电加热结构和装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了电加热结构和装置及其制备方法，属于导电油墨领域，所述的电加热结构由下到上依次包括绝缘基体、水性石墨烯导电油墨发热层、电极和绝缘保护膜；所述的水性石墨烯导电油墨发热层以质量百分比计，包括如下组分：树脂13％～74％，石墨烯0.3～5％，导电粒子1.5～24％，助剂5.3～28％。本发明专利技术电加热结构具有良好的导电性和长期稳定性。

Electric heating structure and device and preparation method thereof

The invention discloses an electric heating device and structure and a preparation method thereof, belonging to the field of conductive ink, the structure of the electric heating up sequentially comprises an insulating matrix, water-soluble graphene conductive ink heating layer, electrode and insulating protective film; aqueous graphene conductive ink heating layer of the quality percentage that comprises the following components: resin 13% ~ 74%, 0.3 ~ 5% graphene conductive particles, 1.5 ~ 24%, 5.3 ~ 28% additives. The electric heating structure of the invention has good electric conductivity and long term stability.

【技术实现步骤摘要】
电加热结构和装置及其制备方法本申请为分案申请，原申请的申请日为2017年03月20日，申请号为2017101670358，专利技术名称为电加热结构和装置及其制备方法。
本专利技术涉及导电油墨领域，具体涉及一种电加热结构和装置及其制备方法。
技术介绍
近年来，电热膜在建筑、工业、农业、军事、家庭用品等领域都得到了广泛的应用，特别是在建筑采暖方面。目前市场上的电热膜/板有两种，一种是以碳纤维为发热体，一种是以溶剂型导电碳浆作为电阻发热体；这两种电热膜/板普遍存在电阻不稳定、发热不匀、长时间使用功率衰减、使用寿命短的问题，同时存在环境污染的问题，大大制约了其电热膜/板的应用和发展。石墨烯是一种由碳原子组成的单层片状结构的新材料，具有极高的电子迁移率和导电性，可作为优质导电功能单元，同时石墨烯具有极好的导热性能，导热系数极高，作为电加热的发热功能单元具有非常优异的性能和发展前景。目前市场上的石墨烯电热膜，其制备方法是通过化学气相沉积法制备，成本高、制备面积小、产品一致化及工业自动化生产困难。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种电加热结构和装置及其制备方法，该电热结构具有电阻稳定、寿命长的优点。第一方面，本专利技术实施例提供了一种电加热结构，所述的电加热结构依次包括绝缘基体、水性石墨烯导电油墨发热层、电极和绝缘保护膜；所述的水性石墨烯导电油墨发热层以质量百分比计，包括如下组分：树脂13％～74％，石墨烯0.3～5％，导电粒子1.5～24％，助剂5.3～28％。进一步的，水性石墨烯导电油墨发热层由水性石墨烯导电油墨干造成膜得到，所述的水性石墨烯导电油墨以质量百分比计包括如下组分：石墨烯：0.09％-6.40％，水：8.10％-63.36％，研磨介质：3.00％-24.00％，导电粒子：1.50％-24.00％，第二助剂：3.00％-8.00％，树脂粘结剂：10.00％-50.00％，第一助剂：5.00％-20.00％；所述的第一助剂包括分散剂和消泡剂；所述的水性石墨烯导电油墨的pH值为8-10，粘度为3000～30000mPa·S，方阻为100～5000Ω；所述的导电粒子为球形导电粒子和棒状导电粒子按照质量比为3-5∶1混合得到。。