CN113923805A - 远红外加热用石墨片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远红外加热用石墨片及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S1、获取能够进行碳化和石墨化处理的高分子基材，所述高分子基材为具有第一厚度的片状；S2、对所述高分子基材进行热分解，得到第二厚度的石墨基材；S3、在所述石墨基材上设定一个电路单元，根据所述石墨基材的厚度和电阻率，计算所述电路单元的电阻值R1；S4、根据石墨片需要的电阻值R，计算需要在所述石墨基材上设定的电路单元的个数；S5、在所述石墨基材上制备对应个数的所述电路单元，得到所述石墨片。该远红外加热用石墨片的制备方法能够制备得到具有优异的导热性能的远红外加热用石墨片。

Description

远红外加热用石墨片及其制备方法
技术领域
本发明属于石墨材料技术领域，具体涉及一种远红外加热用石墨片的制备方法以及制备得到的石墨片。
背景技术
现有的石墨片通常不能够通过设计产品结构对其形状和尺寸进行自由调节，制备得到的石墨片的尺寸和形状较为单一，并且不能快速制备得到所需电阻值的石墨片产品。并且传统的发热丝在加热时不能够达到较高的温度，也难以维持指定温度，并且温度调节范围狭窄，对于电能转化为热能的转化效率低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提出一种远红外加热用石墨片的制备方法，该远红外加热用石墨片的制备方法操作方便，不仅能够制备得到导热性能优异的远红外加热用石墨片，还能够通过设计产品结构对石墨片的形状和尺寸进行自由调节。
本发明还提出一种远红外加热用石墨片，该远红外加热用石墨片具有导热性能优异，形状和尺寸便于调节等优点。
根据本发明第一方面实施例的远红外加热用石墨片的制备方法，包括以下步骤：S1、获取能够进行碳化和石墨化处理的高分子基材，所述高分子基材为具有第一厚度的片状；S2、对所述高分子基材进行热分解，得到第二厚度的石墨基材；S3、在所述石墨基材上设定一个电路单元，根据所述石墨基材的厚度和电阻率，计算所述电路单元的电阻值R1；S4、根据石墨片需要的电阻值R，计算需要在所述石墨基材上设定的电路单元的个数；S5、在所述石墨基材上制备对应个数的所述电路单元，得到所述石墨片。
根据本发明实施例的远红外加热用石墨片的制备方法能够制备得到具有优异的导热性能的石墨片，导热系数高达1800W/mk，发热量高，而且，可通过设计产品结构对石墨片的形状和尺寸进行自由调节。
根据本发明一个实施例，步骤S2包括：S21、获取所述高分子基材，进行碳化处理得到碳化基材；S22、将所述碳化基材进行升温处理，使其逐步达到石墨化温度；S23、在石墨化温度范围内，选择温度参考点，以所述温度参考点为参照温度，在阈值范围的变化范围内进行周期性振荡，其中在整个所述石墨化温度范围内，所完成的振荡周期为三次以上。
根据本发明一个实施例，所述第一厚度为20μm-250μm，所述第二厚度为50μm-400μm。
根据本发明一个实施例，所述高分子基材为聚酰亚胺。
根据本发明一个实施例，步骤S3中，所述电路单元为矩形件，所述矩形件的长度为L，宽度为m1，厚度为H，电阻率为ρ，截面积S1＝m1*H，所述电路单元的电阻R1＝ρ*L/S1。
根据本发明一个实施例，步骤S4中，多个所述电路单元串联，需要在所述石墨基材上设定的电路单元的个数N＝R/R1。
根据本发明一个实施例，步骤S5中，所述石墨片包括：多个第一石墨片单元，多个所述第一石墨片单元依次串联，每个所述第一石墨片单元包括：横向石墨片，所述横向石墨片沿水平方向延伸，所述横向石墨片包括多个沿水平方向依次串联的所述电路单元，每个所述电路单元沿上下方向延伸；竖向石墨片，所述竖向石墨片沿上下方向延伸，所述竖向石墨片的上端或下端与所述横向石墨片串联，所述竖向石墨片包括多个沿上下方向依次串联的所述电路单元，每个所述电路单元沿水平方向延伸。
根据本发明一个实施例，步骤S5中，在所述石墨基材上采用模切机进行模切成型或者采用激光切割，得到所述石墨片。
根据本发明一个实施例，步骤S5中，所述石墨片包括：多个第二石墨片单元，多个所述第二石墨片单元依次串联，每个所述第二石墨片单元包括：至少两个分肢，两个所述分肢沿上下方向间隔开分布且沿上下方向并联，每个所述分肢的至少一个端部与相邻的所述第二石墨片单元串联。
根据本发明一个实施例，每个所述第二石墨片单元中的分肢的数量为两个，两个所述分肢中的任一个所述分肢形成为开口朝向另一所述分肢所在方向设置的凹字形件。
根据本发明一个实施例，所述电路单元的导热性能为300W/mk-1800W/mk。
根据本发明第二方面实施例的远红外加热用石墨片，根据上述任一实施例所述的制备方法制备而成。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一实施例的远红外加热用石墨片的制备方法的流程图；
