石墨烯發熱膜及其制備方法與流程
1.本發明涉及電熱膜技術領域，具體涉及石墨烯發熱膜及其制備方法。
背景技術：
2.石墨烯是二十一世紀發展起來的新興戰略性材料，在石墨烯產業發展過程中，石墨烯電熱膜獲得較快發展。特別是，石墨烯電熱膜能夠發射能夠與人體實現較好共振吸收效應的遠紅外線，同時還有容易實現面發熱，發熱速度快等優點，成為當前電熱膜領域競相研究的熱點。
3.目前市面上用的較多的石墨烯發熱膜以石墨烯導電膜作為發熱層，覆銅的聚酰亞胺薄膜作為第一封裝層，銅箔通過化學蝕刻制作電路；表面帶tpu 熱熔膠膜聚酰亞胺薄膜或者tpu熱熔膠膜作為第二封裝層。石墨烯導電膜通過石墨烯、其它碳納米材料和高分子粘結劑制漿、涂布、烘干、收卷制作而成，然后經裁切，與上述第一封裝層和第二封裝層以熱壓工藝符合制作石墨烯發熱膜。
4.上述石墨烯發熱膜為三層薄膜結構，厚度較大(現有技術的厚度不小于 170微米)，柔性較差(彎折180
°
時，最小彎折半徑＞5mm)，另外制程工藝較為復雜。
技術實現要素：
5.針對現有技術存在問題中的一個或多個，本發明提供一種石墨烯發熱膜的制備方法，包括：
6.通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化，轉化為石墨烯導電膜，得到表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜；
7.在上述表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜的石墨烯導電膜上印刷電極；
8.對印刷電極后的表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜進行封裝，得到石墨烯發熱膜。
9.根據本發明的一個方面，所述通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化的步驟之前還包括：
10.設定石墨烯導電膜的尺寸、方阻和電路。
11.根據本發明的一個方面，所述設定石墨烯導電膜的尺寸、方阻和電路的步驟包括：
12.根據石墨烯發熱膜輸入電壓、發熱尺寸和發熱溫度需求設定電路、石墨烯導電膜的尺寸和方阻。
13.根據本發明的一個方面，所述設定石墨烯導電膜的尺寸、方阻和電路的步驟包括：
14.所述石墨烯導電膜的尺寸大于發熱尺寸，所述輸入電壓、發熱溫度、電路中電極寬度和石墨烯導電膜的方阻滿足下式：
[0015][0016]
其中，t為起始溫度，單位為℃；t為石墨烯發熱膜升溫所至最終升溫溫度，單位為
℃；u為輸入電壓，單位為v；d為電路的正極和負極之間的間距，單位為mm；r為石墨烯導電膜方阻，單位為ω/
□
；k為常數。
[0017]
根據本發明的一個方面，所述通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化的步驟中，采用具有雙聚集棱鏡，激光波長10.6微米，激光光斑直徑38微米的二氧化碳激光器。
[0018]
根據本發明的一個方面，所述通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化的步驟中，激光的功率為10-30w，功率太小，得到的石墨烯導電膜缺陷多，導電性差；功率太高，聚酰亞胺膜易被激光打穿。
[0019]
根據本發明的一個方面，所述通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化的步驟中，激光的掃描速度為500-2500mm/s，掃描速度過低，生產效率太低；掃描速度過高，石墨烯導電膜缺陷多，導電性差。
[0020]
根據本發明的一個方面，所述通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化的步驟中，所述聚酰亞胺膜的厚度為50-75微米，厚度太小，聚酰亞胺膜易被激光打穿，厚度太大，影響發熱膜整體厚度和柔性。
[0021]
根據本發明的一個方面，所述通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化的步驟中，所述石墨烯導電膜的方阻為5-100ω/
