用于农业大棚石墨烯远红外加热负离子光波板及制作方法与流程

本发明属于功能材料与电热元件领域，特别涉及一种用于农业大棚的石墨烯远红外加热负离子光波板及其制作方法。

背景技术：

现在无论是南方还是北方的养殖、种植大棚已经普及，虽然有的地区也有采暖，可大部分是低能污染的方式。烧煤或者是耗能源较高的电加热器，但对于农作物的生产是极为不利的。

技术实现要素：

为了解决农作物生长需求，特别是能够使大棚内的温度可控，湿度可调利于发芽，本发明的目的在于提供一种用于农业大棚的石墨烯远红外加热负离子光波板及其制作方法，以石墨烯材料为发热元件，提高出苗生长的不同期的需求和调控。

本发明的技术方案是：

一种用于农业大棚石墨烯远红外加热负离子光波板，该光波板包括正面板、发热板、保温层、反射层、后盖板，正面板、发热板、保温层、反射层、后盖板按上下顺序依次设置；其中，发热板设有玻璃纤维布、树脂胶层、石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜，石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜的上部和下部分别依次设置树脂胶层和玻璃纤维布。

所述的用于农业大棚石墨烯远红外加热负离子光波板，该光波板的外形为平面直板型、内凹曲面型或外凸曲面型。

所述的用于农业大棚石墨烯远红外加热负离子光波板，石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜包括：植物纤维浆、石墨烯粉体胶液、纳米竹炭纤维粉或纳米远红外负离子粉、纤维扩散剂，按照重量份数计，植物纤维浆50～80份，石墨烯粉体胶液10～30份，纳米竹炭纤维粉或纳米远红外负离子粉5～10份，纤维扩散剂2～5份。

所述的用于农业大棚石墨烯远红外加热负离子光波板，植物纤维浆的组成如下，按重量份数计，氢氧化钠4～6份，植物纤维55～65份，水30～50份；石墨烯粉体胶液的组成如下，按重量份数计，石墨烯粉体30～40份，乙醇水溶液50～60份，改性松香胶粉乳液10～20份；在石墨烯粉体中，含有5～10层石墨烯粉体的重量百分比是30％～50％；乙醇水溶液是由纯度80wt％～90wt％的乙醇和水按10～20％的重量百分比混合的水溶液；改性松香胶粉乳液是由改性松香和乙醇按重量比例1：(5～15)混合而成的乳液，改性松香为脂松香、氢化松香、歧化松香或聚合松香；纳米竹炭纤维粉直径为10～100微米、长度10～20微米，发射远红外释放负离子数大于6500个/立方厘米；纤维扩散剂采用亚甲基二萘磺酸钠。

所述的用于农业大棚石墨烯远红外加热负离子光波板的制备方法，包括如下步骤：

(1)、制作石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜：采用植物纤维浆、石墨烯粉体胶液、纳米竹炭纤维粉或纳米远红外负离子粉通过磨合、混合、搅拌、抄制、烘干、压制上卷工序制成；在制作过程中，通过磨合、混合、搅拌如下工序，将植物纤维通过盘磨机进行扫帚化处理后，使其更容易与石墨烯粉体胶液结合，加入石墨烯粉体胶液进行混合、搅拌，再加入纤维扩散剂和纳米竹炭纤维粉或纳米远红外负离子粉进行搅拌均匀，将石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜作为发热芯主体；

(2)、采用上述石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜，按需要裁好尺寸，并在两边铆上电极，待用；

(3)、首先铺冷轧钢板，在冷轧钢板上铺牛皮纸，在牛皮纸上铺聚酯薄膜或聚乙烯离型膜，在聚酯薄膜或聚乙烯离型膜上铺不锈钢板，在不锈钢板上铺上聚酯薄膜或聚乙烯离型膜，再铺浸过胶液烘干的玻璃纤维布；然后在玻璃纤维布上铺设铆好电极的石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜，在石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜上铺设浸过胶液的玻璃纤维布，再在玻璃纤维布上依次铺设聚酯薄膜或聚乙烯离型膜、不锈钢板、聚酯薄膜或聚乙烯离型膜、牛皮纸，再在牛皮纸上依次铺设聚酯薄膜或聚乙烯离型膜、冷轧钢板，形成预压品待压；

