用于農業大棚石墨烯遠紅外加熱負離子光波板及制作方法與流程

本發明屬于功能材料與電熱元件領域，特別涉及一種用于農業大棚的石墨烯遠紅外加熱負離子光波板及其制作方法。

背景技術：

現在無論是南方還是北方的養殖、種植大棚已經普及，雖然有的地區也有采暖，可大部分是低能污染的方式。燒煤或者是耗能源較高的電加熱器，但對于農作物的生產是極為不利的。

技術實現要素：

為了解決農作物生長需求，特別是能夠使大棚內的溫度可控，濕度可調利于發芽，本發明的目的在于提供一種用于農業大棚的石墨烯遠紅外加熱負離子光波板及其制作方法，以石墨烯材料為發熱元件，提高出苗生長的不同期的需求和調控。

本發明的技術方案是：

一種用于農業大棚石墨烯遠紅外加熱負離子光波板，該光波板包括正面板、發熱板、保溫層、反射層、后蓋板，正面板、發熱板、保溫層、反射層、后蓋板按上下順序依次設置；其中，發熱板設有玻璃纖維布、樹脂膠層、石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜，石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜的上部和下部分別依次設置樹脂膠層和玻璃纖維布。

所述的用于農業大棚石墨烯遠紅外加熱負離子光波板，該光波板的外形為平面直板型、內凹曲面型或外凸曲面型。

所述的用于農業大棚石墨烯遠紅外加熱負離子光波板，石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜包括：植物纖維漿、石墨烯粉體膠液、納米竹炭纖維粉或納米遠紅外負離子粉、纖維擴散劑，按照重量份數計，植物纖維漿50～80份，石墨烯粉體膠液10～30份，納米竹炭纖維粉或納米遠紅外負離子粉5～10份，纖維擴散劑2～5份。

所述的用于農業大棚石墨烯遠紅外加熱負離子光波板，植物纖維漿的組成如下，按重量份數計，氫氧化鈉4～6份，植物纖維55～65份，水30～50份；石墨烯粉體膠液的組成如下，按重量份數計，石墨烯粉體30～40份，乙醇水溶液50～60份，改性松香膠粉乳液10～20份；在石墨烯粉體中，含有5～10層石墨烯粉體的重量百分比是30％～50％；乙醇水溶液是由純度80wt％～90wt％的乙醇和水按10～20％的重量百分比混合的水溶液；改性松香膠粉乳液是由改性松香和乙醇按重量比例1：(5～15)混合而成的乳液，改性松香為脂松香、氫化松香、歧化松香或聚合松香；納米竹炭纖維粉直徑為10～100微米、長度10～20微米，發射遠紅外釋放負離子數大于6500個/立方厘米；纖維擴散劑采用亞甲基二萘磺酸鈉。

所述的用于農業大棚石墨烯遠紅外加熱負離子光波板的制備方法，包括如下步驟：

(1)、制作石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜：采用植物纖維漿、石墨烯粉體膠液、納米竹炭纖維粉或納米遠紅外負離子粉通過磨合、混合、攪拌、抄制、烘干、壓制上卷工序制成；在制作過程中，通過磨合、混合、攪拌如下工序，將植物纖維通過盤磨機進行掃帚化處理后，使其更容易與石墨烯粉體膠液結合，加入石墨烯粉體膠液進行混合、攪拌，再加入纖維擴散劑和納米竹炭纖維粉或納米遠紅外負離子粉進行攪拌均勻，將石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜作為發熱芯主體；

(2)、采用上述石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜，按需要裁好尺寸，并在兩邊鉚上電極，待用；

(3)、首先鋪冷軋鋼板，在冷軋鋼板上鋪牛皮紙，在牛皮紙上鋪聚酯薄膜或聚乙烯離型膜，在聚酯薄膜或聚乙烯離型膜上鋪不銹鋼板，在不銹鋼板上鋪上聚酯薄膜或聚乙烯離型膜，再鋪浸過膠液烘干的玻璃纖維布；然后在玻璃纖維布上鋪設鉚好電極的石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜，在石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜上鋪設浸過膠液的玻璃纖維布，再在玻璃纖維布上依次鋪設聚酯薄膜或聚乙烯離型膜、不銹鋼板、聚酯薄膜或聚乙烯離型膜、牛皮紙，再在牛皮紙上依次鋪設聚酯薄膜或聚乙烯離型膜、冷軋鋼板，形成預壓品待壓；