图2是根据本发明的一实施例的远红外加热用石墨片的结构示意图；
图3是图2中A区域的放大示意图；
图4是根据本发明的一实施例的远红外加热用石墨片的电路单元的结构示意图；
图5是根据本发明的又实施例的远红外加热用石墨片的结构示意图。
附图标记：
石墨片100；
第一石墨片单元10；横向石墨片11；竖向石墨片12；电路单元13；
第二石墨片单元20；分肢21。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考附图具体描述根据本发明实施例的远红外加热用石墨片的制备方法。
如图1所示，根据本发明实施例的远红外加热用石墨片的制备方法，包括以下步骤：S1、获取能够进行碳化和石墨化处理的高分子基材，高分子基材为具有第一厚度的片状；S2、对高分子基材进行热分解，得到第二厚度的石墨基材；S3、在石墨基材上设定一个电路单元13，根据石墨基材的厚度和电阻率，计算电路单元13的电阻值R1；S4、根据石墨片需要的电阻值R，计算需要在石墨基材上设定的电路单元13的个数；S5、在石墨基材上制备对应个数的电路单元13，得到石墨片。
换言之，根据本发明实施例的远红外加热用石墨片的制备方法，主要采用以下步骤：首先，获取高分子基材，高分子基材具有第一厚度且形成为片状材料；然后，将该高分子基材依次进行碳化和石墨化处理，得到具有第二厚度的石墨基材；随后，在石墨基材上设定一个电路单元13，计算电路单元13的电阻值R1，其中，石墨基材的厚度越厚，电阻越小，厚度越薄，电阻越大；接着，根据石墨片需要的电阻值R，在石墨片上进行电路设计，计算出需要在石墨基材上设定的电路单元13的个数，电路设计的过程主要根据石墨基材的厚度、电阻率和产品尺寸进行设计；最后，在石墨基材上制备对应个数的电路单元13，得到石墨片。
由此，根据本发明实施例的远红外加热用石墨片的制备方法能够制备得到具有优异的导热性能的石墨片，导热系数高达1800W/mk，发热量高，而且，可通过设计产品结构对石墨片的形状和尺寸进行自由调节。
根据本发明的一个实施例，步骤S2包括：S21、获取高分子基材，进行碳化处理得到碳化基材；S22、将碳化基材进行升温处理，使其逐步达到石墨化温度；S23、在石墨化温度范围内，选择温度参考点，以温度参考点为参照温度，在阈值范围的变化范围内进行周期性振荡，其中在整个石墨化温度范围内，所完成的振荡周期为三次以上，能够制备得到高导热石墨膜。石墨化温度优选为2300-3000℃，步骤S22中主要通过升温曲线调节温度、升温速率和保温时间，保温时间优选为20min-200min。
进一步地，第一厚度为20μm-250μm，第二厚度为50μm-400μm。
在本发明的一些具体实施方式中，高分子基材为聚酰亚胺，聚酰亚胺为导热薄膜。
根据本发明的一个实施例，步骤S3中，电路单元13为矩形件，矩形件的长度为L，宽度为m1，厚度为H，电阻率为ρ，截面积S1＝m1*H，电路单元13的电阻R1＝ρ*L/S1，例如：设定一个长度L为0.1mm，宽度m1为1.5mm的方格为一个电路单元13，其厚度H假定为200μm，其截面积为S1＝m1*H，即为0.3mm2。根据电阻率ρ可以计算出每个电路单元13的电阻R1，R1＝ρL/S1，得到单元电阻R1为0.000033Ω。步骤S4中，假定石墨片需要的电阻值R为12Ω，在电路单元13均为串联连接的情况下，需要363637个电路单元13，将这些电路单元13以一定形状进行排列调整分布，实现线路化分布。
在本发明的一些具体实施方式中，步骤S4中，多个电路单元13串联，需要在石墨基材上设定的电路单元13的个数N＝R/R1。
如图2和图3所示，根据本发明的一个实施例，步骤S5中，石墨片包括多个第一石墨片单元10，多个第一石墨片单元10依次串联，每个第一石墨片单元10包括：横向石墨片11和竖向石墨片12，横向石墨片11沿水平方向延伸，横向石墨片11包括多个沿水平方向依次串联的电路单元13，每个电路单元13沿上下方向延伸，竖向石墨片12沿上下方向延伸，竖向石墨片12的上端或下端与横向石墨片11串联，竖向石墨片12包括多个沿上下方向依次串联的电路单元13，每个电路单元13沿水平方向延伸，通过采用横向石墨片11和竖向石墨片12相配合，能够通过设计产品结构对石墨片的形状和尺寸进行自由调节。
可选地，步骤S5中，在石墨基材上采用模切机进行模切成型，得到石墨片。另外，还可以选用激光方式在石墨基材上得到石墨片。
如图5所示，根据本发明的一个实施例，步骤S5中，石墨片包括：多个第二石墨片单元20，多个第二石墨片单元20依次串联，每个第二石墨片单元20包括：至少两个分肢21，两个分肢21沿上下方向间隔开分布且沿上下方向并联，每个分肢21的至少一个端部与相邻的第二石墨片单元20串联，该实施例采用串并联相结合的方式实现导热。在相邻两个第二石墨片单元20之间可设有连接肢，通过连接肢与分肢21相邻，实现串联。
