[发明专利]一种增强石墨烯发热涂层与基材粘合力的方法

说明书

本发明是一种增强石墨烯发热涂层与基材粘合力的方法。本方法对基材表面进行粗化处理，并同时对成膜树脂进行改性，通过两种方法的协同作用，增强了基材和发热涂层的粘合力。使用本发明的方法制备的发热膜比常规的发热膜具有明显优越性，不易受外力破损，耐久发热，长期应用不失效等优点。

技术领域

本发明涉及先进碳材料领域，特别提供了一种增强石墨烯发热涂层与基材粘合力的方法。

背景技术

石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫从石墨中分离出来的一种全新的碳材料。由于石墨烯既是目前已知最薄的材料，也是最强韧的材料，同时又具备超强的导电性、导热性、机械性能，所以石墨烯自发现以来，各行业的科研人员都在探索将其应用在各自的领域，以期得到比目前产品更优秀的性能。

石墨烯是一种二维平面结构碳材料，其具有高的电子迁移率、大的比表面、优异的机械性能和导热性能，具有优异的光学、电学、力学特性。石墨烯发热膜在通电的情况下，电热膜中的碳分子在电阻中产生声子、离子和电子，由产生的碳分子团之间相互摩擦、碰撞而产生热能，热能又通过控制波长在5～14微米的远红外线以平面方式均匀地辐射出来，有效电热能总转换率达99％以上，同时加上石墨烯材料的超导性，从而保证发热性能的稳定。与常规金属丝发热膜相比，其发热稳定安全。石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。当它作为载体时，导热系数也可达600W/mK。

公开号为CN201610198688的中国发明专利公开了一种高发热石墨烯复合材料，提到了一种高发热石墨烯复合材料，包括依次按层复合而成的硬质材料、石墨烯浆料和导热材料。上述发明的发热石墨烯复合材料，具有容易制造、不易老化、坚固耐用、热效率更高等优点。但是该方法使用的基材硬性材料为玻璃或者陶瓷，上层导热材料为导热硅胶；石墨烯浆料与上下两层的材料的结合基本依靠材料自身的黏性。而这些材料之间的黏性主要依赖材料组份中具有黏性的树脂成分，来实现三层结构的有机结合。该材料在使用过程中，遇到运动件或者旋转件或者受力件时，容易导致石墨烯膜或者整个组件被破坏，使其发热功能失效。该石墨烯复合材料的发热产品在长期使用的过程中，容易产生层与层之间剥离、脱落，甚至产生断裂，严重制约了产品的使用寿命。

公开号为CN201510395296.6的中国发明专利公开了一种电热复合陶瓷砖及其制备方法，提到了在电热陶瓷中用到电热浆料以及电热浆料在陶瓷基面的涂布方法，专利中提到“电热浆料是将碳发热原料、粘结剂和助剂在溶剂中搅拌混合后获得……所述粘结剂包括环氧树脂、聚氨酯树脂或改性硅树脂……”。该发明表述，使用了多种胶黏剂，可以“使电热浆料在整个连接面均匀渗透进入陶瓷基底的坯体里，烘干固化后形成的电热涂层与陶瓷基底不但结合紧密，而且在与电热涂层连接的接线电极与外部电源通电后，可实现整个电热涂层均匀加热，有效提高电能转化为热能的效率”。此专利中，使用胶黏剂等助剂可以提高陶瓷基底和浆料的黏性，但该专利并未考虑不同基底与浆料不同配方之间的黏度“匹配性”问题，导致该专利这一步骤的方案太过单一。也就是说在使用粘结剂时，该方案只是简单混合石墨烯、分散剂以及粘结剂等，并未考虑基材表面粗糙度、树脂亲(金属或非金属)集团、石墨烯与基材用高效薄的胶水结合等问题，直接导致了这种方案对提高各层之间的粘合力方面收效甚微。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种增强石墨烯发热涂层与基材粘合力的方法。通过对基材表面进行粗化处理，并同时对成膜树脂进行改性，两种方法协同作用，增强了基材和发热涂层的粘合力。本方法的原理是石墨烯不亲水也不亲油，表面呈惰性状态，与其他介质的介面相容性差，加入亲水性官能团改性后，可增加石墨烯与其他介质的相容性；另外通过对基材进行打磨处理，将其粗糙度控制在一定范围内，之后在基材上涂覆疏水层，亲水基团和疏水基团产生反应，能增加石墨烯膜与基材的结合力，最终实现石墨烯膜与基材间粘合力增强，不易分离、脱离，不易受外力破损，耐久发热，长期应用不失效，有效提高了产品的使用寿命。