(4)、首先将铺设好的预压品放入热压机，加压第一次升温至120～130℃，在压力为4～6兆帕下保持10～30分钟；加压第二次升温至150～170℃，在压力为8～10兆帕下保持30～50分钟；停止加温，开始保压；当温度降至50℃以下时泄压，将压好的发热板取出，待用；

(5)、将压制成型的发热板装入框中，在电极的位置上焊上电源线，并用绝缘胶封好焊点，把电源线引入框外，将保温层装贴在发热板的背面，并将远红外反射层安装在保温层的后面，装好背盖板，产品组装完毕。

所述的用于农业大棚石墨烯远红外加热负离子光波板的制备方法，制作石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜的具体步骤如下：

(1)将石墨烯粉体经过乙醇水溶液浸泡1～5小时后，使石墨烯粉体表面得到充分净化；

(2)浸泡时间满足后，加入改性松香胶粉乳液，使石墨烯粉体充分混合，充分搅拌后形成石墨烯粉体胶液，静置备用；

(3)将植物纤维用盘磨机磨到有扫帚状出现，将氢氧化钠、植物纤维、水混合，放到搅拌池继续搅拌，形成植物纤维浆；

(4)将石墨烯粉体胶液投放到搅拌池中，与植物纤维浆混合搅拌1～5小时，使植物纤维与石墨烯粉体充分结合复合成为一体，使植物纤维得到石墨烯粉体的充分包裹；

(5)加入纤维扩散剂和纳米竹炭纤维粉或纳米远红外负离子粉，继续1～5小时至搅拌均匀，得到用于制备石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜的浆液；

(6)混合、搅拌完成后需要检验，检验合格后，经抄制、烘干、压制，形成石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜。

所述的用于农业大棚石墨烯远红外加热负离子光波板的制备方法，石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜的电阻率为40至80ω·cm。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明用于农业大棚的石墨烯远红外加热负离子光波板，远红外发射波为8～15μm与农作物吸收太阳光进行光合作用的营养波长一致，可促进农作物的光合作用，提高农作物的发芽率提高出苗率、缩短生长周期。从而，加快农作物的成熟，并可以根据农作物不同的生长周期调控生长环境控制温度、湿度。

2、为了更好的节能和发挥光波板要扩展功能的需求，本发明采用当今先进的石墨烯原材料，作为发热体因为石墨烯材料是公认的导电率、导热率最好的材料，高于碳纤维和碳纳米管等电热材料，其电热转换率更高、远红外辐射更强。所以，本发明采用石墨烯与其他材料复合作为发热材料。

3、石墨烯是现今人们公认的导电率最高、导热强度最大最快的新型材料，远高于碳纤维碳纳米管等一些新材料。本发明以石墨烯为发热原料，与植物纤维复合制作出石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层，再通过有机硅胶与无纺布棉布等复合制成各种形状，利用石墨烯透明导电特性作为电发热薄膜，具有发热效率高、发热均匀的显著特点。

4、本发明制作的石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层具有表面电阻率可调的特点，可用于抗静电电路，能有效地将电荷释放掉，同时具有远红外发射和负离子释放的功能，起到净化消毒作用，又起到对人体健康的作用。

5、本发明采用石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层，可提高导电性、加强导热性，这些指标远远高于碳纤维导电发热性能。

6、本发明石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层，以植物纤维和石墨烯粉体为主、纳米竹炭纤维和添加剂为辅，经过磨制、混合搅拌、复合炒制、烘干压制、复合后制作而成。

