CN207854207U - 一种智能可穿戴服饰用石墨烯发热膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能可穿戴服饰用石墨烯发热膜，包括从下至上依次叠合在一起的聚酰亚胺基材膜、铜箔电路板、石墨烯膜、聚酰亚胺保护膜，电连接点位于铜箔电路板的两极。本实用新型的石墨烯发热膜结构简单、使用便利，不仅发热均匀迅速、耐水洗、抗弯折耐揉搓、耐高温、柔韧性好，而且电热转换效率高，使用安全，发热膜超薄柔软，生产制作成本低，操作简单，易于大批量生产，非常适用于智能可穿戴设备的加热保暖、健康理疗的需求。

Description

一种智能可穿戴服饰用石墨烯发热膜

技术领域

本实用新型涉及一种石墨烯材料，特别涉及一种智能可穿戴服饰用石墨烯发热膜，属于碳材料技术领域。

背景技术

电热膜是一种平面型发热元件，采用发热膜供暖是目前新兴的供暖方式之一，它是一种以电能为源，工作时将电能转化成热能，并将热能以辐射的形式向外传递，通常是通过红外辐射进行传热，主要用于室内取暖和环境温度保持方面。因其具有耐高压、耐潮湿、承受温度范围广、高韧度和低收缩率等优良性能而得到广泛地推广和应用。

目前，现有技术中的远红外发热膜及用其制造的供暖设备因材料和工艺的限制均存在以下不足：一、电热转换率低，电能得不到充分的利用，浪费能源；二、现有发热材料功率大，不节能，易产生过热现象且材料衰减速度快、寿命短、安全性能低。三、硬度高，不可折叠、不适合异形剪裁，使用受限。

石墨烯(Graphene)自2004年被英国曼彻斯特大学的教授Geim等报道以其奇特的性能引起了科学家的广泛关注和极大的兴趣被预测很有可能在很多领域引起革命性变化。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲。石墨烯具有非常好的热传导性能。石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”。

聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点，高绝缘性能，聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。聚酰亚胺具有十分优异的耐高温性、机械性能、电绝缘性能，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识。

现有市场上的发热膜主要有碳纤维发热片、电阻丝(铜箔)发热片、束状碳纤维发热丝、透明石墨烯发热片等。

现有的发热膜在发热均匀性、热舒适性、物理性能稳定性、耐洗涤性、抗弯折耐揉搓性、柔韧性、耐高温测试等等方面，均不能同时达到测试评判标准，如碳纤维发热片在耐洗涤及抗弯折耐揉搓性方面较差，透明石墨烯发热片在柔韧性方面较差等，这些发热膜会影响到智能可穿戴设备的发热保暖应用，客户的体验感下降，不利于家用发热理疗产品的推广。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有发热膜存在的技术问题，提供一种智能可穿戴服饰用石墨烯发热膜。本实用新型的石墨烯发热膜结构简单、使用便利，不仅发热均匀迅速、耐水洗、抗弯折耐揉搓、耐高温、柔韧性好，而且电热转换效率高，使用安全，发热膜超薄柔软，生产制作成本低，操作简单，易于大批量生产，非常适用于智能可穿戴设备的加热保暖、健康理疗的需求。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种智能可穿戴服饰用石墨烯发热膜，包括从下至上依次叠合在一起的基材膜、铜箔电路板、石墨烯膜、保护膜，电连接点位于铜箔电路板的两极。