进一步的，所述的电加热结构的表面发热温度为35～100℃，功率密度150～2000W；工作寿命≥30000h。进一步的，所述的绝缘基体为聚酯薄膜、环氧树脂玻璃纤维板或聚酰亚胺膜；所述的电极为银电极和/或铜电极；所述的绝缘保护膜为涂有胶粘剂的聚酯薄膜、涂有胶粘剂的聚酰亚胺膜、环氧树脂玻璃纤维板。第二方面，本专利技术实施例提供一种电加热结构的制备方法，包括如下步骤：将水性石墨烯导电油墨通过丝网印刷或凹版印刷在绝缘基体上，干燥形成水性石墨烯导电油墨发热墨层，在所述的水性石墨烯导电油墨发热墨层上方覆电极，然后与绝缘保护膜热压复合形成所述的电加热结构。进一步的，所述的水性石墨烯导电油墨以质量百分比计包括如下组分：石墨烯：0.09％-6.40％，水：8.10％-63.36％，研磨介质：3.00％-24.00％，导电粒子：1.50％-24.00％，第二助剂：3.00％-8.00％，树脂粘结剂：10.00％-50.00％，第一助剂：5.00％-20.00％；所述的第一助剂包括分散剂和消泡剂；所述的水性石墨烯导电油墨的pH值为8-10，粘度为3000～30000mPa·S，方阻为100～5000Ω。进一步的，水性石墨烯导电油墨的制备包括以下步骤：(1)将所述的研磨介质、水基石墨烯浆料和第一助剂混匀得到第一混合物；(2)将所述的导电粒子与第一混合物混合，分散搅拌均匀，得到第二混合物；(3)将所述的第二混合物研磨至其中的固形物粒径小于5μm，过滤得到石墨烯导电黑浆；(4)将石墨烯导电黑浆、树脂粘结剂和第一助剂分散搅拌均匀后得到水性石墨烯导电油墨。进一步的，所述的导电粒子包括导电炭黑、炭黑、导电氧化锌和导电钛白粉中的至少一种。进一步的，所述的导电粒子为球形导电粒子和棒状导电粒子按照质量比为3-5∶1混合得到。进一步的，所述的第二助剂包括润湿剂、分散剂和消泡剂中的至少一种。进一步的，所述的树脂粘结剂为经胺化处理过的树脂粘结剂。进一步的，所述的树脂粘结剂为丙烯酸树脂乳液、丙烯酸树脂水分散体、丙烯酸树脂水溶液、水性聚氨酯分散体和苯丙乳液中的至少一种。进一步的，所述的第一助剂还包括pH调节剂、成膜剂、流平剂、增稠剂、偶联剂和润湿剂中的至少一种。进一步的，所述的分散剂为高分子聚合物、聚羧酸铵盐类分散剂、聚硅氧烷类分散剂、聚羧酸钠盐类分散剂、共聚物类分散剂和磺酸盐类分散剂中的至少一种；所述消泡剂为聚硅氧烷类消泡剂、有机硅类消泡剂、硅油类消泡剂和聚醚类消泡剂中的至少一种；所述pH调节剂为胺类中和剂和/或碱性物质，其中，所述胺类中和剂可以为N，N-二甲基乙醇胺和/或三乙醇胺，所述碱性物质可以为氨水和/或氢氧化钠；所述成膜剂为醇酯类和/或醇醚类；所述增稠剂为聚氨酯类共聚物、纤维素类和二氧化硅中的至少一种；所述流平剂为丙烯酸类、有机硅类和氟碳化合物类中的至少一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂；所述润湿剂为有机硅类表面助剂。第三方面，本专利技术实施例提供一种电加热装置，所述的电加热装置包括上述的电加热结构。进一步的，所述的电加热装置包括石墨烯发热墙、石墨烯发热管道、石墨烯电热壁画、石墨烯电暖器、石墨烯发热地板和石墨烯电热垫。借由上述方案，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的水性石墨烯导电油墨墨层，是水性石墨烯导电油墨印刷在绝缘基材上，形成高度均匀致密、高附着力的超薄导电发热涂层。通过石墨烯与不同尺度的碳纳米材料复合，形成三维纳米结构层及稳定的骨架式导电网络，石墨烯片层表面的SP2碳原子层可以与导电粒子紧密接触，表现出最高的接触效率，同时避免了石墨烯层与层之间在外力的作用下出现的断层，增加了导电网路通路的数量，完善导电网络结构；在电场作用下，相互摩擦、碰撞，作“布郎运动”，产生大量的热量，并且以远红外线的方式辐射，实现高效的电热的转换，发热体发热均匀，系统稳定，解决了现有技术中功率衰减、使用寿命短的问题。本专利技术的石墨烯电热膜/板，通过将水性石墨烯导电油墨丝网印刷和/或凹版印刷在绝缘基材上，将新材料新技术与传统工艺相结合，成本低，产品一致性程度高，效率高，实现自动工业化生产。