CN213097159U - 一种导热均匀的石墨烯床垫 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及床垫技术领域，尤其涉及一种导热均匀的石墨烯床垫，包括床垫套及设于床垫套内的床垫本体，所述床垫本体为海绵体层，所述海绵体层下方表面设有发热层，所述发热层包括自上而下依次叠层设置的上阻燃布、PTC柔性石墨烯发热片和下阻燃布，所述PTC柔性石墨烯发热片电连接有控制器。本实用新型可实现温度自我限制，保证床垫不怕被覆盖，不怕局部过热，确保床垫使用的安全性，有效解决了现有床垫面状发热局部覆盖和覆盖不均匀时，持续升温可能发生人员烫伤或火灾风险的问题。

Description

一种导热均匀的石墨烯床垫

技术领域

本实用新型涉及床垫技术领域，尤其涉及一种导热均匀的石墨烯床垫。

背景技术

石墨烯作为一种新型的二维纳米材料，是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，石墨烯是由sp2杂化的碳原子蜂窝状六角结构紧密排列而成的二维单原子层片状晶体材料，具有大π共轭体系和最薄单层原子厚度的结构，这使得其拥有独特的光、电、磁、机械等物理性能和化学性质，自2004年发现以来，石墨烯不仅在理论科学上受到了极大关注，在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等诸多领域具体实际应用中也有很高的开发潜力和应用价值。

床垫是一种介于人体和床板之间的家居类物品，市面上的床垫材质繁多，床垫能为人们提供一种健康而又舒适的睡眠。在寒冷的冬天，人们在睡觉时为了驱寒，期望所躺的床是可以加热的，最传统的是电热丝电热毯，价格较为便宜且实用也很方便，但其一方面存在较大的安全隐患，另一方面也会对人体健康造成影响。后来出现了可加热床垫，包括玉石电热床垫、水暖床垫和电加热床垫等，都已经表现出了良好的使用效果，受到了消费者的爱戴。然而，上述床垫在安全性方面没有足够的保证，若使用不当仍将造成安全问题，带来不必要的损失，且加热床垫的调温和定时功能也有待进一步研究。

实用新型内容

因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种导热均匀的石墨烯床垫。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种导热均匀的石墨烯床垫，包括床垫套及设于床垫套内的床垫本体，所述床垫本体为海绵体层，所述海绵体层下方表面设有发热层，所述发热层包括自上而下依次叠层设置的上阻燃布、PTC柔性石墨烯发热片和下阻燃布，所述PTC柔性石墨烯发热片电连接有控制器。

进一步地改进，所述发热层还包括设于下阻燃布的下表面的隔热层。

进一步地改进，所述PTC柔性石墨烯发热片上还设有温度传感器，所述温度传感器与控制器电连接。

进一步地改进，所述PTC柔性石墨烯发热片至少设有两片。

进一步地改进，所述发热层的下表面设置有分别与各片PTC柔性石墨烯发热片一一对应的压电薄膜，各所述压电薄膜分别与控制器电连接。

通过采用前述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型有效解决了面状发热局部覆盖和覆盖不均匀时，持续升温可能发生的人员烫伤或火灾的风险，其通过采用PTC柔性石墨烯发热片，使本实用新型床垫实现温度自我限制，保证床垫不怕被覆盖，不怕局部过热，确保床垫使用的安全性，而床垫主体为海绵体层，由于海绵体本身具有气孔且气孔相连，PTC柔性石墨烯发热片产生的热量可在气孔内部自由流通，使床垫达到均热的效果，且各个部位温度差不超多1℃，同时，其还可以进一步防止局部过热，而当床垫无覆盖时，海绵体会将热量先储存起来，并锁定在其内部，减少热量散发，当人躺下时，热量通过人体挤压，从人体躺下的区域溢出，使人瞬间感到温暖，从而达到无覆盖的情况下仍能保温节能的目的；

2、通过在发热层下表面设置隔热层，可以防止PTC柔性石墨烯发热片产生的热量从其下表面散发出去，从而保证热量能被海绵体吸收储存，达到节能的目的；

3、通过设置温度传感器，给本实用新型结构使用时具有双重的安全保障，使用更加安全；

4、所述PTC柔性石墨烯发热片至少设有两片，在使用时，可根据实际使用区域电联相应的PTC柔性石墨烯发热片，达到节能的目的；

5、通过设置压电薄膜，由于压电薄膜的本身自带的性质，当人们躺在床垫时，压电薄膜会受到来着人体的压力，薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号，将该电信号发送至控制器控制PTC柔性石墨烯发热片，实现PTC柔性石墨烯发热片自动通电加热，使用更加方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例一床垫的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一发热层的局部结构示意图；