其中，所述石墨烯发热膜用作护膝、护腰带、护颈、手套、脚套、发热毯、发热垫、保健衣服的发热源。

特别是，所述基材膜、保护膜选用PI、PET、PP、PE、PVC、EVA薄膜，优选为PI薄膜(聚酰亚胺膜)。

尤其是，所述基材膜、保护膜的厚度为8-135μm。

其中，所述石墨烯膜的厚度为5-120μm。

其中，所述铜箔电路板的厚度为18-70μm。

特别是，所述铜箔电路板是将超薄铜箔叠合在基材膜上后，利用菲林工艺，将线路蚀刻而成。

尤其是，所述铜箔电路板是将超薄铜箔叠合在基材膜上后，采用菲林，将线路板的线路依次通过曝光、显影、蚀刻的工艺步骤，最后将多余的铜箔清理干净而成。

其中，所述发热膜在铜箔电路板的两端连接导线，导线连接电源即可工作。

特别是，所述电源可以是直流低压电源、移动电源(充电宝)、电脑USB接口、车载电源供电等。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、采用石墨烯膜为发热膜，局域发热稳定性好，使用寿命长，加热速度快的优点。

2、采用石墨烯膜作为发热膜，均匀性好，性能稳定。

3、本实用新型的发热膜，发热均匀迅速、耐水洗、抗弯折耐揉搓、耐高温、柔韧性好，电热转换效率高，使用安全。

4、本实用新型的发热膜超薄柔软，生产制作成本低，操作简单，易于大批量生产，非常适用于智能可穿戴设备的加热保暖、健康理疗的需求，如发热理疗护腰带、护颈带、护膝、发热保暖披肩、发热多功能毛毯，发热衣服等等产品的应用。

5、本实用新型由于石墨烯远红外发热材料的高效辐射传导获取热量，将其制作成发热毯、护膝、护腰带、护颈、手套、脚套、发热毯、发热垫、保健衣服，中体温作用下就能通过高效辐射传导方式获取热量，提高保暖性；由于以微小的电流就能激活石墨烯远红外发热部分，比传统发热方式节能约60％，提高了电能的利用率。

市场上的智能可穿戴设备的加热模块，或发热不均匀，或使用电压高不安全，或柔韧性差、不耐弯折揉搓，或不耐水洗等等有着这样那样的缺点，不利于穿着舒适、使用安全寿命长，客户体验感不好。而采用本发明专利技术制成的发热膜，在智能可穿戴设备的加热模块方面有着非常广泛的应用前景，该发热模块只需要直流5V低电压供电，即可迅速发热，热量均匀，安全可靠，抗弯折耐揉搓，柔韧性非常好，可以用5V移动电源供电，也可以用5V电源转换器供电、也可以用USB接口电源线连接到电脑等设备上使用，也可以在汽车上用车载充电转换器进行供电使用。该发热膜的推出，极大的方便了智能可穿戴领域的家用发热理疗产品的推广应用，提高了客户体验感。该发热膜超薄，形状尺寸可以任意设定制作，发热效果好，各项性能指标均优于市场上的其他种类的发热模块，制作成本低，材料环保安全，极易推广应用。

附图说明

图1是本实用新型石墨烯发热膜的结构示意图；

图2是本实用新型石墨烯发热膜内石墨烯膜、铜箔电路板的正面示意图；

附图标记说明

1、聚酰亚胺基材膜；2、铜箔电路板；3、石墨烯膜；4、聚酰亚胺保护膜；5、导线。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步描述本实用新型的有益效果，这些实施方式仅是范例性的，并不对本实用新型的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本实用新型的结构思路、使用范围下可以对本实用新型技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本实用新型的保护范围内。

如图1、2所示，本实用新型的智能可穿戴服饰用石墨烯发热膜包括聚酰亚胺基材膜、铜箔电路板、石墨烯膜、聚酰亚胺保护膜，所述聚酰亚胺基材膜、铜箔电路板、石墨烯膜、聚酰亚胺保护膜从下至上依次叠合在一起，即聚酰亚胺保护膜、石墨烯膜、铜箔电路板从上至下依次固定在聚酰亚胺基材膜上，形成一体结构。

所述聚酰亚胺基材膜、聚酰亚胺保护膜的厚度均为8-135μm。所述石墨烯膜的厚度为5-120μm，石墨烯膜可以是采用化学气相沉积法制备而成，也可以采用将石墨烯涂料喷涂或丝印在基材上，然后于烘箱中烘烤、固化而成。

