[發明專利]一種水性石墨烯基電熱膜的制備方法

有效

• 申請號: 202010910016.1
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112188660B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 拜永孝;張玉金
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: C08J7/044
• 分類號: C08J7/044;H05B3/36;C08L67/00;C09D175/04;C09D127/06;C09D133/00
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 孔燦

本發明公開了一種水性石墨烯基電熱膜的制備方法，采用陽離子粘結劑將陰離子石墨烯導電油墨利用物理沉積和化學交聯作用粘結于柔性基底的第一表面和第二表面，形成“三明治”結構的水性石墨烯基電熱膜；所述水性石墨烯基電熱膜，包括：柔性基底、分別粘附在所述柔性基底第一表面和第二表面的陽離子粘結劑層、分別粘附在所述陽離子粘結劑層上的陰離子石墨烯導電油墨層。本發明制備方法簡單，成本低廉，制得的石墨烯柔性電熱膜發熱性能和阻燃性能優異，安全環保，適合工業化大規模生產。

技術領域

本發明涉及電熱膜領域。更具體地說，本發明涉及一種水性石墨烯基電熱膜的制備方法。

背景技術

隨著社會的發展，電熱材料主要被用于電熱理療、電熱供暖等領域。傳統的電熱膜分為兩大類：金屬絲電熱膜（鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金）和無機非金屬電熱膜（PTC陶瓷電熱膜、碳纖維電熱膜、碳基油墨電熱膜等）。如專利CN 109163442 A中柔性加熱器是通過擠出成型的方法制備所需的耐高溫樹脂，然后將加熱金屬絲鑲嵌在耐高溫樹脂層的表面，得到加熱器。金屬絲電熱膜雖然制備流程簡單，成本低廉，但是存在密度大、容易氧化、熱轉換效率低、電磁輻射嚴重等缺點。而且合金的可焊性差，損壞后很難修復。陶瓷電熱器件是一種具有正溫度系數的半導體功能陶瓷。其在轉變溫度（Tc）之前，電阻隨溫度的升高而下降；溫度從轉變溫度到設計最高溫度之前，電阻隨溫度的升高而顯著增長，形成PTC效應。利用PTC效應，根據不同的溫度系數，可以制造不同用途的PTC熱敏陶瓷。在PTC發熱器中，如專利 CN1655652 A中PTC發熱膜由上陶瓷基板和下陶瓷基板與印刷后燒結在下陶瓷基板上的鎢鉬厚膜整體熱壓制成，具有密封性好，結合強度高，能持久工作，使用安全可靠等特點。但是，陶瓷電熱膜的缺點是升溫速度慢，且具有很大的脆性，抗震性能差。所以金屬材料和陶瓷材料的這些缺點限制了它們在航空航天、電子電工、汽車、軍工、醫療等行業的應用。目前，市場上大部分產品主要以碳纖維電熱膜、碳晶電熱膜、碳基油墨電熱膜為主。如專利CN209279243 U中將碳纖維加熱絲盤繞在保溫材料的下表面，底部再設有反射膜，形成碳纖維的發熱膜。碳纖維發熱膜的發熱基材是由聚烯腈和粘膠基碳纖維經特殊工藝復合而成。它的優點是質輕、柔軟，但是存在安全性差，易燃燒，內部纖維絲易折斷，溫度不均衡，耐水性和耐酸堿性差，耐蠕變性差等缺點。為解決碳纖維發熱膜的缺陷，專利CN 109618427 A中將短切纖維物料放入行星式球磨機球磨，得到碳晶粉末；再將碳晶粉末表面浸漬Fe(OH)₂溶液，80℃干燥后，在600℃通氫氣40min，然后在800、1000、1200℃的C₂H₂和N₂氣氛中保持20min，將晶須生長溫度為800℃的碳晶復合填料按比例涂覆在傳感陣列薄膜上，形成碳晶電熱膜。該柔性膜雖然制備配方簡易，發熱膜發熱溫度可達到87.4~113.6℃，但是碳晶電熱膜制備條件苛刻，且具有易老化、熱效率衰減嚴重，碳素顆粒與粘結劑易脫層，易釋放有害氣體，電壓擊穿漏電等缺陷。為了解決產品經長期反復使用時導電粉無脫落、功率穩定、提高電熱轉化效率，專利CN 108966380 A中將混合粉（由50nm 粒徑以內的石墨、炭黑、銀、氧化鋅和稀土材料組成）和膠黏劑混合形成電發熱膜漿料，再將電發熱膜漿料和玻璃纖維布依次層疊并熱壓成型，形成碳基發熱膜，該發熱膜雖然電-熱輻射轉換效率高達80%，但是發熱材料以石墨、碳素顆粒、金屬氧化物等，存在易釋放有害物質、鼓泡造成絕緣層剝離、電壓擊穿等缺點。因此，制備綠色環保、柔韌性能好、發熱均勻、電熱轉換效率高等優點的新型電熱膜具有非常重要的意義。