本发明专利技术公开了一种高效导热石墨烯远红外发热膜电热膜及其制备方法，电热膜由导电浆料层和绝缘基板组成，组成所述导电浆料层的各组分重量份为：石墨烯：6‑50份，水玻璃：30‑45份，松油醇：30‑40份，脂类：10‑20份，乙基纤维素：2‑5份，分散剂：4‑6份，硅油：5‑15份，水：25‑40份。本发明专利技术技术方案采用水滑石改性石墨烯和浆料混合得到导电浆料，能有效降低电热膜阻值，提高远红外辐射转化效率，电热辐射转化效率超过80%，实现电热膜的高升温速率和高导热率；提高了电热膜的阻燃性能，更加安全可靠；导电浆料拥有较高的附着力，避免与基板脱离。
A far infrared heating film of graphene with high thermal conductivity and its preparation method
【技术实现步骤摘要】
一种高效导热石墨烯远红外发热膜及其制备方法
本专利技术涉及电热膜
，尤其涉及一种高效导热石墨烯远红外发热膜及其制备方法。
技术介绍
电热材料是用于制造各种电阻加热设备中的发热元件。电热材料的发热原理是电子在电场中加速运动时，与声子、杂质或者缺陷存在非弹性碰撞，并释放热能。当电场强度增大，散射效应增加，电子的平均自由程缩短，因此会释放出更多的热能。当前的研究，电热系统中的加热元件一般多数采用金属材料，使用最多的是镍铬合金，这些材料普遍存在加热速率低，导热速度慢、耗能大等问题，对于提高导热性和电热转化效率的研究很少，尤其是针对低能耗下快速发热使电加热膜可用于航空除冰领域等问题几乎鲜有报道。石墨烯是一种二维碳材料，具有非常优良的导电与导热性能，因此可以作为一种优异的电热材料使用。纳米碳材料制作的电热薄膜具有超轻的重量、高导热率、优越的机械性能和更高的转换效率。从成本上考虑，碳材料是一种可循环材料，来源广泛，对环境非常友好。正因为它有着如此多的优点，近年来，有关石墨烯电热方面的研究数量呈指数型增长。因此，在已有的电热膜技术和高导热率复合材料理论基础上，设计研究出一种新型的电加热膜，能够迫使加热材料的导热率得到提高进而提高电热转化效率实现低功率高能效加热具有重要的意义。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种高效导热石墨烯远红外发热膜及其制备方法，将石墨烯添加浆料中，有效降电热膜低阻值，提高升温速率，从而达到低能耗下快速发热的目的。本专利技术提出的一种高效导热石墨烯远红外发热膜，由导电浆料层和绝缘基板组成，组成所述导电浆料层的各组分重量份为：石墨烯6-50份水玻璃30-45份松油醇30-40份脂类10-20份乙基纤维素2-5份分散剂4-6份硅油5-15份水25-40份。一种高效导热石墨烯远红外发热膜制备方法，包括以下步骤：（1）载体的制备：将松油醇、脂类、乙基纤维素、分散剂和硅油加入搅拌机中混合均匀，得到所述载体；（2）导电浆料的制备：先将石墨烯加入到水中，得到石墨烯水溶液，再将所述水溶液加入到搅拌机中进行二次搅拌，与载体混合均匀，最后加入水玻璃进行三次搅拌，得到所述导电浆料；（3）电热膜的制备：将导电浆料采用凹版印刷或丝网印刷法均匀涂抹在绝缘基板上，得到所述电热膜。作为优选，所述脂类选自水性聚氨酯或钛酸四丁酯。作为优选，所述绝缘基板选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、环氧树脂、聚酰亚胺、陶瓷、玻璃或大理石中的任意一种。作为优选，步骤（1）中，搅拌以5-20千转每分钟搅拌20-60分钟；步骤（2）中，所述二次搅拌以5-10千转每分钟搅拌10-20分钟，所述三次搅拌以5-20千转每分钟搅拌50-90分钟。作为优选，所述石墨烯为水滑石改性石墨烯，制备方法如下：S1、将石墨粉加入到球磨罐中，向球磨罐中冲入二氧化碳气体以排除罐内空气，并使罐内压力达到0.8-1.2Mpa，进行球磨反应，得到羧基化石墨烯，用去离子水配制浓度为0.1-0.2mg/ml的羧基化石墨烯分散液；S2、将水滑石分散到去离子水中，超声20-40h后，以5000-6000r/min的转速离心分离，取含有水滑石纳米薄片的上清液，得到水滑石溶胶；S3、将上述水滑石溶胶等体积加入到步骤S1中所述分散液中，混合均匀后冷冻干燥，得固体产物，将所得固体产物于200-500℃下通过管式炉煅烧3-10h，并通入氮气，得到所述水滑石改性石墨烯，水滑石和石墨烯的质量比为0.1-1.5。将羧基化石墨烯煅烧得到具有导电性的还原的氧化石墨烯（rGO），加热煅烧过程中，部分水滑石受热生成双金属复合氧化物，由于球磨后的石墨烯表面还有大量自由基和缺陷，生成的金属复合氧化物与石墨烯表面结合降低了石墨烯的表面能，剩下部分水滑石帮助促进石墨烯的亲水性能，协同作用促进石墨烯的分散，实现电热膜的高升温速率和高导热率。作为优选，所述水滑所述绝缘基板选自陶瓷、玻璃或大理石中的任意一种。水玻璃在干燥过程中可以与玻璃、陶瓷灯材料中的二氧化硅、金属氧化物等物质发生反应，利用共价键连接基材，使本专利技术所制得的导电浆料拥有较高的附着力，避免与基板脱离。作为优选，所述水滑石选自镍铁水滑石或镁铝水滑石。石墨烯纳米片均匀分散在导电浆料中，片层与片层连接在二维平面上搭建形成导电网络，有效降低了导电浆料的电阻值，电阻越低电热膜发出相同热量所需的电压越小。