石墨烯集成发热装饰板的制备方法与流程

1.本发明涉及石墨烯技术领域，尤其涉及石墨烯集成发热装饰板的制备方法。


背景技术：

2.石墨烯(graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。现有市场上的电加热产品中，不同的电加热产品技术含量不同，也具有不同的特点和应用领域，众多电热取暖制品中大致分为几种类型，即金属电阻热丝、印刷油墨型、超金属片型、碳纤维型和功能性高分子电热型，油墨印刷型电热膜应现用于顶棚地板供暖，超薄金属片型主要用于电热画、防雾镜，碳纤维型主要用于大功率电热板、ptc聚合物有高中低发热体可用于不同场合等；
3.近年来，由于石墨烯技术的应用，石墨烯电热膜已经走进生活，石墨烯电热膜是在电场的作用下，发热体中的碳分子团产生“布朗运动”，碳分子之间反生剧烈的摩擦和撞击，产生的热能以远红外辐射和对流的形式对外传递，碳分子的作用使系统表面迅速升温，现有的石墨烯电热膜由于内部碳原子的饱和度问题，造成热转换效率不高，因此，本发明提出石墨烯集成发热装饰板的制备方法以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提出石墨烯集成发热装饰板的制备方法，该石墨烯集成发热装饰板的制备方法可以有效提高石墨烯的热转换效率。
5.为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：石墨烯集成发热装饰板的制备方法，包括以下步骤：
6.材料处理，将废弃沥青经过筛分离心处理后，添加助剂混合，再高温碳化后获得石墨烯原料；
7.制备溶液，将石墨烯原料、纳米碳纤维、碳纳米管、纳米聚乙烯和树脂溶液进行混合搅拌，制成石墨烯纳米溶液；
8.气体处理，引入反应性气体和碳前体，对石墨烯纳米溶液进行气相沉积处理，处理后将石墨烯纳米溶液冷却至室温；
9.压制成片，将石墨烯纳米溶液真空冷冻、干燥并凝固成胶，然后利用压片机将石墨烯纳米胶压制成胶片状并烘干成膜；
10.薄膜封装，取pi膜作为封装膜，采用真空镀膜工艺在封装膜表面形成ptc热敏薄膜监测电路，将封装膜与石墨烯膜压制贴合，在表面喷涂聚合物保护；
11.添加辅料，在聚合物中洒下薄膜球珠，在薄膜球中填充负离子粉，获得成品膜，然后将成品膜与电容电流吸收层、pvc防护层压制成板。
12.进一步改进在于：在材料处理中，将废弃沥青进行破碎处理筛分处理，然后和溶剂
进行混合搅拌，得到混合物，将混合物离心过滤，去除颗粒物，得到上清浆液，再分离处理，得到沥青，将沥青与助剂进行搅拌反应，得到底料，将底料高温碳化处理并研磨，得到碳粉，将碳粉高温烘烤，并和丙酮溶液进行混合搅拌，得到碳粉混合液，将碳粉混合液导入超声波振荡器中进行振荡分散处理，然后雾化干燥，得到石墨烯。
13.进一步改进在于：在材料处理中，溶剂为c2-c5的二氯代烃、c6-c9的烷烃或c9-c10的单环芳烃中的一种或多种混合，助剂为聚乙二醇二甲醚、碳酸钙和硫化钼的三者混合物。
14.进一步改进在于：在制备溶液中，将石墨烯原料、纳米碳纤维、纳米聚乙烯和树脂溶液在常温下进行混合搅拌，并控制搅拌反应转速为300-500转/分钟，搅拌1-3小时。
15.进一步改进在于：在气体处理中，将石墨烯纳米溶液放入反应炉中，然后将包含反应性气体和碳前体的混合气体以80-120标准状态毫升/分的速度引入石墨烯纳米溶液中，再将反应炉中温度升高至100-15摄氏度，让石墨烯纳米溶液在100-760毫托的压力环境中热处理10-30秒，然后再次引入包含反应性气体和碳前体的混合气体，并控制反应炉内压强为100-760毫托，进行反应1-3分钟，然后再以160标准状态毫升/分的速度向反应炉内引入反应性气体，调节反应釜内压强为100-760毫托，进行反应6-8分钟。
16.进一步改进在于：在气体处理中，碳前体为一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙基、丁烯、戊烷、戊烯、环戊二烯、己烷、环己烷或甲苯中的任意一种，反应气体为氩气、氮气、氢气、氨气或氦气中的一种或多种混合。
17.进一步改进在于：压制成片时，打开真空制冷机，先对石墨烯纳米溶液预冷冻，维持1-1.5小时，预冻结束；将预冻好的石墨烯纳米溶液移到干燥器上，用真空泵进行抽真空操作，使内部真空度小于20帕，干燥时间2-5小时，得到蓬松的氧化石墨烯固体；接着向氧化石墨烯固体滴加乙醇溶液和水，移入超声仪中进行超声操作1小时，再进行浓缩，凝固成胶，最后利用压片机压制成胶片状并烘干成膜。