□
；
[0022]
優選地，通過調控激光的功率和掃描速度，控制石墨烯導電膜的方阻，功率越高，掃描速度越低，方阻越小。
[0023]
根據本發明的一個方面，所述在上述表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜的石墨烯導電膜上印刷電極的步驟包括：
[0024]
使用導電漿料在石墨烯導電膜表面印刷電極，進行烘干，優選地，通過烘箱烘干；
[0025]
優選地，所述導電漿料為導電銀漿或導電銅漿；
[0026]
優選地，所述電極的厚度為10-30微米，厚度過高，影響發熱膜整體厚度和柔性。
[0027]
根據本發明的一個方面，所述對印刷電極后的表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜進行封裝，得到石墨烯發熱膜的步驟包括：
[0028]
將印刷電極的石墨烯導電膜表面覆蓋封裝材料，真空熱壓,得到石墨烯發熱膜；
[0029]
優選地，所述封裝材料為表面帶tpu熱熔膠膜的聚酰亞胺薄膜或者tpu 熱熔膠膜；
[0030]
優選地，所述封裝材料的厚度為15微米-50微米，厚度過高，影響發熱膜整體厚度和柔性。
[0031]
根據本發明的另一個方面，提供一種石墨烯發熱膜，通過上述制備方法制備。
[0032]
根據本發明的另一個方面，依次包括封裝層、電極層和表面帶石墨烯導電膜的聚酰亞胺薄膜三層結構。
[0033]
根據本發明的另一個方面，所述石墨烯發熱膜的厚度為75-155微米，厚度過高，影響發熱膜整體厚度和柔性。
[0034]
本發明通過對聚酰亞胺薄膜表面進行激光照射，誘導生成石墨烯導電膜，再通過在石墨烯導電膜表面印刷電極，封裝(復合聚酰亞胺薄膜或者tpu熱熔膠膜)制作新型石墨烯發熱膜。該制備方法工藝簡單，且制作的石墨烯發熱膜厚度小，柔性好；另外，通過調控激光的功率和掃描速度，可以制作具有不同方阻的石墨烯導電膜，從而可以制作具有不同發熱溫度的石墨烯發熱膜，也可以制作相同或不同發熱面積的石墨烯發熱膜，滿足客戶不同
的需求。
具體實施方式
[0035]
在下文中，僅簡單地描述了某些示例性實施例。正如本領域技術人員可認識到的那樣，在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，可通過各種不同方式修改所描述的實施例。
[0036]
下文的公開提供了許多不同的實施方式或例子用來實現本發明的不同結構。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發明。此外，本發明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的應用和/或其他材料的使用。
[0037]
以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0038]
實施例1
[0039]
在本實施例中，石墨烯發熱膜的制備方法包括：
[0040]
步驟s1-石墨烯發熱膜設計：根據輸入電壓24v、發熱尺寸500mm*300mm、發熱溫度120℃等要求，設計好電路為u性,位于石墨烯導電膜寬度方向兩側，電極寬度為10mm、石墨烯導電膜的尺寸510mm*320mm,方阻5ω/
□
。
[0041]
步驟s2-激光誘導制備石墨烯導電膜：用具有雙聚集棱鏡，激光波長10.6 微米，激光光斑直徑38微米的二氧化碳激光器，以功率30w和掃速500mm/s 的對厚度50微米的聚酰亞胺薄膜表面按照尺寸510mm*320mm進行激光照射，該區域表面的聚酰亞胺在高能量激光照射下碳化、石墨化，轉化為方阻為5 ω/
□
的石墨烯導電膜。因此得到表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺薄膜；
[0042]
步驟s3-印刷電極：按照設計好的電路，使用導電銀漿在上述石墨烯導電膜寬度方向兩側印刷具有寬度為10mm，厚度為10微米的電極，然后放置到烘箱中烘干；
[0043]
