一種納米材料發(fā)熱體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電熱材料，具體地說涉及一種納米材料發(fā)熱體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，現(xiàn)有的電暖、電加熱主要有發(fā)熱電纜和電熱膜兩種類型。其中，發(fā)熱電纜是采用單根或多根合金電熱絲作為發(fā)熱源，高純度、高溫、電熔結(jié)晶氧化鎂作導(dǎo)熱絕緣體，無縫連續(xù)不銹鋼或銅管作為護套，采用特殊生產(chǎn)工藝制造而成。電熱膜是一種通電后能發(fā)熱的半透明聚酯薄膜，由可導(dǎo)電的特制油墨、金屬載流條經(jīng)加工、熱壓在絕緣聚酯薄膜間制成。電熱膜分為用于電子電器、軍事等的高溫電熱膜和用于民用的低溫電熱膜。
[0003]然而，發(fā)熱電纜需要添加多根合金電熱絲，并且外層需要包覆導(dǎo)熱絕緣體，其成本偏高，而且增加自身重量，在一些特殊的場合無法使用，如家居裝飾(地毯、坐墊、壁畫、屏風(fēng)等)、可穿戴設(shè)備(電熱衣、手套等)。再者，發(fā)熱電纜升溫較慢，若存在局部電纜斷裂，存在漏電危險，并將直接影響發(fā)熱效率。低溫電熱膜雖能解決上述發(fā)熱電纜某些不足之處，但電熱膜通常采用的導(dǎo)電填料為石墨粉、金屬粉(銀粉、鋁粉等)、導(dǎo)電炭黑，這些導(dǎo)電填料在電熱膜中添加量都非常大，對金屬粉填料而言，特別是銀粉，成本較高，石墨粉和炭黑具有不穩(wěn)定性，長時間使用容易老化，電弧發(fā)生變化，導(dǎo)致最終發(fā)熱效率大幅度降低。再者，傳統(tǒng)電熱膜一般采用油性樹脂體系，在電熱膜工作時，總會出現(xiàn)少量VOC排放，對環(huán)境和人體造成影響。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，現(xiàn)有技術(shù)中提出了如下技術(shù):
中國專利號“201410457400.5”在2014年12月17日公開了“一種石墨烯電熱膜”，其技術(shù)方案為所述石墨烯電熱膜包括石墨烯膜發(fā)熱層以及涂覆在石墨烯膜發(fā)熱層上下兩側(cè)的絕緣保護層；其特征在于，石墨烯膜發(fā)熱層的制備包括以下步驟:(I)將I重量份的石墨烯，5~150重量份的溶劑混合，超聲分散后得到石墨烯分散液；(2)將步驟(I)得到的石墨烯分散液，以10~1000mL/h的擠出速度在一字形?？诘闹苽溲b置中擠出，于10~80°C的凝固液中停留1~100秒凝固成膜，干燥后得到石墨烯膜發(fā)熱層；所述步驟(I)的溶劑主要由水、N —甲基吡咯烷酮、丙酮、二甲亞砜、吡啶、二氧六環(huán)、N, N—二甲基甲酰胺、N, N—二甲基乙酰胺、四氫呋喃、丁酮、乙二醇、二甘醇中的一種或者多種按照任意配比混合組成；所述步驟
(2)中的一字形模口的制備裝置為長方體結(jié)構(gòu)，中間開有一個逐漸變窄的一字形?？?；所述步驟(2)的凝固液主要由甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正丁醇、乙二醇、環(huán)己酮、丙三醇、乙酸丁酯、丙二醇、醋酸正丙酯、乙酸、丙三醇、異丁醇、乙酸甲酯中的一種或多種按照任意配比混合組成。但該專利在實際應(yīng)用過程中，仍然存在著如下缺陷:一、利用氧化石墨烯(rGO)制備電熱膜，涉及氧化石墨烯還原過程，該還原過程比較繁瑣，且被還原所得的氧化還原石墨烯(rGO)表面存在較多官能團，在還原過程中，不可能全部去掉，并且表面孔洞較多，影響了石墨烯的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能。二、制備過程中涉及的溶劑或凝固劑包括甲醇和四氫呋喃，這些均為有毒物質(zhì)，在操作過程中較危險，容易對人體造成傷害。三、采用聚酰亞胺作為絕緣保護層，價格較昂貴，大大提高了生產(chǎn)成本。四、制備出的電熱膜較厚，導(dǎo)致成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種納米材料發(fā)熱體的制備方法，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是能夠制得具有優(yōu)異導(dǎo)熱導(dǎo)電性能的發(fā)熱體。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種納米材料發(fā)熱體的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)、向聚乙烯醇中加入去離子水，得到聚乙烯醇溶解到去離子水中的溶解液；
(2 )、向溶解液中加入導(dǎo)電填料和助劑，得到混合液；
(3)、將混合液涂覆到成膜載體上形成導(dǎo)電填料層，干燥后得到由導(dǎo)電填料層與成膜載體組成的發(fā)熱體。
[0007]所述步驟(I)中聚乙烯醇與去離子水的質(zhì)量比為7—10:93— 90。
