一种复合石墨材料及其作为热波转化材料的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料领域，具体涉及一种复合石墨材料。此外，本发明还涉及该复 合石墨材料作为热波转化材料的应用。
【背景技术】
[0002] 根据热物理学定理：一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射；当热辐射投 射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透。热能热辐射率越大，表面该 材料辐射出的能量占吸收能量的比重就愈大。
[0003] 作为传热的三种方式之一，热辐射具有传导、对流所不具备的优点，如不需要接 触、不需要介质。使用金属材料作为热辐射源时，常温下的热波转化效率只有20%_30%，存在 效率偏低的问题。而金属材料作为热辐射吸热材料，需要极度改变其表面特性，才能提高吸 收比例。
[0004] 19世纪60年代初，Brodie将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热，产生 了膨胀石墨。石墨粒子沿C轴方向高倍地膨胀，形成蠕虫状的膨胀石墨，从而结构松散，多 孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高，蠕虫状石墨之间可自行嵌合，这样增加了它的柔软性 和可塑性。同时石墨的六角平面网络晶体结构保持完整，结构稳定，抗化学腐蚀性强，耐高 温，因此膨胀石墨(或称柔性石墨）被广泛地应用于密封材料上。
[0005] 蠕虫状的膨胀石墨，各层粒子高倍膨胀，类晶体体积在C轴方向上几百倍的扩大， 使得膨胀石墨可以在某个方向有很大的热、电传导能力；由于其柔软性和可塑性，低密度， 近年来被开发成导热、导电界面材料。其蠕虫状的结构，存在很多结构间隙。这些细小的间 隙，也能构成黑洞效应，吸收热辐射波；其枝状结构构成天线状，有助于本体热辐射。
[0006] 石墨稀材料具有更大的比表面积，有助于本体热福射；层数在20-250层的类石墨 烯材料在制造成本上更有的优势。而纳米碳管的管状结构，形成了很好的黑体效果。使得 以波的形式存在的热辐射能量能够被高效地吸收并转化为热。
[0007] 因此，可以将各种石墨类材料复合作为成为一种热波(及波热）转化材料，从而获 得高于金属材料的热波转化效率，环保且用于高效节能的热管理，并有性能稳定、寿命长的 物质成为可能。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术中的不足，本发明的目的之一是提供一种复合石墨材料，该复合石 墨材料低温状态就可以达到较高的热波转化效率，即本材料在低温（比如10_50°C)下就能 高效转化成红外线波；而低强度的红外线波(如人体发射的红外线)就能高效被吸收，转化 成热，并且这热不断被传导走时，保证高效的吸收红外线波。该目的通过以下技术方案实 现。
[0009] 一种复合石墨材料，包括以下组分及重量配比：可膨胀石墨70°/『100% ;类石墨烯 材料0~30%;纳米碳管0~30%;其中，所述类石墨稀材料的堆积密度0. 15g/cm3~0. 3 g/cm3。 该复合石墨材料也可以为纯膨胀石墨制成。
[0010] 本发明的复合石墨材料具有很尚的热福射率，热波转化效率尚，室温时，该材料的 理论热波转化效率可达60%及以上，而现有的金属材料吊顶在室温下只有20%~30%的热波 转化效率。
[0011] 该复合石墨材料在生产过程中，通过挤压成型使得膨胀石墨单元的排列方向相 同，从而能产生不同方向上导热率的各向异性，得益于这一性能，热量在该复合石墨材料中 能快速、定向地进行传导，效率高，能根据不同的使用需求使用。该复合石墨材料表面充满 微细枝状和间隙，能够高效热辐射或热吸收。
[0012] 作为本发明的一种优选的方案，该复合石墨材料包括以下组分及重量配比：可膨 胀石墨70%~80% ;类石墨烯材料10~20% ;纳米碳管10~20% ;其中，所述类石墨烯材料的堆积 密度0. 2g/cm3~0. 25 g/cm3;纳米碳管为单壁或多壁管。类石墨稀材料，和纳米碳管更多均 勾分布在复合石墨材料的表面。
[0013] 作为优选，所述复合石墨材料的密度为0. 01g/cm3~l. 5 g/cm3。通过控制挤压成型 工艺可以获得不同的密度，合适的密度使得复合石墨材料的导热率与热辐射率有所差别， 能适应不同的使用环境。
[0014] 作为本发明的一种优选的方案，该复合石墨材料的密度为0. 4g/cm3~l. 2 g/cm3。
[0015] 作为优选，所述复合石墨材料的表面为经过拉毛处理的粗糙表面，能提高波热转 化效率。
[0016] 本发明的目的之二是提供该复合石墨材料在热波转化材料中的应用，该目的通过 以下技术方案实现。
[0017] 一种复合石墨材料作为热波转化材料的应用，所述热波转化材料的厚度0. lmm~ 10mm。该热波转化材料通过将所述的复合石墨材料挤压成型后制得，本申请中定义该热波 转化材料为Etran。挤压成型后的Etran中膨胀石墨懦虫的排列方向一般在平面方向，从而 产生不同方向上导热率的各向异性，使得其横向方向上导热率高，能迅速的将热源传导过 来的热量快速横向传递，使整片热波转化材料快速均匀热起来；表面充满微细枝状和间隙， 能够高效热辐射或热吸收。
