一种石墨烯基电加热元件、柔性电热基片、电热墙暖及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯基电加热元件、柔性电热基片、电热墙暖及其制备方法，所述石墨烯基电加热元件包括玻璃纤维层、印制在所述玻璃纤维层表面一侧的石墨烯涂层，所述玻璃纤维层内设置有电极，所述石墨烯涂层包括石墨烯、分散剂和粘结剂，所述石墨烯涂层从下到上分为三层，第一层石墨烯和粘结剂的比例为(4

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯基电加热元件、柔性电热基片、电热墙暖及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电加热
，特别是涉及一种石墨烯基电加热元件、柔性电热基片、电 热墙暖及其制备方法。

技术介绍

[0002]中国年平均气温由南向北逐渐降低，从南海诸岛到黑龙江省北部，气温相差较大，平均 每向北跨一个纬度，气温降低1.5℃，因此北方冬季的采暖需求非常迫切。中国北方大多数地 区采用水暖，发热能源大多采用化石能源，通过煤炭燃烧释放热能。煤炭燃烧过程释放诸如 CO、NOx、SO2及粉尘等会影响空气质量，破坏环境。如雾霾、厄尔尼诺现象、酸雨及全球 气候变暖等各种环境污染现象，给人类带来严重困扰。
[0003][0004]燃煤锅炉仍然是目前北方冬季取暖的主要来源。研究显示，北京PM2.5的6个重 要来源，其中燃煤占比约为18％。为了减少冬季燃煤污染、改善空气质量，我国北方许多城 市开始推广一系列政策补贴也相应出炉。目前改造工程设备主要采用空气源热泵，如图3所 示。2015年已经完成了38.45万户的改造，初具成效。用户体验报告显示单一凭借空气源热 泵的采暖效果还有待进一步提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种石墨烯基电加热元件及其 制备方法。
[0006]本专利技术的另一个目的是提供一种基于所述石墨烯基电加热元件的柔性电热基片及其制备 方法。
[0007]本专利技术的另一个目的是提供一种基于所述柔性电热基片的电热墙暖。
[0008]为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
[0009]一种石墨烯基电加热元件，包括玻璃纤维层和印制在所述玻璃纤维层表面一侧的石墨烯 涂层，所述玻璃纤维层内设置有电极，所述石墨烯涂层包括石墨烯、分散剂和粘结剂，所述 石墨烯涂层从下到上分为三层，第一层石墨烯涂层中石墨烯和粘结剂的比例为(4
‑
6):(6
‑
4)，第 二层石墨烯涂层中石墨烯和粘结剂的比例为(7
‑
10):(3
‑
0)且粘结剂的含量不为0，第三层石墨烯 涂层中石墨烯和粘结剂的比例为(0
‑
3):(10
‑
7)。
[0010]在上述技术方案中，所述石墨烯涂层通过筛网印刷法分层印制于所述玻璃纤维层的表面， 所述石墨烯涂层为蜂巢型，所述粘结剂为PU胶，优选的，所述分散剂为阴离子型分散剂或 非离子型分散剂，更优选的，所述分散剂为NNO。
[0011]在上述技术方案中，所述玻璃纤维层为织造的基础纱，所述电极为镀锌铜丝，织造于所 述玻璃纤维层中，所述电极的数量为两个，两个电极分别位于所述玻璃纤维层内的经向两侧。
[0012]本专利技术的另一方面，提供一种所述的石墨烯基电加热元件的制备方法，包括以下步骤：
[0013]步骤1，编织内部包有电极的玻璃纤维层；
[0014]步骤2，利用筛网印刷法将涂剂分三次印制于所述玻璃纤维层表面，第一次印制时，所 述涂剂中石墨烯和粘结剂的比例为(4
‑
6):(6
‑
4)；第二次印制，所述涂剂中石墨烯与粘结剂的比 例是(7
‑
10):(3
‑
0)且所述粘结剂的含量不为0；第三次印制，所述涂剂中石墨烯与粘结剂的比例 是(0
‑
3):(10
‑
7)。
[0015]本专利技术的另一方面，提供一种柔性电热基片，包括所述的石墨烯基电加热元件和粘结于 所述石墨烯基电加热元件内外表面上的隔离层，所述隔离层与所述石墨烯基电加热元件通过 胶水粘结。
[0016]在上述技术方案中，所述胶水为聚氨酯，所述隔离层为聚氨酯膜。
[0017]在上述技术方案中，所述柔性电热基片还包括两个防护层，每一个所述防护层固定于对 应所述隔离层的外侧。
[0018]在上述技术方案中，所述柔性电热基片单位面积发热功率为80
‑
99％。
[0019]本专利技术的另一方面，提供一种所述的柔性电热基片的制备方法，包括以下步骤：
[0020]使用胶水在所述石墨烯基电加热元件的内外两侧分别粘结一层所述隔离层，施胶量为 10
‑
20g/m2，复合温度为90
‑
110℃，复合后卷装放置10
‑
30h确保交联，然后在每一层所述隔离 层外侧粘结一层防护层。
[0021]本专利技术的另一方面，提供一种石墨烯基电热墙暖，包括所述的柔性电热基片，优选的， 还包括温控器和固定框，所述柔性电热基片位于所述固定框内，温控器位于固定框外，并且 与所述柔性电热基片电连接，所述柔性电热基片的电极的一个异侧对角连接正极，另一个异 侧对角连接负极，电流控制2A
