一种基于石墨烯的可弯折电热膜器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于石墨烯的可弯折电热膜器件，包括聚酰亚胺基层以及涂覆于基层表面的有机电热膜；所述有机电热膜按照质量份数包括：5份至15份石墨烯；2份至9份离子液体；1份至8份多壁碳纳米管；10份至20份炭黑颗粒；260份至300份聚四氟乙烯；本发明专利技术还公开了该电热膜器件的制备方法；本发明专利技术所得电热膜器件电热膜器件的制备方法；本发明专利技术所得电热膜柔软可弯折，结构和发热稳定，同时具有较高的发热效率。同时具有较高的发热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的可弯折电热膜器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电热膜器件领域，特别是涉及一种基于石墨烯的可弯折的电热膜器件。

技术介绍

[0002]膜状电热功能元件一般由电热功能膜，电极和基体三部分组成。电极作为导体，用以降低接触电阻并且与电源连接。电极多用导体浆料制作，亦可用金属箔片或丝制作，基体的主要作用是衬托电热功能膜，另外还起导热体或隔热体、绝缘物隔离体的作用。基体的性质主要根据产品设计需要确定，没有严格的限制。但在带棱角和凸凹不平的表面上制作电热功能膜会带来一些弊端，如尖锐部位易产生集肤效应；表面过分凹凸难以保证膜层均匀，易形成功率分布不均匀等。电热复合材料的导电性是通过导电填料在高分子基体中形成导电网络实现的；基体常用的材料为玻璃、陶瓷、高分子树脂等。电热功能膜是发热体，按照材料区分：金属膜、无机膜、有机材料膜。一般情况下，对添加型电热材料而言，导电填料是电热材料中起导电作用的组分。在电热浆料干燥固化后，粘结剂与导电填料形成一整体。在外加电压作用下，电热材料内部由于自由电子沿外电场方向移动而形成电流，根据焦耳
‑
楞次定律，随着时间的延长而产生热量。因此其电热原理即电流通过电阻时将电能转化为热能的原理，如式：Q＝I2RT：Q为电热材料涂层发热量；I为流经电热材料涂层的电流；R为电热材料涂层的电阻；t为发热时间。
[0003]有机加热薄膜材料是在有机高分子材料中加入导电粒子，或用导电有机材料制成薄膜材料，也可以把有机材料涂在绝缘材料表面制成有机导电薄膜。例如：由聚四氟乙烯掺杂碳黑，制成一种类似塑料薄膜式的加热带，不须依附于任何基材，柔软可弯折，本身导电无绝缘层。使用时可采用聚酰亚胺薄膜作绝缘层，有机膜具有弯曲性能，可弯折，但一般只能在较低温度下使用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于石墨烯的可弯折电热膜器件，本专利技术所得电热膜柔软可弯折，结构和发热稳定，同时具有较高的发热效率。
[0005]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种基于石墨烯的可弯折电热膜器件，包括聚酰亚胺基层以及涂覆于基层表面的有机电热膜；
[0006]所述有机电热膜按照质量份数包括：
[0007][0008]进一步改进，所述聚酰亚胺基层表面摩擦获得具有同一取向凸起的粗糙表面。本专利技术中有效增加基层与有机发热层的结合力，同时同一取向的凸起可以在一定程度上导向三种维度导电填料的排列，由于同一取向的凸起存在，涂覆于基层的一维多壁碳纳米管和二维的石墨烯由于受到同一导向凸起的限位形成均匀、规律的沿着导向凸起的方向排列，而0维的炭黑颗粒和离子液体则均匀分散在涂层中，随着涂层内部结构的导向凸起与多壁碳纳米管与石墨烯的规律排列而均匀分散在膜层中，用于形成更加密切的、结构稳定的有机发热膜。
[0009]优选所述离子液体为【Bmim】【BF4】。本专利技术中【Bmim】【BF4】不仅作为形成导电网络的一部分存在，【Bmim】【BF4】通过与石墨烯、碳纳米管以及炭黑颗粒表面基团通过电荷的吸附作用有效促进石墨烯、碳纳米管以及炭黑颗粒均匀在聚四氟乙烯分散体系中，防止在混合的过程中发生二次团聚，有效保证导电网络的稳定可靠。
[0010]优选还纳米纤维素，纳米纤维素的质量为氧化石墨烯、多壁碳纳米管和炭黑颗粒质量之和的0.2至0.6倍。本专利技术中还向聚四氟乙烯体系中加入纳米纤维素，纳米纤维素作为体系稳定剂从两方面起作用，一方面是当电热膜还处于浆料状态时，纳米纤维素通过其自身具有较大长径比的特点嵌入在定向涂覆在基层表面的石墨烯之间，同多壁碳纳米管一同倾斜在基层之上，促进石墨烯和多壁碳纳米管的分散、胶合，当浆料固化成膜后，纳米纤维素由于其自身的结构作为基体骨架，保证整个电热膜的结构强度。
