CN110279277A - 一种石墨烯基保温地毯 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地毯领域，具体涉及一种石墨烯基保温地毯，包括由下至上依次连接的地毯底层、第一绝缘层、加热层、第二绝缘层和地毯表层，所述地毯底层采用纺织橡胶层，所述第一绝缘层采用PET聚酯薄膜，所述加热层采用框架型石墨烯恒温薄膜，所述第二绝缘层采用导热硅胶‑PET聚酯复合薄膜，所述地毯表层采用纤维柔软材料。本发明采用加热层结合导热硅胶‑PET复合薄膜，通过导热硅胶将加热层产生的的热量快速传递至地毯表面，具有良好的保温性和加热均匀稳定性。
Description
技术领域
本发明属于地毯领域，具体涉及一种石墨烯基保温地毯。
背景技术
地毯目前已被世界各国人民广泛使用，但是在寒冬季节，如果没有采暖设施的话，地毯在使用中仍感觉较冷，与使用者期望“取暖”的目的有差距。为了改变这种状况，人们用了无数的方式方法，希望让地毯发热。但限于这些毯面都是毛绒绒的纤维通过各种工艺技术织造而成的，通电后毯面的纤维会变形、有异味、甚至还会产生漏电、电磁波辐射等情况，对使用者的身体、使用场所、和财产有很大的危害，因此可加热地毯的发展非常缓慢。
近年来，已经有一些可加热地毯问世，但其主要的加热方式为纯电加热，还有一些较少的碳纤维加热材料，导热速率较慢，热转化功率较低。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料。石墨烯是新材料之王，是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。
目前的地毯生产中，还没有采用石墨烯作为加热材料的可加热地毯。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种石墨烯基保温地毯，采用加热层结合导热硅胶-PET复合薄膜，通过导热硅胶将加热层产生的的热量快速传递至地毯表面，具有良好的保温性和加热均匀稳定性。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种石墨烯基保温地毯，包括由下至上依次连接的地毯底层、第一绝缘层、加热层、第二绝缘层和地毯表层，所述地毯底层采用纺织橡胶层，所述第一绝缘层采用PET聚酯薄膜，所述加热层采用框架型石墨烯恒温薄膜，所述第二绝缘层采用导热硅胶-PET聚酯复合薄膜，所述地毯表层采用纤维柔软材料。
所述地毯底层采用涤纶纤维-丁腈橡胶复合层，且制备方法如下:
步骤1，将涤纶纤维与丁腈橡胶纤维进行混扎，得到混合纤维束，其中涤纶纤维与丁腈橡胶纤维的数量比为3-5:2，所述涤纶纤维的直径为200-500nm，所述丁腈橡胶纤维的直径为600-700nm；
步骤2，采用混合纤维束按照织造要求编织得到纳米纤维布层，所述纳米纤维布层的厚度为1.5-5.5μm；
步骤3，将纳米纤维布层叠放后恒温压制10-30min，得到地毯底层，其中纳米纤维布层叠放的数量为30-60，恒温压制的温度为240-260℃，压力为1-3MPa。
所述第一绝缘层厚度为2-5mm。
所述加热层包括保温浆料、金属载流条和电热丝，所述金属载流条位于保温浆料的两端，且电热丝呈网格状布满保温浆料内，所述金属载流条通过电导线与温度控制器、温度传感器、插头连接，所述的温度传感器位于第二绝缘层和地毯表层之间。
所述保温浆料的质量配方如下：
石墨烯20-50份、碳纳米管15-30份、高取代氰乙基纤维素5-10份、丙酮40-60份、聚乙烯吡咯烷酮10-20份。
所述加热层的制备方法如下：
步骤1，将高取代氰乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮加入至丙酮中搅拌均匀直至完全溶解，得到纤维素溶解液；
步骤2，将石墨烯和碳纳米管加入至纤维素溶解液中超声分散30-60min，得到保温浆料；
步骤3，将保温浆料加入至造粒反应恒温造粒1-3h，得到保温颗粒；
步骤4，将金属载流条与电热丝安装成网状结构，且两端为金属载流条，并将保温颗粒加入至金属载流条之间，恒温加热20-60min，冷却固化后得到加热层。
所述步骤1中的搅拌速度为2000-3000r/min，搅拌温度为20-30℃，时间为30-60min；所述步骤2中的超声分散的温度为20-30℃，超声频率为40-50kHz；所述步骤3中的恒温造粒的温度为100-120℃，颗粒的粒径为30—800μm，所述步骤4中的恒温加热的温度为160-170℃，压力为0.4-0.6MPa，所述冷却固化的温度为20-30℃。
