一种石墨烯涂料及其制备方法和在电热元件上的应用与流程

本发明涉及一种高导热系数涂料，尤其涉及一种石墨烯涂料及其制备方法和在电热元件上的应用。

背景技术：

石墨烯(graphene)是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，是从石墨中分离出的单层结构。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。据报道，石墨烯具有非常好的热传导性能，纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300w/mk，是目前为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500w/mk)和多壁碳纳米管(3000w/mk)。当它作为载体时，导热系数也可达600w/mk。那么如何将石墨烯的优异热传导能力应用于产品呢？

随着生活水平的日渐提高，暖风扇类取暖用小家电已经普及。该电暖类产品各类繁多，但都是耗电大户，如何提高热效率就成为该类产品的首要问题。为此，我们以其中一种电热元件铝板发热体或金属翅片型电发热器件为研究对象，结合石墨烯的高导热能力，进行了一定的研发。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提出了一种可节能降耗的石墨烯涂料及其制备方法和在电热元件上的应用。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种石墨烯涂料，该涂料的组成包括a组分石墨烯和b纳米级无机陶瓷耐温组份，所述b组份纳米级无机陶瓷耐温组份包括水性无机树脂、色粉和蒸馏水，按重量份数计，石墨烯0.1～10份，余量为纳米级无机陶瓷耐温组份；

其中，所述b纳米级无机陶瓷耐温组份包括甲基三甲氧基硅烷20～30份、氢氧化铝铝溶胶30～45份、无机颜料黑色氧化铁15份、及去离子水或蒸溜水余量；a组份和b组份合计100％。

优选的，所述涂料包括a组份石墨烯和甲基三甲氧基硅烷、氢氧化铝铝溶胶、无机颜料黑色氧化铁、及去离子水或蒸溜水的纳米级无机陶瓷耐温的b组份，按重量份数计的各组份为，

石墨烯1份、甲基三甲氧基硅烷25份、氢氧化铝铝溶胶35份、无机颜料黑色氧化铁15份、及去离子水或蒸溜水余量。

本发明还提供了所述石墨烯涂料的制备方法，即在涂装前，在现场常温工况下，按设定量取b组份甲基三甲氧基硅烷、氢氧化铝铝溶胶、无机颜料黑色氧化铁、及去离子水或蒸溜水，置入不锈钢搅拌釜中，经0.5～3小时充分搅拌后，再置入设定量a组份石墨烯，再经1.5～3小时充分搅拌既得石墨烯涂料。

本发明还提供了所述石墨烯涂料的制备方法所得石墨烯涂料在金属铝板发热体或金属翅片型电发热器件上的应用。所述应用是指，在金属铝板发热体或金属翅片型电发热器件的翅片表面上均匀的喷涂上一层所述石墨烯涂料，所述翅片为材质是铝片、不锈钢片、铁片或铜片的金属片。其中，

在所述金属片表面喷涂所述石墨烯涂料的具体工序工艺为：

⑴涂料的预备

s1，将需要的所述涂料全部搅起直至其底部的固体物质搅拌均匀后按需取出；

s2，涂料的熟化：将涂料滚动搅拌30～60分钟，或超声波熟化时间约10～30分钟；

s3，完成熟化的涂料经80-300目过滤网过滤后，备用；

⑵待加工铝板发热体或金属翅片型电发热器件的前处理

所述金属片经除尘、除油和除垢后，使用80-120目砂粒进行喷砂处理；

⑶涂装

s4，喷涂前将底材预热至40～60度

s5，喷涂用喷枪的喷嘴直径：推荐1～1.5mm，空气压力为2～5bar，喷涂时控制流量；

完成喷涂后的铝板发热体或金属翅片型电发热器件再经60～120℃静置挥发5分钟后，于180～220℃固化5～15分钟，经冷却、检验后包装。

本发明通过在铝板发热体或金属翅片型电发热器件的金属片即翅片表面均匀地喷涂一层石墨烯涂料，有效提高铝板或翅片的散热效果，提高了产品的使用性能和用户的使用感受，且所增成本低，节能降耗显著。

附图说明

图1为本发明中在所述金属片表面喷涂所述石墨烯涂料的具体工序工艺示意框图。

具体实施方式

下面将结合本发明附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明提供了一种石墨烯涂料，该涂料的组成包括a组分石墨烯和b纳米级无机陶瓷耐温组份，所述纳米级无机陶瓷耐温组份包括水性无机树脂、色粉和蒸馏水，按重量份数计，石墨烯0.1～10份，余量为纳米级无机陶瓷耐温组份，一般情况下，可按配比涂料：石墨烯＝1：0.5％至10％计；

其中，所述纳米级无机陶瓷耐温组份包括甲基三甲氧基硅烷20～30份、氢氧化铝铝溶胶30～45、无机颜料黑色氧化铁15份、及去离子水或蒸溜水余量；a组份和b组份合计100％。