7、与已有的技术相比，本发明技术工艺方案采用了石墨烯粉体与植物纤维更好的结合，复合制成后的石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层电流分配更加完善，发热更加均匀，稳定性更好。同时，由于加入了纳米竹炭纤维具有远红外和负离子的功能，更加环保、更加健康。而且，竹炭纤维更有黑金之称，在制作过程中经过合理的工艺更加完善，增加辐射量提高，辐射强度言辞制成的成品比现有的产品更有发展。

附图说明

图1为本发明石墨烯远红外加热负离子光波板结构示意图。图中，1正面板；2发热板；3保温层；4反射层；5后盖板。

图2为图1中的发热板结构示意图。图中，21玻璃纤维布；22树脂胶层；23石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜。

图3为本发明平面直板型石墨烯远红外加热负离子光波板的正面板示意图。图中，1正面板；6孔眼。

图4为本发明内凹曲面型石墨烯远红外加热负离子光波板的正面板示意图。图中，图中，1正面板；6孔眼。

图5为本发明外凸曲面型石墨烯远红外加热负离子光波板的正面板示意图。图中，图中，1正面板；6孔眼。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明根据石墨烯的高导电、高导热这一特点，采用石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜，使石墨烯远红外加热负离子光波板远红外辐射率和强度都远高于碳纤维、石墨、碳粉材料，同等条件下产生的远红外波更强，远红外辐射转换率更高出10～20％左右，且节约能源可以达到高出30～50％，使农作物感受到阳光般的照射，促进了农作物的光合作用给农作物提供一个更好的生长环境，且石墨烯远红外加热负离子光波板的外形有三种形式：

(1)平面直板型石墨烯远红外加热负离子光波板，应用于平面照射植物平行直接照射，见图3。

(2)内凹曲面型石墨烯远红外加热负离子光波板，应用与圆柱体类苗床生长，可使圆型苗床受远红外辐射达到一致，平均受热，见图4。

(3)外凸曲面型石墨烯远红外加热负离子光波板，可加大辐射面积，并通过调控手段做出中心点与两边辅射远红外光波相同，见图5。

本发明采用中国发明专利申请(申请号201710096589.3)制备石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜，将石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜作为发热芯主体，用于石墨烯远红外加热负离子光波板。

所述石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜的制备方法，采用植物纤维浆、石墨烯粉体胶液、纳米竹炭纤维粉(或纳米远红外负离子粉)等通过磨合、混合、搅拌、抄制、烘干、压制上卷等工序制成。在制作过程中，通过磨合、混合、搅拌如下工序，将植物纤维通过盘磨机进行扫帚化处理后，使其更容易与石墨烯粉体胶液结合，加入石墨烯粉体胶液进行混合、搅拌，再加入纤维扩散剂和纳米竹炭纤维粉(或纳米远红外负离子粉)进行搅拌均匀。其具体的制备过程如下：

1、将石墨烯粉体经过乙醇水溶液浸泡1～5小时后，使石墨烯粉体表面得到充分净化；

2、浸泡时间满足后，加入改性松香胶粉乳液，使石墨烯粉体充分混合，充分搅拌后形成石墨烯粉体胶液，静置备用；

3、将植物纤维用盘磨机磨到有扫帚状出现，将氢氧化钠、植物纤维、水混合，放到搅拌池继续搅拌，形成植物纤维浆；

4、将石墨烯粉体胶液投放到搅拌池中，与植物纤维浆混合搅拌1～5小时，使植物纤维与石墨烯粉体充分结合复合成为一体，使植物纤维得到石墨烯粉体的充分包裹；

5、加入纤维扩散剂和纳米竹炭纤维粉(或纳米远红外负离子粉)，继续1～5小时至搅拌均匀，得到用于制备石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜的浆液；

6、混合、搅拌完成后需要检验，检验合格后，经抄制、烘干、压制，形成石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜。采用200～300目筛网在所得浆液中10厘米以下深度，取样三次以上，压干水分、光照去除水分，通过目测是否均匀。然后进行电阻测量，要求三次以上阻值之间误差在2～5％内范围之内，电阻率在2～2000ω·cm范围内，可以根据需要进行调整。