18.进一步改进在于：薄膜封装中，在pi膜表面涂布光刻胶，随后通过曝光、显影工艺获得图案化的光刻胶，利用溅射法或真空蒸镀法，在表面含图案化光刻胶的pi基材表面获得ptc热敏薄膜层，然后去除光刻胶，获得ptc热敏薄膜图案化电路。
19.进一步改进在于：薄膜封装中，采用旋涂、喷涂、滴涂、棒涂中至少一种涂抹方法以2000-2500转/分钟的转速进行进行涂抹聚合物材料40-60秒，形成聚合物保护层，聚合物材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷中的一种。
20.进一步改进在于：薄膜球受热破裂。
21.本发明的有益效果为：
22.1、本发明通过反应性气体和碳前体对石墨烯纳米溶液进行处理，气相沉积可以增加石墨烯的畴尺寸和减小石墨烯畴边界，提高石墨烯畴之间的空间饱和度，使得石墨烯充满碳原子形成具有更高密度的粒化层，提高了石墨烯层的物化性能，配合碳纳米管、纳米碳纤维的添加，以增强导电性、稳定性和远红外转换效率，经验证，可以有效提高石墨烯的热转换效率。
23.2、本发明利用废弃沥青制备石墨烯，方便废弃沥青循环，且废弃沥青原料价格低廉易获得，降低石墨烯制备成本，提高经济效益。
24.3、本发明添加有薄膜球珠，在薄膜球中填充负离子粉，薄膜球受热破裂，可以释放负离子粉，提供保健作用。
附图说明
25.图1为本发明的流程图；
26.图2为本发明压制成板示意图。
具体实施方式
27.为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
28.实施例一
29.根据图1、2所示，本实施例提出了石墨烯集成发热装饰板的制备方法，包括以下步骤：
30.材料处理，将废弃沥青经过筛分离心处理后，添加助剂混合，再高温碳化后获得石墨烯原料；
31.制备溶液，将石墨烯原料、纳米碳纤维、纳米聚乙烯和树脂溶液在常温下进行混合搅拌，并控制搅拌反应转速为300-500转/分钟，搅拌1-3小时，制成石墨烯纳米溶液；
32.气体处理，引入反应性气体和碳前体，对石墨烯纳米溶液进行气相沉积处理，处理后将石墨烯纳米溶液冷却至室温；
33.压制成片，打开真空制冷机，先对石墨烯纳米溶液预冷冻，维持1-1.5小时，预冻结束；将预冻好的石墨烯纳米溶液移到干燥器上，用真空泵进行抽真空操作，使内部真空度小于20帕，干燥时间2-5小时，得到蓬松的氧化石墨烯固体；接着向氧化石墨烯固体滴加乙醇溶液和水，移入超声仪中进行超声操作1小时，再进行浓缩，凝固成胶，最后利用压片机压制成胶片状并烘干成膜；
34.薄膜封装，取pi膜作为封装膜，采用真空镀膜工艺在封装膜表面形成ptc热敏薄膜监测电路，将封装膜与石墨烯膜压制贴合，在表面喷涂聚合物保护；
35.添加辅料，在聚合物中洒下薄膜球珠，在薄膜球中填充负离子粉，获得成品膜，然后将成品膜与电容电流吸收层、pvc防护层压制成板。
36.本发明通过反应性气体和碳前体对石墨烯纳米溶液进行处理，气相沉积可以增加石墨烯的畴尺寸和减小石墨烯畴边界，提高石墨烯畴之间的空间饱和度，使得石墨烯充满碳原子形成具有更高密度的粒化层，提高了石墨烯层的物化性能，配合碳纳米管、纳米碳纤维的添加，以增强导电性、稳定性和远红外转换效率，经验证，可以有效提高石墨烯的热转换效率。且本发明利用废弃沥青制备石墨烯，方便废弃沥青循环，且废弃沥青原料价格低廉易获得，降低石墨烯制备成本，提高经济效益。同时，本发明添加有薄膜球珠，在薄膜球中填充负离子粉，薄膜球受热破裂，可以释放负离子粉，提供保健作用。
37.实施例二
38.本实施例提出了石墨烯集成发热装饰板的制备方法，包括以下步骤：
39.在材料处理中，将废弃沥青进行破碎处理筛分处理，然后和溶剂进行混合搅拌，得到混合物，将混合物离心过滤，去除颗粒物，得到上清浆液，再分离处理，得到沥青，将沥青与助剂进行搅拌反应，得到底料，将底料高温碳化处理并研磨，得到碳粉，将碳粉高温烘烤，并和丙酮溶液进行混合搅拌，得到碳粉混合液，将碳粉混合液导入超声波振荡器中进行振荡分散处理，然后雾化干燥，得到石墨烯。溶剂为c2-c5的二氯代烃、c6-c9的烷烃或c9-c10
的单环芳烃中的一种或多种混合，助剂为聚乙二醇二甲醚、碳酸钙和硫化钼的三者混合物。