[0011]优选所述有机电热膜按照质量份数包括：
[0012][0013]优选有机电热膜的厚度为100μm至300μm。本专利技术有机电热膜的厚度可以根据不同
使用的环境调整，以适应具体产品以及应用的需求。
[0014]本专利技术的另一个目的在于提供所述电热膜器件的制备方法，成膜效果好，可弯折，发热效率高。
[0015]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种电热膜器件的制备方法，包括以下步骤：
[0016]步骤一、将上述各种组成物质按照质量份数加入聚四氟乙烯中球磨混合均匀；
[0017]步骤二、将步骤一所得混合物均匀涂覆于聚酰亚胺基层表面，静置消泡；
[0018]步骤三、热固化，得目标电热膜器件。
[0019]优选所述聚酰亚胺基层成膜后使用摩擦辊定向摩擦得粗糙导向凸起。本专利技术通过在聚酰亚胺层制得粗糙导向膜促进基层与有机发热层的结合，同时同一取向的凸起导向三种维度导电填料的排列，从而获得高品质可弯折的电热膜器件。
[0020]通过采用上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术所得电热膜包括聚酰亚胺基层以及涂覆于基层表面的有机电热膜，有机电热膜以聚四氟乙烯作为粘结剂，以石墨烯、多壁碳纳米管、炭黑颗粒以及离子液体作为导电填料，其中石墨烯、多壁碳纳米管以及炭黑颗粒从点、线和面三个维度形成分散在聚四氟乙烯膜层中的导电网络，离子液体在涂层中一方面利于提高浆料的稳定性，且离子液体同聚四氟乙烯共同混合，均匀的分散在三种维度的导电填料中间，促进导电网络的形成，因此本专利技术所得的电热膜器件其发热效率高，U
‑
I曲线基本符合欧姆定律；
[0022]本专利技术所得电热膜器件由于基层与有机发热膜的配合有效提升了电热膜器件的结构强度，可弯曲，且不影响发热效果；反复多次弯折，发热稳定，说明所得膜层内部结构中导电填料的相对位置稳定，导电性能稳定，具有更广阔的应用。
[0023]从而实现本专利技术的上述目的。
附图说明
[0024]图1是本专利技术涉及的一种基于石墨烯的可弯折电热膜器件的剖面结构示意图；
[0025]图2是图1中A处放大图；
[0026]图3是本专利技术实施例3、实施例4以及对比例1所得电热膜器件经过50次弯折前后的U
‑
I曲线。
[0027]图中：
[0028]聚酰亚胺基层1；有机电热膜2。
具体实施方式
[0029]为了进一步解释本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来对本专利技术进行详细阐述。
[0030]实施例1
[0031]本实施例公开一种基于石墨烯的可弯折电热膜器件，具体组分和质量份数详见表1所示，具体制备方法包括以下步骤：
[0032]步骤一、将上述各种组成物质按照质量份数加入聚四氟乙烯中球磨混合均匀；
[0033]步骤二、将步骤一所得混合物均匀涂覆于聚酰亚胺基层表面，静置消泡；
[0034]步骤三、热固化，得目标电热膜器件，面积为100mm
×
100mm。
[0035]其中步骤二中所述聚酰亚胺基层成膜后使用摩擦辊定向摩擦得粗糙导向凸起。
[0036]所得电热膜的剖面结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的可弯折电热膜器件，其特征在于：包括聚酰亚胺基层以及涂覆于基层表面的有机电热膜；所述有机电热膜按照质量份数包括：2.如权利要求1所述的一种基于石墨烯的可弯折电热膜器件，其特征在于：所述聚酰亚胺基层表面摩擦获得具有同一取向凸起的粗糙表面。3.如权利要求1所述的一种基于石墨烯的可弯折电热膜器件，其特征在于：所述离子液体为【Bmim】【BF4】。4.如权利要求1所述的一种基于石墨烯的可弯折电热膜器件，其特征在于：还包括纳米纤维素，纳米纤维素的质量为氧化石墨烯、多壁碳纳米管和炭黑颗粒质量之和的0.2至0.6倍。5.如权利要求4所述的一种基于石墨烯的可弯...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈大波，杨跃仁，
申请(专利权)人：牛墨石墨烯应用科技有限公司，
类型：发明
国别省市：