如图1-图2所示，本发明用于农业大棚的石墨烯远红外加热负离子光波板，主要包括正面板1、发热板2、保温层3、反射层4、后盖板5等，正面板1、发热板2、保温层3、反射层4、后盖板5按上下顺序依次设置。其中，发热板2设有玻璃纤维布21、树脂胶层22、石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜23，石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜23的上部和下部分别依次设置树脂胶层22和玻璃纤维布21。

下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。

实施例1

本实施例中，用于农业大棚的石墨烯远红外加热负离子光波板及其制作方法如下：

1、制作石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜：采用中国发明专利申请(申请号201710096589.3)制备石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜，将石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜作为发热芯主体。

石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜，包括植物纤维浆、石墨烯粉体胶液、纳米竹炭纤维粉(或纳米远红外负离子粉)和纤维扩散剂，按照重量份数计，植物纤维(如：原木纤维)浆80份，石墨烯粉体胶液10份，纳米竹炭纤维粉(或纳米远红外负离子粉)7份，纤维扩散剂3份。

植物纤维浆的组成如下，按重量份数计，氢氧化钠5份，植物纤维60份，水35份。石墨烯粉体胶液的组成如下，按重量份数计，石墨烯粉体35份，乙醇水溶液50份，改性松香胶粉乳液15份。在石墨烯粉体中，含有5～10层石墨烯粉体的重量百分比是40％。乙醇水溶液是由纯度85wt％的乙醇和水按15％的重量百分比配合的水溶液。改性松香胶粉乳液是由改性松香和乙醇按重量比例1：15混合而成的乳液，改性松香为歧化松香。纳米竹炭纤维粉直径为10～100微米、长度10～20微米，纤维扩散剂采用亚甲基二萘磺酸钠。

本实施例中，石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜的制备过程如下：

(1)、将石墨烯粉体经过乙醇水溶液浸泡2小时后，使石墨烯粉体表面得到充分净化；

(2)、浸泡时间满足后，加入改性松香胶粉乳液，使石墨烯粉体充分混合，充分搅拌后形成石墨烯粉体胶液，静置备用；

(3)、将植物纤维用盘磨机磨到有扫帚状出现，将氢氧化钠、植物纤维、水混合，放到搅拌池继续搅拌，形成植物纤维浆；

(4)、将石墨烯粉体胶液投放到搅拌池中，与植物纤维浆混合搅拌3小时，使植物纤维与石墨烯粉体充分结合复合成为一体，使植物纤维得到石墨烯粉体的充分包裹；

(5)、加入纤维扩散剂和纳米竹炭纤维粉(或纳米远红外负离子粉)，继续2小时至搅拌均匀，得到用于制备石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜的浆液；

(6)、混合、搅拌完成后需要检验，检验合格后，经抄制、烘干、压制，形成石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜。采用300目筛网在所得浆液中10厘米以下深度，取样五次，压干水分、光照去除水分，通过目测是否均匀。然后进行电阻测量，要求五次阻值之间误差在2～5％内范围之内。

本实施例石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜，电阻率为40至80ω·cm，可用作取暖用电热芯。采用上述石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜，按需要裁好尺寸，并在两边铆上电极。电极选用铜带10～15毫米宽，厚度选用0.05毫米，将电极铆在石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜上后，待用。

将玻璃纤维布用浸胶机浸胶，胶液选用改性酚醛树脂和环氧树脂按重量比例1:1混合后，用乙醇稀释(乙醇与混合树指的重量比例为1:1)，温度控制在40℃至50℃，倒入具有保温加热控制的胶池中，将玻璃纤维布经导辊引入胶池，并经刮胶辊去掉多余胶液通过牵引进入烘干隧道。经高温烘干除去除挥发物，裁片、待用。

选用厚度为3至5mm的不锈钢板作为模板，选用厚度为2至4mm的冷轧钢板作为衬板，再选用80至120克/每平方米的牛皮纸作为垫纸，作为缓冲和均衡温度的作用，并准备聚酯薄膜或聚乙烯离型膜。