40.具体为：先将废弃沥青进行加入破碎机内进行破碎处理，得到废弃沥青块状物，然后将废弃沥青块状物加入振动筛分机内进行筛分处理，去除杂质，再将筛分后的废弃沥青块状物和溶剂进行混合搅拌20-30分钟，并进行溶剂抽提处理使废弃沥青块状物中的沥青溶入溶剂中，得到混合物，控制混合搅拌速度为150-200转/分钟，然后控制超高速离心机的转速为2000-3000转/分钟，再将上清浆液倒入反应容器内进行5-7小时的沉降处理，然后将反应容器内的上清浆液加热至150-200℃进行蒸馏分离，得到沥青并回收溶剂。将得到的沥青与助剂按照质量比为100:1-100:5的比例加入混合搅拌容器内进行搅拌反应40-50分钟，得到底料，在高温碳化处理中，真空干燥机内压强为26-32mpa，高温碳化处理温度为300-450摄氏度，研磨处理的粉末粒级为过600-800目筛。然后高温烘烤20-25分钟，控制烘烤温度为500-600摄氏度。在最后的雾化干燥时，控制离心喷雾干燥机内温度为55-75摄氏度，得到石墨烯。
41.本发明利用废弃沥青制备石墨烯，方便废弃沥青循环，且废弃沥青原料价格低廉易获得，降低石墨烯制备成本，提高经济效益。
42.实施例三
43.本实施例提出了石墨烯集成发热装饰板的制备方法，包括以下步骤：
44.在气体处理中，将石墨烯纳米溶液放入反应炉中，然后将包含反应性气体和碳前体的混合气体以80-120标准状态毫升/分的速度引入石墨烯纳米溶液中，再将反应炉中温度升高至100-15摄氏度，让石墨烯纳米溶液在100-760毫托的压力环境中热处理10-30秒，然后再次引入包含反应性气体和碳前体的混合气体，并控制反应炉内压强为100-760毫托，进行反应1-3分钟，然后再以160标准状态毫升/分的速度向反应炉内引入反应性气体，调节反应釜内压强为100-760毫托，进行反应6-8分钟。在气体处理中，碳前体为一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙基、丁烯、戊烷、戊烯、环戊二烯、己烷、环己烷或甲苯中的任意一种，反应气体为氩气、氮气、氢气、氨气或氦气中的一种或多种混合。
45.本发明通过反应性气体和碳前体对石墨烯纳米溶液进行处理，气相沉积可以增加石墨烯的畴尺寸和减小石墨烯畴边界，提高石墨烯畴之间的空间饱和度，使得石墨烯充满碳原子形成具有更高密度的粒化层，提高了石墨烯层的物化性能，经验证，可以有效提高石墨烯的热转换效率。
46.实施例四
47.本实施例提出了石墨烯集成发热装饰板的制备方法，包括以下步骤：
48.薄膜封装中，在pi膜表面涂布光刻胶，随后通过曝光、显影工艺获得图案化的光刻胶，利用溅射法或真空蒸镀法，在表面含图案化光刻胶的pi基材表面获得ptc热敏薄膜层，然后去除光刻胶，获得ptc热敏薄膜图案化电路。薄膜封装中，采用旋涂、喷涂、滴涂、棒涂中至少一种涂抹方法以2000-2500转/分钟的转速进行进行涂抹聚合物材料40-60秒，形成聚合物保护层，聚合物材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷中的一种。
49.在pi封装基材ptc电路一侧，设置一层环氧胶，并在60-140摄氏度条件下进行预固化30分钟，预固化后厚度为10-30微米。
50.本发明采用ptc电路来大范围监测电热膜表面温度，可以有效防止电热膜温度失控，提升电热膜使用安全性；另外在封装材料表面制备ptc电路图案，附着力较好，可以隔离
ptc与石墨烯发热层材料，防止在石墨烯发热层表面直接设置ptc容易出现脱落、耐弯折性差等缺陷。
51.实施例五
52.本实施例提出了石墨烯集成发热装饰板的制备方法，包括以下步骤：
53.添加辅料，在聚合物中洒下薄膜球珠，在薄膜球中填充负离子粉，薄膜球受热破裂。
54.本发明添加有薄膜球珠，在薄膜球中填充负离子粉，薄膜球受热破裂，可以释放负离子粉，提供保健作用。
55.验证例：通过公式r＝(ρ/d)计算得到理论方阻r，其中ρ为石墨烯膜的电阻率，d为石黑膜的厚度；对石墨烯膜通过伏安法测得多个方阻值，计算其平均方阻；将平均方阻与理论方阻进行对比，判断石墨烯膜是否合格。
56.经验证：本发明生产出的石墨烯电热膜电热转换效率高达99.8％。
57.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。