一种带石墨烯碳晶电热板的毛巾架及其制造方法与流程

1.本发明属于石墨烯设备制造技术领域，更具体地说，涉及一种带石墨烯碳晶电热板的毛巾架及其制造方法。


背景技术：

2.石墨烯加热板是一种使用过程安全，热转化率高的加热器件。现有技术中的石墨烯加热板大多采用石墨烯制备层作为发热件，单块厚铝板作为导热件，整个加热板厚度较大、体型笨重且正反面散热不均匀，使用体验不好，同时，单块厚铝板作为导热件，会使另一无铝板的面的抗击打能力较弱，并容易导致加热板整体的弯曲，导致使用寿命缩短的问题发生。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于提供一种带石墨烯碳晶电热板的毛巾架及其制造方法，它可以实现石墨烯碳晶电热板在轻薄的基础上兼顾较高的抗弯曲强度。
4.本发明的一种带石墨烯碳晶电热板的毛巾架及其制造方法，包括石墨烯碳晶电热板，所述石墨烯碳晶电热板包括自上而下叠加的第一导热层、第一绝缘层、发热层、第二绝缘层和第二导热层；第一导热层、第一绝缘层、发热层、第二绝缘层、第二导热层相抵接端的面积和形状一致；所述第一导热层和第二导热层为结构相同的部件，均包括铝或铝合金；所述第一导热层和第二导热层的厚度均为1.8mm；所述第一绝缘层和第二绝缘层均包括三层pp布，每层pp布的厚度均为0.2mm；相邻层的pp布之间均通过压合来固定连接；所述电源组件安装在石墨烯碳晶电热板后端，电源组件设有控制器，控制器与发热层电性连接，控制器用以控制发热层的发热功率。
5.作为本发明的进一步改进，所述发热层包括导电层和多个石墨烯片；导电层与多个石墨烯片均为压合连接且多个石墨烯片在导电层上均匀分布；导电层的材料为铜或铜合金，导电层与电源组件电性连接。
6.作为本发明的进一步改进，所述石墨烯片按照质量占比包括以下物质：环氧改性机硅树脂40～45％；碳晶30～35％；防白水15～20％；助`剂1～5％；石墨烯1～5％。
7.作为本发明的进一步改进，所述石墨烯片按照质量占比包括以下物质：环氧改性机硅树脂42.75％；碳晶33.25％；防白水17.1％；助剂1.9％；石墨烯5％。
8.作为本发明的进一步改进，所述石墨烯碳晶电热板上端与支架的尾端可拆卸连接，外端开设有贯通的置物槽，支架和置物槽均用于放置待加热的物品。
9.作为本发明的进一步改进，所述第一绝缘层和第二绝缘层均与发热层通过压合方式固定连接，第一绝缘层与第一导热层、第二绝缘层)与第二导热层均通过偶联剂固定连接。
10.作为本发明的进一步改进，所述第一绝缘层和第二绝缘层的pp布的耐燃等级为ul94-v0。
11.一种带石墨烯碳晶电热板的毛巾架的制造方法，其步骤如下：
12.a.将石墨烯片均匀地铺设在导电层上并进行热压压合固定，制成发热层；
13.b.对第一导热层和第二导热层两块铝板进行相同方式的处理：首先使用目数为320、800、1600、2000的砂纸依小到大的顺序对铝板表面进行打磨，后再机械抛光至表面光滑；然后对铝板进行电化学处理，电解液的配置物质为磷酸和丙三醇，磷酸与丙三醇的体积比为70-90：0.6-0.8，以铝板作为阳极材料，以不溶性金属作为阴极材料，铝板放入盛满电解液的电解池中，接通电源，在5～7v电压，0.4～0.8a电流中进行电化学处理，时间控制在50～60分钟，在铝板表面生成一层氧化膜；再次将铝板放置在清水池中并静置30分钟，再用清水对铝板进行冲洗以去除电化学处理后的残余电解液；最后对冲洗完毕的铝板进行热风吹干以去除水分。
14.c.对第一绝缘层和第二绝缘层进行相同方式的处理：裁剪出三块大小相同的pp布并进行依序叠加，并进行热压压合处理；
15.d.将加工好的第一绝缘层和第二绝缘层分置于发热层上下端压合，将第一导热层偶联在第一绝缘层的上端，将第二绝缘层偶联在第二绝缘层的下端，压合条件均为在200℃温度和60kg/cm^2压力下复合连接；将第一绝缘层102上端与第一导热层101下端用偶联剂粘接、将第二绝缘层104下端与第二导热层105的上端用偶联剂粘接，制成加热板；
16.e.将电源组件安装在石墨烯碳晶电热板的后端，安装处开设有凹槽，用以电源组件的控制器连接发热层；
