[发明专利]一种石墨烯电加热膜及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于电发热材料技术领域，涉及一种石墨烯电加热膜及其制备方法，利用石墨烯突出的导电性和润滑性，制备得到低电阻和高导热率的石墨烯电加热膜。

背景技术：

加热膜是由电绝缘材料与封装其内的发热电阻材料组成的平面型发热元件，加热膜工作时能将电能转化为热能，并将热能主要以辐射的形式向外传递；加热膜作为新型的低温辐射电加热元件，具有电-热转换效率高，辐射热占比大，电磁辐射小，对人体无危害，有效发热面积大，热均匀性和热舒适性好，物理性能稳定，功率变化小，使用寿命长，厚度薄，柔性好和占用空间小等一系列与传统加热体明显不同的优点，在采暖工程和建筑等行业有着非常广阔的市场前景；中国专利201610324099.X公开的一种新型加热膜包括加热膜本体、发热层、导电碳纤维和导电金属丝，加热膜本体的内部设置有发热层，发热层的内部交替设置有导电涂层和纵向抗拉纤维，且导电涂层的内部固定有导电碳纤维，导电涂层、导电碳纤维和纵向抗拉纤维的两侧与导电金属丝固定连接，导电金属丝的右端穿过绝缘密封塞与导电线串联连接，且绝缘密封塞与加热膜本体固定连接，发热层的外壁上覆盖有耐热层，耐热层的外壁上粘接有保温层，保温层与防纯水保护膜之间设置有PET绝缘膜；中国专利201620146853.0公开的一种金属柔性加热膜包括金属电极以及自下而上依次层叠的第一绝缘薄膜层、金属发热层、第二绝缘薄膜层、保温导热层，金属发热层均匀分布有若干导电合金条，金属电极与金属发热层电连接，第一绝缘薄膜层均匀涂覆于所述金属发热层下表面，第二绝缘薄膜层均匀涂覆于金属发热层上表面，保温导热层为石墨层，敷设于第二绝缘薄膜层上表面；现有技术中的加热膜普遍存在升温速度慢和达不到指定温度的问题。

石墨烯自2004年被发现以来，其优异的物理化学性质得到了科学界的广泛关注，其电子迁移率为200000cm²/V·s，是光速的1/300，电子迁移率不受温度影响，具有突出的导热性，在常温下导热率为5300w/m.k，抗拉强度为125GPa，强度极限为42N/m2，电阻率为10^-8Ω·m，石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道、组成的六角形结构二维材料，其厚度只有0.335nm，比表面积为26302/g，电导率为108S/m，具有极高的强度以及柔韧性，是柔性导电导热薄膜的理想材料，是一种功能全面而突出的新材料；石墨烯以无可比拟的导电性、突出的润滑性和散热性及其良好的力学和机械性能特点，为制备一种石墨烯电加热膜提供了基础。因此，开发低电阻和高导热率的石墨烯基电加热膜成为一项重要的课题。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种石墨烯电加热膜及其制备方法，利用石墨烯突出的导电性和润滑性，制备得到发热效果良好的石墨烯电加热膜。

为了实现上述目的，本发明涉及的石墨烯电加热膜的主体结构如附图1所示包括成膜基底、金属电极、石墨烯电加热膜和保护膜；矩形板状结构的成膜基底的上表面两侧长边上均设置有矩形条状结构的金属电极，两条金属电极互相平行，成膜基底与金属电极之间通过导热胶粘接式连接，金属电极的上表面设置有网状结构的石墨烯电加热膜，金属电极与石墨烯电加热膜粘接式连接，石墨烯电加热膜的上表面设置有矩形板状结构的保护膜，石墨烯电加热膜与保护膜粘接式连接。

本发明涉及的成膜基底和保护膜均为柔性耐折耐高温材料，包括PET膜、PI膜、PVC膜、PP膜、PE保护膜、PC膜、PS膜或ABS膜；金属电极的材质为铜、银、金和铂中的一种或几种，金属电极的表面经过粗糙处理，以便金属电极与石墨烯电加热膜良好接触；石墨烯电加热膜的成分为石墨烯浆料和粘结剂，石墨烯电加热膜通过丝网印刷方式印刷成带有镂空图案的网状结构。

本发明涉及的石墨烯电加热膜制备方法的工艺过程如附图2所示包括制备石墨烯分散液、涂覆石墨烯分散液和制备石墨烯电加热膜三个步骤：

(1)、制备石墨烯分散液：将0.01-100g的分散助剂溶解在1-100ml的溶剂中,采用机械搅拌、剪切、球磨和超声中的一种或几种组合分散方式将1-100g的石墨烯均匀地分散在含有分散助剂的溶剂中，制备得到浓度为0.01-100g/ml的石墨烯分散液；

(2)、涂覆石墨烯分散液：将1-100ml步骤(1)制备的石墨烯分散液采用喷涂、旋涂、刮涂或浸渍方式均匀涂覆在成膜基底上；

(3)、制备石墨烯电加热膜：将涂敷在成膜基底上的石墨烯分散液置于50-200℃的环境中干燥后置于辊缝隙为0-1.5mm的辊压机辊压，制备得到厚度为0.01-1mm到石墨烯电加热膜。