(4)、首先將鋪設好的預壓品放入熱壓機，加壓第一次升溫至120～130℃，在壓力為4～6兆帕下保持10～30分鐘；加壓第二次升溫至150～170℃，在壓力為8～10兆帕下保持30～50分鐘；停止加溫，開始保壓；當溫度降至50℃以下時泄壓，將壓好的發熱板取出，待用；

(5)、將壓制成型的發熱板裝入框中，在電極的位置上焊上電源線，并用絕緣膠封好焊點，把電源線引入框外，將保溫層裝貼在發熱板的背面，并將遠紅外反射層安裝在保溫層的后面，裝好背蓋板，產品組裝完畢。

所述的用于農業大棚石墨烯遠紅外加熱負離子光波板的制備方法，制作石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜的具體步驟如下：

(1)將石墨烯粉體經過乙醇水溶液浸泡1～5小時后，使石墨烯粉體表面得到充分凈化；

(2)浸泡時間滿足后，加入改性松香膠粉乳液，使石墨烯粉體充分混合，充分攪拌后形成石墨烯粉體膠液，靜置備用；

(3)將植物纖維用盤磨機磨到有掃帚狀出現，將氫氧化鈉、植物纖維、水混合，放到攪拌池繼續攪拌，形成植物纖維漿；

(4)將石墨烯粉體膠液投放到攪拌池中，與植物纖維漿混合攪拌1～5小時，使植物纖維與石墨烯粉體充分結合復合成為一體，使植物纖維得到石墨烯粉體的充分包裹；

(5)加入纖維擴散劑和納米竹炭纖維粉或納米遠紅外負離子粉，繼續1～5小時至攪拌均勻，得到用于制備石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜的漿液；

(6)混合、攪拌完成后需要檢驗，檢驗合格后，經抄制、烘干、壓制，形成石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜。

所述的用于農業大棚石墨烯遠紅外加熱負離子光波板的制備方法，石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜的電阻率為40至80ω·cm。

本發明的優點及有益效果是：

1、本發明用于農業大棚的石墨烯遠紅外加熱負離子光波板，遠紅外發射波為8～15μm與農作物吸收太陽光進行光合作用的營養波長一致，可促進農作物的光合作用，提高農作物的發芽率提高出苗率、縮短生長周期。從而，加快農作物的成熟，并可以根據農作物不同的生長周期調控生長環境控制溫度、濕度。

2、為了更好的節能和發揮光波板要擴展功能的需求，本發明采用當今先進的石墨烯原材料，作為發熱體因為石墨烯材料是公認的導電率、導熱率最好的材料，高于碳纖維和碳納米管等電熱材料，其電熱轉換率更高、遠紅外輻射更強。所以，本發明采用石墨烯與其他材料復合作為發熱材料。

3、石墨烯是現今人們公認的導電率最高、導熱強度最大最快的新型材料，遠高于碳纖維碳納米管等一些新材料。本發明以石墨烯為發熱原料，與植物纖維復合制作出石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱層，再通過有機硅膠與無紡布棉布等復合制成各種形狀，利用石墨烯透明導電特性作為電發熱薄膜，具有發熱效率高、發熱均勻的顯著特點。

4、本發明制作的石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱層具有表面電阻率可調的特點，可用于抗靜電電路，能有效地將電荷釋放掉，同時具有遠紅外發射和負離子釋放的功能，起到凈化消毒作用，又起到對人體健康的作用。

5、本發明采用石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱層，可提高導電性、加強導熱性，這些指標遠遠高于碳纖維導電發熱性能。

6、本發明石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱層，以植物纖維和石墨烯粉體為主、納米竹炭纖維和添加劑為輔，經過磨制、混合攪拌、復合炒制、烘干壓制、復合后制作而成。