克服了碳油墨污染环境、电阻大、附着力差、电性能衰减等问题，弥补解决制备石墨烯过程中的缺陷带来的电性能的影响。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述，但不作为对本专利技术的限定。一种电加热结构，所述的电加热结构由下到上依次包括绝缘基体、水性石墨烯导电油墨发热层、电极和绝缘保护膜；所述的水性石墨烯导电油墨发热层以质量百分比计，包括如下组分：树脂13％～74％，石墨烯0.3～5％，导电粒子1.5～24％，助剂5.3～28％。作为优选，所述的水性石墨烯导电油墨以质量百分比计包括如下组分：石墨烯：0.09％-6.40％，水：8.10％-63.36％，研磨介质：3.00％-24.00％，导电粒子：1.50％-24.00％，第二助剂：3.00％-8.00％，树脂粘结剂：10.00％-50.00％，第一助剂：5.00％-20.00％；所述的第一助剂包括分散剂和消泡剂；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电加热结构，其特征在于，所述的电加热结构依次包括绝缘基体、水性石墨烯导电油墨发热层、电极和绝缘保护膜；所述的水性石墨烯导电油墨发热层以质量百分比计，包括如下组分：树脂13％～74％，石墨烯0.3～5％，导电粒子1.5～24％，助剂5.3～28％，其中，所述的绝缘基体为聚酯薄膜或聚酰亚胺膜；所述的电极为银电极和/或铜电极；所述的绝缘保护膜为涂有胶粘剂的聚酯薄膜、涂有胶粘剂的聚酰亚胺膜。

【技术特征摘要】
1.一种电加热结构，其特征在于，所述的电加热结构依次包括绝缘基体、水性石墨烯导电油墨发热层、电极和绝缘保护膜；所述的水性石墨烯导电油墨发热层以质量百分比计，包括如下组分：树脂13％～74％，石墨烯0.3～5％，导电粒子1.5～24％，助剂5.3～28％，其中，所述的绝缘基体为聚酯薄膜或聚酰亚胺膜；所述的电极为银电极和/或铜电极；所述的绝缘保护膜为涂有胶粘剂的聚酯薄膜、涂有胶粘剂的聚酰亚胺膜。2.根据权利要求1所述的电加热结构，其特征在于，水性石墨烯导电油墨发热层由水性石墨烯导电油墨干造成膜得到，所述的水性石墨烯导电油墨以质量百分比计包括如下组分：石墨烯：0.09％-6.40％，水：8.10％-63.36％，研磨介质：3.00％-24.00％，导电粒子：1.50％-24.00％，第二助剂：3.00％-8.00％，树脂粘结剂：10.00％-50.00％，第一助剂：5.00％-20.00％；所述的第一助剂包括分散剂和消泡剂；所述的水性石墨烯导电油墨的pH值为8-10，粘度为3000～30000mPa·S，方阻为100～5000Ω；所述的导电粒子为球形导电粒子和棒状导电粒子按照质量比为3-5∶1混合得到。3.根据权利要求1所述的电加热结构，其特征在于，所述的电加热结构的表面发热温度为35～100℃，功率密度150～2000W；工作寿命≥30000h。4.一种电加热结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将水性石墨烯导电油墨通过丝网印刷或凹版印刷在绝缘基体上，干燥形成水性石墨烯导电油墨发热墨层，在所述的水性石墨烯导电油墨发热墨层上方覆电极，然后与绝缘保护膜热压复合形成所述的电加热结构，所述的电加热结构为权利要求1-3中任一项所述。5.根据权利要求4所述的电加热结构的制备方法，其特征在于，所述的水性石墨烯导电油墨以质量百分比计包括如下组分：石墨烯：0.09％-6.40％，水：8.10％-63.36％，研磨介质：3.00％-24.00％，导电粒子：1.50％-24.00％，第二助剂：3.00％-8.00％，树脂粘结剂：10.00％-50.00％，第一助剂：5.00％-20.00％；所述的第一助剂包括分散剂和消泡剂；所述的水性石墨烯导电油墨的pH值为8-10，粘度为3000～30000mPa·S，方阻为100～5000Ω。6.根据权利要求5所述的电加热结构的制备方法，其特征在于，水性石墨烯导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青，孙金梅，李赫然，王忠辉，
申请(专利权)人：北京旭碳新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11