CN218735044U - 一种石墨烯加热垫 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种石墨烯加热垫，包括保护套和封装于保护套内的石墨烯加热层，所述石墨烯加热层包括正极导线、负极导线和石墨烯加热带，石墨烯加热带呈蛇形状设置，正极导线、负极导线分别固定在石墨烯加热带的两端。该石墨烯加热垫创新地将发热体设置为蛇形状结构，有效地解决了现有加热垫不能或不便于避开开孔或开缺口，以及发热效果较差和实用性差的技术问题。

Description

一种石墨烯加热垫

技术领域

本实用新型属于石墨烯加热技术领域，具体涉及一种石墨烯加热垫。

背景技术

随着社会的多元化发展及行业的细分，取暖用加热垫应运而生并被广泛应用于家庭、医用护理等领域。

目前，加热垫一般有如下三种：

第一种，采用金属电阻丝作为加热体，但由于金属电阻丝加热为线发热，发热面温度极不均匀，高温和低温区温度差超过60℃，例如线径为0.7mm，长3米的电阻丝平面辐射面积仅为0.021m²。

第二种，采用碳纤维、导电布等材料作为加热体，但该类加热垫在揉搓时存在因电阻接触点不牢固容易造成功率严重衰减的技术问题。

第三种，采用石墨烯复合电阻膜或碳纳米复合纸作为加热体，如公开号为CN214281671U的专利文献就公开了一种远红外石墨烯加热垫。虽然该加热垫具有加热效果，但该加热垫采用的石墨烯发热片为整体实心结构，而实际制备产品时往往需要开孔或开缺口等，这就导致其不能或不便于避开开孔或开缺口等。通常的解决办法是根据产品的实际结构在石墨烯发热片上开孔或开缺口等，但整张石墨烯发热片开孔或开缺口后，由于电流的聚集效应，往往会在孔或缺口的周围形成局部高温，影响发热垫的稳定性和安全性。

另外，由于石墨烯发热片的方阻（50mΩ左右）很低，因此采用整张石墨烯发热片作为加热体将导致其功率很大，根本不能起到较好的发热效果，因而其实用性较差。

实用新型内容

本实用新型针对上述技术问题提供了一种石墨烯加热垫，该石墨烯加热垫创新地将发热体设置为蛇形状结构，有效地解决了现有加热垫不能或不便于避开开孔或开缺口，以及发热效果较差和实用性差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种石墨烯加热垫，其特征在于：包括保护套和封装于保护套内的石墨烯加热层，所述石墨烯加热层包括正极导线、负极导线和石墨烯加热带，石墨烯加热带呈蛇形状设置，正极导线、负极导线分别固定在石墨烯加热带的两端。

所述石墨烯加热带的数量为一条或多条，当石墨烯加热带的数量为多条时，多条石墨烯加热带间隔并联在正极导线与负极导线之间。

所述石墨烯加热带之间的间隔距离1-10cm。

所述石墨烯加热带包括依次叠放并经热压成一体的上保护层、上热熔胶层、铜电极、石墨烯加热膜、下热熔胶层和下保护层，铜电极位于石墨烯加热带的两端，并分别与正极导线和负极导线连接。

所述上保护层为无纺布、PET膜、PI膜、PVC膜、PU膜、PE膜中的一种，下保护层为无纺布、PET膜、PI膜、PVC膜、PU膜、PE膜中的一种。

所述石墨烯加热带的厚度为40-60μm。

采用上述技术方案，本实用新型的有益技术效果是：

1、本实用新型的关键改进点在于采用了呈蛇形状的石墨烯加热带作为加热垫的发热体，一方面，呈蛇形状的石墨烯加热带在保证宽度一致的情况下，可以任意弯折和绕开需要绕开的开孔，使石墨烯加热带布满需要加热的区域，避免了普通石墨烯电阻膜只能在矩形面积上发热的缺陷。另一方面，呈蛇形状的石墨烯加热带则具有发热均匀、电流适中、温度适中等优点，实现了石墨烯膜作为加热垫加热源的实际应用，具有较好的实用性。

2、本实用新型石墨烯加热层中石墨烯加热带的数量既可设置为一条，也可设置为相间隔的多条，该设置的优点在于将石墨烯加热垫设置为不同形状有利于满足不同领域的需要。例如，可将石墨烯加热垫制备成鼠标加热垫、水杯保温垫、汽车座椅加热垫、医疗床加热垫、加热盖毯等。

