一種石墨烯發(fā)熱體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電熱材料，具體地說(shuō)涉及一種石墨烯發(fā)熱體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，現(xiàn)有的電暖、電加熱主要有發(fā)熱電纜和電熱膜兩種類(lèi)型。其中，發(fā)熱電纜是采用單根或多根合金電熱絲作為發(fā)熱源，高純度、高溫、電熔結(jié)晶氧化鎂作導(dǎo)熱絕緣體，無(wú)縫連續(xù)不銹鋼或銅管作為護(hù)套，采用特殊生產(chǎn)工藝制造而成。電熱膜是一種通電后能發(fā)熱的半透明聚酯薄膜，由可導(dǎo)電的特制油墨、金屬載流條經(jīng)加工、熱壓在絕緣聚酯薄膜間制成。電熱膜分為用于電子電器、軍事等的高溫電熱膜和用于民用的低溫電熱膜。
[0003]然而，發(fā)熱電纜需要添加多根合金電熱絲，并且外層需要包覆導(dǎo)熱絕緣體，其成本偏高，而且增加自身重量，在一些特殊的場(chǎng)合無(wú)法使用，如家居裝飾(地毯、坐墊、壁畫(huà)、屏風(fēng)等)、可穿戴設(shè)備(電熱衣、手套等)。再者，發(fā)熱電纜升溫較慢，若存在局部電纜斷裂，存在漏電危險(xiǎn)，并將直接影響發(fā)熱效率。低溫電熱膜雖能解決上述發(fā)熱電纜某些不足之處，但電熱膜通常采用的導(dǎo)電填料為石墨粉、金屬粉(銀粉、鋁粉等)、導(dǎo)電炭黑，這些導(dǎo)電填料在電熱膜中添加量都非常大，對(duì)金屬粉填料而言，特別是銀粉，成本較高，石墨粉和炭黑具有不穩(wěn)定性，長(zhǎng)時(shí)間使用容易老化，電弧發(fā)生變化，導(dǎo)致最終發(fā)熱效率大幅度降低。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中提出了如下技術(shù):
中國(guó)專(zhuān)利號(hào)“201410457400.5”在2014年12月17日公開(kāi)了“一種石墨烯電熱膜”，其技術(shù)方案為所述石墨烯電熱膜包括石墨烯膜發(fā)熱層以及涂覆在石墨烯膜發(fā)熱層上下兩側(cè)的絕緣保護(hù)層；其特征在于，石墨烯膜發(fā)熱層的制備包括以下步驟:(I)將I重量份的石墨烯，5~150重量份的溶劑混合，超聲分散后得到石墨烯分散液；(2)將步驟(I)得到的石墨烯分散液，以10~1000mL/h的擠出速度在一字形?？诘闹苽溲b置中擠出，于10~80°C的凝固液中停留1~100秒凝固成膜，干燥后得到石墨烯膜發(fā)熱層；所述步驟(I)的溶劑主要由水、N —甲基吡咯烷酮、丙酮、二甲亞砜、吡啶、二氧六環(huán)、N, N—二甲基甲酰胺、N, N—二甲基乙酰胺、四氫呋喃、丁酮、乙二醇、二甘醇中的一種或者多種按照任意配比混合組成；所述步驟
(2)中的一字形模口的制備裝置為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，中間開(kāi)有一個(gè)逐漸變窄的一字形?？?；所述步驟(2)的凝固液主要由甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正丁醇、乙二醇、環(huán)己酮、丙三醇、乙酸丁酯、丙二醇、醋酸正丙酯、乙酸、丙三醇、異丁醇、乙酸甲酯中的一種或多種按照任意配比混合組成。但該專(zhuān)利在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，仍然存在著如下缺陷:一、利用氧化石墨烯(rGO)制備電熱膜，涉及氧化石墨烯還原過(guò)程，該還原過(guò)程比較繁瑣，且被還原所得的氧化還原石墨烯(rGO)表面存在較多官能團(tuán)，在還原過(guò)程中，不可能全部去掉，并且表面孔洞較多，影響了石墨烯的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能。二、制備過(guò)程中涉及的溶劑或凝固劑包括甲醇和四氫呋喃，這些均為有毒物質(zhì)，在操作過(guò)程中較危險(xiǎn)，容易對(duì)人體造成傷害。三、采用聚酰亞胺作為絕緣保護(hù)層，價(jià)格較昂貴，大大提高了生產(chǎn)成本。四、制備的電熱膜太厚，導(dǎo)致成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提供一種石墨烯發(fā)熱體的制備方法，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是能夠制得具有優(yōu)異導(dǎo)熱導(dǎo)電性能的發(fā)熱體。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種石墨烯發(fā)熱體的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)、向成膜樹(shù)脂中加入稀釋劑，得到成膜樹(shù)脂溶解到稀釋劑中的溶解液；
(2)、向溶解液中加入石墨烯和助劑，得到混合液；
(3)、將混合液涂覆到成膜載體上形成石墨烯導(dǎo)電層，干燥后得到由石墨烯導(dǎo)電層與成膜載體組成的發(fā)熱體。
[0007]所述步驟(I)中成膜樹(shù)脂與稀釋劑的質(zhì)量比為95— 90:5—10，成膜樹(shù)脂通過(guò)攪拌的方式均勻溶解到去離子水中。
[0008]所述步驟(I)中的成膜樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、環(huán)氧改性有機(jī)硅樹(shù)脂中的一種或多種的混合，稀釋劑為無(wú)水乙醇、正丁醇中的一種或兩種的組合。