17.f.将支架制作好后安装在石墨烯碳晶电热板的上端部；
18.g.在石墨烯碳晶电热板的后端均匀安装支座。
19.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
20.1.本方案通过在发热层两侧设置相同大小和厚度的铝板，使得石墨烯碳晶电热板的整体拥有较高刚性，不易在外力的作用下弯曲；
21.2.本方案通过在导电层上均匀铺设石墨烯片，再配合两块大小相同的导热板，有效保证石墨烯碳晶电热板的各处制热效果均衡；
22.3.本方案中，发热层两侧的绝缘层均由三层厚度相同的pp布制成，这些pp布耐燃等级均为ul94-v0，不仅能够有效的绝缘导热，还能够有效的阻燃，这样保证电热板不会因外界高温或自身高温而引燃材料，造成火灾或人体伤害；
23.4.本方案中，第一导热层、第一绝缘层、发热层、第二绝缘层、第二导热层在200℃温度和60kg/cm^2压力下复合连接，有效保证各层的连接紧密度，提高连接强度，同时使板体整体厚度较薄，也增加了美观度；
24.5.本方案中，将环氧改性机硅树脂、碳晶、防白水、助剂、石墨烯合理配比制成石墨烯片，节约材料的同时，使得石墨烯片具有较高的发热功能，相比于全部采用石墨烯为材料的发热层，生产制造成本也降低了。
附图说明
25.图1为本发明的第一实施例的结构示意图；
26.图2为本发明的石墨烯碳晶电热板截面结构示意图；
27.图3为本发明的石墨烯碳晶电热板测试点位示意图；
28.图4为本发明的石墨烯碳晶电热板的拉曼光谱图。
29.图中标号说明：
30.1石墨烯碳晶电热板，2电源组件，3毛巾支架，101第一导热层，102第一绝缘层，103发热层，104第二绝缘层，105第二导热层。
具体实施方式
31.具体实施例一：请参阅图1-4的一种带石墨烯碳晶电热板的毛巾架，包括石墨烯碳晶电热板1、电源组件2和支架3。
32.如图2所示，所述石墨烯碳晶电热板1包括自上而下叠加的第一导热层101、第一绝缘层102、发热层103、第二绝缘层104和第二导热层105；第一导热层101、第一绝缘层102、发热层103、第二绝缘层104、第二导热层105相互之间为压合抵接且抵接端的面积和形状一致。
33.所述第一导热层101和第二导热层105是相同大小的铝板，且其厚度均为1.8mm，这样的设计为了使导热层每个点位上的散热效率相同，使得石墨烯碳晶电热板1散热均衡。
34.所述发热层103由导电层和多个石墨烯片压合而成；所述的石墨烯片成分如下：
35.物质成分含量(％)环氧改性机硅树脂42.75碳晶33.25防白水17.1助剂1.9石墨烯5
36.多个石墨烯片均匀设置，有效保证发热层103各处加热效率一致；导电层与电源组件2电性连接，导电层材料为铜或铜合金，导电层作为通电介质，使石墨烯片通电后可进行发热。
37.所述第一绝缘层102和第二绝缘层104均设有三层，每层的厚度均为0.2mm，所述第一绝缘层102和第二绝缘层104均是pp布；相邻层的每层pp布是通过压合来固定连接。
38.所述石墨烯碳晶电热板1的后端设有四个支座，当毛巾架靠墙固定时，支座能够支撑石墨烯碳晶电热板1且使石墨烯碳晶电热板1与固定墙面保有距离；石墨烯碳晶电热板1的外端开设有贯通的置物槽，置物槽用于放置待加热或待干燥的物品。
39.所述支架3采用金属材料制成且结构是公知的，其尾端与石墨烯碳晶电热板1的连接端位于石墨烯加热板的上端部，且支架3尾部设有限位的转动结构，此限位转动的结构能够使支架3能够在90
°
范围内相对于石墨烯碳晶电热板1转动；所述电源组件2设置在石墨烯碳晶电热板1的后侧，电源组件2包含插头、电线和控制器，控制器与发热层103电性连接，控制器能够控制发热层103的制热功率；所述石墨烯碳晶电热板1的后端设有四个支座，当毛巾架靠墙固定时，支座能够支撑石墨烯碳晶电热板1且使石墨烯碳晶电热板1与固定墙面保有距离。
40.所述一种带石墨烯碳晶电热板的毛巾架的制造方法具体步骤如下：
41.a.初处理：将石墨烯片均匀地铺设在导电层上并进行热压压合固定，制成发热层103；接着对第一导热层101和第二导热层105两块铝板进行相同方式的处理：首先使用目数
