石墨烯发热膜及其制备方法与流程
1.本发明涉及电热膜技术领域，具体涉及石墨烯发热膜及其制备方法。
背景技术：
2.石墨烯是二十一世纪发展起来的新兴战略性材料，在石墨烯产业发展过程中，石墨烯电热膜获得较快发展。特别是，石墨烯电热膜能够发射能够与人体实现较好共振吸收效应的远红外线，同时还有容易实现面发热，发热速度快等优点，成为当前电热膜领域竞相研究的热点。
3.目前市面上用的较多的石墨烯发热膜以石墨烯导电膜作为发热层，覆铜的聚酰亚胺薄膜作为第一封装层，铜箔通过化学蚀刻制作电路；表面带tpu 热熔胶膜聚酰亚胺薄膜或者tpu热熔胶膜作为第二封装层。石墨烯导电膜通过石墨烯、其它碳纳米材料和高分子粘结剂制浆、涂布、烘干、收卷制作而成，然后经裁切，与上述第一封装层和第二封装层以热压工艺符合制作石墨烯发热膜。
4.上述石墨烯发热膜为三层薄膜结构，厚度较大(现有技术的厚度不小于 170微米)，柔性较差(弯折180
°
时，最小弯折半径＞5mm)，另外制程工艺较为复杂。
技术实现要素：
5.针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明提供一种石墨烯发热膜的制备方法，包括：
6.通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化，转化为石墨烯导电膜，得到表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜；
7.在上述表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜的石墨烯导电膜上印刷电极；
8.对印刷电极后的表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜进行封装，得到石墨烯发热膜。
9.根据本发明的一个方面，所述通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化的步骤之前还包括：
10.设定石墨烯导电膜的尺寸、方阻和电路。
11.根据本发明的一个方面，所述设定石墨烯导电膜的尺寸、方阻和电路的步骤包括：
12.根据石墨烯发热膜输入电压、发热尺寸和发热温度需求设定电路、石墨烯导电膜的尺寸和方阻。
13.根据本发明的一个方面，所述设定石墨烯导电膜的尺寸、方阻和电路的步骤包括：
14.所述石墨烯导电膜的尺寸大于发热尺寸，所述输入电压、发热温度、电路中电极宽度和石墨烯导电膜的方阻满足下式：
[0015][0016]
其中，t为起始温度，单位为℃；t为石墨烯发热膜升温所至最终升温温度，单位为
℃；u为输入电压，单位为v；d为电路的正极和负极之间的间距，单位为mm；r为石墨烯导电膜方阻，单位为ω/
□
；k为常数。
[0017]
根据本发明的一个方面，所述通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化的步骤中，采用具有双聚集棱镜，激光波长10.6微米，激光光斑直径38微米的二氧化碳激光器。
[0018]
根据本发明的一个方面，所述通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化的步骤中，激光的功率为10-30w，功率太小，得到的石墨烯导电膜缺陷多，导电性差；功率太高，聚酰亚胺膜易被激光打穿。
[0019]
根据本发明的一个方面，所述通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化的步骤中，激光的扫描速度为500-2500mm/s，扫描速度过低，生产效率太低；扫描速度过高，石墨烯导电膜缺陷多，导电性差。
[0020]
根据本发明的一个方面，所述通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化的步骤中，所述聚酰亚胺膜的厚度为50-75微米，厚度太小，聚酰亚胺膜易被激光打穿，厚度太大，影响发热膜整体厚度和柔性。
[0021]
根据本发明的一个方面，所述通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化的步骤中，所述石墨烯导电膜的方阻为5-100ω/
□
；
[0022]
优选地，通过调控激光的功率和扫描速度，控制石墨烯导电膜的方阻，功率越高，扫描速度越低，方阻越小。
[0023]
根据本发明的一个方面，所述在上述表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜的石墨烯导电膜上印刷电极的步骤包括：
[0024]
使用导电浆料在石墨烯导电膜表面印刷电极，进行烘干，优选地，通过烘箱烘干；
[0025]
优选地，所述导电浆料为导电银浆或导电铜浆；
[0026]
优选地，所述电极的厚度为10-30微米，厚度过高，影响发热膜整体厚度和柔性。
[0027]
根据本发明的一个方面，所述对印刷电极后的表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜进行封装，得到石墨烯发热膜的步骤包括：