所述导热硅胶-PET聚酯复合薄膜是将导热硅胶固定在多孔PET聚酯薄膜。
所述地毯的制备方法如下：
依次将地毯底层、第一绝缘层、加热层、第二绝缘层和地毯表层由下至上防止，并且裁剪好；然后进行恒温加压反应2-5h，泄压后得到保温地毯。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明采用加热层结合导热硅胶-PET复合薄膜，通过导热硅胶将加热层产生的的热量快速传递至地毯表面，具有良好的保温性和加热均匀稳定性。
2.本发明采用第一绝缘层和第二绝缘层相结合，起到不漏电、防挤压、防静电。
3.本发明采用涤纶纤维结合丁腈橡胶纤维的方式固定，通过高温溶解的方式将纤维编织的孔隙填补，形成稳定的地毯底层。
4.本发明采用石墨烯与碳纳米管作为主材料，形成密集型导电体，能够形成大面积电阻结构，并且由于石墨烯与碳纳米管的超导性能，能够在低电流条件下形成快速加热，同时也能够利用石墨烯和碳纳米管的高导热性能够形成均匀加热。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
一种石墨烯基保温地毯，包括由下至上依次连接的地毯底层、第一绝缘层、加热层、第二绝缘层和地毯表层，所述地毯底层采用纺织橡胶层，所述第一绝缘层采用PET聚酯薄膜，所述加热层采用框架型石墨烯恒温薄膜，所述第二绝缘层采用导热硅胶-PET聚酯复合薄膜，所述地毯表层采用纤维柔软材料。
所述地毯底层采用涤纶纤维-丁腈橡胶复合层，且制备方法如下:
步骤1，将涤纶纤维与丁腈橡胶纤维进行混扎，得到混合纤维束，其中涤纶纤维与丁腈橡胶纤维的数量比为3:2，所述涤纶纤维的直径为200nm，所述丁腈橡胶纤维的直径为600nm；
步骤2，采用混合纤维束按照织造要求编织得到纳米纤维布层，所述纳米纤维布层的厚度为1.5μm；
步骤3，将纳米纤维布层叠放后恒温压制10min，得到地毯底层，其中纳米纤维布层叠放的数量为30，恒温压制的温度为240℃，压力为1MPa。
所述第一绝缘层厚度为2mm。
所述加热层包括保温浆料、金属载流条和电热丝，所述金属载流条位于保温浆料的两端，且电热丝呈网格状布满保温浆料内，所述金属载流条通过电导线与温度控制器、温度传感器、插头连接，所述的温度传感器位于第二绝缘层和地毯表层之间。
所述保温浆料的质量配方如下：
石墨烯20份、碳纳米管15份、高取代氰乙基纤维素5份、丙酮40份、聚乙烯吡咯烷酮10份。
所述加热层的制备方法如下：
步骤1，将高取代氰乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮加入至丙酮中搅拌均匀直至完全溶解，得到纤维素溶解液；
步骤2，将石墨烯和碳纳米管加入至纤维素溶解液中超声分散30min，得到保温浆料；
步骤3，将保温浆料加入至造粒反应恒温造粒1h，得到保温颗粒；
步骤4，将金属载流条与电热丝安装成网状结构，且两端为金属载流条，并将保温颗粒加入至金属载流条之间，恒温加热20min，冷却固化后得到加热层。
所述步骤1中的搅拌速度为2000r/min，搅拌温度为20℃，时间为30min；所述步骤2中的超声分散的温度为20℃，超声频率为40kHz；所述步骤3中的恒温造粒的温度为100℃，颗粒的粒径为30μm，所述步骤4中的恒温加热的温度为160℃，压力为0.4MPa，所述冷却固化的温度为20℃。
所述导热硅胶-PET聚酯复合薄膜是将导热硅胶固定在多孔PET聚酯薄膜。
所述地毯的制备方法如下：
依次将地毯底层、第一绝缘层、加热层、第二绝缘层和地毯表层由下至上防止，并且裁剪好；然后进行恒温加压反应2h，泄压后得到保温地毯。
实施例2
一种石墨烯基保温地毯，包括由下至上依次连接的地毯底层、第一绝缘层、加热层、第二绝缘层和地毯表层，所述地毯底层采用纺织橡胶层，所述第一绝缘层采用PET聚酯薄膜，所述加热层采用框架型石墨烯恒温薄膜，所述第二绝缘层采用导热硅胶-PET聚酯复合薄膜，所述地毯表层采用纤维柔软材料。
所述地毯底层采用涤纶纤维-丁腈橡胶复合层，且制备方法如下:
步骤1，将涤纶纤维与丁腈橡胶纤维进行混扎，得到混合纤维束，其中涤纶纤维与丁腈橡胶纤维的数量比为5:2，所述涤纶纤维的直径为500nm，所述丁腈橡胶纤维的直径为700nm；
步骤2，采用混合纤维束按照织造要求编织得到纳米纤维布层，所述纳米纤维布层的厚度为5.5μm；
步骤3，将纳米纤维布层叠放后恒温压制30min，得到地毯底层，其中纳米纤维布层叠放的数量为60，恒温压制的温度为260℃，压力为3MPa。