[0009]所述步驟(2)中的石墨稀與成膜樹(shù)脂的質(zhì)量比為I一10:99一90。
[0010]所述石墨烯在使用前需對(duì)其分散處理，分散方式為在無(wú)水乙醇中超聲分散30—60mino
[0011]所述步驟(2)中的助劑為包括乙二醇、吐溫-80、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、L一賴(lài)氨酸、木質(zhì)素磺酸鈉、丙酮中一種或多種組合的表面活性劑。
[0012]所述步驟(3)中的成膜載體是由PET材料制成的膜片，其厚度為0.1—0.2mm。
[0013]所述步驟(3)中的混合液以刷涂或噴涂的方式涂覆到成膜載體上，涂覆厚度為
100— 200un1
[0014]所述步驟(3)中的發(fā)熱體表面敷設(shè)有韌性膜。
[0015]采用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
一、本發(fā)明采用石墨烯作為導(dǎo)電填料層，只需要添加少量的石墨烯，就能達(dá)到很好的導(dǎo)電效果，對(duì)成膜載體的結(jié)構(gòu)影響很小。就石墨烯的片層結(jié)構(gòu)而言，其片層相互搭接，還使得發(fā)熱體的導(dǎo)電性能具有更高的穩(wěn)定性。與中國(guó)專(zhuān)利號(hào)“201410457400.5”為代表的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)溶解、混合和涂覆三個(gè)主要步驟就能夠制得具有優(yōu)異導(dǎo)熱導(dǎo)電性能的發(fā)熱體，具有生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低廉和導(dǎo)電導(dǎo)熱效果好的優(yōu)點(diǎn)。
[0016]二、本發(fā)明中，若成膜樹(shù)脂與稀釋劑的質(zhì)量比小于95:5，會(huì)因稀釋劑較少而導(dǎo)致混合液的粘度過(guò)高，不利于石墨烯的快速分散；若成膜樹(shù)脂與稀釋劑的質(zhì)量比大于90:10,又會(huì)因稀釋劑較多而導(dǎo)致混合液的粘度降低，最終導(dǎo)致固化成膜后石墨烯導(dǎo)電層的附著力降低和石墨烯膜孔洞較多，進(jìn)而降低產(chǎn)品的導(dǎo)電、導(dǎo)熱效果。因此，將成膜樹(shù)脂與稀釋劑的質(zhì)量比為95—90:5—10，既有利于降低施工難度，又能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量。另外，由于環(huán)氧樹(shù)月旨、乙烯基樹(shù)脂、環(huán)氧改性有機(jī)硅樹(shù)脂均為液態(tài)物質(zhì)，因此選用環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、環(huán)氧改性有機(jī)硅樹(shù)脂中的一種或多種的混合作為成膜樹(shù)脂，不需要額外加熱，通過(guò)加入稀釋劑攪拌即可實(shí)現(xiàn)成膜樹(shù)脂的快速混合，有利于提高生產(chǎn)效率。
[0017]三、本發(fā)明中，采用環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、環(huán)氧改性有機(jī)硅樹(shù)脂中的一種或多種作為成膜樹(shù)脂，在成膜后具有較好的附著力、力學(xué)性能、耐水性和耐高溫特性。
[0018]四、本發(fā)明中，石墨稀與成膜樹(shù)脂米用I一10:99—90的質(zhì)量比，能使石墨稀在成膜樹(shù)脂中達(dá)到理想的分散狀態(tài)，即能使石墨烯導(dǎo)電層穩(wěn)固地附著在成膜樹(shù)脂上，以及能使石墨烯形成完整的導(dǎo)電導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。
[0019]五、本發(fā)明中，石墨稀作為納米材料，具有相當(dāng)高的表面能，它不親油，亦不親水，在溶劑中極易溶于發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象；而采用在無(wú)水乙醇中超聲分散30— 60min的方式處理石墨烯，則能夠有效解決上述問(wèn)題，并能夠避免出現(xiàn)石墨烯片層搭接不良和導(dǎo)電、導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)形成不完善的缺陷，進(jìn)而提高產(chǎn)品的導(dǎo)電性能和發(fā)熱性能。
[0020]六、本發(fā)明中，助劑為包括乙二醇、吐溫-80、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、L 一賴(lài)氨酸、木質(zhì)素磺酸鈉、丙酮中一種或多種組合的表面活性劑，其主要原理是采用大分子有機(jī)物，包覆在石墨烯外層，以降低其表面能，一定程度上減少石墨烯在溶液中團(tuán)聚。
[0021]七、本發(fā)明中，PET的厚度不僅影響傳熱的時(shí)間和效率，還影響產(chǎn)品的重量，因此，將PET材料制成厚度為0.1—0.2mm的膜片，不僅加快了產(chǎn)品的傳熱效率，減少了傳熱時(shí)間，還因其重量較輕而適用于穿戴設(shè)備中，進(jìn)而擴(kuò)大了產(chǎn)品的適用范圍。
[0022]八、本發(fā)明中，混合液以刷涂或噴涂的方式涂覆到成膜載體上，該方式能使混合液均勻分布到成膜載體上，有利于提高發(fā)熱體的發(fā)熱性能。涂覆厚度設(shè)置為100— 200um，既有利于降低生產(chǎn)成本，又能夠在石墨烯導(dǎo)電層內(nèi)外熱交換不及時(shí)情況下