[0018] 即：制热时，外来热量可以传导到Etran，其表面通过辐射的方式(表现为红外线 辐射的形式）将热量散到室内；制冷时，环境物体散发的红外波，波能被吸收并转化成热，使 得Etran整体快速升温。利用外界结构，比如通过传导把热带走，Etran材料不能升温，甚 至降温，实现持续吸热。
[0019] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1)提供了一种复合石墨材料，具有很 高的热波转化效率，且利用了石墨的定向导热的性能，导热效率高，速度快，成本低；该材料 也可以传导到其它物质，实现热能的传播2)该复合石墨材料作为热波转化材料的应用，该 热波转化材料实现红外线波和热能的双向低温转化，实现空间内的制热和制冷。
【附图说明】
[0020] 图1为热波转化材料一种应用实例的温度分布对比图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实施例，对本发明作进一步描述。
[0022] 选择以下实施例中的组分及重量配比，进行模压成型。
[0023] 从以上实施例中可以看出，本发明的复合石墨材料具有很高的热波转化效率，该 复合石墨材料作为热波转化材料使用时，例如作为热波转化天花板使用时，相比传统的空 调系统，具有很好的节能效果。见图1，图1中左侧示意图为使用本发明的热波转化天花板 (波谱系统）工作时，房间内垂直方向上的温度分布，中间示意图为传统空调系统工作时房 间内垂直方向上的温度分布，对比可发现空调的热风对流加热方式将大部分能源用于加热 空气，且热空气盘踞房间中上部，造成能源浪费，而波谱系统通过热辐射的方式直接将热量 辐射到房间中的人、座椅、地板等物件上，避免了加热空气，避免了大部分能源的浪费，从图 1中的右侧图可直观的看出传统空调系统比波谱系统多消耗的能量。
[0024] 本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书 为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种复合石墨材料，其特征在于，包括以下组分及重量配比：膨胀石墨709^100% ;类 石墨稀材料0~30% ;纳米碳管0~30% ;其中，所述类石墨稀材料的堆积密度0. 15g/cm3~0. 3 g/cm3，表观粒度50目~300目。2. 根据权利要求1所述的一种复合石墨材料，其特征在于，包括以下组分及重量配比： 膨胀石墨70%~80% ;类石墨稀材料10~20% ;纳米碳管10~20% ;其中，所述类石墨稀材料的堆 积密度 〇? 2g/cm3~0. 25g/cm3，粒度 150 目 ~200 目。3. 根据权利要求2所述的一种复合石墨材料，其特征在于，所述复合石墨材料的密度 为 0.01g/cm3~1.5g/cm3。4. 根据权利要求3所述的一种复合石墨材料，其特征在于，所述复合石墨材料的密度 为 0.4g/cm3~1.2g/cm3。5. 根据权利要求1至4任一项所述的一种复合石墨材料，其特征在于，所述复合石墨材 料的热波转化多60%。6. 根据权利要求1至4任一项所述的一种复合石墨材料，其特征在于，所述复合石墨材 料的表面为经过拉毛处理的粗糙表面。7. 根据权利要求1至4任一项所述的一种复合石墨材料作为热波转化材料的应用，其 特征在于，所述热波转化材料的厚度0.lmm~ 1〇_，该材料能够实现红外线和热之间在温度 区间10-50°C内的高效双向转化。8. 根据权利要求5所述的一种复合石墨材料作为热波转化材料的应用，其特征在于， 所述热波转化材料的厚度IOmm,该材料能够实现红外线和热之间在温度区间 10-50°C内的高效双向转化。9. 根据权利要求6所述的一种复合石墨材料作为热波转化材料的应用，其特征在于， 所述热波转化材料的厚度IOmm,该材料能够实现红外线和热之间在温度区间 10-50°C内的高效双向转化。
【专利摘要】一种复合石墨材料，包括以下组分及重量配比：可膨胀石墨70%~100%；类石墨烯材料0~30%；纳米碳管0~30%；其中，所述类石墨烯材料的堆积密度 0.15g/cm3~0.3 g/cm3 , 粒度50目~300目。本发明还涉及该复合石墨材料在热波转化材料中的应用。本发明具有以下有益效果：1）提供了一种复合石墨材料，低温下(10～50?C)具有很高的热波转化效率，且利用了石墨的定向导热的性能，导热效率高，速度快，成本低；2）该复合石墨材料作为热波转化材料的应用，该热波转化材料实现红外线波和热能的双向低温转化，实现空间内的制热和制冷。
【IPC分类】C01B31/04, C09K5/14
【公开号】CN104909355
【申请号】CN201510230031
【发明人】袁奕琳, 徐卫刚, 陆卓君
【申请人】宁波信远工业集团有限公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月8日