采用水滑石改性石墨烯，一方面水滑石和石墨烯的表面结合可有效降低石墨烯的表面能，提高石墨烯的亲水性，避免石墨烯的堆叠；另一方面，水滑石的层状结构可以实现与石墨烯插层结合，物理上阻隔石墨烯片的团聚，最终促使石墨烯在浆料中分散更加均匀，以保持石墨烯的优异性能，降低电热膜阻值，提高远红外辐射转化效率，实现电热膜的高升温速率和高导热率。此外，水滑石受热时，其结构水合层板羟基及层间离子以水和CO2的形式脱出；水滑石的结构水，层板羟基以及层间离子在不同的温度内脱离层板，从而可在较低的范围内（200~800℃）释放阻燃物质，因此，水滑石改性石墨烯后，不仅提高了电热膜的导热效率，电热辐射转化效率超过80%，还提高了电热膜的阻燃性能，更加安全可靠。本专利技术技术方案采用水滑石改性石墨烯和浆料混合得到导电浆料，能有效降低电热膜阻值，提高远红外辐射转化效率，实现电热膜的高升温速率和高导热率；提高了电热膜的阻燃性能，更加安全可靠；导电浆料拥有较高的附着力，避免与基板脱离。附图说明图1为本专利技术提出的高效导热石墨烯远红外发热膜的相对辐射能谱曲线。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术所用试剂均由常规实验或市购所得。实施例1：一种高效导热石墨烯远红外发热膜，由导电浆料层和绝缘基板组成，组成所述导电浆料层的各组分重量份为：水滑石改性石墨烯50份水玻璃45份松油醇40份水性聚氨酯20份乙基纤维素5份分散剂6份硅油15份水40份。一种高效导热石墨烯远红外发热膜制备方法，包括以下步骤：（1）水滑石改性石墨烯的制备：S1、将石墨粉加入到球磨罐中，向球磨罐中冲入二氧化碳气体以排除罐内空气，并使罐内压力达到1.2Mpa，进行球磨反应，得到羧基化石墨烯，用去离子水配制浓度为0.2mg/ml的羧基化石墨烯分散液；S2、将镍铁水滑石分散到去离子水中，超声40h后，以5000r/min的转速离心分离，取含有镍铁水滑石纳米薄片的上清液，得到水滑石溶胶；S3、将上述镍铁水滑石溶胶等体积加入到步骤S1中所述分散液中，混合均匀后冷冻干燥，得固体产物，将所得固体产物于500℃下通过管式炉煅烧3h，并通入氮气，得到所述水滑石改性石墨烯，镍铁水滑石和石墨烯的质量比为1.5（2）载体的制备：将松油醇、脂类、乙基纤维素、分散剂和硅油加入搅拌机中混合均匀，搅拌以20千转每分钟搅拌20分钟，得到所述载体；（3）导电浆料的制备：先将水滑石改性石墨烯加入到水中，得到水滑石改性石墨烯水溶液，再将所述水溶液加入到搅拌机中进行二次搅拌，以10千转每分钟搅拌10分钟，与载体混合均匀，最后加入水玻璃进行三次搅拌，以20千转每分钟搅拌50分钟，得到所述导电浆料；（4）电热膜的制备：将导电浆料采用凹版印刷或丝网印刷法均匀涂抹在陶瓷基板上，自然蒸发干燥，得到所述发热膜，采用厚度为0.3mm的无纺布贴覆到干燥后的陶瓷基板本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高效导热石墨烯远红外发热膜，由导电浆料层和绝缘基板组成，其特征在于，组成所述导电浆料层的各组分重量份为：石墨烯 6‑50份水玻璃 30‑45份松油醇 30‑40份脂类 10‑20份乙基纤维素 2‑5份分散剂 4‑6份硅油 5‑15份水 25‑40份。
【技术特征摘要】
1.一种高效导热石墨烯远红外发热膜，由导电浆料层和绝缘基板组成，其特征在于，组成所述导电浆料层的各组分重量份为：石墨烯6-50份水玻璃30-45份松油醇30-40份脂类10-20份乙基纤维素2-5份分散剂4-6份硅油5-15份水25-40份。2.一种根据权利要求1所述的高效导热石墨烯远红外发热膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）载体的制备：将松油醇、脂类、乙基纤维素、分散剂和硅油加入搅拌机中混合均匀，得到所述载体；（2）导电浆料的制备：先将石墨烯加入到水中，得到石墨烯水溶液，再将所述水溶液加入到搅拌机中进行二次搅拌，与载体混合均匀，最后加入水玻璃进行三次搅拌，得到所述导电浆料；（3）电热膜的制备：将导电浆料采用凹版印刷或丝网印刷法均匀涂抹在绝缘基板上，得到所述电热膜。3.根据权利要求2所述的高效导热电热膜制备方法，其特征在于，所述脂类选自水性聚氨酯或钛酸四丁酯。4.根据权利要求2所述的高效导热石墨烯远红外发热膜制备方法，其特征在于，所述绝缘基板选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、环氧树脂、聚酰亚胺、陶瓷、玻璃或大理石中的任意一种。5.根据权利求2所述的高效导热石墨烯远红外发热膜制备方法，其特征在于，步骤（1）中，搅拌以5-20千转每分钟搅拌20-60分...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔秋檀，魏蒙华，
申请(专利权)人：北京烯研科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11
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