[發明專利]一種石墨烯電加熱膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201710164107.3
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106941736A
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 錢鋒;謝孔微;郭洪云;張蕭丹;梁森
• 申請（專利權）人: 青島華高墨烯科技股份有限公司
• 主分類號: H05B3/34
• 分類號: H05B3/34;H05B3/10;H05B3/03
• 代理公司: 青島高曉專利事務所37104
• 代理人: 白瑩,于正河

技術領域：

本發明屬于電發熱材料技術領域，涉及一種石墨烯電加熱膜及其制備方法，利用石墨烯突出的導電性和潤滑性，制備得到低電阻和高導熱率的石墨烯電加熱膜。

背景技術：

加熱膜是由電絕緣材料與封裝其內的發熱電阻材料組成的平面型發熱元件，加熱膜工作時能將電能轉化為熱能，并將熱能主要以輻射的形式向外傳遞；加熱膜作為新型的低溫輻射電加熱元件，具有電-熱轉換效率高，輻射熱占比大，電磁輻射小，對人體無危害，有效發熱面積大，熱均勻性和熱舒適性好，物理性能穩定，功率變化小，使用壽命長，厚度薄，柔性好和占用空間小等一系列與傳統加熱體明顯不同的優點，在采暖工程和建筑等行業有著非常廣闊的市場前景；中國專利201610324099.X公開的一種新型加熱膜包括加熱膜本體、發熱層、導電碳纖維和導電金屬絲，加熱膜本體的內部設置有發熱層，發熱層的內部交替設置有導電涂層和縱向抗拉纖維，且導電涂層的內部固定有導電碳纖維，導電涂層、導電碳纖維和縱向抗拉纖維的兩側與導電金屬絲固定連接，導電金屬絲的右端穿過絕緣密封塞與導電線串聯連接，且絕緣密封塞與加熱膜本體固定連接，發熱層的外壁上覆蓋有耐熱層，耐熱層的外壁上粘接有保溫層，保溫層與防純水保護膜之間設置有PET絕緣膜；中國專利201620146853.0公開的一種金屬柔性加熱膜包括金屬電極以及自下而上依次層疊的第一絕緣薄膜層、金屬發熱層、第二絕緣薄膜層、保溫導熱層，金屬發熱層均勻分布有若干導電合金條，金屬電極與金屬發熱層電連接，第一絕緣薄膜層均勻涂覆于所述金屬發熱層下表面，第二絕緣薄膜層均勻涂覆于金屬發熱層上表面，保溫導熱層為石墨層，敷設于第二絕緣薄膜層上表面；現有技術中的加熱膜普遍存在升溫速度慢和達不到指定溫度的問題。

石墨烯自2004年被發現以來，其優異的物理化學性質得到了科學界的廣泛關注，其電子遷移率為200000cm²/V·s，是光速的1/300，電子遷移率不受溫度影響，具有突出的導熱性，在常溫下導熱率為5300w/m.k，抗拉強度為125GPa，強度極限為42N/m2，電阻率為10^-8Ω·m，石墨烯是由碳原子以sp2雜化軌道、組成的六角形結構二維材料，其厚度只有0.335nm，比表面積為26302/g，電導率為108S/m，具有極高的強度以及柔韌性，是柔性導電導熱薄膜的理想材料，是一種功能全面而突出的新材料；石墨烯以無可比擬的導電性、突出的潤滑性和散熱性及其良好的力學和機械性能特點，為制備一種石墨烯電加熱膜提供了基礎。因此，開發低電阻和高導熱率的石墨烯基電加熱膜成為一項重要的課題。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計一種石墨烯電加熱膜及其制備方法，利用石墨烯突出的導電性和潤滑性，制備得到發熱效果良好的石墨烯電加熱膜。

為了實現上述目的，本發明涉及的石墨烯電加熱膜的主體結構如附圖1所示包括成膜基底、金屬電極、石墨烯電加熱膜和保護膜；矩形板狀結構的成膜基底的上表面兩側長邊上均設置有矩形條狀結構的金屬電極，兩條金屬電極互相平行，成膜基底與金屬電極之間通過導熱膠粘接式連接，金屬電極的上表面設置有網狀結構的石墨烯電加熱膜，金屬電極與石墨烯電加熱膜粘接式連接，石墨烯電加熱膜的上表面設置有矩形板狀結構的保護膜，石墨烯電加熱膜與保護膜粘接式連接。

本發明涉及的成膜基底和保護膜均為柔性耐折耐高溫材料，包括PET膜、PI膜、PVC膜、PP膜、PE保護膜、PC膜、PS膜或ABS膜；金屬電極的材質為銅、銀、金和鉑中的一種或幾種，金屬電極的表面經過粗糙處理，以便金屬電極與石墨烯電加熱膜良好接觸；石墨烯電加熱膜的成分為石墨烯漿料和粘結劑，石墨烯電加熱膜通過絲網印刷方式印刷成帶有鏤空圖案的網狀結構。

本發明涉及的石墨烯電加熱膜制備方法的工藝過程如附圖2所示包括制備石墨烯分散液、涂覆石墨烯分散液和制備石墨烯電加熱膜三個步驟：

(1)、制備石墨烯分散液：將0.01-100g的分散助劑溶解在1-100ml的溶劑中,采用機械攪拌、剪切、球磨和超聲中的一種或幾種組合分散方式將1-100g的石墨烯均勻地分散在含有分散助劑的溶劑中，制備得到濃度為0.01-100g/ml的石墨烯分散液；

(2)、涂覆石墨烯分散液：將1-100ml步驟(1)制備的石墨烯分散液采用噴涂、旋涂、刮涂或浸漬方式均勻涂覆在成膜基底上；

(3)、制備石墨烯電加熱膜：將涂敷在成膜基底上的石墨烯分散液置于50-200℃的環境中干燥后置于輥縫隙為0-1.5mm的輥壓機輥壓，制備得到厚度為0.01-1mm到石墨烯電加熱膜。