首先铺冷轧钢板，在冷轧钢板上铺8～10层的牛皮纸，在牛皮纸上铺聚酯薄膜或聚乙烯离型膜，在聚酯薄膜或聚乙烯离型膜上铺不锈钢板，在不锈钢板上铺上聚酯薄膜或聚乙烯离型膜，再铺浸过胶液烘干的玻璃纤维布，玻璃纤维布最少一层，多则根据所需厚度铺设，一般正常为三至四层。然后在玻璃纤维布上铺设铆好电极的石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜，在石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热膜上铺设至少一层(一般为三至四层)浸过胶液的玻璃纤维布，再在玻璃纤维布上依次铺设聚酯薄膜或聚乙烯离型膜、不锈钢板、聚酯薄膜或聚乙烯离型膜、8～10层牛皮纸，再在牛皮纸上依次铺设聚酯薄膜或聚乙烯离型膜、冷轧钢板，形成预压品待压。

选用10兆帕、可升温200℃的热压机进行压制，首先将铺设好的预压品放入热压机，加压第一次升温至120～130℃，在压力为5兆帕下保持20分钟；加压第二次升温至150～170℃，在压力为9兆帕下保持40分钟。停止加温，开始保压。当温度降至50℃以下时泄压，将压好的发热板取出，待用。

2、将压制好成型的发热板装入框中，在电极的位置上焊上电源线，并用绝缘胶封好焊点，把电源线引入框外，将保温层装贴在发热板的背面，并将远红外反射膜(反射层)安装在保温层的后面，装好背盖板，产品组装完毕。

3、远红外、负离子加强涂层的制作，为了提高远红外的辐射效果，将纳米远红外粉、负离子粉与水溶性涂料进行混合(纳米远红外粉为水溶性涂料的1～10wt％，负离子粉分别为水溶性涂料的1～10wt％)，喷涂在石墨烯远红外加热负离子光波板的正面，使其在加热时增强远红外辐射和负离子功能。

如图1、图3所示，平面直板型石墨烯远红外加热负离子光波板的制作如下：

将发热板2安装在平面直板型正面板1的背面，在发热板2的背面安装限温器和保温层3，并在保温层3的后面安装远红外反射层4，将发热板2的电极两端焊好电源线，并引出框外，扣上后盖板5，在框的外侧安装好连接支架，产品完成。

另外，正面板1的板面设置孔眼6，其作用是：热能辐射可通过网眼减少阻挡，并起到美观装饰的作用。

如图1、图4所示，内凹曲面型石墨烯远红外加热负离子光波板的制作如下：

与图3基本相同，只是正面板1非是平面直板型，而是凹面曲面型板，采用与平面直板型石墨烯远红外加热负离子光波板相同的制作方法。

如图1、图5所示，外凸曲面型石墨烯远红外加热负离子光波板的制作如下：

与图3基本相同，只是正面板1非是平面直板型，而是外凸曲面型板。与图3、图4的不同点在于，辐射的远红外随着凸面圆弧增大光波板远红外辐射的距离，两边与中心到达同一水平面的距离不同。为了两边的远红外辐射能量与中心点到达同一水平面相同，甚至超过中心点，需要在光波板的两侧增加远红外辐射功能。将远红外涂料喷涂在外凸曲面型板的两边，使其两边的远红外辐射强度高于光波板的中心点。

实施例结果表明，本发明用于农业大棚的石墨烯远红外加热负离子光波板，远红外发射波为8～15μm与农作物吸收太阳光进行光合作用的营养波长一致，可促进农作物的光合作用，提高农作物的发芽率提高出苗率、缩短生长周期。从而，加快农作物的成熟，并可以根据农作物不同的生长周期调控生长环境控制温度、湿度。同时，在远红外涂料中增加负离子涂料，具有产生负离子的功能，在加热的同时发出更多的负离子和远红外。