步驟s4-復合封裝材料：將上述印刷電極的石墨烯導電膜表面覆蓋厚度 15微米的tpu熱熔膠膜，真空熱壓,得到石墨烯發熱膜，其總厚度為75微米。
[0044]
實施例2
[0045]
在本實施例中，石墨烯發熱膜的制備方法包括：
[0046]
步驟s1-石墨烯發熱膜設計：根據輸入電壓24v、發熱尺寸500mm*300mm、發熱溫度100℃等要求，設計好電路為u性,位于石墨烯導電膜寬度方向兩側，電極寬度為10mm、石墨烯導電膜的尺寸510mm*320mm,方阻7ω/
□
。
[0047]
步驟s2-激光誘導制備石墨烯導電膜：用具有雙聚集棱鏡，激光波長10.6 微米，激光光斑直徑38微米的二氧化碳激光器，以功率20w和掃速500mm/s 的對厚度50微米的聚酰亞胺薄膜表面按照尺寸510mm*320mm進行激光照射，該區域表面的聚酰亞胺在高能量激光照射下碳化、石墨化，轉化為方阻為7 ω/
□
的石墨烯導電膜。因此得到表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺薄膜；
[0048]
步驟s3-印刷電極：按照設計好的電路，使用導電銀漿在上述石墨烯導電膜寬度方向兩側印刷具有寬度為10mm，厚度為10微米的電極，然后放置到烘箱中烘干；
[0049]
步驟s4-復合封裝材料：將上述印刷電極的石墨烯導電膜表面覆蓋厚度 15微米的tpu熱熔膠膜，真空熱壓,得到石墨烯發熱膜，其總厚度為75微米。
[0050]
實施例3
[0051]
在本實施例中，石墨烯發熱膜的制備方法包括：
[0052]
步驟s1-石墨烯發熱膜設計：根據輸入電壓24v、發熱尺寸500mm*300mm、發熱溫度80℃等要求，設計好電路為u性,位于石墨烯導電膜寬度方向兩側，電極寬度為10mm、石墨烯導電膜的尺寸510mm*320mm,方阻10ω/
□
。
[0053]
步驟s2-激光誘導制備石墨烯導電膜：用具有雙聚集棱鏡，激光波長10.6 微米，激光光斑直徑38微米的二氧化碳激光器，以功率30w和掃速800mm/s 的對厚度50微米的聚酰亞胺薄膜表面按照尺寸510mm*320mm進行激光照射，該區域表面的聚酰亞胺在高能量激光照射下碳化、石墨化，轉化為方阻為10 ω/
□
的石墨烯導電膜。因此得到表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺薄膜；
[0054]
步驟s3-印刷電極：按照設計好的電路，使用導電銀漿在上述石墨烯導電膜寬度方向兩側印刷具有寬度為10mm，厚度為10微米的電極，然后放置到烘箱中烘干；
[0055]
步驟s4-復合封裝材料：將上述印刷電極的石墨烯導電膜表面覆蓋厚度 15微米的tpu熱熔膠膜，真空熱壓,得到石墨烯發熱膜，其總厚度為75微米。
[0056]
實施例4
[0057]
在本實施例中，石墨烯發熱膜的制備方法包括：
[0058]
步驟s1-石墨烯發熱膜設計：根據輸入電壓24v、發熱尺寸500mm*300mm、發熱溫度120℃等要求，設計好電路為u性,位于石墨烯導電膜寬度方向兩側，電極寬度為10mm、石墨烯導電膜的尺寸510mm*320mm,方阻5ω/
□
。
[0059]
步驟s2-激光誘導制備石墨烯導電膜：用具有雙聚集棱鏡，激光波長10.6 微米，激光光斑直徑38微米的二氧化碳激光器，以功率30w和掃速500mm/s 的對厚度75微米的聚酰亞胺薄膜表面按照尺寸510mm*320mm進行激光照射，該區域表面的聚酰亞胺在高能量激光照射下碳化、石墨化，轉化為方阻為5 ω/
□
的石墨烯導電膜。因此得到表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺薄膜；
[0060]
步驟s3-印刷電極：按照設計好的電路，使用導電銀漿在上述石墨烯導電膜寬度方向兩側印刷具有寬度為10mm，厚度為30微米的電極，然后放置到烘箱中烘干；
[0061]
步驟s4-復合封裝材料：將上述印刷電極的石墨烯導電膜表面覆蓋厚度 50微米的聚酰亞胺薄膜，真空熱壓,得到石墨烯發熱膜，其總厚度為155微米。
[0062]
實施例5
[0063]
在本實施例中，石墨烯發熱膜的制備方法包括：
[0064]