3、本实用新型将石墨烯加热带之间的间隔距离设置 为1-10cm，其有利于根据加热垫设计的功率大小进行微调。

4、本实用新型将中的石墨烯加热带包括依次叠放并经热压成一体的上保护层、上热熔胶层、铜电极、石墨烯加热膜、下热熔胶层和下保护层。其中，上下保护层加上耐温100-110℃的热熔胶，能使石墨烯加热带稳定地固定在加热垫中间，避免石墨烯加热带移位造成短路、断路故障，有利于提高产品安全性。

5、本实用新型采用的石墨烯加热膜本身的水平导热系数高达1200-1800w/(m·k)，远大于传统的金属导热材料如铜、铝的，即使当石墨烯加热带发热不均匀时，也可以将热量导到附近区域，避免了局部出现的高温。同时，当石墨烯加热带在极端条件下出现破损，会导致电阻变大，功率下降，也提高了其安全性。另外，石墨烯加热膜的方阻在50mΩ左右，可以实现石墨烯加热膜制作的石墨烯加热带加热，完美实现低电压发热，如5V或24V等安全电压下的发热，提高了应用领域，特别是安全电压加热领域。

6、本实用新型将石墨烯加热带的厚度设置为40-60μm，具有厚度薄、柔韧性好、发热效果均匀、耐弯折30000次不断裂的的特性，有利于提高加热垫的使用感。

附图说明

图1为本实用新型的层状结构示意图；

图2为本实用新型制备的方形垫的结构示意图；

图3为本实用新型制备的圆形垫的结构示意图；

图4为本实用新型中石墨烯加热带的结构示意图。

图中标记为：1、保护套，2、石墨烯加热层，3、正极导线，4、负极导线，5、石墨烯加热带，6、上保护层，7、上热熔胶层，8、铜电极，9、石墨烯加热膜，10、下热熔胶层，11、下保护层。

具体实施方式

本实用新型提供了一种石墨烯加热垫，如图1-3所示，其包括保护套1和封装于保护套1内的石墨烯加热层2。其中，

所述保护套1优选采用融喷布制成，其厚度可根据需要相应调节，其形状与待制备石墨烯加热垫的形状相同。

所述石墨烯加热层2包括正极导线3、负极导线4和石墨烯加热带5，石墨烯加热带5呈蛇形状设置，其厚度为40-60μm，优选厚度为50μm。另外，石墨烯加热带5的宽度可根据需要相应设置。正极导线3、负极导线4分别固定在石墨烯加热带5的两端。需要说明的是，本实施例对石墨烯加热带5的蛇形结构不作限定，其既可以是如图2所示的直角转弯式蛇形结构，也可以是如图3所示的弧形转弯式蛇形结构，还可以是S形的蛇形结构。

此外，石墨烯加热带5的数量可以为一条或多条，当石墨烯加热带5的数量为一条时，可以将其制备成如图3所示结构，进而用作鼠标加热垫、水杯保温垫等。当石墨烯加热带5的数量为多条时，多条石墨烯加热带5间隔并联在正极导线3与负极导线4之间，此时可将石墨烯加热带5制备成如图2所示结构，进而用作汽车座椅加热垫、医疗床加热垫、加热盖毯等。当然，根据需要，也可采用一张面积较大的蛇形状石墨烯加热带5代替多张面积较小的石墨烯加热带5制备汽车座椅加热垫、医疗床加热垫、加热盖毯等。

需要说明的是，石墨烯加热带5之间的间隔距离1-10cm，但优选石墨烯加热带5之间的间隔距离5cm。该间隔距离主要作用是根据加热垫设计的功率大小进行微调，以得到更准确的设计功率。

本实施例还对石墨烯加热带5的结构作了进一步限定，如图4所示，所述石墨烯加热带5包括上保护层6、上热熔胶层7、铜电极8、石墨烯加热膜9、下热熔胶层10和下保护层11，上保护层6、上热熔胶层7、铜电极8、石墨烯加热膜9、下热熔胶层10和下保护层11依次叠放后经平面层压机热压成一体，铜电极8位于石墨烯加热带5的两端，并分别与正极导线3和负极导线4连接。

