CN115819069B - 发热岩板及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发热岩板,包括由下至上依次排列的防水绝缘层、电路层、石墨烯涂层和岩板层;所述岩板层包括坯体和依次覆盖在所述坯体上的底釉层和面釉层,所述坯体,以重量份数计包括以下原料:球土10份‑15份、煅烧高岭土15份‑20份、钾钠砂20份‑35份、霞长石8份‑15份、氧化石墨烯0.001份‑1份。本发明提供的发热岩板具有良好的导热性能,且发热均匀、发热温度高。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷技术领域,尤其涉及一种发热岩板及方法。
背景技术
发热岩板作为一种功能性岩板,可用作墙面、地面建材,但是,发热岩板虽然可以加热,但由于技术限制保温层做得很厚,而且常常会出现发热不均的情况,发热岩板的边缘发热温度常常低于中心部位,发热岩板发热不均、发热温度较低是很多传统发热岩板的最大缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种发热岩板,其具有良好的导热性能,且发热均匀、发热温度高。
本发明所要解决的技术问题还在于,提供一种体外发热岩板的制备方法,其工艺简单,适合大规模生产。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种发热岩板,包括由下至上依次排列的防水绝缘层、电路层、石墨烯涂层和岩板层;
所述岩板层包括坯体和依次覆盖在所述坯体上的底釉层和面釉层,所述坯体,以重量份数计包括以下原料:球土10份-15份、煅烧高岭土15份-20份、钾钠砂20份-35份、霞长石8份-15份、氧化石墨烯0.001份-1份。
在一种实施方式中,所述底釉层,以重量份数计包括以下原料:钾长石14份-30份、钠长石22份-44份、伊利石6份-14份、蒙脱石7份-13份、高岭土7份-10份、石英粉4份-6份、氧化铝2份-5份。
在一种实施方式中,所述面釉层,以重量份数计包括以下原料:硅藻土10份-30份、高岭土14份-30份、钠长石13份-22份、氧化铝3份-8份、锂辉石5份-9份、钾长石10份-15份。
在一种实施方式中,所述防水绝缘层的原料选用聚氨酯、丙烯酸树脂、高分子氟碳材料和聚对苯二甲酸乙二脂塑料中的一种或组合。
在一种实施方式中,所述电路层为铜制电路层。
为解决上述问题,本发明提供了上述的发热岩板的制备方法,包括以下步骤:
制备坯体,在所述坯体的正面依次施加底釉和面釉,热压烧成后得到岩板层;
在所述岩板层的背面喷涂石墨烯涂料,固化后得到石墨烯涂层;
在所述石墨烯涂层的背面铺设电路,得到电路层;
在所述电路层的背面喷涂防水绝缘涂料,得到防水绝缘层。
在一种实施方式中,采用下述方法完成所述制备坯体:
按照配比将坯体原料混合后球磨,制成粉料,再将粉料干压成型,得到坯体。
在一种实施方式中,所述烧成条件为:烧成温度为1150℃-1250℃,烧成时间20min-40min,烧成压力为2GPa-4GPa。
在一种实施方式中,所述石墨烯涂料为光固化石墨烯涂料,所述固化条件为:紫外波长为350nm-380nm、通电电压为4V-8V。
实施本发明,具有如下有益效果:
本发明提供的发热岩板,包括由下至上依次排列的防水绝缘层、电路层、石墨烯涂层和岩板层;所述岩板层包括坯体和依次覆盖在所述坯体上的底釉层和面釉层,所述坯体,以重量份数计包括以下原料:球土10份-15份、煅烧高岭土15份-20份、钾钠砂20份-35份、霞长石8份-15份、氧化石墨烯0.001份-1份。本发明以特定原料制备岩板层,能有效提高岩板层的导热性能,同时保证发热岩板发热均匀、发热温度高。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本发明作进一步地详细描述。
除非另外说明或存在矛盾之处,本文中使用的术语或短语具有以下含义:
本发明中,所使用的“其组合”、“其任意组合”、“其任意组合方式”等中包括所列项目中任两个或任两个以上项目的所有合适的组合方式。
本发明中,“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例,应当理解,并不构成对本发明保护范围的限制。