所述第一绝缘层厚度为5mm。
所述加热层包括保温浆料、金属载流条和电热丝，所述金属载流条位于保温浆料的两端，且电热丝呈网格状布满保温浆料内，所述金属载流条通过电导线与温度控制器、温度传感器、插头连接，所述的温度传感器位于第二绝缘层和地毯表层之间。
所述保温浆料的质量配方如下：
石墨烯50份、碳纳米管30份、高取代氰乙基纤维素10份、丙酮60份、聚乙烯吡咯烷酮20份。
所述加热层的制备方法如下：
步骤1，将高取代氰乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮加入至丙酮中搅拌均匀直至完全溶解，得到纤维素溶解液；
步骤2，将石墨烯和碳纳米管加入至纤维素溶解液中超声分散60min，得到保温浆料；
步骤3，将保温浆料加入至造粒反应恒温造粒3h，得到保温颗粒；
步骤4，将金属载流条与电热丝安装成网状结构，且两端为金属载流条，并将保温颗粒加入至金属载流条之间，恒温加热60min，冷却固化后得到加热层。
所述步骤1中的搅拌速度为3000r/min，搅拌温度为30℃，时间为60min；所述步骤2中的超声分散的温度为30℃，超声频率为50kHz；所述步骤3中的恒温造粒的温度为120℃，颗粒的粒径为800μm，所述步骤4中的恒温加热的温度为170℃，压力为0.6MPa，所述冷却固化的温度为30℃。
所述导热硅胶-PET聚酯复合薄膜是将导热硅胶固定在多孔PET聚酯薄膜。
所述地毯的制备方法如下：
依次将地毯底层、第一绝缘层、加热层、第二绝缘层和地毯表层由下至上防止，并且裁剪好；然后进行恒温加压反应5h，泄压后得到保温地毯。
实施例3
一种石墨烯基保温地毯，包括由下至上依次连接的地毯底层、第一绝缘层、加热层、第二绝缘层和地毯表层，所述地毯底层采用纺织橡胶层，所述第一绝缘层采用PET聚酯薄膜，所述加热层采用框架型石墨烯恒温薄膜，所述第二绝缘层采用导热硅胶-PET聚酯复合薄膜，所述地毯表层采用纤维柔软材料。
所述地毯底层采用涤纶纤维-丁腈橡胶复合层，且制备方法如下:
步骤1，将涤纶纤维与丁腈橡胶纤维进行混扎，得到混合纤维束，其中涤纶纤维与丁腈橡胶纤维的数量比为2:1，所述涤纶纤维的直径为400nm，所述丁腈橡胶纤维的直径为700nm；
步骤2，采用混合纤维束按照织造要求编织得到纳米纤维布层，所述纳米纤维布层的厚度为3.5μm；
步骤3，将纳米纤维布层叠放后恒温压制20min，得到地毯底层，其中纳米纤维布层叠放的数量为50，恒温压制的温度为250℃，压力为2MPa。
所述第一绝缘层厚度为3mm。
所述加热层包括保温浆料、金属载流条和电热丝，所述金属载流条位于保温浆料的两端，且电热丝呈网格状布满保温浆料内，所述金属载流条通过电导线与温度控制器、温度传感器、插头连接，所述的温度传感器位于第二绝缘层和地毯表层之间。
所述保温浆料的质量配方如下：
石墨烯40份、碳纳米管25份、高取代氰乙基纤维素8份、丙酮50份、聚乙烯吡咯烷酮15份。
所述加热层的制备方法如下：
步骤1，将高取代氰乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮加入至丙酮中搅拌均匀直至完全溶解，得到纤维素溶解液；
步骤2，将石墨烯和碳纳米管加入至纤维素溶解液中超声分散50min，得到保温浆料；
步骤3，将保温浆料加入至造粒反应恒温造粒2h，得到保温颗粒；
步骤4，将金属载流条与电热丝安装成网状结构，且两端为金属载流条，并将保温颗粒加入至金属载流条之间，恒温加热40min，冷却固化后得到加热层。
所述步骤1中的搅拌速度为2500r/min，搅拌温度为25℃，时间为45min；所述步骤2中的超声分散的温度为25℃，超声频率为45kHz；所述步骤3中的恒温造粒的温度为110℃，颗粒的粒径为400μm，所述步骤4中的恒温加热的温度为165℃，压力为0.5MPa，所述冷却固化的温度为25℃。
所述导热硅胶-PET聚酯复合薄膜是将导热硅胶固定在多孔PET聚酯薄膜。
所述地毯的制备方法如下：
依次将地毯底层、第一绝缘层、加热层、第二绝缘层和地毯表层由下至上防止，并且裁剪好；然后进行恒温加压反应4h，泄压后得到保温地毯。
性能检测
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 热能转化率 | 98％ | 99％ | 100％ |
| 温控性 | 良好 | 良好 | 良好 |