图3是本实用新型实施例二床垫的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

实施例一

参考图1、图2，本实施例提供一种导热均匀的石墨烯床垫，包括床垫套1 及设于床垫套1内的床垫本体2，所述床垫套1为阻燃床垫套，所述床垫本体2 为海绵体层，所述海绵体层2下方表面设有发热层3，所述发热层3包括自上而下依次叠层设置的上阻燃布31、PTC柔性石墨烯发热片32、下阻燃布33和隔热层34，所述PTC柔性石墨烯发热片32电连接有控制器(图中未示出)，所述控制器为温控仪，所述控制器电联DC36V的电源适配器，所述PTC柔性石墨烯发热片32上还设有温度传感器(图中未示出)，所述温度传感器与控制器电连接，其中，所述PTC柔性石墨烯发热片32设置有两片，且所述发热层3的下表面设置有分别与各PTC柔性石墨烯发热片32一一对应的压电薄膜4，各所述压电薄膜4分别与控制器电连接，由于压电薄膜4的本身自带的性质，当人们躺在床垫时，压电薄膜4会受到来着人体的压力，压电薄膜4上下电极表面之间就会产生一个电信号，将该电信号发送至控制器控制PTC柔性石墨烯发热片，32实现PTC柔性石墨烯发热片32自动通电加热，使用更加方便。

在本实施例中，所述PTC柔性石墨烯发热片32设置有两片，两PTC柔性石墨烯发热片32沿床垫的宽度方向水平并列设置，但其在实际应用中还可根据实际需求设置多片，以满足人们的各种使用需求。

在本实施例中，所述PTC柔性石墨烯发热片32包括自上而下叠层设置的上层PET膜32b、发热片本体32a以及下层PET膜32c，其中，所述发热片本体32a 包括以下组分：有机聚合物30-50份、PTC纳米陶瓷粉10-20份、石墨烯粉3-10 份、导电炭黑粉9-16份、有机溶剂15-28份、去离子水4-7份、抗氧化剂2-5 份、粉体硅烷偶联剂1-2份、其他助剂1-3份、红外增强剂1-3份。

其中，所述PTC纳米陶瓷粉组成通式为x(BaTiO₃)-y(SrTiO₃)-(1-x-y)(CaT iO₃)+amol％Nb₂O₅+b mol％MnO₂，0.7≤x≤0.8，0.2≤y≤0.3，0.2≤a≤0.6，1 ≤b≤2。

所述PTC纳米陶瓷粉的制备包括以下步骤：

S1：按组成通式称取配方量的原料，原料为TiO₂、CaCO₃、SrCO₃、BaCO₃、Nb₂O₅和MnO₂；

S2:将TiO₂、CaCO₃、SrCO₃和BaCO₃研磨成磨粉状混合后，置于800-1000℃下保温1-3h得到第一混合物；

S3：在第一混合物内加入Nb₂O₅和MnO₂后再次混合研磨，在1250-1350℃煅烧1-3h得到第二混合物；

S4：将第二混合物研磨过筛得PTC纳米陶瓷粉成品。

所述发热片本体32a的制备包括以下步骤：

X1：将30-50份的有机聚合物、10-20份的PTC纳米陶瓷粉、3-10份的石墨烯粉、9-16份的导电炭黑粉投入100-150℃的炼制设备中炼制30-40min，得到混合均匀且具有导电性的有机聚合物，其中，所述石墨烯粉为单层或多层石墨烯粉中的一种；

X2：将15-28份的有机溶剂和1-2份的粉体硅烷偶联剂投入上述有机聚合物中于85-95℃的条件下继续炼制40-50min，得到含有PTC的石墨烯加热材料预处理浆液，其中，所述有机溶剂为甲酸戊酯；

X3：将4-7份的去离子水、2-5份的抗氧化剂、1-3份的其他助剂和1-3份的红外增强剂加入石墨烯加热材料预处理浆液中于58-65℃的条件下继续炼制 35-40min，得到组分均匀稳定的石墨烯加热材料浆液，其中，所述其他助剂为固化剂、分散剂以及防老化剂的混合物，且所述固化剂、分散剂以及防老化剂的质量比例为2:3:1.5，所述红外增强剂为锗石粉、电气石粉、六环石、纳米无机远红外粉中的一种或几种混合物；

X4：将石墨烯加热材料浆液球磨2-3h，得到适合喷涂的石墨烯加热材料成品浆液；

X5：将石墨烯加热材料成品浆液采用喷涂的形式喷涂在下层PET膜的上表面，喷涂厚度80-100nm，干燥后得到石墨烯发热膜；

X6：将带有下层PET膜的石墨烯发热膜加工成所需尺寸，接上电极，覆上上层PET膜，所述上层PET膜的四边向下向内折叠后位于下层PET膜的下表面，得到发热片本体。

其中，所述有机聚合物包括以下组分：聚乙烯树脂20-30份、环氧丙烯酸酯树脂30-35份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20-27份、聚酯丙烯酸酯30-34份、过氧化二异丙苯10-15份、丙烯酸酯化聚丙烯酸树脂10-20份、4,6-三叔丁基苯酚3-5份、有机硅改性丙烯酸酯2-5份，将上述组分投放至炼制设备中，于 160-200℃的条件下炼制时间为40-50min，即得混合均匀的有机聚合物。