优选的，所述涂料包括石墨烯和包括甲基三甲氧基硅烷、氢氧化铝铝溶胶、无机颜料黑色氧化铁、及去离子水或蒸溜水的纳米级无机陶瓷耐温组份，按重量份数计的各组份为，

石墨烯1份、甲基三甲氧基硅烷25份、氢氧化铝铝溶胶35份、无机颜料黑色氧化铁15份、及去离子水或蒸溜水余量。

本发明还提供了所述石墨烯涂料的制备方法，即在涂装前，在现场常温工况下，按设定量取b组份甲基三甲氧基硅烷、氢氧化铝铝溶胶、无机颜料黑色氧化铁、及去离子水或蒸溜水，置入不锈钢搅拌釜中，经0.5～3小时充分搅拌后，再置入设定量a组份石墨烯，再经1.5～3小时充分搅拌既得石墨烯涂料。

本发明还提供了所述石墨烯涂料的制备方法所得石墨烯涂料在铝板发热体或金属翅片型电发热器件上的应用。所述应用是指，在铝板发热体或金属翅片型电发热器件的翅片表面上均匀的喷涂上一层所述石墨烯涂料，所述翅片为材质是铝片、不锈钢片、铁片或铜片的金属片。其中，

参考附图1。在所述金属片表面喷涂所述石墨烯涂料的具体工序工艺为：

⑴涂料的预备

s1，将需要的所述涂料全部搅起直至其底部的固体物质搅拌均匀后按需取出；

s2，涂料的熟化：将涂料滚动搅拌30～60分钟，或超声波熟化时间约10～30分钟；

s3，完成熟化的涂料经80-300目过滤网过滤后，备用；

其中，熟化后的涂料尽量在24小时内用完，最迟不超过48小时，且涂料应避光低温密封保存，储存温度最好在15～25度；

⑵待加工铝板发热体或金属翅片型电发热器件的前处理

所述金属片经除尘、除油和除垢后，使用80-120目砂粒进行喷砂处理(在涂装即喷涂过程中前处理非常重要，会影响最终的涂装效果和耐久性，工件表面须不含灰尘、污垢和油渍，方能取得良好的粘附及没有瑕疵的涂层效果，且通常喷砂处理过的底材会有更优异的机械性能，喷砂目数过细容易使涂层出现开裂现象，底材经前处理后要尽快进行涂装，特别是易氧化的金属应避免受湿度影响和形成氧化膜等污染)；

⑶涂装

s4，喷涂前将底材预热至40～60度

s5，喷涂用喷枪的喷嘴直径：推荐1～1.5mm，空气压力为2～5bar，喷涂时控制流量；

完成喷涂后的铝板发热体或金属翅片型电发热器件再经60～120℃静置挥发5分钟后，于180～220℃固化5～15分钟，经冷却、检验后包装。

根据前述石墨烯涂料及其制备方法和应用的基本技术方案，而在本技术方案的现场工况实施中，涂装工序工艺的各项参数主要受设备和需求所限变化较小，对导热率和散热效率的影响有限，所以本发明具体实施例将针对石墨烯涂料展示如下。

实施例1

按重量份数计，取a组份石墨烯0.1，b组份甲基三甲氧基硅烷20份、氢氧化铝铝溶胶30份、无机颜料黑色氧化铁15份、去离子水或蒸溜水余量，合计达100份。

即在涂装前，在现场常温工况下，先将b组份置入不锈钢搅拌釜中，经1小时充分搅拌后，再置入设定量a组份，再经2小时充分搅拌既得石墨烯涂料，待用。在所述金属片表面喷涂所述石墨烯涂料的具体工序工艺如前述，在此不再赘述。

实施例2

按重量份数计，取a组份石墨烯1，b组份甲基三甲氧基硅烷25份、氢氧化铝铝溶胶35份、无机颜料黑色氧化铁15份、及去离子水或蒸溜水余量，合计达100份。

涂料的具体制备和涂装过程如前述，在此不再赘述。

实施例3

按重量份数计，取a组份石墨烯5，b组份甲基三甲氧基硅烷30份、氢氧化铝铝溶胶40份、无机颜料黑色氧化铁15份、及去离子水或蒸溜水余量，合计达100份。

涂料的具体制备和涂装过程如前述，在此不再赘述。

实施例4

按重量份数计，取a组份石墨烯8，b组份甲基三甲氧基硅烷30份、氢氧化铝铝溶胶45份、无机颜料黑色氧化铁15份、及去离子水或蒸溜水余量，合计达100份。

涂料的具体制备和涂装过程如前述，在此不再赘述。

实施例5

按重量份数计，取a组份石墨烯10，b组份甲基三甲氧基硅烷30份、氢氧化铝铝溶胶40份、无机颜料黑色氧化铁15份、及去离子水或蒸溜水余量，合计达100份。

涂料的具体制备和涂装过程如前述，在此不再赘述。

采用本发明提供的技术方案所获得的铝板发热体或金属翅片型电发热器件的典型代表是翅片型串铝电发热器件，涂料配比采用的优选方案，即按重量份数计石墨烯1份。以下为该样品与传统型电热蒸发器(无石墨烯涂料层)的测试数据对比。

有石墨烯涂层的产品以1.15倍功率通电10分钟跳断：

(1.15倍额定功率通电温度记录数据表)

功率相同的传统型电热蒸发器以1.15倍功率通电20分钟跳断：

可见，升温到相同或相近温度区间，本发明产品与对比例相比节约了一半的时间，节能降耗显著，用户体验完美。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。