±
0.1A。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]1.本专利技术的石墨烯基电加热元件，研发各项指标更好，热效率高，综合性能更高，适用 性更强，与空气源热泵设备在同一场景下使用，相辅相成。石墨烯借助优良的电热性能，热 转化效率高；在玻璃纤维上涂覆后为面发热，发热更均匀，蜂巢型涂层可有效避免断点故障， 与玻璃纤维的复合工艺简单易行，有效降低安装成本和使用成本。同时，石墨烯的高反应活 性使其便于与其他功能的叠加，提升用户生活体验，设计制备石墨烯基面发热柔性电热基片 并用于居家采暖可行性较高。石墨烯在建筑节能、碳捕集、CO2资源化利用等方面均有利用 潜力，开发石墨烯基面发热柔性取暖基片有利于我国碳中和战略的实施，具有实际意义。
[0024]2.本专利技术的柔性电热基片采用石墨烯作为导电发热材料：发热效率高、升温速度快、发 热模式为面发热，发热更均匀，人体体感更舒适；且辐射波长为5～15μm红外线，有益于人 体健康，保健功能显著；其单位面积发热功率灵活可控，应用尺寸灵活多样，制成品性能稳 定；轻薄、柔韧、易复合其他功能。
[0025]3.本专利技术的石墨烯基电热墙暖，可作为热泵的有益补充，提高取暖效果。相较于燃煤和 燃气锅炉，化石能源消耗量分别降低49.38％和33.06％，CO2排放同等程度降低，可有效节能 减排。对比于上一代柔性碳晶电暖气，本产品在全生命周期内对环境产生的负荷更低。石墨 烯在建筑节能、碳捕集、CO2资源化利用等方面均有利用潜力，开发石墨烯基柔性
取暖基片 有利于我国碳中和战略的实施，具有实际意义。
附图说明
[0026]图1所示为玻璃纤维层实物图。
[0027]图2所示为石墨烯涂层设置图。
[0028]图3所示为柔性电热基片结构示意图。
[0029]图4所示为石墨烯基电热墙暖安装模拟图。
[0030]图5所示为石墨烯基电热墙暖实物图。
[0031]图6所示为产品相对辐射能谱曲线图。
[0032]图7所示为石墨烯制备阶段生命周期过程的归一化结果。
具体实施方式
[0033]以下结合具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯基电加热元件，其特征在于，包括玻璃纤维层和印制在所述玻璃纤维层表面一侧的石墨烯涂层，所述玻璃纤维层内设置有电极，所述石墨烯涂层包括石墨烯、分散剂和粘结剂，所述石墨烯涂层从下到上分为三层，第一层石墨烯涂层中石墨烯和粘结剂的比例为(4
‑
6):(6
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4)，第二层石墨烯涂层中石墨烯和粘结剂的比例为(7
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10):(3
‑
0)且粘结剂的含量不为0，第三层石墨烯涂层中石墨烯和粘结剂的比例为(0
‑
3):(10
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7)。2.如权利要求1所述的石墨烯基电加热元件，其特征在于，所述石墨烯涂层通过筛网印刷法分层印制于所述玻璃纤维层的表面，所述石墨烯涂层为蜂巢型，所述粘结剂为PU胶，优选的，所述分散剂为阴离子型分散剂或非离子型分散剂，更优选的，所述分散剂为NNO。3.如权利要求1所述的石墨烯基电加热元件，其特征在于，所述玻璃纤维层为织造的基础纱，所述电极为镀锌铜丝，织造于所述玻璃纤维层中，所述电极的数量为两个，两个电极分别位于所述玻璃纤维层内的经向两侧。4.一种如权利要求1
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3任意一项所述的石墨烯基电加热元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，编织内部包有电极的玻璃纤维层；步骤2，利用筛网印刷法将涂剂分三次印制于所述玻璃纤维层表面，第一次印制时，所述涂剂中石墨烯和粘结剂的比例为(4
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6):(6
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4)；第二次印制，所述涂剂中石墨烯与粘结剂的比例是(7
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10):(3
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【专利技术属性】
技术研发人员：许佳，魏赛男，魏玉娟，邱瑛娣，何建磊，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：