石墨烯膜通过涂布、凹辊、凹版、丝印等方式叠合在所述聚酰亚胺基保护膜上。

铜箔电路板是将超薄铜箔叠合在基材膜上后，利用菲林工艺，将线路蚀刻而成；即将超薄铜箔叠合在PI薄膜基材膜上后，采用菲林，将线路板的线路依次通过曝光、显影、蚀刻的工艺步骤，最后将多余的铜箔清理干净而成。具体如下：

铜箔线路板层通过常规的柔性线路板制作工艺制得，即将铜箔贴合在聚酰亚胺膜上，通过曝光、显影、蚀刻、表面处理等工序制得。

常规的柔性线路板制作工艺流程是：开料→钻孔→贴干膜→对位→曝光→显影→蚀刻→脱膜→表面处理→贴覆盖膜→压制→固化→表面处理→沉镍金→印字符→剪切→电测→冲切→终检→包装→出货。

在印制电路板通过电脑设计完成后，即可绘制照相底图。

用照相的方法对照相底图拍照以得到照相底片，照相底片要按比例缩小(用绘制照相底图相反的比例)，以得到设计所规定的印制图形尺寸。

照相的工艺流程：对光→曝光→显影→定影→水洗→晾干→修复；

然后用光化学法进行图形转移，就是将电路图形由照相底片转移到印制板上去。通常先在板的有铜箔面，浸渍涂覆一层光敏抗蚀剂，然后把照相底片放在上面进行曝光，然后进行显影，使抗蚀剂形成的线路图保留下来，而板面上其余的抗蚀剂都被洗掉。

蚀刻是将涂有抗蚀剂并经感光显影后的印制电路板上未感光部分的铜箔腐蚀掉，在印制电路板上留下所需的电路图形的过程。

蚀刻的工艺流程是：预蚀刻→蚀刻→水洗→浸酸处理→水洗→干燥→去抗蚀膜→热水洗→冷水冲洗→干燥(吹干或晾干)→修板。

铜箔电路板的功率根据产品石墨烯发热膜的功率而设计，铜箔电路板的长、宽尺寸大小与产品石墨烯发热膜的石墨烯膜尺寸相适应，铜箔电路板的厚度为18-70μm；

使用时将本实用新型石墨烯发热膜中的铜箔电路板层上的两个电极与电源相连接，形成电流回路，电流通过铜箔电路板，使石墨烯发热膜被加热，均匀发热，其表面辐射热量。

如图2所示，将电源输出端(例如移动电源的输出端通过USB线、其他电源的输出端)通过导线与石墨烯发热膜中的铜箔线路板层上的两个对应的电极连接(焊接)，如图2导线连接示意。

因铜箔线路层与石墨烯膜紧密贴合，石墨烯具有优良的导电性，铜箔线路板层上的两极导线通电后，石墨烯薄膜具有一定的电阻，就会引起石墨烯膜迅速发热。铜箔电路板是起到与移动电源通电，形成电流回路，并致使石墨烯膜产生热量。

本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，所述技术术语“叠合”“连接”应作广义理解，例如可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、电连接、直接连接，也可以是通过中间媒介简介连接、可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述技术术语在本实用新型中具体含义。

本发明将具有优良热传导性能的石墨烯膜与导电线路(铜箔电路板)、高绝缘性的聚酰亚胺薄膜(PI膜)通过粘结剂复合粘结成超薄石墨烯发热膜，采用5V低电压供电，发热迅速，热量均匀，耐揉搓洗涤，柔韧性好，电绝缘性好，使用安全，实际施工操作简单，易于批量生产，可广泛应用于智能可穿戴设备发热保暖领域。

实施例1

本实用新型的智能可穿戴服饰用石墨烯发热膜是在聚酰亚胺基材膜上设置铜箔电路板，在铜箔电路板上设置石墨烯膜，在石墨烯膜上设置聚酰亚胺保护膜作为保护层，在铜箔电路板的两极设立导线连接端子，与电源相连，为发热膜供电。