[0008]所述步驟(I)中聚乙烯醇在90— 95度的溫度下以攪拌的方式均勻溶解到去離子水中。
[0009]所述步驟(2)中的導(dǎo)電填料為石墨烯、炭黑中的一種或兩種的混合。
[0010]所述導(dǎo)電填料為石墨稀時，石墨稀與聚乙稀醇的質(zhì)量比為I一10:99一90，所述導(dǎo)電填料為炭黑時，炭黑與聚乙稀醇的質(zhì)量比為10—30:90一70，所述導(dǎo)電填料為石墨稀與炭黑的混合時，石墨稀比炭黑比聚乙稀醇的質(zhì)量比為I一16:1一4:98一80。
[0011]所述石墨烯在使用前需對其分散處理，分散方式為在無水乙醇中超聲分散30—60mino
[0012]所述步驟(2)中的助劑為包括無水乙醇、乙二醇、吐溫-80、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、L一賴氨酸、木質(zhì)素磺酸鈉、丙酮、正丁醇中一種或多種組合的表面活性劑。
[0013]所述步驟(3)中的成膜載體是由PET材料制成的膜片，其厚度為0.1—0.2mm。
[0014]所述步驟(3)中的混合液以刷涂或噴涂的方式涂覆到成膜載體上，涂覆厚度為60一 10um0
[0015]所述步驟(3)中的發(fā)熱體表面敷設(shè)有韌性膜。
[0016]采用本發(fā)明的優(yōu)點在于:
一、本發(fā)明采用的聚乙烯醇和去離子水均為無毒、無揮發(fā)性物質(zhì)，采用去離子水和來溶解聚乙烯醇，既有利于加快溶解速度，又能夠完全避免在生產(chǎn)出的產(chǎn)品在工作時出現(xiàn)VOC排放的問題，解決了現(xiàn)有技術(shù)中容易出現(xiàn)VOC排放的問題，不僅提高了生產(chǎn)的安全性，還使得生產(chǎn)出的產(chǎn)品更加環(huán)保。并且，由于聚乙烯醇具有獨特的強力粘接性、皮膜柔韌性、耐油性、耐溶劑性、保護膠體性、氣體阻絕性、耐磨性以及經(jīng)特殊處理后具有的耐水性，因此采用聚乙烯醇作為成膜物，不僅具有成膜效果好的優(yōu)點，還使得成膜后的產(chǎn)品能夠廣泛應(yīng)用于紡織、食品、醫(yī)藥、建筑、木材加工、造紙、印刷、農(nóng)業(yè)、鋼鐵、高分子化工等行業(yè)。與中國專利號“201410457400.5”為代表的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過溶解、混合和涂覆三個主要步驟就能夠制得具有優(yōu)異導(dǎo)熱導(dǎo)電性能的發(fā)熱體，具有生產(chǎn)工序簡單、生產(chǎn)成本低廉和導(dǎo)電導(dǎo)熱效果好的優(yōu)點。
[0017]二、本發(fā)明中，若聚乙烯醇與去離子水的質(zhì)量比小于7:93的比例，會因聚乙烯醇的質(zhì)量較少而導(dǎo)致混合液的粘度過低，最終導(dǎo)致固化成膜后導(dǎo)電填料層的附著力降低和石墨烯膜孔洞較多，進而降低產(chǎn)品的導(dǎo)電、導(dǎo)熱效果；若聚乙烯醇與去離子水的質(zhì)量比大于10:90的比例，又會因聚乙烯醇的質(zhì)量較多而導(dǎo)致混合液的粘度過高，進而增加溶解過程時的間和加工成膜時的施工難度。因此，將聚乙烯醇與去離子水的質(zhì)量比設(shè)置為7 —10:93— 90，既有利于降低施工難度，又能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0018]三、本發(fā)明中，聚乙烯醇通過加熱攪拌的方式均勻溶解到去離子水中，該方式有利于加快聚乙烯醇的溶解速度和溶解的充分性，進而達到提高生產(chǎn)效率和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
[0019]四、本發(fā)明中，由于石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/m.K，高于碳納米管(CNT)和金剛石，常溫下其電子迀移率超過15000cm2/V.s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約I Ω.m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。因此，采用石墨烯、炭黑中的一種或兩種的混合作為導(dǎo)電填料層，只需要添加少量的石墨烯，就能達到很好的導(dǎo)電效果，對成膜載體的結(jié)構(gòu)影響很小，同時，炭黑的添加還能夠在一定程度上抑制石墨稀團聚，并能夠填充在石墨稀的片層空隙之間，完善導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有利于提高導(dǎo)電層的均勻性和產(chǎn)品的質(zhì)量。就石墨烯的片層結(jié)構(gòu)而言，其片層相互搭接，還使得發(fā)熱體的導(dǎo)電性能具有更高的穩(wěn)定性。
[0020]五、本發(fā)明中，