采用上述各个步骤制成的发热片本体32a其居里温度在25-35℃之间，电阻突跳比为(1.1×10⁴)-(1.2×10⁴)，室温电阻率为450-500Ω·cm，电阻温度系数为18-19％/℃，耐电压强度(交流电)为210-230V/mm。

本实用新型有效解决了面状发热局部覆盖和覆盖不均匀时，持续升温可能发生的人员烫伤或火灾的风险，其通过采用PTC柔性石墨烯发热片，使本实用新型床垫实现温度自我限制，保证床垫不怕被覆盖，不怕局部过热，确保床垫使用的安全性，而床垫主体为海绵体层，由于海绵体本身具有气孔且气孔相连， PTC柔性石墨烯发热片产生的热量可在气孔内部自由流通，使床垫达到均热的效果，且各个部位温度差不超多1℃，同时，其还可以进一步防止局部过热，而当床垫无覆盖时，海绵体会将热量先储存起来，并锁定在其内部，减少热量散发，当人躺下时，热量通过人体挤压，从人体躺下的区域溢出，使人瞬间感到温暖，从而达到无覆盖的情况下仍能保温节能的目的；再者，所述控制器电联DC36V 的电源适配器，提高了使用的安全性。

当然，在本实施例中，所述海绵体层也可以采用3D直立棉层替代，所述3D 直立棉具有如海绵状的三维立体构造的直立纤维网结构或蜂窝状纤维网结构，以及具有阻燃性能强，高回弹，高抗压等特性，用于本实用新型结构更加保暖透气，其中，所述3D直立棉层优选采用舒弹丝、低熔点涤纶丝和常规涤纶丝的混合丝通过垂直成网非织造技术制成，其中舒弹丝、低熔点涤纶丝和常规涤纶丝的混合比为4：3：3，所制成的3D直立棉的密度克重为每立方米优选为700-800g，使本实用新型床垫具有更强的弹性回复能力以及高透气性。

需说明的是，舒弹丝是一种新型弹性纤维，具有永久型的三维立体结构,且有良好的手感，其由于结构的优势，可在3D直立棉中应用过程中充当了弹簧的作用，但是，舒弹丝含量过高时会导致3D直立棉的结构不稳定，由于舒弹丝呈非线状结构，随着舒弹丝含量增加的3D直立棉内部相互勾连，从而影响到3D 直立棉弹性回复性能以及透气性能；低熔点涤纶丝可作为连接舒弹丝与常规涤纶丝的粘合材料，保证了3D直立棉的成型，在舒弹丝比例一定的情况下，但当低熔点涤纶丝添加过多时，3D直立棉粘合点饱和后会造成3D直立棉板结，弹性回复性降低，保温性能也随之降低；所述3D直立棉的柔软度取决于常规涤纶丝的粗细，其可根据实际需求选取相应粗细的常规涤纶丝。

实施例二

参考图3，本实施例提供一种与实施例一基于同一实用新型构思的导热均匀的石墨烯床垫，其与实施例一的区别在于：所述发热层3的下表面还设有硬质棉层5，所述硬质棉层5上设有用于固定发热层3的凹槽51，且凹槽51内于相邻的两PTC柔性石墨烯发热片32之间设有分隔条52，所述分隔条52与硬质棉层5一体成型。

通过上述设置，可增加床垫整体的抗拉强度，使其不易变形，进一步加强床垫的舒适度和耐久性能，同时，凹槽的设置可便于将PTC柔性石墨烯发热片固定在凹槽内，使其不易发生位移、损坏。

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种导热均匀的石墨烯床垫，包括床垫套及设于床垫套内的床垫本体，其特征在于：所述床垫本体为海绵体层，所述海绵体层下方表面设有发热层，所述发热层包括自上而下依次叠层设置的上阻燃布、PTC柔性石墨烯发热片和下阻燃布，所述PTC柔性石墨烯发热片电连接有控制器。

2.根据权利要求1所述的一种导热均匀的石墨烯床垫，其特征在于：所述发热层还包括设于下阻燃布的下表面的隔热层。

3.根据权利要求1所述的一种导热均匀的石墨烯床垫，其特征在于：所述PTC柔性石墨烯发热片上还设有温度传感器，所述温度传感器与控制器电连接。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的一种导热均匀的石墨烯床垫，其特征在于：所述PTC柔性石墨烯发热片至少设有两片。

5.根据权利要求4所述的一种导热均匀的石墨烯床垫，其特征在于：所述发热层的下表面设置有分别与各片PTC柔性石墨烯发热片一一对应的压电薄膜，各所述压电薄膜分别与控制器电连接。

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