本实用新型的基材膜选用聚酰亚胺基材膜的厚度为8-135μm，石墨烯膜的厚度为5-120μm，铜箔电路板的厚度为18-70μm；其长度与石墨烯膜的长度相适应，其宽度与石墨烯膜的宽度相适应；电路板的功率与石墨烯发热膜的设计功率相适应。

本实用新型的石墨烯发热膜可用于制作成发热毯、护膝、护腰带、护颈、手套、脚套、发热毯、发热垫、保健衣服等，为其提供发热源，起到供暖、保健的功效。

本实用新型的石墨烯发热膜的制作过程如下：

1)铜箔电路板的制作：

根据石墨烯膜的方阻和发热尺寸的要求，设计合适的线路图；将超薄铜箔(厚度大约是18-70μm)贴合到带胶聚酰亚胺基材膜1上，接着将线路图plot在菲林上，再利用紫外光的能量进行曝光；然后依次进行显影、蚀刻工艺步骤，将多余的铜箔蚀刻并彻底清理干净，形成按照石墨烯膜的方阻和发热尺寸的要求而设计的线路，制得铜箔电路板。

蒸发铝膜、导电漆膜、印制电路板铜箔膜等薄膜状导电材料，衡量它们厚度的最好方法就是测试它们的方阻。方阻就是方块电阻，方阻仅与导电膜的厚度等因素有关。

聚酰亚胺基材膜的厚度为8-135μm，铜箔电路板层的厚度大约是18-70μm。

2)石墨烯膜的制备

将石墨烯粉料调制成石墨烯浆料，在将浆料涂布成均匀厚度的薄膜，置于烘箱中烘干、固化，即得，石墨烯膜的厚度为5-120μm。

3)将石墨烯膜3模切出特定形状(长方形、正方形、菱形、圆形等)，接着在其一个表面上涂布粘贴剂，然后贴合到铜箔电路板层上，其中所用的粘结剂可以是聚氨酯、聚苯乙烯、丙烯酸酯、环氧树脂等中的一种或几种。

4)叠合聚酰亚胺保护膜

在石墨烯膜3的另一表面涂布粘贴剂，然后将聚酰亚胺保护膜覆盖在石墨烯膜上，制成完整的石墨烯发热膜，其中聚酰亚胺保护膜的厚度是8-135μm。

聚酰亚胺膜(PI膜)具有突出的耐高温、耐辐射、耐化学腐蚀和电绝缘性能，可在-200～300℃空气中长期使用。用聚酰亚胺薄膜做保护膜可以有极强的柔韧性和绝缘安全性。发热模块可以做到通电情况下弯折，揉搓，浸泡水都不会出现功能不良。

本专利技术中优先选用聚酰亚胺膜(PI膜)，也可以选用PET膜、PE膜、PVC膜、PP膜等薄膜作为基材和绝缘保护膜。

Claims (8)

1.一种智能可穿戴服饰用石墨烯发热膜，其特征是，包括从下至上依次叠合在一起的基材膜、铜箔电路板、石墨烯膜、保护膜，电连接点位于铜箔电路板的两极。

2.如权利要求1所述的发热膜，其特征是，所述石墨烯发热膜用作护膝、护腰带、护颈、手套、脚套、发热毯、发热垫、保健衣服的发热源。

3.如权利要求1所述的发热膜，其特征是，所述基材膜、保护膜选用PI、PET、PP、PE、PVC或EVA薄膜中的一种。

4.如权利要求1所述的发热膜，其特征是，所述基材膜、保护膜选用PI薄膜。

5.如权利要求4所述的发热膜，其特征是，所述PI基材膜、PI保护膜的厚度为8-135μm。

6.如权利要求1所述的发热膜，其特征是，所述石墨烯膜的厚度为5-120μm。

7.如权利要求1所述的发热膜，其特征是，所述铜箔电路板的厚度为18-70μm。

8.如权利要求1所述的发热膜，其特征是，在铜箔电路板的两端连接导线，导线连接电源即可工作。