7、與已有的技術相比，本發明技術工藝方案采用了石墨烯粉體與植物纖維更好的結合，復合制成后的石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱層電流分配更加完善，發熱更加均勻，穩定性更好。同時，由于加入了納米竹炭纖維具有遠紅外和負離子的功能，更加環保、更加健康。而且，竹炭纖維更有黑金之稱，在制作過程中經過合理的工藝更加完善，增加輻射量提高，輻射強度言辭制成的成品比現有的產品更有發展。

附圖說明

圖1為本發明石墨烯遠紅外加熱負離子光波板結構示意圖。圖中，1正面板；2發熱板；3保溫層；4反射層；5后蓋板。

圖2為圖1中的發熱板結構示意圖。圖中，21玻璃纖維布；22樹脂膠層；23石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜。

圖3為本發明平面直板型石墨烯遠紅外加熱負離子光波板的正面板示意圖。圖中，1正面板；6孔眼。

圖4為本發明內凹曲面型石墨烯遠紅外加熱負離子光波板的正面板示意圖。圖中，圖中，1正面板；6孔眼。

圖5為本發明外凸曲面型石墨烯遠紅外加熱負離子光波板的正面板示意圖。圖中，圖中，1正面板；6孔眼。

具體實施方式

在具體實施過程中，本發明根據石墨烯的高導電、高導熱這一特點，采用石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜，使石墨烯遠紅外加熱負離子光波板遠紅外輻射率和強度都遠高于碳纖維、石墨、碳粉材料，同等條件下產生的遠紅外波更強，遠紅外輻射轉換率更高出10～20％左右，且節約能源可以達到高出30～50％，使農作物感受到陽光般的照射，促進了農作物的光合作用給農作物提供一個更好的生長環境，且石墨烯遠紅外加熱負離子光波板的外形有三種形式：

(1)平面直板型石墨烯遠紅外加熱負離子光波板，應用于平面照射植物平行直接照射，見圖3。

(2)內凹曲面型石墨烯遠紅外加熱負離子光波板，應用與圓柱體類苗床生長，可使圓型苗床受遠紅外輻射達到一致，平均受熱，見圖4。

(3)外凸曲面型石墨烯遠紅外加熱負離子光波板，可加大輻射面積，并通過調控手段做出中心點與兩邊輔射遠紅外光波相同，見圖5。

本發明采用中國發明專利申請(申請號201710096589.3)制備石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜，將石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜作為發熱芯主體，用于石墨烯遠紅外加熱負離子光波板。

所述石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜的制備方法，采用植物纖維漿、石墨烯粉體膠液、納米竹炭纖維粉(或納米遠紅外負離子粉)等通過磨合、混合、攪拌、抄制、烘干、壓制上卷等工序制成。在制作過程中，通過磨合、混合、攪拌如下工序，將植物纖維通過盤磨機進行掃帚化處理后，使其更容易與石墨烯粉體膠液結合，加入石墨烯粉體膠液進行混合、攪拌，再加入纖維擴散劑和納米竹炭纖維粉(或納米遠紅外負離子粉)進行攪拌均勻。其具體的制備過程如下：

1、將石墨烯粉體經過乙醇水溶液浸泡1～5小時后，使石墨烯粉體表面得到充分凈化；

2、浸泡時間滿足后，加入改性松香膠粉乳液，使石墨烯粉體充分混合，充分攪拌后形成石墨烯粉體膠液，靜置備用；

3、將植物纖維用盤磨機磨到有掃帚狀出現，將氫氧化鈉、植物纖維、水混合，放到攪拌池繼續攪拌，形成植物纖維漿；

4、將石墨烯粉體膠液投放到攪拌池中，與植物纖維漿混合攪拌1～5小時，使植物纖維與石墨烯粉體充分結合復合成為一體，使植物纖維得到石墨烯粉體的充分包裹；

5、加入纖維擴散劑和納米竹炭纖維粉(或納米遠紅外負離子粉)，繼續1～5小時至攪拌均勻，得到用于制備石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜的漿液；

6、混合、攪拌完成后需要檢驗，檢驗合格后，經抄制、烘干、壓制，形成石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜。采用200～300目篩網在所得漿液中10厘米以下深度，取樣三次以上，壓干水分、光照去除水分，通過目測是否均勻。然后進行電阻測量，要求三次以上阻值之間誤差在2～5％內范圍之內，電阻率在2～2000ω·cm范圍內，可以根據需要進行調整。

