、可膨石墨、膨胀石墨、碳纤维或碳纳米管中的一种或一种以上；所述传热层(101)厚度为2-10mm。
10.如权利要求1所述的石墨烯远红外负离子暖芯电热地板，其特征在于，所述连接件(2)的接头(20)上表面中间设有纵向凹槽(25)，所述接头(20)两侧端上部设有覆盖所述纵向凹槽的缺角(26)。
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