一种石墨烯电热膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯电热膜，包括涂覆面和涂覆层以及二者之间的加固层，其制备方法包括制备石墨烯涂覆液、气息图案法制备加固层、喷涂及硫化以及裁剪成型等步骤；本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术通过气息图案法在涂覆面表面沉积一层具有多孔结构的醋酸纤维膜作为加固层，喷涂石墨烯涂覆液后天然胶乳会渗入醋酸纤维膜的多孔结构中，经过热压辊辊压预硫化和后续硫化后，多孔结构中的天然胶乳交联成型，形成稳定的结构，解决了涂覆面与涂覆层之间相容性差的问题；交联后的天然胶乳具有弹性，多次形变后不会发生断裂，使涂覆膜具有稳定的导电能力；本发明专利技术涂覆层中石墨烯含量多，发热均匀，使用电压低，具有良好的电热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯电热膜及其制备方法
本专利技术涉及石墨烯的应用，尤其涉及一种石墨烯电热膜及其制备方法。
技术介绍
石墨烯作为一种新型的二维纳米材料，是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，石墨烯是由sp2杂化的碳原子蜂窝状六角结构紧密排列而成的二维单原子层片状晶体材料，具有大π共轭体系和最薄单层原子厚度的结构，这使得其拥有独特的光、电、磁、机械等物理性能和化学性质，自2004年发现以来，石墨烯不仅在理论科学上受到了极大关注，在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等诸多领域具体实际应用中也有很高的开发潜力和应用价值。石墨烯具稳定的电热和远红外自发热性能，利用该性能可将石墨烯制成保暖保健相关的产品，如石墨烯远红外保健袜、石墨烯自发热护膝等。制备该类产品通常是将石墨烯均匀分布在特定载体中，如含有一定比例的石墨烯化学纤维或者石墨烯复合材料等，由于石墨烯可自发团聚，若制备石墨烯含量较高的载体成本会很高且力学性能下降明显，但石墨烯含量低，在载体中过于分散，会出现电阻大，发热不均匀以及远红外自发热不明显等问题，无法充分发挥石墨烯的热性能。将较高含量的石墨烯混入流质中通过喷涂的形式制成石墨烯涂覆膜可解决石墨烯含量低的问题，但石墨烯含量高会导致石墨烯涂覆膜界面相容性差，结合不牢固，在反复形变的情况下石墨烯涂覆膜会发生微裂痕甚至脱落的情况，严重影响石墨烯涂覆膜的电热性能和使用寿命。
技术实现思路
现有石墨烯电热材料中石墨烯含量低，不能充分发挥石墨烯的热性能，石墨烯含量较高的涂覆膜又存在界面相容性差，结合不牢固的情况而影响石墨烯涂覆膜的电热性能和使用寿命，针对上述问题，本专利技术提供一种石墨烯电热膜及其制备方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种石墨烯电热膜，包括涂覆面和涂覆层，所述涂覆面为平面薄膜，所述涂覆层为硫化天然胶乳，所述硫化天然胶乳中均匀分布有纳米石墨烯颗粒，其特征在于，所述涂覆面与所述涂覆层之间设有加固层。其中，所述加固层为单层多孔结构薄膜，孔内填充有所述硫化天然胶乳；所述涂覆面为PP膜、PE膜、PVC膜或者PTFE膜；所述涂覆层层厚为10-20μm，所述加固层层厚为4-8μm、孔径2-3μm，所述涂覆面层厚为30-50μm。进一步，涂覆层粘贴有铜箔。石墨烯电热膜可以直接与电源连接，也可以在石墨烯电热膜上粘结铜箔，铜箔再与电源连接，这样可以增加电源线和石墨烯电热膜的接触面积，避免接触点过热。本专利技术还公开了上述石墨烯电热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备石墨烯涂覆液：将纳米石墨烯加入到天然胶乳中，搅拌均匀后加入分散剂5040，用胶体磨研磨后静置备用；2)气息图案法制备加固层：将涂覆面表面清洗干净并晾干，将醋酸纤维素溶解在二硫化碳中配制成6-12g/L的溶液，将涂覆面边缘折叠5mm后平铺在冰面上，将溶液均匀涂刷在涂覆面表面形成聚合物溶液膜，控制湿度为70-100％、温度为26℃-28℃，待二硫化碳挥发后形成具有多孔结构的醋酸纤维膜，即为加固层；3)喷涂及硫化：将硫化剂加入到步骤1)所得石墨烯涂覆液中并搅拌均匀，脱泡后装入喷枪，均匀喷涂在加固层上，用40-50℃的热压辊将石墨烯涂覆液碾压平整并进行预硫化，再在70-90℃的烘箱中继续硫化4-6h，取出后将涂覆面边缘剪掉，制得石墨烯涂覆膜；4)成型：将步骤3)所得石墨烯涂覆膜裁剪成所需形状，选取合适区域用导电胶粘结铜箔。其中，步骤1)中纳米石墨烯用量为石墨烯涂覆液重量的15％-30％；分散剂5040用量为石墨烯涂覆液重量的1％；步骤2)中聚合物溶液膜层厚为0.5-1.5mm；步骤3)中热压辊辊压为30-50MPa，辊压时间为15-30min。