如圖1-圖2所示，本發明用于農業大棚的石墨烯遠紅外加熱負離子光波板，主要包括正面板1、發熱板2、保溫層3、反射層4、后蓋板5等，正面板1、發熱板2、保溫層3、反射層4、后蓋板5按上下順序依次設置。其中，發熱板2設有玻璃纖維布21、樹脂膠層22、石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜23，石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜23的上部和下部分別依次設置樹脂膠層22和玻璃纖維布21。

下面，通過實施例對本發明進一步詳細闡述。

實施例1

本實施例中，用于農業大棚的石墨烯遠紅外加熱負離子光波板及其制作方法如下：

1、制作石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜：采用中國發明專利申請(申請號201710096589.3)制備石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜，將石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜作為發熱芯主體。

石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜，包括植物纖維漿、石墨烯粉體膠液、納米竹炭纖維粉(或納米遠紅外負離子粉)和纖維擴散劑，按照重量份數計，植物纖維(如：原木纖維)漿80份，石墨烯粉體膠液10份，納米竹炭纖維粉(或納米遠紅外負離子粉)7份，纖維擴散劑3份。

植物纖維漿的組成如下，按重量份數計，氫氧化鈉5份，植物纖維60份，水35份。石墨烯粉體膠液的組成如下，按重量份數計，石墨烯粉體35份，乙醇水溶液50份，改性松香膠粉乳液15份。在石墨烯粉體中，含有5～10層石墨烯粉體的重量百分比是40％。乙醇水溶液是由純度85wt％的乙醇和水按15％的重量百分比配合的水溶液。改性松香膠粉乳液是由改性松香和乙醇按重量比例1：15混合而成的乳液，改性松香為歧化松香。納米竹炭纖維粉直徑為10～100微米、長度10～20微米，纖維擴散劑采用亞甲基二萘磺酸鈉。

本實施例中，石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜的制備過程如下：

(1)、將石墨烯粉體經過乙醇水溶液浸泡2小時后，使石墨烯粉體表面得到充分凈化；

(2)、浸泡時間滿足后，加入改性松香膠粉乳液，使石墨烯粉體充分混合，充分攪拌后形成石墨烯粉體膠液，靜置備用；

(3)、將植物纖維用盤磨機磨到有掃帚狀出現，將氫氧化鈉、植物纖維、水混合，放到攪拌池繼續攪拌，形成植物纖維漿；

(4)、將石墨烯粉體膠液投放到攪拌池中，與植物纖維漿混合攪拌3小時，使植物纖維與石墨烯粉體充分結合復合成為一體，使植物纖維得到石墨烯粉體的充分包裹；

(5)、加入纖維擴散劑和納米竹炭纖維粉(或納米遠紅外負離子粉)，繼續2小時至攪拌均勻，得到用于制備石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜的漿液；

(6)、混合、攪拌完成后需要檢驗，檢驗合格后，經抄制、烘干、壓制，形成石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜。采用300目篩網在所得漿液中10厘米以下深度，取樣五次，壓干水分、光照去除水分，通過目測是否均勻。然后進行電阻測量，要求五次阻值之間誤差在2～5％內范圍之內。

本實施例石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜，電阻率為40至80ω·cm，可用作取暖用電熱芯。采用上述石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜，按需要裁好尺寸，并在兩邊鉚上電極。電極選用銅帶10～15毫米寬，厚度選用0.05毫米，將電極鉚在石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜上后，待用。

將玻璃纖維布用浸膠機浸膠，膠液選用改性酚醛樹脂和環氧樹脂按重量比例1:1混合后，用乙醇稀釋(乙醇與混合樹指的重量比例為1:1)，溫度控制在40℃至50℃，倒入具有保溫加熱控制的膠池中，將玻璃纖維布經導輥引入膠池，并經刮膠輥去掉多余膠液通過牽引進入烘干隧道。經高溫烘干除去除揮發物，裁片、待用。