本发明中,以开放式描述的技术特征中,包括所列举特征组成的封闭式技术方案,也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中,涉及到数值区间,如无特别说明,则包括数值区间的两个端点。
为解决上述问题,本发明提供了一种发热岩板,包括由下至上依次排列的防水绝缘层、电路层、石墨烯涂层和岩板层;
所述岩板层包括坯体和依次覆盖在所述坯体上的底釉层和面釉层,所述坯体,以重量份数计包括以下原料:球土10份-15份、煅烧高岭土15份-20份、钾钠砂20份-35份、霞长石8份-15份、氧化石墨烯0.001份-1份。
需要说明的是,石墨烯在陶瓷基体中的分散将影响坯体的导热性能,由于石墨烯的片层间存在的范德华力容易堆叠和团聚,其优异的性能难以发挥,甚至存在团聚体导致复合材料孔隙度增加,降低陶瓷材料性能。本发明针对上述问题,以氧化石墨烯为原材料而取代石墨烯,氧化石墨烯是石墨烯的前驱体,是石墨粉经强氧化剂氧化形成的产物。氧化石墨烯能够与坯体的其它原料混合均匀,能够保证氧化石墨烯在坯体中的分散性。然后在后期的烧结过程中,氧化石墨烯通过热还原去除在氧化石墨烯制备过程中形成的含氧官能团,从而得到石墨烯,即保证了石墨烯在坯体材料中均匀分布,从而提高坯体的导热均匀性。在陶瓷材料中掺入石墨烯产生大量的界面和晶界,改变了陶瓷的微结构,改善了陶瓷材料的导热性能。
另外,为了进一步提高岩板层的导热系数,需要改善底釉层和面釉层的导热能力。在一种实施方式中,所述底釉层,以重量份数计包括以下原料:钾长石14份-30份、钠长石22份-44份、伊利石6份-14份、蒙脱石7份-13份、高岭土7份-10份、石英粉4份-6份、氧化铝2份-5份。
在一种实施方式中,所述面釉层,以重量份数计包括以下原料:硅藻土10份-30份、高岭土14份-30份、钠长石13份-22份、氧化铝3份-8份、锂辉石5份-9份、钾长石10份-15份。
所述底釉层中,伊利石、蒙脱石和高岭土通过钾长石、钠长石在高温下促进形成的致密结构,致密的微观结构利于热量在底釉层内部的传递,氧化铝的掺杂进一步提高了釉层的导热系数,从而使得底釉层具高的导热系数。相应地,所述面釉层中,配方比较单一,除了钾长石、钠长石、硅藻土等主体材料之外,高岭土是主要原料,高岭土在高温下形成的致密结构,有利于减少面釉层中的气孔和玻璃相,而氧化铝的掺杂进一步提高了釉层的导热系数,从而使得面釉层具高的导热系数。
除此之外,发热岩板还包括防水绝缘层、电路层和石墨烯涂层。在一种实施方式中,所述防水绝缘层的原料选用聚氨酯、丙烯酸树脂、高分子氟碳材料和聚对苯二甲酸乙二脂塑料中的一种或组合。在一种实施方式中,所述电路层为铜制电路层。在使用过程中,电路层通电后,所述电路层可与所述石墨烯涂层直接相连,在电场作用下石墨烯涂层中的碳原子之间产生剧烈的摩擦与撞击,产生的热量以远红外辐射和对流的形式向外快速发散出去,从而实现电能到热能的转化,同时由于石墨烯是一层密集的、包裹在点阵上的二维晶体结构的纳米级碳原子,因此其发热是整体性,其发热温度更为均衡,用户体验的舒适性更佳。然后石墨烯涂层将热量迅速传导至岩板层,最终岩板层表面均匀发热,而防水绝缘层能够对电路层和石墨烯涂层进行保护,避免发生漏电危险。
相应地,本发明提供了上述的发热岩板的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备坯体,在所述坯体的正面依次施加底釉和面釉,热压烧成后得到岩板层;
在一种实施方式中,采用下述方法完成所述制备坯体:
按照配比将坯体原料混合后球磨,制成粉料,再将粉料干压成型,得到坯体。
优选地,所述坯体,以重量份数计包括以下原料:球土10份-15份、煅烧高岭土15份-20份、钾钠砂20份-35份、霞长石8份-15份、氧化石墨烯0.001份-1份。按照上述将坯体原料混合,然后放入球磨设备中,研磨过筛后制成粉料。然后进行干压成型,干压成型的效率高、尺寸精确和成本低。优选地,干压成型过程中:压力为80MPa-100MPa,压制时间为30min-60min。
在一种实施方式中,所述烧成条件为:烧成温度为1150℃-1250℃,烧成时间20min-40min,烧成压力为2GPa-4GPa。