[0028]
将印刷电极的石墨烯导电膜表面覆盖封装材料，真空热压,得到石墨烯发热膜；
[0029]
优选地，所述封装材料为表面带tpu热熔胶膜的聚酰亚胺薄膜或者tpu 热熔胶膜；
[0030]
优选地，所述封装材料的厚度为15微米-50微米，厚度过高，影响发热膜整体厚度和柔性。
[0031]
根据本发明的另一个方面，提供一种石墨烯发热膜，通过上述制备方法制备。
[0032]
根据本发明的另一个方面，依次包括封装层、电极层和表面带石墨烯导电膜的聚酰亚胺薄膜三层结构。
[0033]
根据本发明的另一个方面，所述石墨烯发热膜的厚度为75-155微米，厚度过高，影响发热膜整体厚度和柔性。
[0034]
本发明通过对聚酰亚胺薄膜表面进行激光照射，诱导生成石墨烯导电膜，再通过在石墨烯导电膜表面印刷电极，封装(复合聚酰亚胺薄膜或者tpu热熔胶膜)制作新型石墨烯发热膜。该制备方法工艺简单，且制作的石墨烯发热膜厚度小，柔性好；另外，通过调控激光的功率和扫描速度，可以制作具有不同方阻的石墨烯导电膜，从而可以制作具有不同发热温度的石墨烯发热膜，也可以制作相同或不同发热面积的石墨烯发热膜，满足客户不同
的需求。
具体实施方式
[0035]
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。
[0036]
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0037]
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0038]
实施例1
[0039]
在本实施例中，石墨烯发热膜的制备方法包括：
[0040]
步骤s1-石墨烯发热膜设计：根据输入电压24v、发热尺寸500mm*300mm、发热温度120℃等要求，设计好电路为u性,位于石墨烯导电膜宽度方向两侧，电极宽度为10mm、石墨烯导电膜的尺寸510mm*320mm,方阻5ω/
□
。
[0041]
步骤s2-激光诱导制备石墨烯导电膜：用具有双聚集棱镜，激光波长10.6 微米，激光光斑直径38微米的二氧化碳激光器，以功率30w和扫速500mm/s 的对厚度50微米的聚酰亚胺薄膜表面按照尺寸510mm*320mm进行激光照射，该区域表面的聚酰亚胺在高能量激光照射下碳化、石墨化，转化为方阻为5 ω/
□
的石墨烯导电膜。因此得到表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺薄膜；
[0042]
步骤s3-印刷电极：按照设计好的电路，使用导电银浆在上述石墨烯导电膜宽度方向两侧印刷具有宽度为10mm，厚度为10微米的电极，然后放置到烘箱中烘干；
[0043]
步骤s4-复合封装材料：将上述印刷电极的石墨烯导电膜表面覆盖厚度 15微米的tpu热熔胶膜，真空热压,得到石墨烯发热膜，其总厚度为75微米。
[0044]
实施例2
[0045]
在本实施例中，石墨烯发热膜的制备方法包括：
[0046]
步骤s1-石墨烯发热膜设计：根据输入电压24v、发热尺寸500mm*300mm、发热温度100℃等要求，设计好电路为u性,位于石墨烯导电膜宽度方向两侧，电极宽度为10mm、石墨烯导电膜的尺寸510mm*320mm,方阻7ω/
□
。
[0047]
步骤s2-激光诱导制备石墨烯导电膜：用具有双聚集棱镜，激光波长10.6 微米，激光光斑直径38微米的二氧化碳激光器，以功率20w和扫速500mm/s 的对厚度50微米的聚酰亚胺薄膜表面按照尺寸510mm*320mm进行激光照射，该区域表面的聚酰亚胺在高能量激光照射下碳化、石墨化，转化为方阻为7 ω/
□
的石墨烯导电膜。因此得到表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺薄膜；
[0048]
步骤s3-印刷电极：按照设计好的电路，使用导电银浆在上述石墨烯导电膜宽度方向两侧印刷具有宽度为10mm，厚度为10微米的电极，然后放置到烘箱中烘干；
[0049]
步骤s4-复合封装材料：将上述印刷电极的石墨烯导电膜表面覆盖厚度 15微米的tpu热熔胶膜，真空热压,得到石墨烯发热膜，其总厚度为75微米。
[0050]
实施例3
[0051]
在本实施例中，石墨烯发热膜的制备方法包括：
[0052]
步骤s1-石墨烯发热膜设计：根据输入电压24v、发热尺寸500mm*300mm、发热温度80℃等要求，设计好电路为u性,位于石墨烯导电膜宽度方向两侧，电极宽度为10mm、石墨烯导电膜的尺寸510mm*320mm,方阻10ω/
□
。
[0053]
步骤s2-激光诱导制备石墨烯导电膜：用具有双聚集棱镜，激光波长10.6 微米，激光光斑直径38微米的二氧化碳激光器，以功率30w和扫速800mm/s 的对厚度50微米的聚酰亚胺薄膜表面按照尺寸510mm*320mm进行激光照射，该区域表面的聚酰亚胺在高能量激光照射下碳化、石墨化，转化为方阻为10 ω/
□
