石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风及其制备方法与流程

本发明属于功能材料与电热元件领域，特别涉及一种石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风及其制备方法。

背景技术：

屏风做为家具广泛应用于会议室、办公场所、餐厅及家庭，作为隔离空间的临时隔断或装饰作用的装饰品，民间风通常由两个以上可以折叠或推拉式屏风框架组成，在屏风框架的中间嵌入有木雕的图案和艺术字画。

然而，现在市场上的屏风功能比较单一，只起隔离和美化空间的作用，在室内天气比较冷时，通常还需外购加热器，既占空间，也不方便。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风及其制备方法，电热屏风可以产生热能向外辐射远红外，达到取暖的效果，在作为隔断装饰的同时又是取暖器具。

本发明的技术方案是：

一种石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风，每个电热屏风单元主要包括：万向轮、屏风框、电源线、屏风隔板，屏风隔板安装于屏风框内侧，屏风框的底部设置万向轮，屏风框的侧面设置电源线，相邻电热屏风单元之间通过双向合页连接；屏风隔板为发热画板、胶层、保温层、背板构成，保温层的两侧分别通过胶层连接发热画板和背板；

发热画板为装饰面层、胶层、绝缘保护层、石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层构成，石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层的两侧分别通过胶层连接绝缘保护层，在发热画板的一侧设置装饰面层。

所述的石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风，石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层的每侧设置至少一层绝缘保护层，当绝缘保护层为两层以上时，相邻绝缘保护层之间通过胶层连接，装饰面层通过胶层与绝缘保护层连接。

所述的石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风，石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层包括：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。

所述的石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风，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。

所述的石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风的制备方法，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层：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层作为发热芯主体；

(2)、选用石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层，制成所需的大小；

(3)、采用有机硅胶将石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层和绝缘保护层，复合成绝缘防水、人体感到舒适的发热画板，并确保无毒无味；

(4)、将发热画板的两个电极用引线焊接牢固连接到外部插口，作为电源引线；

(5)、测试发热画板的温度合格后，将其装入制作好的电热屏风内部，形成石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风。

所述的石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风的制备方法，制作石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层的具体步骤如下：

(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层的浆液；

(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层。

所述的石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风的制备方法，发热膜的发热温度为38.5-40.5℃，方阻为5-10欧姆/平方厘米。

本发明的优点及有益效果是：

1、为了更好的节能和发挥屏风取暖要扩展功能的需求，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。

2、一般的电热屏风只能做成一个l形和z型，本发明可以做成单面和双面均可发热，并且有多种形式变化的电热屏风。

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为本发明双联电热屏风示意图。

图2为本发明的横截面结构示意图。

图3为图1中发热画板示意图。

图4为四个电热屏风单元组合的电热屏风示意图。

图5为多个电热屏风单元组合的电热屏风示意图。

图中，1发热画板；11装饰面层；12胶层；13绝缘保护层；14石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层；2胶层；3保温层；4背板；5万向轮；6屏风框；7双向合页；8电源线；9屏风隔板。

具体实施方式

如图1-图2所示，本发明石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风，每个电热屏风单元主要包括：万向轮5、屏风框6、电源线8、屏风隔板9等，屏风隔板9安装于屏风框6内侧，屏风框6的底部设置万向轮5，屏风框6的侧面设置电源线8，相邻电热屏风单元之间通过双向合页7连接(图1)。屏风隔板9为发热画板1、胶层2、保温层3、背板4构成，保温层3的两侧分别通过胶层2连接发热画板1和背板4(图2)。

如图3所示，发热画板1为装饰面层11、胶层12、绝缘保护层13、石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层14构成，石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层14的两侧分别通过胶层12连接绝缘保护层13。石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层14的每侧设置至少一层绝缘保护层13，当绝缘保护层13为两层以上时，相邻绝缘保护层13之间通过胶层12连接，在发热画板1的一侧设置装饰面层11，装饰面层11通过胶层12与绝缘保护层13连接。

如图4所示，四个电热屏风单元之间通过双向合页7连接，形成石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风。如图5所示，n个电热屏风单元之间通过双向合页7连接，形成石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风。

在具体实施过程中，本发明石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层，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。

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。植物纤维可以在市场上采购，如：植物纤维为一年生或多年生的原木、稻草秸秆儿、芦苇等植物纤维经过化学处理，完全可以使用。另外，亦可用原木纸浆进行加工使用。

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％，常州二维碳素科技股份有限公司制造。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。

纳米竹炭纤维粉具有释放负离子、发射远红外抗菌吸附功能，通过高效吸收和发射远红外释放负离子，具有保温、改善微循环系统，促进血液循环，抑制微生物生长等保健功能。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，纳米竹炭纤维粉为市购产品，采用上海沪正纳米科技有限公司生产的纳米竹炭纤维粉。另外，为了降低成本，本发明还可以采用市购的纳米远红外负离子粉代替纳米竹炭纤维。另外，纤维扩散剂采用亚甲基二萘磺酸钠。

本发明石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层的制备方法，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层的浆液；

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层。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。

实施例

为了弥补市场上一些产品的缺陷和远红外辐射的不足，本发明选用导热快、导电率好的石墨烯材料制作石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风，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层：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层，将石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层作为发热芯主体。

本实施例中，石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层，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60份，石墨烯粉体胶液30份，纳米竹炭纤维粉(或纳米远红外负离子粉)5份，纤维扩散剂5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30％。乙醇水溶液是由纯度90wt％的乙醇和水按10％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1：15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层的制备过程如下：

(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层的浆液；

(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层。采用300目筛网在所得浆液中10厘米以下深度，取样十次，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，要求十次阻值之间误差在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层，电阻率为2至10ω·cm，做出的制品可用作1.5v至36v低压保健品或生活用品的电热产品。

2、选用石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层，制成所需的大小，其发热温度优选为38.5-40.5℃，方阻优选为5-10欧姆/平方厘米。

3、采用有机硅胶将石墨烯纳米远红外负离子复合纤维导电发热层与绝缘保护层(如：玻纤布、无纺布或棉布等其他布料)、装饰面层，复合成绝缘防水、人体感到舒适的发热画板，并确保无毒无味。

4、将发热画板的两个电极用引线焊接牢固连接到外部插口，作为电源引线，适用的电源电压优选为3.5-5.5v。

5、测试发热画板的温度是否满足38.5-40.5℃，合格后将其装入制作好的电热屏风内部，进行保温复合，形成石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风，具体方法是：

(1)将制作好的发热画板与保温层进行复合，保温层和发热画板之间通过均匀涂敷的环氧树脂胶层粘接，并进行加压复合，这样做可以节能增强温度，提高辐射率。如果是制作单面发热的电热屏风，则要在保温层的一面粘接发热画板。如果是制作双面发热的电热屏风，则要在保温层的两面粘接发热画板。

(2)选择多种材料的屏风框(如：金属框、塑料框、木质框等)，选用多种形式的屏风框(如：欧式风格、南美风格、日韩风格、中国古典风格、近代卡通风格等)，将制作完成带保温层的发热画板装在屏风框中，并将电源线连接完毕，统一接到主线上并安装电源线连接插头，也可在电热屏风上安装温控器或遥控温控器，并在电热屏风下面安装万向轮及固定支架。

结果表明，本发明石墨烯纳米远红外负离子多功能电热屏风，采用面状发热材料，其发热快、远红外辐射强。而且，还可以把电热屏风的整体形状变为u型、t型、s型、o型、方型等，作为其他的功能使用，例如：烘烤衣物作为烘烤架，以及给人做频谱远红外理疗等，起到一物多用的功能。