需要说明的是，上保护层6为无纺布、PET膜、PI膜、PVC膜、PU膜、PE膜中的一种，下保护层11为无纺布、PET膜、PI膜、PVC膜、PU膜、PE膜中的一种。上保护层6和下保护层11优选为同样的材料制成，但也可根据需要不同采用不同的材料制成，如上保护层6可采用无纺布，而下保护层11可采用PET膜。

另外，石墨烯加热膜9及其制备方法为现有常规技术手段，主要是利用氧化石墨烯自组装成膜，再热还原成石墨烯加热膜9。其制备过程是利用氧化石墨经过高速分散剥离得到氧化石墨烯浆料，浆料经过脱泡、涂布成膜干燥、炭化、石墨化、分切等工序得到合格的石墨烯加热膜9，其机械性能好、导热系数高、质量轻材料薄、柔韧性好，方阻低，厚度50μm的石墨烯膜方阻50mΩ左右。

进一步的，所述石墨烯加热带5的制备方法为：

1、选取保护层，并通过喷涂机在保护层上喷涂EVA热熔胶；

2、按照设计尺寸模切出相应的带胶无纺布；

3、在带胶无纺布设计的位置铺贴铜电极8；

4、将石墨烯加热膜9按照设计尺寸模切或激光切割成蛇形状；

5、将石墨烯加热膜9放置在贴好铜电极8的无纺布上，电极因密度小、超级柔软，可使用吸风转移装置进行转移；

6、在表面放置模切好的带胶无纺布，转移至平面层压机进行热压，热压温度为110-130℃；

7、再经质检和修边即得到石墨烯加热带5。

需要说明的是，上述制备过程中，步骤2中的带胶无纺布为下热熔胶层10和下保护层11，步骤6中的带胶无纺布为上热熔胶层7和上保护层6。

另外，若采用无纺布作为保护层，无纺布的厚度为2-6mm，若采用PET膜、PI膜、PVC膜、PU膜或PE膜作为保护层，其厚度可为0.1-0.15mm。

本实用新型以长度60cm，宽度为8mm、厚度为50μm、间隔为5cm的石墨烯加热带5按照图2所示结构制备成加热垫为例进行了试验，经试验，使用24V电源，该加热垫的功率160瓦，表面温度42℃。

另外，申请人以整张石墨烯（未切割的）发热片为例在同等条件下进行了对比试验，经试验，通24V电源因电流过大而电源保护性断电，无法进行加热。

对比可知，对于方阻仅为50mΩ的石墨烯膜，直接使用整张膜不能起到较好的加热功能。而通过切割成蛇形结构后，其发热均匀，电流适中，温度适中，实现了石墨烯膜作为加热垫加热源的实际应用。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (6)

1.一种石墨烯加热垫，其特征在于：包括保护套（1）和封装于保护套（1）内的石墨烯加热层（2），所述石墨烯加热层（2）包括正极导线（3）、负极导线（4）和石墨烯加热带（5），石墨烯加热带（5）呈蛇形状设置，正极导线（3）、负极导线（4）分别固定在石墨烯加热带（5）的两端。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯加热垫，其特征在于：所述石墨烯加热带（5）的数量为一条或多条，当石墨烯加热带（5）的数量为多条时，多条石墨烯加热带（5）间隔并联在正极导线（3）与负极导线（4）之间。

3.根据权利要求2所述的一种石墨烯加热垫，其特征在于：所述石墨烯加热带（5）之间的间隔距离1-10cm。

4.根据权利要求1-3中任一面所述的一种石墨烯加热垫，其特征在于：所述石墨烯加热带（5）包括依次叠放并经热压成一体的上保护层（6）、上热熔胶层（7）、铜电极（8）、石墨烯加热膜（9）、下热熔胶层（10）和下保护层（11），铜电极（8）位于石墨烯加热带（5）的两端，并分别与正极导线（3）和负极导线（4）连接。

5.根据权利要求4所述的一种石墨烯加热垫，其特征在于：所述上保护层（6）为无纺布、PET膜、PI膜、PVC膜、PU膜、PE膜中的一种，下保护层（11）为无纺布、PET膜、PI膜、PVC膜、PU膜、PE膜中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯加热垫，其特征在于：所述石墨烯加热带（5）的厚度为40-60μm。

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