一种纳米材料发热体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电热材料，具体地说涉及一种纳米材料发热体的制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，现有的电暖、电加热主要有发热电缆和电热膜两种类型。其中，发热电缆是采用单根或多根合金电热丝作为发热源，高纯度、高温、电熔结晶氧化镁作导热绝缘体，无缝连续不锈钢或铜管作为护套，采用特殊生产工艺制造而成。电热膜是一种通电后能发热的半透明聚酯薄膜，由可导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在绝缘聚酯薄膜间制成。电热膜分为用于电子电器、军事等的高温电热膜和用于民用的低温电热膜。
[0003]然而，发热电缆需要添加多根合金电热丝，并且外层需要包覆导热绝缘体，其成本偏高，而且增加自身重量，在一些特殊的场合无法使用，如家居装饰(地毯、坐垫、壁画、屏风等)、可穿戴设备(电热衣、手套等)。再者，发热电缆升温较慢，若存在局部电缆断裂，存在漏电危险，并将直接影响发热效率。低温电热膜虽能解决上述发热电缆某些不足之处，但电热膜通常采用的导电填料为石墨粉、金属粉(银粉、铝粉等)、导电炭黑，这些导电填料在电热膜中添加量都非常大，对金属粉填料而言，特别是银粉，成本较高，石墨粉和炭黑具有不稳定性，长时间使用容易老化，电弧发生变化，导致最终发热效率大幅度降低。再者，传统电热膜一般采用油性树脂体系，在电热膜工作时，总会出现少量VOC排放，对环境和人体造成影响。
[0004]为了解决上述技术问题，现有技术中提出了如下技术:
中国专利号“201410457400.5”在2014年12月17日公开了“一种石墨烯电热膜”，其技术方案为所述石墨烯电热膜包括石墨烯膜发热层以及涂覆在石墨烯膜发热层上下两侧的绝缘保护层；其特征在于，石墨烯膜发热层的制备包括以下步骤:(I)将I重量份的石墨烯，5~150重量份的溶剂混合，超声分散后得到石墨烯分散液；(2)将步骤(I)得到的石墨烯分散液，以10~1000mL/h的挤出速度在一字形模口的制备装置中挤出，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发热层；所述步骤(I)的溶剂主要由水、N —甲基吡咯烷酮、丙酮、二甲亚砜、吡啶、二氧六环、N, N—二甲基甲酰胺、N, N—二甲基乙酰胺、四氢呋喃、丁酮、乙二醇、二甘醇中的一种或者多种按照任意配比混合组成；所述步骤
(2)中的一字形模口的制备装置为长方体结构，中间开有一个逐渐变窄的一字形模口 ；所述步骤(2)的凝固液主要由甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正丁醇、乙二醇、环己酮、丙三醇、乙酸丁酯、丙二醇、醋酸正丙酯、乙酸、丙三醇、异丁醇、乙酸甲酯中的一种或多种按照任意配比混合组成。但该专利在实际应用过程中，仍然存在着如下缺陷:一、利用氧化石墨烯(rGO)制备电热膜，涉及氧化石墨烯还原过程，该还原过程比较繁琐，且被还原所得的氧化还原石墨烯(rGO)表面存在较多官能团，在还原过程中，不可能全部去掉，并且表面孔洞较多，影响了石墨烯的导热、导电性能。二、制备过程中涉及的溶剂或凝固剂包括甲醇和四氢呋喃，这些均为有毒物质，在操作过程中较危险，容易对人体造成伤害。三、采用聚酰亚胺作为绝缘保护层，价格较昂贵，大大提高了生产成本。四、制备出的电热膜较厚，导致成本较高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种纳米材料发热体的制备方法，本发明解决的技术问题是能够制得具有优异导热导电性能的发热体。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种纳米材料发热体的制备方法，其特征在于包括以下步骤:
(1)、向聚乙烯醇中加入去离子水，得到聚乙烯醇溶解到去离子水中的溶解液；
(2 )、向溶解液中加入导电填料和助剂，得到混合液；