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过气息图案法在涂覆面表面沉积一层具有多孔结构的醋酸纤维膜作为加固层，喷涂石墨烯涂覆液后天然胶乳会渗入醋酸纤维膜的多孔结构中，经过热压辊辊压预硫化和后续硫化后，多孔结构中的天然胶乳交联成型，形成稳定的结构，解决了涂覆面与涂覆层之间相容性差的问题；交联后的天然胶乳具有弹性，多次形变后不会发生断裂，使涂覆膜具有稳定的导电能力；本专利技术涂覆层中石墨烯含量高，发热均匀，使用电压低，具有良好的电热性能；本专利技术石墨烯电热膜制备简单，易于加工，适用于多种保暖保健相关的产品的制备。附图说明图1为本专利技术石墨烯电热膜的结构示意图；图2为实施例1加固层的侧面扫描图；各部分分别为：1、涂覆面，2、涂覆层，3、加固层，4、铜箔。具体实施方式以下结合实例对本专利技术进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1一种石墨烯电热膜，包括涂覆面和涂覆层，涂覆面为平面薄膜，涂覆层为硫化天然胶乳，层厚为10μm，其中均匀分布有纳米石墨烯颗粒，涂覆面为PP膜，层厚为30μm，涂覆面与涂覆层之间设有加固层，加固层为单层多孔结构薄膜，层厚为4μm，孔径2μm，孔内填充有所述硫化天然胶乳。本实施例石墨烯电热膜的制备方法为：1)制备石墨烯涂覆液：将纳米石墨烯加入到天然胶乳中，搅拌均匀后加入分散剂5040，用胶体磨研磨后静置备用，其中纳米石墨烯用量为石墨烯涂覆液重量的15％，分散剂5040用量为石墨烯涂覆液重量的1％；2)气息图案法制备加固层：将PP膜表面清洗干净并晾干，将醋酸纤维素溶解在二硫化碳中配制成6g/L的溶液，将PP膜边缘折叠5mm后平铺在冰面上，将溶液均匀涂刷在PP膜表面形成层厚为0.5mm的聚合物溶液膜，控制湿度为70％、温度为28℃，待二硫化碳挥发后形成具有多孔结构的醋酸纤维膜，即为加固层；3)喷涂及硫化：将硫化剂加入到步骤1)所得石墨烯涂覆液中并搅拌均匀，脱泡后装入喷枪，均匀喷涂在加固层上，用40℃的热压辊将石墨烯涂覆液碾压平整并进行预硫化，辊压为30MPa，辊压时间为30min，再在70℃的烘箱中继续硫化6h，取出后将PP膜边缘剪掉，制得石墨烯涂覆膜；4)成型：将步骤3)所得石墨烯涂覆膜裁剪成所需形状。实施例2一种石墨烯电热膜，包括涂覆面和涂覆层，涂覆面为平面薄膜，涂覆层为硫化天然胶乳，层厚为15μm，其中均匀分布有纳米石墨烯颗粒，涂覆层粘贴有铜箔，涂覆面为PE膜，层厚为40μm，涂覆面与涂覆层之间设有加固层，加固层为单层多孔结构薄膜，层厚为6μm，孔径2.5μm，孔内填充有所述硫化天然胶乳。本实施例石墨烯电热膜的制备方法为：1)制备石墨烯涂覆液：将纳米石墨烯加入到天然胶乳中，搅拌均匀后加入分散剂5040，用胶体磨研磨后静置备用，其中纳米石墨烯用量为石墨烯涂覆液重量的22％，分散剂5040用量为石墨烯涂覆液重量的1％；2)气息图案法制备加固层：将PE膜表面清洗干净并晾干，将醋酸纤维素溶解在二硫化碳中配制成9g/L的溶液，将PE膜边缘折叠5mm后平铺在冰面上，将溶液均匀涂刷在PE膜表面形成层厚为1mm的聚合物溶液膜，控制湿度为85％、温度为27℃，待二硫化碳挥发后形成具有多孔结构的醋酸纤维膜，即为加固层；3)喷涂及硫化：将硫化剂加入到步骤1)所得石墨烯涂覆液中并搅拌均匀，脱泡后装入喷枪，均匀喷涂在加固层上，用45℃的热压辊将石墨烯涂覆液碾压平整并进行预硫化，辊压为40MPa，辊压时间为20min，再在80℃的烘箱中继续硫化5h，取出后将PE膜边缘剪掉，制得石墨烯涂覆膜；4)成型：将步骤3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯电热膜，包括涂覆面和涂覆层，所述涂覆面为平面薄膜，所述涂覆层为硫化天然胶乳，所述硫化天然胶乳中均匀分布有纳米石墨烯颗粒，其特征在于，所述涂覆面与所述涂覆层之间设有加固层。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯电热膜，包括涂覆面和涂覆层，所述涂覆面为平面薄膜，所述涂覆层为硫化天然胶乳，所述硫化天然胶乳中均匀分布有纳米石墨烯颗粒，其特征在于，所述涂覆面与所述涂覆层之间设有加固层。2.根据权利要求1所述的石墨烯电热膜，其特征在于，所述加固层为单层多孔结构薄膜，孔内填充有所述硫化天然胶乳。3.根据权利要求1所述的石墨烯电热膜，其特征在于，所述涂覆面为PP膜、PE膜、PVC膜或者PTFE膜。4.根据权利要求2所述的石墨烯电热膜，其特征在于，所述涂覆层层厚为10-20μm，所述加固层层厚为4-8μm、孔径2-3μm，所述涂覆面层厚为30-50μm。5.根据权利要求1所述的石墨烯电热膜，其特征在于，所述涂覆层粘贴有铜箔。6.一种如权利要求1-6所述的石墨烯电热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备石墨烯涂覆液：将纳米石墨烯加入到天然胶乳中，搅拌均匀后加入分散剂5040，用胶体磨研磨后静置备用；2)气息图案法制备加固层：将涂覆面表面清洗干净并晾干，将醋酸纤维素溶解在二硫化碳中配制成6-12g/L的溶液，将涂覆面边...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩明阳，
申请(专利权)人：烟台市秀春来壁纸有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37