的石墨烯导电膜。因此得到表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺薄膜；
[0054]
步骤s3-印刷电极：按照设计好的电路，使用导电银浆在上述石墨烯导电膜宽度方向两侧印刷具有宽度为10mm，厚度为10微米的电极，然后放置到烘箱中烘干；
[0055]
步骤s4-复合封装材料：将上述印刷电极的石墨烯导电膜表面覆盖厚度 15微米的tpu热熔胶膜，真空热压,得到石墨烯发热膜，其总厚度为75微米。
[0056]
实施例4
[0057]
在本实施例中，石墨烯发热膜的制备方法包括：
[0058]
步骤s1-石墨烯发热膜设计：根据输入电压24v、发热尺寸500mm*300mm、发热温度120℃等要求，设计好电路为u性,位于石墨烯导电膜宽度方向两侧，电极宽度为10mm、石墨烯导电膜的尺寸510mm*320mm,方阻5ω/
□
。
[0059]
步骤s2-激光诱导制备石墨烯导电膜：用具有双聚集棱镜，激光波长10.6 微米，激光光斑直径38微米的二氧化碳激光器，以功率30w和扫速500mm/s 的对厚度75微米的聚酰亚胺薄膜表面按照尺寸510mm*320mm进行激光照射，该区域表面的聚酰亚胺在高能量激光照射下碳化、石墨化，转化为方阻为5 ω/
□
的石墨烯导电膜。因此得到表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺薄膜；
[0060]
步骤s3-印刷电极：按照设计好的电路，使用导电银浆在上述石墨烯导电膜宽度方向两侧印刷具有宽度为10mm，厚度为30微米的电极，然后放置到烘箱中烘干；
[0061]
步骤s4-复合封装材料：将上述印刷电极的石墨烯导电膜表面覆盖厚度 50微米的聚酰亚胺薄膜，真空热压,得到石墨烯发热膜，其总厚度为155微米。
[0062]
实施例5
[0063]
在本实施例中，石墨烯发热膜的制备方法包括：
[0064]
步骤s1-石墨烯发热膜设计：根据输入电压12v、发热尺寸200mm*100mm、发热温度55℃等要求，设计好电路为u性,位于石墨烯导电膜宽度方向两侧，电极宽度为5mm、石墨烯导电膜的尺寸205mm*110mm,方阻100ω/
□
。
[0065]
步骤s2-激光诱导制备石墨烯导电膜：用具有双聚集棱镜，激光波长10.6 微米，激光光斑直径38微米的二氧化碳激光器，以功率10w和扫速2500mm/s 的对厚度50微米的聚酰亚胺薄膜表面按照尺寸205mm*110mm进行激光照射，该区域表面的聚酰亚胺在高能量激光照射下碳化、石墨化，转化为方阻为100 ω/
□
的石墨烯导电膜。因此得到表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺薄膜；
[0066]
步骤s3-印刷电极：按照设计好的电路，使用导电银浆在上述石墨烯导电膜宽度方
向两侧印刷具有宽度为5mm，厚度为20微米的电极，然后放置到烘箱中烘干；
[0067]
步骤s4-复合封装材料：将上述印刷电极的石墨烯导电膜表面覆盖厚度 15微米的tpu热熔胶膜，真空热压,得到石墨烯发热膜，其总厚度为85微米。
[0068]
实施例6
[0069]
在本实施例中，石墨烯发热膜的制备方法包括：
[0070]
步骤s1-石墨烯发热膜设计：根据输入电压12v、发热尺寸200mm*100mm、发热温度95℃等要求，设计好电路为u性,位于石墨烯导电膜宽度方向两侧，电极宽度为5mm、石墨烯导电膜的尺寸205mm*110mm,方阻30ω/
□
。
[0071]
步骤s2-激光诱导制备石墨烯导电膜：用具有双聚集棱镜，激光波长10.6 微米，激光光斑直径38微米的二氧化碳激光器，以功率15w和扫速1500mm/s 的对厚度75微米的聚酰亚胺薄膜表面按照尺寸205mm*110mm进行激光照射，该区域表面的聚酰亚胺在高能量激光照射下碳化、石墨化，转化为方阻为30 ω/
□
的石墨烯导电膜。因此得到表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺薄膜；
[0072]
步骤s3-印刷电极：按照设计好的电路，使用导电铜浆在上述石墨烯导电膜宽度方向两侧印刷具有宽度为5mm，厚度为20微米的电极，然后放置到烘箱中烘干；
[0073]
步骤s4-复合封装材料：将上述印刷电极的石墨烯导电膜表面覆盖厚度 25微米的tpu热熔胶膜，真空热压,得到石墨烯发热膜，其总厚度为120微米。
[0074]
对比例1
[0075]
在本对比例中，石墨烯发热膜的制备方法包括：
[0076]
步骤s1-石墨烯发热膜设计：根据输入电压12v、发热尺寸200mm*100mm、发热温度95℃等要求，设计好电路为u性,位于石墨烯导电膜宽度方向两侧，电极宽度为5mm、石墨烯导电膜的尺寸205mm*110mm,方阻30ω/
□
。
[0077]
步骤s2-石墨烯导电膜制备：通过石墨烯、其它碳纳米材料和高分子粘结剂制浆并调控各含量添加比例、涂布、烘干、收卷得到方阻30ω/
□
，厚度50微米的石墨烯导电膜，然后裁切成尺寸205mm*110mm。
[0078]
