[发明专利]一种电红外致热膜及其制备方法、电红外致热装置

说明书

本发明涉及一种电红外致热膜及其制备方法、电红外致热装置，属于电加热材料技术领域。本发明的电红外致热膜，主要由以下重量份数的组分组成：低缺陷石墨烯10～15份、无机填充剂5～20份和无定型碳5～10份。本发明的电红外致热膜中的低缺陷石墨烯、无机填充剂、无定型碳能够降低电红外致热膜的体积膨胀系数，缩小电红外致热膜与陶瓷、石英、高硼耐温玻璃等基体材料的体积膨胀系数的差距，避免电红外致热膜从这些材料表面脱落，延长采用电红外致热装置的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种电红外致热膜及其制备方法、电红外致热装置，属于电加热材料技术领域。

背景技术

目前作为空气热源的高温加热管产品大多采用管体为封装体(壳体)，中间布设加热丝，通电升温后依靠惰性气体传热，并透过石英/陶瓷/金属管进行辐射发光发热。通电后加热丝产生的热量需通过电热丝表面加热封装的惰性气体或真空(低密度空气)传至壳体内表面后再沿壳体壁径方向传至壳体外表面对空气进行加热。根据热力学第一定律，壳体外表面温度低于壳体内表面低于传热介质(封装气体)/内壁介面低于传热介质/加热丝表面介面。造成传热速度低下，电能利用率低下等缺点。为了解决这个问题，可将电热材料镀覆与封装壳体内表面，减少热传递过程中换热环节，提高传热效率与电能利用率。

然而，目前电加热材料主要为金属/合金(电热丝)材料或碳素材料，其热膨胀系数远大于主流封装壳体材料(陶瓷、石英、高硼耐温玻璃)。多次升降温后，尤其是高温工况下，较大的热膨胀系数差导致的材料应力变化容易造成加热材料从壳体内表面脱落，降低加热设备的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种与封装壳体材料之间具有较低热膨胀系数差异的电红外致热膜，能够显著延长加热设备的使用寿命。

本发明还提供了一种上述电红外致热膜的制备方法以及一种采用上述电红外致热膜的电红外致热装置。

为了实现以上目的，本发明的电红外致热膜所采用的技术方案是：

一种电红外致热膜，主要由以下重量份数的组分组成：低缺陷石墨烯10～15份、无机填充剂5～20份和无定型碳5～10份。

本发明的电红外致热膜，采用低缺陷石墨烯能够使电红外致热膜在通电时快速升温至300℃以上并降低电红外致热膜的膨胀系数，无机填充剂相较于低缺陷石墨烯具有更低的膨胀系数，能够降低电红外致热膜的体积膨胀系数以及快速升温时产生的热应力，而无定型碳具有弹性能够缓冲低缺陷石墨烯以及无机填充剂的体积膨胀，进一步降低电红外致热膜的体积膨胀，从而缩小电红外致热膜与陶瓷、石英、高硼耐温玻璃等基体材料的体积膨胀系数的差距，避免电红外致热膜从这些材料表面脱落，延长采用电红外致热装置的使用寿命。

此外，本发明的电红外致热膜中的无机填充剂具有的低热膨胀特性可以提高的发热过程中膜的完整性，而低缺陷石墨烯还能提高电红外致热膜的热导率，进而提高电红外致热膜与基体材料的换热效率，同时低缺陷石墨烯特有的半导体电子结构具有通过电子弛豫过程发射波长位于红外-远红外区域的光子辐照加热目标物体的能力，并且低缺陷石墨烯中碳原子的pz轨道与sp2-σ轨道高度耦合，与其他导电材料相比可以提供良好的耐高温能力、高温下良好的结构稳定性，从而提高供给采用电红外致热膜的器件更高的安全性、更长的使用寿命。与传统高温电加热材料相比，本发明的电红外致热膜具有热膨胀系数小、导热快等独特优势。

本发明电红外致热膜与石英管的热膨胀系数具有较高的匹配程度，在50℃/s的温升速率下，在800℃下与石英热体积膨胀差产生的应力低于电红外致热膜的剥离强度，大大提高了电红外致热膜的发热温度上限。

可以理解的是本发明的电红外制热膜中除低缺陷石墨烯、无定性碳以及无机填充剂外还有可能具有一些杂质成分。