需要说明的是,岩板通常采用无压烧结,但是无压烧结需较长的保温时间,导致陶瓷晶粒增大以及部分石墨烯的降解并破坏其结构,石墨烯在烧结过程中处于无序状态。另外,无压烧结制备的岩板层的致密度一般偏低,孔隙的存在容易成为应力集中点,导致岩板层的导热性能下降,同时降低整体力学性能。本发明中,采用热压烧结,在烧结的同时施加压力,提高烧结的驱动力,在短时间内达到致密化。与无压烧结相比,减少了烧结温度和时间,提高了石墨烯和其它材料的复合,有利于提高岩板层的导热性能。
S2、在所述岩板层的背面喷涂石墨烯涂料,固化后得到石墨烯涂层;
在一种实施方式中,所述石墨烯涂料为光固化石墨烯涂料,所述固化条件为:紫外波长为350nm-380nm、通电电压为4V-8V。石墨烯涂层具有高导热散热性能,能够显著增大散热面积,并且具有良好的耐磨性能和防腐性能,是良好的导热介质。
S3、在所述石墨烯涂层的背面铺设电路,得到电路层;
在一种实施方式中,所述电路层通过贴铜线或印刷铜浆等方式制得,得到的电路层均匀地分布在所述石墨烯涂层的背面,通电后,电路层开始产热,热量通过石墨烯涂层快速传导至岩板层,最终在岩板层表面均匀发热。
S4、在所述电路层的背面喷涂防水绝缘涂料,得到防水绝缘层。
最后,为了保护电路层发生短路,在所述电路层的背面喷涂防水绝缘涂料,形成的防水绝缘层能够防止水进入电路层造成短路,同时也避免漏电。
下面以具体实施例进一步说明本发明:
实施例1
本实施例提供一种发热岩板,包括由下至上依次排列的防水绝缘层、电路层、石墨烯涂层和岩板层;
所述岩板层包括坯体和依次覆盖在所述坯体上的底釉层和面釉层,所述坯体,以重量份数计包括以下原料:球土13份、煅烧高岭土18份、钾钠砂30份、霞长石12份、氧化石墨烯0.05份。
所述底釉层,以重量份数计包括以下原料:钾长石15份、钠长石30份、伊利石10份、蒙脱石10份、高岭土9份、石英粉5份、氧化铝3份。
所述面釉层,以重量份数计包括以下原料:硅藻土15份、高岭土25份、钠长石18份、氧化铝5份、锂辉石7份、钾长石13份。
所述的发热岩板的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备坯体,在所述坯体的正面依次施加底釉和面釉,热压烧成后得到岩板层,其中,所述烧成条件为:烧成温度为1200℃,烧成时间30min,烧成压力为2.5GPa。
S2、在所述岩板层的背面喷涂石墨烯涂料,固化后得到石墨烯涂层,其中,所述石墨烯涂料为光固化石墨烯涂料,所述固化条件为:紫外波长为370nm、通电电压为6V。
S3、在所述石墨烯涂层的背面铺设电路,得到电路层。
S4、在所述电路层的背面喷涂防水绝缘涂料,得到防水绝缘层。
实施例2
本实施例提供一种发热岩板,包括由下至上依次排列的防水绝缘层、电路层、石墨烯涂层和岩板层;
所述岩板层包括坯体和依次覆盖在所述坯体上的底釉层和面釉层,所述坯体,以重量份数计包括以下原料:球土13份、煅烧高岭土18份、钾钠砂30份、霞长石12份、氧化石墨烯0.08份。
所述底釉层,以重量份数计包括以下原料:钾长石14、钠长石22份、伊利石6份、蒙脱石7份、高岭土7份、石英粉4份、氧化铝2份。
所述面釉层,以重量份数计包括以下原料:硅藻土10份、高岭土14份、钠长石13份、氧化铝3份、锂辉石5份、钾长石10份。
所述的发热岩板的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备坯体,在所述坯体的正面依次施加底釉和面釉,热压烧成后得到岩板层,其中,所述烧成条件为:烧成温度为1200℃,烧成时间25min,烧成压力为3GPa。
S2、在所述岩板层的背面喷涂石墨烯涂料,固化后得到石墨烯涂层,其中,所述石墨烯涂料为光固化石墨烯涂料,所述固化条件为:紫外波长为370nm、通电电压为6V。
S3、在所述石墨烯涂层的背面铺设电路,得到电路层。
S4、在所述电路层的背面喷涂防水绝缘涂料,得到防水绝缘层。
实施例3
本实施例提供一种发热岩板,包括由下至上依次排列的防水绝缘层、电路层、石墨烯涂层和岩板层;
所述岩板层包括坯体和依次覆盖在所述坯体上的底釉层和面釉层,所述坯体,以重量份数计包括以下原料:球土13份、煅烧高岭土18份、钾钠砂30份、霞长石12份、氧化石墨烯0.06份。
所述底釉层,以重量份数计包括以下原料:钾长石30份、钠长石44份、伊利石14份、蒙脱石13份、高岭土10份、石英粉6份、氧化铝5份。
