CN106189085A - 一种石墨烯电热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯电热材料及其制备方法，电热材料包括如下重量份的组分，60‑90份的高分子材料基体、5‑10份的碳纤维、5‑10份的碳纳米管、15‑20份的石墨烯、3‑6份的阻燃剂。所述高分子基体为环氧树脂、硅橡胶、聚氨酯树脂中的一种。上述石墨烯电热材料电阻值稳定可以均匀发热，电能转化效率高达88％以上，且升温时间快，一般在15‑20分钟。

Description

一种石墨烯电热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电热材料，具体涉及一种新型的石墨烯电热材料及其制备方法。
背景技术
电热材料主要分为电热合金材料和高分子电热材料。电热合金材料出现的最早，具有良好的电导率，电阻通常很小，容易产生很高的功率和温度，其一般适用于高温加热领域。高分子电热材料是在高分子材料中添加导电颗粒如碳纤维、石墨粉以及碳纳米管等的电热材料，其电阻值相对较高，适用于低温加热。且其人体亲和性好，特别适用于与人体亲密接触的加热保温装置中，如电热毯、电热宝中。现有的高分子电热材料由于导电颗粒容易团聚、分散不均匀，导致电阻值不稳定，影响其保温效果。
石墨烯是一种新型的碳纳米材料，具有优异的导电、导热性能。然而由于石墨烯易发生团聚，且不易分散于大部分高分子聚合物中，若直接与高分子材料混合，不能充分发挥石墨烯良好的导电性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种电阻值稳定，控温效果良好的电热材料；目的之二在于将石墨烯与高分子材料混合均匀。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种石墨烯电热材料，包括如下重量份的组分，60-90份的高分子材料基体、5-10份的碳纤维、5-10份的碳纳米管、15-20份的石墨烯、3-6份的阻燃剂。
进一步地，所述高分子基体为环氧树脂、硅橡胶、聚氨酯树脂中的一种。
进一步地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，长度为2～5微米。
进一步地，所述碳纤维长度为10-20微米，粗度在0.4微米以下。石墨烯粉末的层数小于10，尺寸为1～10微米。
进一步地，所述阻燃剂为红磷、磷多元醇以及卤化磷。
一种石墨烯电热材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取上述重量份的物质，将碳纤维、碳纳米管和石墨烯、阻燃剂分别置于乙醇中进行超声分散得到混合溶液；
(2)将高分子材料基体加热融化，加入步骤(1)所得的混合溶液，以及搅拌均匀；
(3)将步骤(2)所得溶液加入固化剂在90-105℃下固化、挤压得到石墨烯电热材料。
上述石墨烯电热材料电阻值稳定可以均匀发热，电能转化效率高达88％，且升温时间快，一般在15-20分钟。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明做进一步阐述。
实施例1
一种石墨烯电热材料，包括如下重量份的组分，60份的环氧树脂、5份的碳纤维、5份的碳纳米管、15份的石墨烯、3份的红磷。
进一步地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，长度为2～5微米。
进一步地，所述碳纤维长度为10-20微米，粗度在0.4微米以下。石墨烯粉末的层数小于10，尺寸为1～10微米。
上述石墨烯电热材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述重量比称取环氧树脂、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、红磷。将碳纤维、碳纳米管和石墨烯、红磷依次置于乙醇中进行超声分散得到混合溶液；
(2)将环氧树脂加热融化，加入步骤(1)所得的混合溶液，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)所得溶液加入固化剂在90-105℃下固化、挤压得到石墨烯电热材料。
实施例2
一种石墨烯电热材料，包括如下重量份的组分，90份的硅橡胶、10份的碳纤维、10份的碳纳米管、20份的石墨烯、6份的磷多元醇。
进一步地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，长度为2～5微米。所述碳纤维长度为10-20微米，粗度在0.4微米以下。石墨烯粉末的层数小于10，尺寸为1～10微米。
上述石墨烯电热材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述重量比称取硅橡胶、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、磷多元醇。将碳纤维、碳纳米管和石墨烯、磷多元醇依次置于乙醇中进行超声分散得到混合溶液；
(2)将硅橡胶加热融化，加入步骤(1)所得的混合溶液，以及搅拌均匀；
(3)将步骤(2)所得溶液加入固化剂在90-105℃下固化、挤压得到石墨烯电热材料。
实施例3
一种石墨烯电热材料，包括如下重量份的组分，80份的聚氨酯树脂、7份的碳纤维、8份的碳纳米管、18份的石墨烯、4份的卤化磷。
进一步地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，长度为2～5微米。
进一步地，所述碳纤维长度为10-20微米，粗度在0.4微米以下。石墨烯粉末的层数小于10，尺寸为1～10微米。
上述石墨烯电热材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述重量比称取聚氨酯树脂、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、卤化磷。将碳纤维、碳纳米管和石墨烯、阻燃剂分别置于乙醇中进行超声分散得到混合溶液；
(2)将聚氨酯树脂加热，加入步骤(1)所得的混合溶液，以及搅拌均匀；
(3)将步骤(2)所得溶液加入固化剂在90-105℃下固化、挤压得到石墨烯电热材料。
分别取实施例1-3制备的石墨烯电热材料20cm*20cm进行测试，电热材料两端伸出的导线连接到电源上，结果如下表1所示：且材料表面的温度均一。
表1

Claims (6)

1.一种石墨烯电热材料，其特征在于，包括如下重量份的组分，60-90份的高分子材料基体、5-10份的碳纤维、5-10份的碳纳米管、15-20份的石墨烯、3-6份的阻燃剂；所述高分子基体为环氧树脂、硅橡胶、聚氨酯树脂中的一种。
2.根据权利要求1所述的石墨烯电热材料，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，长度为2～5微米。
3.根据权利要求2所述的石墨烯电热材料，其特征在于，所述碳纤维长度为10-20微米，粗度在0.4微米以下。
4.根据权利要求3所述的石墨烯电热材料，其特征在于，石墨烯粉末的层数小于10，尺寸为1～10微米。
5.根据权利要求4所述的石墨烯电热材料，其特征在于，所述阻燃剂为红磷、磷多元醇以及卤化磷。
6.一种权利要求1-5任一项所述的石墨烯电热材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取上述重量份的物质，将碳纤维、碳纳米管和石墨烯、阻燃剂分别置于乙醇中进行超声分散得到混合溶液；
(2)将高分子材料基体加热融化，加入步骤(1)所得的混合溶液，以及搅拌均匀；
(3)将步骤(2)所得溶液加入固化剂在90-105℃下固化、挤压得到石墨烯电热材料。
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