[發明專利]一種基于石墨烯的高紅外發射電熱膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710970560.3
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107787056B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 姜浩;李朝龍;馬金鑫;徐鑫;史浩飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: H05B3/14
• 分類號: H05B3/14;H05B3/34
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 周建軍

本發明提供一種基于石墨烯的高紅外發射電熱膜及其制備方法，該制備方法包括如下步驟：S01，將石墨烯導電漿料涂布于支撐襯底的表面，采用分步式加熱干燥形成初態導電涂層；S02，將得到的初態導電涂層密實化處理，得到處理后的密實化導電涂層；S03，向步驟S01制得的石墨烯導電漿料中添加無機或有機填料，混勻后得到改性石墨烯漿料；S04，將改性石墨烯漿料涂布于密實化導電涂層表面，加熱干燥后得到粗糙表面涂層，密實化導電涂層、粗糙表面涂層構成高紅外發射電熱膜。本發明通過對電熱膜進行密實化處理，消除內部孔隙，增加導熱系數，減少熱量內部傳輸損耗；通過表面超薄粗糙涂層，增強紅外輻射率，提高輻射傳熱占比。

技術領域

本發明涉及電熱薄膜材料領域，特別是涉及一種基于石墨烯的高紅外發射電熱膜及其制備方法。

背景技術

電發熱材料的應用有著悠久的歷史，從傳統的電熱毯到新興的電熱膜，種類繁雜多樣。傳統的電加熱原件，如電熱合金絲、電熱管等，通常為線狀導電發熱體，不僅發熱面積小，而且往往熱量過于集中，局部過熱，部分熱量損耗，故熱效率很低。新興的電加熱薄膜，為面導體，逐漸成為電熱領域的發展趨勢，包括金屬粒子基電熱薄膜，金屬氧化物基電熱薄膜，碳素基電熱薄膜等。其中，碳素基電熱薄膜，在節能、環保、壽命長、安全穩定方面，具有明顯優勢。而碳基材料又包括碳纖維、石墨、炭黑、碳納米管、石墨烯等，其中石墨烯具有典型的二維尺寸，平面導電性能更好，并具有非常高的理論導熱系數，因而在制備電熱薄膜材料領域更具潛力。

目前已見報道的石墨烯粉體電熱薄膜，均與聚合物材料物理共混形成復合導電膜。研究重點為粉體石墨烯制備、與其它導電填料的復配以及聚合物分散成膜體系的優化，即對復合導電薄膜的組成和制備進行優化，使電熱膜具備一定的整體力學性能，以保證使用可靠性。然而，復合導電膜中的聚合物材料導熱系數低，成膜密度小，內部存在大量空氣氣泡，熱阻高，導致部分熱能損耗。另一方面，目前電熱薄膜不關注紅外發射率，造成薄膜表面熱量積聚，部分熱能以對流及熱傳導方式耗散，熱輻射比例較低，影響加熱取暖的實用效果。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于石墨烯的高紅外發射電熱膜及其制備方法，用于解決現有技術中復合電熱膜內部熱量傳輸損耗高、輻射傳熱占比較低等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明第一方面提供一種基于石墨烯的高紅外發射電熱膜的制備方法，包括如下步驟：

S01，將石墨烯導電漿料涂布于支撐襯底的表面，通過分步式加熱干燥形成初態導電涂層；

S02，將得到的初態導電涂層密實化處理，得到處理后的密實化導電涂層；密實化處理主要是為了消除內部孔隙，降低涂層內部熱阻；

S03，向步驟S01制得的石墨烯導電漿料中添加無機或有機填料，混勻后得到改性石墨烯漿料200；

S04，采用噴涂法，將改性石墨烯漿料涂布于密實化導電涂層表面，加熱干燥后得到粗糙表面涂層，所述密實化導電涂層、粗糙表面涂層構成具有高紅外發射率的復合電熱層，即高紅外發射電熱膜。

在本發明的一些實施例中，步驟S01中所述石墨烯導電漿料中聚合物為水分散的熱塑性聚合物，其關鍵的性能是具備熱塑性，即加熱可以軟化流動，以便消除涂層內部孔隙，降低涂層內部熱阻，其物理特性為加熱到玻璃化轉變溫度以上能夠使其軟化流動。

在本發明的一些實施例中，所述熱塑性聚合物的玻璃化轉變溫度范圍為75-130℃。

在本發明的一些實施例中，所述熱塑性聚合物選自聚丙烯酸酯、聚氨酯、環氧樹脂、聚烯烴樹脂中的至少一種。

在本發明的一些實施例中，所述步驟S02中，密實化處理方法為先抽真空，再采用平壓方式向初態導電涂層加壓，并加熱處理。