在本发明的一些具体实施方式中，每个第二石墨片单元20中的分肢21的数量为两个，两个分肢21中的任一个分肢21形成为开口朝向另一分肢21所在方向设置的凹字形件。
在本发明的一些具体实施方式中，电路单元13的导热性能为300W/mk-1800W/mk。
总而言之，根据本发明实施例中的远红外加热用石墨片的制备方法，不仅能够有效的制备得到具有优异的导热性能的石墨片，还能够通过设计产品结构对石墨片的形状和尺寸进行自由调节。
根据本发明实施例的远红外加热用石墨片包括根据上述实施例的远红外加热用石墨片的制备方法，由于根据本发明实施例的远红外加热用石墨片的制备方法具有上述技术效果，因此，根据本发明实施例的远红外加热用石墨片也具有相应的技术效果，即具有优异的导热性能，发热量大，便于根据产品的结构对石墨片进行调节等优点。
根据本发明实施例的远红外加热用石墨片的其他结构和操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种远红外加热用石墨片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取能够进行碳化和石墨化处理的高分子基材，所述高分子基材为具有第一厚度的片状；
S2、对所述高分子基材进行热分解，得到第二厚度的石墨基材；
S3、在所述石墨基材上设定一个电路单元，根据所述石墨基材的厚度和电阻率，计算所述电路单元的电阻值R1；
S4、根据石墨片需要的电阻值R，计算需要在所述石墨基材上设定的电路单元的个数；
S5、在所述石墨基材上制备对应个数的所述电路单元，得到所述石墨片。
2.根据权利要求1所述的远红外加热用石墨片的制备方法，其特征在于，步骤S2包括：
S21、获取所述高分子基材，进行碳化处理得到碳化基材；
S22、将所述碳化基材进行升温处理，使其逐步达到石墨化温度；
S23、在石墨化温度范围内，选择温度参考点，以所述温度参考点为参照温度，在阈值范围的变化范围内进行周期性振荡，其中在整个所述石墨化温度范围内，所完成的振荡周期为三次以上。
3.根据权利要求2所述的远红外加热用石墨片的制备方法，其特征在于，所述第一厚度为20μm-250μm，所述第二厚度为50μm-400μm。
4.根据权利要求1所述的远红外加热用石墨片的制备方法，其特征在于，所述高分子基材为聚酰亚胺。
5.根据权利要求1所述的远红外加热用石墨片的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述电路单元为矩形件，所述矩形件的长度为L，宽度为m1，厚度为H，电阻率为ρ，截面积S1＝m1*H，所述电路单元的电阻R1＝ρ*L/S1。
6.根据权利要求1所述的远红外加热用石墨片的制备方法，其特征在于，步骤S4中，多个所述电路单元串联，需要在所述石墨基材上设定的电路单元的个数N＝R/R1。
7.根据权利要求1所述的远红外加热用石墨片的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述石墨片包括：
多个第一石墨片单元，多个所述第一石墨片单元依次串联，每个所述第一石墨片单元包括：
横向石墨片，所述横向石墨片沿水平方向延伸，所述横向石墨片包括多个沿水平方向依次串联的所述电路单元，每个所述电路单元沿上下方向延伸；
竖向石墨片，所述竖向石墨片沿上下方向延伸，所述竖向石墨片的上端或下端与所述横向石墨片串联，所述竖向石墨片包括多个沿上下方向依次串联的所述电路单元，每个所述电路单元沿水平方向延伸。
8.根据权利要求1所述的远红外加热用石墨片的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述石墨片包括：
多个第二石墨片单元，多个所述第二石墨片单元依次串联，每个所述第二石墨片单元包括：
至少两个分肢，两个所述分肢沿上下方向间隔开分布且沿上下方向并联，每个所述分肢的至少一个端部与相邻的所述第二石墨片单元串联。
9.根据权利要求8所述的远红外加热用石墨片的制备方法，其特征在于，每个所述第二石墨片单元中的分肢的数量为两个，两个所述分肢中的任一个所述分肢形成为开口朝向另一所述分肢所在方向设置的凹字形件。
10.根据权利要求1所述的远红外加热用石墨片的制备方法，其特征在于，步骤S5中，在所述石墨基材上采用模切机进行模切成型或者采用激光切割，得到所述石墨片。
11.根据权利要求1所述的远红外加热用石墨片的制备方法，其特征在于，所述电路单元的导热性能为300W/mk-1800W/mk。
12.一种远红外加热用石墨片，其特征在于，根据所述权利要求1-11中任一所述的制备方法制备而成。
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