(3)、将混合液涂覆到成膜载体上形成导电填料层，干燥后得到由导电填料层与成膜载体组成的发热体。
[0007]所述步骤(I)中聚乙烯醇与去离子水的质量比为7—10:93— 90。
[0008]所述步骤(I)中聚乙烯醇在90— 95度的温度下以搅拌的方式均匀溶解到去离子水中。
[0009]所述步骤(2)中的导电填料为石墨烯、炭黑中的一种或两种的混合。
[0010]所述导电填料为石墨稀时，石墨稀与聚乙稀醇的质量比为I一10:99一90，所述导电填料为炭黑时，炭黑与聚乙稀醇的质量比为10—30:90一70，所述导电填料为石墨稀与炭黑的混合时，石墨稀比炭黑比聚乙稀醇的质量比为I一16:1一4:98一80。
[0011]所述石墨烯在使用前需对其分散处理，分散方式为在无水乙醇中超声分散30—60mino
[0012]所述步骤(2)中的助剂为包括无水乙醇、乙二醇、吐温-80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、L一赖氨酸、木质素磺酸钠、丙酮、正丁醇中一种或多种组合的表面活性剂。
[0013]所述步骤(3)中的成膜载体是由PET材料制成的膜片，其厚度为0.1—0.2mm。
[0014]所述步骤(3)中的混合液以刷涂或喷涂的方式涂覆到成膜载体上，涂覆厚度为60一 10um0
[0015]所述步骤(3)中的发热体表面敷设有韧性膜。
[0016]采用本发明的优点在于:
一、本发明采用的聚乙烯醇和去离子水均为无毒、无挥发性物质，采用去离子水和来溶解聚乙烯醇，既有利于加快溶解速度，又能够完全避免在生产出的产品在工作时出现VOC排放的问题，解决了现有技术中容易出现VOC排放的问题，不仅提高了生产的安全性，还使得生产出的产品更加环保。并且，由于聚乙烯醇具有独特的强力粘接性、皮膜柔韧性、耐油性、耐溶剂性、保护胶体性、气体阻绝性、耐磨性以及经特殊处理后具有的耐水性，因此采用聚乙烯醇作为成膜物，不仅具有成膜效果好的优点，还使得成膜后的产品能够广泛应用于纺织、食品、医药、建筑、木材加工、造纸、印刷、农业、钢铁、高分子化工等行业。与中国专利号“201410457400.5”为代表的现有技术相比，本发明通过溶解、混合和涂覆三个主要步骤就能够制得具有优异导热导电性能的发热体，具有生产工序简单、生产成本低廉和导电导热效果好的优点。
[0017]二、本发明中，若聚乙烯醇与去离子水的质量比小于7:93的比例，会因聚乙烯醇的质量较少而导致混合液的粘度过低，最终导致固化成膜后导电填料层的附着力降低和石墨烯膜孔洞较多，进而降低产品的导电、导热效果；若聚乙烯醇与去离子水的质量比大于10:90的比例，又会因聚乙烯醇的质量较多而导致混合液的粘度过高，进而增加溶解过程时的间和加工成膜时的施工难度。因此，将聚乙烯醇与去离子水的质量比设置为7 —10:93— 90，既有利于降低施工难度，又能够提高产品质量。
[0018]三、本发明中，聚乙烯醇通过加热搅拌的方式均匀溶解到去离子水中，该方式有利于加快聚乙烯醇的溶解速度和溶解的充分性，进而达到提高生产效率和提高产品质量的目的。
[0019]四、本发明中，由于石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/m.K，高于碳纳米管(CNT)和金刚石，常温下其电子迀移率超过15000cm2/V.s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约I Ω.m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因此，采用石墨烯、炭黑中的一种或两种的混合作为导电填料层，只需要添加少量的石墨烯，就能达到很好的导电效果，对成膜载体的结构影响很小，同时，炭黑的添加还能够在一定程度上抑制石墨稀团聚，并能够填充在石墨稀的片层空隙之间，完善导电网络，有利于提高导电层的均匀性和产品的质量。就石墨烯的片层结构而言，其片层相互搭接，还使得发热体的导电性能具有更高的稳定性。
[0020]五、本发明中，