步驟s1-石墨烯發熱膜設計：根據輸入電壓12v、發熱尺寸200mm*100mm、發熱溫度55℃等要求，設計好電路為u性,位于石墨烯導電膜寬度方向兩側，電極寬度為5mm、石墨烯導電膜的尺寸205mm*110mm,方阻100ω/
□
。
[0065]
步驟s2-激光誘導制備石墨烯導電膜：用具有雙聚集棱鏡，激光波長10.6 微米，激光光斑直徑38微米的二氧化碳激光器，以功率10w和掃速2500mm/s 的對厚度50微米的聚酰亞胺薄膜表面按照尺寸205mm*110mm進行激光照射，該區域表面的聚酰亞胺在高能量激光照射下碳化、石墨化，轉化為方阻為100 ω/
□
的石墨烯導電膜。因此得到表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺薄膜；
[0066]
步驟s3-印刷電極：按照設計好的電路，使用導電銀漿在上述石墨烯導電膜寬度方
向兩側印刷具有寬度為5mm，厚度為20微米的電極，然后放置到烘箱中烘干；
[0067]
步驟s4-復合封裝材料：將上述印刷電極的石墨烯導電膜表面覆蓋厚度 15微米的tpu熱熔膠膜，真空熱壓,得到石墨烯發熱膜，其總厚度為85微米。
[0068]
實施例6
[0069]
在本實施例中，石墨烯發熱膜的制備方法包括：
[0070]
步驟s1-石墨烯發熱膜設計：根據輸入電壓12v、發熱尺寸200mm*100mm、發熱溫度95℃等要求，設計好電路為u性,位于石墨烯導電膜寬度方向兩側，電極寬度為5mm、石墨烯導電膜的尺寸205mm*110mm,方阻30ω/
□
。
[0071]
步驟s2-激光誘導制備石墨烯導電膜：用具有雙聚集棱鏡，激光波長10.6 微米，激光光斑直徑38微米的二氧化碳激光器，以功率15w和掃速1500mm/s 的對厚度75微米的聚酰亞胺薄膜表面按照尺寸205mm*110mm進行激光照射，該區域表面的聚酰亞胺在高能量激光照射下碳化、石墨化，轉化為方阻為30 ω/
□
的石墨烯導電膜。因此得到表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺薄膜；
[0072]
步驟s3-印刷電極：按照設計好的電路，使用導電銅漿在上述石墨烯導電膜寬度方向兩側印刷具有寬度為5mm，厚度為20微米的電極，然后放置到烘箱中烘干；
[0073]
步驟s4-復合封裝材料：將上述印刷電極的石墨烯導電膜表面覆蓋厚度 25微米的tpu熱熔膠膜，真空熱壓,得到石墨烯發熱膜，其總厚度為120微米。
[0074]
對比例1
[0075]
在本對比例中，石墨烯發熱膜的制備方法包括：
[0076]
步驟s1-石墨烯發熱膜設計：根據輸入電壓12v、發熱尺寸200mm*100mm、發熱溫度95℃等要求，設計好電路為u性,位于石墨烯導電膜寬度方向兩側，電極寬度為5mm、石墨烯導電膜的尺寸205mm*110mm,方阻30ω/
□
。
[0077]
步驟s2-石墨烯導電膜制備：通過石墨烯、其它碳納米材料和高分子粘結劑制漿并調控各含量添加比例、涂布、烘干、收卷得到方阻30ω/
□
，厚度50微米的石墨烯導電膜，然后裁切成尺寸205mm*110mm。
[0078]
步驟s3-電極制備：按照設計的電路，采用掩模版光化學蝕刻工藝對覆銅的聚酰亞胺薄膜上的銅箔進行蝕刻，其中，銅箔的厚度為20微米，聚酰亞胺薄膜的厚度為75微米。得到電極寬度5mm厚度，20微米的u型結構電路。
[0079]
步驟s4-復合封裝材料：將上述電極、石墨烯導電膜與25微米的tpu熱熔膠膜依次疊層，真空熱壓,得到石墨烯發熱膜，其總厚度為170微米。
[0080]
上述各實施例和對比例的石墨烯發熱膜的測試數據如下表：
[0081]
表1
[0082][0083]
通過上表的數據可以看出，實施例1-實施例6的制備方法獲得的石墨烯發熱膜相對于對比例1的制備方法獲得石墨烯發熱膜相比，本發明的石墨烯發熱膜厚度能夠小于160微米，甚至能夠小于100微米，柔韌性小于5mm。
[0084]
通過實施例1-實施例3，可以看出，通過調控激光功率和掃描速度，可以制作具有不同方阻的石墨烯導電膜，從而制作具有不同發熱溫度和發熱面積的石墨烯發熱膜。
[0085]