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明采用加热层结合导热硅胶-PET复合薄膜，通过导热硅胶将加热层产生的的热量快速传递至地毯表面，具有良好的保温性和加热均匀稳定性。
2.本发明采用第一绝缘层和第二绝缘层相结合，起到不漏电、防挤压、防静电。
3.本发明采用涤纶纤维结合丁腈橡胶纤维的方式固定，通过高温溶解的方式将纤维编织的孔隙填补，形成稳定的地毯底层。
4.本发明采用石墨烯与碳纳米管作为主材料，形成密集型导电体，能够形成大面积电阻结构，并且由于石墨烯与碳纳米管的超导性能，能够在低电流条件下形成快速加热，同时也能够利用石墨烯和碳纳米管的高导热性能够形成均匀加热。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种石墨烯基保温地毯，其特征在于：包括由下至上依次连接的地毯底层、第一绝缘层、加热层、第二绝缘层和地毯表层，所述地毯底层采用纺织橡胶层，所述第一绝缘层采用PET聚酯薄膜，所述加热层采用框架型石墨烯恒温薄膜，所述第二绝缘层采用导热硅胶-PET聚酯复合薄膜，所述地毯表层采用纤维柔软材料。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯保温地毯，其特征在于：所述地毯底层采用涤纶纤维-丁腈橡胶复合层，且制备方法如下:
步骤1，将涤纶纤维与丁腈橡胶纤维进行混扎，得到混合纤维束，其中涤纶纤维与丁腈橡胶纤维的数量比为3-5:2，所述涤纶纤维的直径为200-500nm，所述丁腈橡胶纤维的直径为600-700nm；
步骤2，采用混合纤维束按照织造要求编织得到纳米纤维布层，所述纳米纤维布层的厚度为1.5-5.5μm；
步骤3，将纳米纤维布层叠放后恒温压制10-30min，得到地毯底层，其中纳米纤维布层叠放的数量为30-60，恒温压制的温度为240-260℃，压力为1-3MPa。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯基保温地毯，其特征在于：所述第一绝缘层厚度为2-5mm。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯基保温地毯，其特征在于：所述加热层包括保温浆料、金属载流条和电热丝，所述金属载流条位于保温浆料的两端，且电热丝呈网格状布满保温浆料内，所述金属载流条通过电导线与温度控制器、温度传感器、插头连接，所述的温度传感器位于第二绝缘层和地毯表层之间。
5.根据权利要求4所述的一种石墨烯基保温地毯，其特征在于：所述保温浆料的质量配方如下：
石墨烯20-50份、碳纳米管15-30份、高取代氰乙基纤维素5-10份、丙酮40-60份、聚乙烯吡咯烷酮10-20份。
6.根据权利要求5所述的一种石墨烯基保温地毯，其特征在于：所述加热层的制备方法如下：
步骤1，将高取代氰乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮加入至丙酮中搅拌均匀直至完全溶解，得到纤维素溶解液；
步骤2，将石墨烯和碳纳米管加入至纤维素溶解液中超声分散30-60min，得到保温浆料；
步骤3，将保温浆料加入至造粒反应恒温造粒1-3h，得到保温颗粒；
步骤4，将金属载流条与电热丝安装成网状结构，且两端为金属载流条，并将保温颗粒加入至金属载流条之间，恒温加热20-60min，冷却固化后得到加热层。
7.根据权利要求6所述的一种石墨烯基保温地毯，其特征在于：所述步骤1中的搅拌速度为2000-3000r/min，搅拌温度为20-30℃，时间为30-60min；所述步骤2中的超声分散的温度为20-30℃，超声频率为40-50kHz；所述步骤3中的恒温造粒的温度为100-120℃，颗粒的粒径为30—800μm，所述步骤4中的恒温加热的温度为160-170℃，压力为0.4-0.6MPa，所述冷却固化的温度为20-30℃。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯基保温地毯，其特征在于：所述导热硅胶-PET聚酯复合薄膜是将导热硅胶固定在多孔PET聚酯薄膜。
9.根据权利要求1所述的一种石墨烯基保温地毯，其特征在于：所述地毯的制备方法如下：
依次将地毯底层、第一绝缘层、加热层、第二绝缘层和地毯表层由下至上防止，并且裁剪好；然后进行恒温加压反应2-5h，泄压后得到保温地毯。
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