所述面釉层,以重量份数计包括以下原料:硅藻土30份、高岭土30份、钠长石22份、氧化铝8份、锂辉石9份、钾长石15份。
所述的发热岩板的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备坯体,在所述坯体的正面依次施加底釉和面釉,热压烧成后得到岩板层,其中,所述烧成条件为:烧成温度为1200℃,烧成时间20min,烧成压力为4GPa。
S2、在所述岩板层的背面喷涂石墨烯涂料,固化后得到石墨烯涂层,其中,所述石墨烯涂料为光固化石墨烯涂料,所述固化条件为:紫外波长为370nm、通电电压为6V。
S3、在所述石墨烯涂层的背面铺设电路,得到电路层。
S4、在所述电路层的背面喷涂防水绝缘涂料,得到防水绝缘层。
对比例1
本对比例提供一种发热岩板,其与实施例1不同之处在于坯体原料中不含有氧化石墨烯,其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种发热岩板,其与实施例1不同之处在于底釉层原料和面釉层原料,其余均与实施例1相同,本对比例中底釉层原料和面釉层原料如下:
所述底釉层,以重量份数计包括以下原料:钾长石15份、钠长石30份、伊利石5份、蒙脱石6份、高岭土6份、石英粉8份。
所述面釉层,以重量份数计包括以下原料:硅藻土15份、高岭土13份、钠长石18份、锂辉石7份、钾长石13份。
对比例3
本对比例提供一种发热岩板,其与实施例1不同之处在于本对比例采用无压烧结,其余均与实施例1相同,本对比例中烧结条件为:烧成温度为1200℃,烧成时间40min。
将实施例1-实施例3和对比例1-对比例3制得的发热岩板进行测试,测试方法为将发热岩板通电,通电30min后,测试岩板表面温度。将岩板表面9等分,得到9个等分格,在每一个等分格的中心点处测试温度,得到1#-9#个测试点温度。再在发热岩板的四角处测试温度,得到10#-13#个测试点温度。测试结果如表1所示,由表1结果可知,本发明提供的发热岩板在相同升温时间内表面温度更高,且表面发热的均匀度更高。
表1为实施例1-实施例3、对比例1-对比例3制得的发热岩板的表面温度(℃)的测试结果
以上所述是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,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种发热岩板,其特征在于,包括由下至上依次排列的防水绝缘层、电路层、石墨烯涂层和岩板层;
所述岩板层包括坯体和依次覆盖在所述坯体上的底釉层和面釉层,所述坯体,以重量份数计包括以下原料:球土10份-15份、煅烧高岭土15份-20份、钾钠砂20份-35份、霞长石8份-15份、氧化石墨烯0.001份-1份;
所述底釉层,以重量份数计包括以下原料:钾长石14份-30份、钠长石22份-44份、伊利石6份-14份、蒙脱石7份-13份、高岭土7份-10份、石英粉4份-6份、氧化铝2份-5份;
所述面釉层,以重量份数计包括以下原料:硅藻土10份-30份、高岭土14份-30份、钠长石13份-22份、氧化铝3份-8份、锂辉石5份-9份、钾长石10份-15份;
所述发热岩板采用下述方法制得:
制备坯体,在所述坯体的正面依次施加底釉和面釉,热压烧成后得到岩板层;
在所述岩板层的背面喷涂石墨烯涂料,固化后得到石墨烯涂层;
在所述石墨烯涂层的背面铺设电路,得到电路层;
在所述电路层的背面喷涂防水绝缘涂料,得到防水绝缘层;
其中,所述烧成条件为:烧成温度为1150℃-1250℃,烧成时间20min-40min,烧成压力为2GPa-4GPa。
2.如权利要求1所述的发热岩板,其特征在于,所述防水绝缘层的原料选用聚氨酯、丙烯酸树脂、高分子氟碳材料和聚对苯二甲酸乙二脂塑料中的一种或组合。
3.如权利要求1所述的发热岩板,其特征在于,所述电路层为铜制电路层。
4.如权利要求1所述的发热岩板,其特征在于,采用下述方法完成所述制备坯体:
按照配比将坯体原料混合后球磨,制成粉料,再将粉料干压成型,得到坯体。
5.如权利要求1所述的发热岩板,其特征在于,所述石墨烯涂料为光固化石墨烯涂料,所述固化条件为:紫外波长为350nm-380nm、通电电压为4V-8V。
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