上述為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
技術特征：
1.一種石墨烯發熱膜的制備方法，其特征在于，包括：通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化，轉化為石墨烯導電膜，得到表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜；在上述表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜的石墨烯導電膜上印刷電極；對印刷電極后的表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜進行封裝，得到石墨烯發熱膜。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化的步驟之前還包括：設定石墨烯導電膜的尺寸、方阻和電路。3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述設定石墨烯導電膜的尺寸、方阻和電路的步驟包括：根據石墨烯發熱膜輸入電壓、發熱尺寸和發熱溫度要求設定電路、石墨烯導電膜的尺寸和方阻。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化的步驟中，采用具有雙聚集棱鏡，激光波長10.6微米，激光光斑直徑38微米的二氧化碳激光器。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化的步驟中，激光的功率為10-30w，激光的掃描速度為500-2500mm/s。6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化的步驟中，所述聚酰亞胺膜的厚度為50-75微米。7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化的步驟中，所述石墨烯導電膜的方阻為5-100ω/
□
；優選地，通過調控激光的功率和掃描速度，控制石墨烯導電膜的方阻，功率越高，掃描速度越低，方阻越小。8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述在上述表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜的石墨烯導電膜上印刷電極的步驟包括：使用導電漿料在石墨烯導電膜表面印刷電極，進行烘干，優選地，通過烘箱烘干；優選地，所述導電漿料為導電銀漿或導電銅漿；優選地，所述電極的厚度為10-30微米。9.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述對印刷電極后的表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜進行封裝，得到石墨烯發熱膜的步驟包括：將印刷電極的石墨烯導電膜表面覆蓋封裝材料，真空熱壓,得到石墨烯發熱膜；優選地，所述封裝材料為表面帶tpu熱熔膠膜的聚酰亞胺薄膜或者tpu熱熔膠膜；優選地，所述封裝材料的厚度為15微米-50微米。10.一種石墨烯發熱膜，其特征在于，通過權利要求1-9中任一所述的制備方法制備；優選地，所述石墨烯發熱膜依次包括封裝層、電極層和表面帶石墨烯導電膜的聚酰亞胺薄膜三層結構；優選地，所述石墨烯發熱膜的厚度為75-155微米。
技術總結
本發明提供石墨烯發熱膜及其制備方法，所述制備方法包括：通過激光照射使得聚酰亞胺膜表面碳化和石墨化，轉化為石墨烯導電膜，得到表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜；在上述表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜的石墨烯導電膜上印刷電極；對印刷電極后的表面具有石墨烯導電膜的聚酰亞胺膜進行封裝，得到石墨烯發熱膜。本發明制備方法工藝簡單，且制作的石墨烯發熱膜厚度小，柔性好。柔性好。