步骤s3-电极制备：按照设计的电路，采用掩模版光化学蚀刻工艺对覆铜的聚酰亚胺薄膜上的铜箔进行蚀刻，其中，铜箔的厚度为20微米，聚酰亚胺薄膜的厚度为75微米。得到电极宽度5mm厚度，20微米的u型结构电路。
[0079]
步骤s4-复合封装材料：将上述电极、石墨烯导电膜与25微米的tpu热熔胶膜依次叠层，真空热压,得到石墨烯发热膜，其总厚度为170微米。
[0080]
上述各实施例和对比例的石墨烯发热膜的测试数据如下表：
[0081]
表1
[0082][0083]
通过上表的数据可以看出，实施例1-实施例6的制备方法获得的石墨烯发热膜相对于对比例1的制备方法获得石墨烯发热膜相比，本发明的石墨烯发热膜厚度能够小于160微米，甚至能够小于100微米，柔韧性小于5mm。
[0084]
通过实施例1-实施例3，可以看出，通过调控激光功率和扫描速度，可以制作具有不同方阻的石墨烯导电膜，从而制作具有不同发热温度和发热面积的石墨烯发热膜。
[0085]
上述为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种石墨烯发热膜的制备方法，其特征在于，包括：通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化，转化为石墨烯导电膜，得到表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜；在上述表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜的石墨烯导电膜上印刷电极；对印刷电极后的表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜进行封装，得到石墨烯发热膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化的步骤之前还包括：设定石墨烯导电膜的尺寸、方阻和电路。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述设定石墨烯导电膜的尺寸、方阻和电路的步骤包括：根据石墨烯发热膜输入电压、发热尺寸和发热温度要求设定电路、石墨烯导电膜的尺寸和方阻。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化的步骤中，采用具有双聚集棱镜，激光波长10.6微米，激光光斑直径38微米的二氧化碳激光器。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化的步骤中，激光的功率为10-30w，激光的扫描速度为500-2500mm/s。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化的步骤中，所述聚酰亚胺膜的厚度为50-75微米。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化的步骤中，所述石墨烯导电膜的方阻为5-100ω/
□
；优选地，通过调控激光的功率和扫描速度，控制石墨烯导电膜的方阻，功率越高，扫描速度越低，方阻越小。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在上述表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜的石墨烯导电膜上印刷电极的步骤包括：使用导电浆料在石墨烯导电膜表面印刷电极，进行烘干，优选地，通过烘箱烘干；优选地，所述导电浆料为导电银浆或导电铜浆；优选地，所述电极的厚度为10-30微米。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对印刷电极后的表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜进行封装，得到石墨烯发热膜的步骤包括：将印刷电极的石墨烯导电膜表面覆盖封装材料，真空热压,得到石墨烯发热膜；优选地，所述封装材料为表面带tpu热熔胶膜的聚酰亚胺薄膜或者tpu热熔胶膜；优选地，所述封装材料的厚度为15微米-50微米。10.一种石墨烯发热膜，其特征在于，通过权利要求1-9中任一所述的制备方法制备；优选地，所述石墨烯发热膜依次包括封装层、电极层和表面带石墨烯导电膜的聚酰亚胺薄膜三层结构；优选地，所述石墨烯发热膜的厚度为75-155微米。
技术总结
本发明提供石墨烯发热膜及其制备方法，所述制备方法包括：通过激光照射使得聚酰亚胺膜表面碳化和石墨化，转化为石墨烯导电膜，得到表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜；在上述表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜的石墨烯导电膜上印刷电极；对印刷电极后的表面具有石墨烯导电膜的聚酰亚胺膜进行封装，得到石墨烯发热膜。本发明制备方法工艺简单，且制作的石墨烯发热膜厚度小，柔性好。柔性好。
