[發明專利]一種增強石墨烯發熱涂層與基材粘合力的方法

在審

• 申請號: 202011502883.8
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112694799A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 劉洋
• 申請（專利權）人: 泉州博銀信息科技有限公司
• 主分類號: C09D133/04
• 分類號: C09D133/04;C09D5/24;C08F8/36;C08F8/30;C08F20/00;B05D5/12;B05D7/24;B05D3/12
• 代理公司: 北京馳納智財知識產權代理事務所(普通合伙) 11367
• 代理人: 蔣路帆

本發明是一種增強石墨烯發熱涂層與基材粘合力的方法。本方法對基材表面進行粗化處理，并同時對成膜樹脂進行改性，通過兩種方法的協同作用，增強了基材和發熱涂層的粘合力。使用本發明的方法制備的發熱膜比常規的發熱膜具有明顯優越性，不易受外力破損，耐久發熱，長期應用不失效等優點。

技術領域

本發明涉及先進碳材料領域，特別提供了一種增強石墨烯發熱涂層與基材粘合力的方法。

背景技術

石墨烯是2004年英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫從石墨中分離出來的一種全新的碳材料。由于石墨烯既是目前已知最薄的材料，也是最強韌的材料，同時又具備超強的導電性、導熱性、機械性能，所以石墨烯自發現以來，各行業的科研人員都在探索將其應用在各自的領域，以期得到比目前產品更優秀的性能。

石墨烯是一種二維平面結構碳材料，其具有高的電子遷移率、大的比表面、優異的機械性能和導熱性能，具有優異的光學、電學、力學特性。石墨烯發熱膜在通電的情況下，電熱膜中的碳分子在電阻中產生聲子、離子和電子，由產生的碳分子團之間相互摩擦、碰撞而產生熱能，熱能又通過控制波長在5～14微米的遠紅外線以平面方式均勻地輻射出來，有效電熱能總轉換率達99％以上，同時加上石墨烯材料的超導性，從而保證發熱性能的穩定。與常規金屬絲發熱膜相比，其發熱穩定安全。石墨烯具有非常好的熱傳導性能。純的無缺陷的單層石墨烯的導熱系數高達5300W/mK，是為止導熱系數最高的碳材料，高于單壁碳納米管(3500W/mK)和多壁碳納米管(3000W/mK)。當它作為載體時，導熱系數也可達600W/mK。

公開號為CN201610198688的中國發明專利公開了一種高發熱石墨烯復合材料，提到了一種高發熱石墨烯復合材料，包括依次按層復合而成的硬質材料、石墨烯漿料和導熱材料。上述發明的發熱石墨烯復合材料，具有容易制造、不易老化、堅固耐用、熱效率更高等優點。但是該方法使用的基材硬性材料為玻璃或者陶瓷，上層導熱材料為導熱硅膠；石墨烯漿料與上下兩層的材料的結合基本依靠材料自身的黏性。而這些材料之間的黏性主要依賴材料組份中具有黏性的樹脂成分，來實現三層結構的有機結合。該材料在使用過程中，遇到運動件或者旋轉件或者受力件時，容易導致石墨烯膜或者整個組件被破壞，使其發熱功能失效。該石墨烯復合材料的發熱產品在長期使用的過程中，容易產生層與層之間剝離、脫落，甚至產生斷裂，嚴重制約了產品的使用壽命。

公開號為CN201510395296.6的中國發明專利公開了一種電熱復合陶瓷磚及其制備方法，提到了在電熱陶瓷中用到電熱漿料以及電熱漿料在陶瓷基面的涂布方法，專利中提到“電熱漿料是將碳發熱原料、粘結劑和助劑在溶劑中攪拌混合后獲得……所述粘結劑包括環氧樹脂、聚氨酯樹脂或改性硅樹脂……”。該發明表述，使用了多種膠黏劑，可以“使電熱漿料在整個連接面均勻滲透進入陶瓷基底的坯體里，烘干固化后形成的電熱涂層與陶瓷基底不但結合緊密，而且在與電熱涂層連接的接線電極與外部電源通電后，可實現整個電熱涂層均勻加熱，有效提高電能轉化為熱能的效率”。此專利中，使用膠黏劑等助劑可以提高陶瓷基底和漿料的黏性，但該專利并未考慮不同基底與漿料不同配方之間的黏度“匹配性”問題，導致該專利這一步驟的方案太過單一。也就是說在使用粘結劑時，該方案只是簡單混合石墨烯、分散劑以及粘結劑等，并未考慮基材表面粗糙度、樹脂親(金屬或非金屬)集團、石墨烯與基材用高效薄的膠水結合等問題，直接導致了這種方案對提高各層之間的粘合力方面收效甚微。

發明內容

本發明為解決上述技術問題，提供了一種增強石墨烯發熱涂層與基材粘合力的方法。通過對基材表面進行粗化處理，并同時對成膜樹脂進行改性，兩種方法協同作用，增強了基材和發熱涂層的粘合力。本方法的原理是石墨烯不親水也不親油，表面呈惰性狀態，與其他介質的介面相容性差，加入親水性官能團改性后，可增加石墨烯與其他介質的相容性；另外通過對基材進行打磨處理，將其粗糙度控制在一定范圍內，之后在基材上涂覆疏水層，親水基團和疏水基團產生反應，能增加石墨烯膜與基材的結合力，最終實現石墨烯膜與基材間粘合力增強，不易分離、脫離，不易受外力破損，耐久發熱，長期應用不失效，有效提高了產品的使用壽命。