为320、800、1600、2000的砂纸依小到大的顺序对铝板表面进行打磨，后再机械抛光至表面光滑，使铝板在电解前得到较为平整的表面，便于电化学处理得到均匀的表面，减少电化学处理的时间，减少成本。
42.b.对第一导热层101和第二导热层105两块铝板进行相同的电化学处理：电解液的配置物质为磷酸和丙三醇，磷酸与丙三醇的体积比为70-90：0.6-0.8，以第一导热层101作为阳极材料，以不溶性金属作为阴极材料，第一导热层101放入盛满电解液的电解池中，接通电源，在5～7v电压，0.4～0.8a电流中进行电化学处理，时间控制在50～60分钟，在第一导热层101表面生成一层氧化膜。
43.电化学处理中挂具表面覆盖钛合金涂层，有效避免与电解液接触反应生成氧化膜覆盖在铝板上，影响外观和粗糙度。
44.c.清洁处理：将铝板放置在清水池中并静置30分钟，再用清水对铝板进行冲洗以去除电化学处理后的残余电解液；最后对冲洗完毕的铝板进行热风吹干以去除水分。
45.d.贴合处理：对第一绝缘层102和第二绝缘层104进行相同方式的处理：裁剪出三块大小相同的pp布并进行依序叠加，并进行热压压合处理；pp布的阻燃等级为ul94-v0，有效保证第一绝缘层102和第二绝缘层104在高温状态下的耐燃性；
46.第一绝缘层102和第二绝缘层104分置于发热层103上下端压合，将第一导热层101偶联在第一绝缘层102的上端，第二绝缘层104偶联在第二绝缘层104的下端；将第一绝缘层102上端与第一导热层101下端用钛酸酯偶联剂粘接后压合、将第二绝缘层104下端与第二导热层105的上端用钛酸酯偶联剂粘接后压合，压合条件均为在200℃温度和60kg/cm^2压力下复合连接，制成加热板；在高温高压的作用下，石墨烯碳晶电热板1每层之间更易贴合。
47.e.将电源组件2安装在石墨烯碳晶电热板1的后端，安装处开设有凹槽，用以电源组件2的控制器连接发热层103。
48.f.将支架3制作好后安装在石墨烯碳晶电热板1的上端部。
49.g.在石墨烯碳晶电热板1的后端均匀安装支座。
50.根据上述制造工艺，对石墨烯碳晶电热板进行多项测试：
51.测试一：在石墨烯碳晶电热板1任意位置截取了小块样品进行测试，图3为测试选取的点位、图4为测试数据，具体如下：
[0052][0053]
由测试一得出的结论：通过微观形貌测试，表明样品中存在二维片状结构物质，通
过拉曼光谱测试，表明样品分别在1347.0cm-1、1574.4cm-1、2710.9cm-1波数处出现拉曼峰，这些拉曼峰与常见碳材料的d峰、g峰和2d峰等拉曼峰位信息相符。
[0054]
测试二：将石墨烯碳晶电热板1均匀的分割成六个大小相同的小块，并分别对每个小加热块进行通电，在最大功率的模式下，以测试其温度和升温效率，具体如下：
[0055][0056]
由测试二得出的结论：在相同的电压下，六个发热板通电1分钟达到的温度均在为30至30.5℃范围内，通电3分钟达到的温度均在52～53℃范围内，通电5分钟均达到了最高温度70℃，由此表示石墨烯碳晶电热板1各个位点的发热效率相同，且在通电5分钟可达到最高温度。
[0057]
测试三：将石墨烯碳晶电热板1作为实验组；准备对照组，对照组只含有一块铝板且其厚度等于第一导热层101和第二导热层105两块铝板厚度之和；除了铝板的差别，实验组与对照组的其他组成和尺寸均一致；测试时模拟毛巾架使用场景，将实验组和对照组均相同放置，在其顶端加载重物测试，具体数据如下：
[0058][0059]
由测试三得出的结论：在相同时间下，实验组在1～15kg的压力下，其弯曲度变化较小，均在0-0.20mm/m范围内，在3kg以下时，弯曲度均为0，尤其在极限挂载15kg的压下，其弯曲度依然只有0.13mm/m；对照组在1～15kg的压力下，其弯曲度波动相对较大：在3kg下，弯曲度开始波动，超过7kg后，对照组的弯曲度有较大增高，9kg时是0.11mm/m，15kg时是0.21mm/m；由此说明两块叠加的铝板较同厚度的单块铝板有较高的刚性，进一步表明含两块铝板的石墨烯碳晶电热板1拥有较好的刚性，能支撑较高的承载重量。