選用厚度為3至5mm的不銹鋼板作為模板，選用厚度為2至4mm的冷軋鋼板作為襯板，再選用80至120克/每平方米的牛皮紙作為墊紙，作為緩沖和均衡溫度的作用，并準備聚酯薄膜或聚乙烯離型膜。

首先鋪冷軋鋼板，在冷軋鋼板上鋪8～10層的牛皮紙，在牛皮紙上鋪聚酯薄膜或聚乙烯離型膜，在聚酯薄膜或聚乙烯離型膜上鋪不銹鋼板，在不銹鋼板上鋪上聚酯薄膜或聚乙烯離型膜，再鋪浸過膠液烘干的玻璃纖維布，玻璃纖維布最少一層，多則根據所需厚度鋪設，一般正常為三至四層。然后在玻璃纖維布上鋪設鉚好電極的石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜，在石墨烯納米遠紅外負離子復合纖維導電發熱膜上鋪設至少一層(一般為三至四層)浸過膠液的玻璃纖維布，再在玻璃纖維布上依次鋪設聚酯薄膜或聚乙烯離型膜、不銹鋼板、聚酯薄膜或聚乙烯離型膜、8～10層牛皮紙，再在牛皮紙上依次鋪設聚酯薄膜或聚乙烯離型膜、冷軋鋼板，形成預壓品待壓。

選用10兆帕、可升溫200℃的熱壓機進行壓制，首先將鋪設好的預壓品放入熱壓機，加壓第一次升溫至120～130℃，在壓力為5兆帕下保持20分鐘；加壓第二次升溫至150～170℃，在壓力為9兆帕下保持40分鐘。停止加溫，開始保壓。當溫度降至50℃以下時泄壓，將壓好的發熱板取出，待用。

2、將壓制好成型的發熱板裝入框中，在電極的位置上焊上電源線，并用絕緣膠封好焊點，把電源線引入框外，將保溫層裝貼在發熱板的背面，并將遠紅外反射膜(反射層)安裝在保溫層的后面，裝好背蓋板，產品組裝完畢。

3、遠紅外、負離子加強涂層的制作，為了提高遠紅外的輻射效果，將納米遠紅外粉、負離子粉與水溶性涂料進行混合(納米遠紅外粉為水溶性涂料的1～10wt％，負離子粉分別為水溶性涂料的1～10wt％)，噴涂在石墨烯遠紅外加熱負離子光波板的正面，使其在加熱時增強遠紅外輻射和負離子功能。

如圖1、圖3所示，平面直板型石墨烯遠紅外加熱負離子光波板的制作如下：

將發熱板2安裝在平面直板型正面板1的背面，在發熱板2的背面安裝限溫器和保溫層3，并在保溫層3的后面安裝遠紅外反射層4，將發熱板2的電極兩端焊好電源線，并引出框外，扣上后蓋板5，在框的外側安裝好連接支架，產品完成。

另外，正面板1的板面設置孔眼6，其作用是：熱能輻射可通過網眼減少阻擋，并起到美觀裝飾的作用。

如圖1、圖4所示，內凹曲面型石墨烯遠紅外加熱負離子光波板的制作如下：

與圖3基本相同，只是正面板1非是平面直板型，而是凹面曲面型板，采用與平面直板型石墨烯遠紅外加熱負離子光波板相同的制作方法。

如圖1、圖5所示，外凸曲面型石墨烯遠紅外加熱負離子光波板的制作如下：

與圖3基本相同，只是正面板1非是平面直板型，而是外凸曲面型板。與圖3、圖4的不同點在于，輻射的遠紅外隨著凸面圓弧增大光波板遠紅外輻射的距離，兩邊與中心到達同一水平面的距離不同。為了兩邊的遠紅外輻射能量與中心點到達同一水平面相同，甚至超過中心點，需要在光波板的兩側增加遠紅外輻射功能。將遠紅外涂料噴涂在外凸曲面型板的兩邊，使其兩邊的遠紅外輻射強度高于光波板的中心點。

實施例結果表明，本發明用于農業大棚的石墨烯遠紅外加熱負離子光波板，遠紅外發射波為8～15μm與農作物吸收太陽光進行光合作用的營養波長一致，可促進農作物的光合作用，提高農作物的發芽率提高出苗率、縮短生長周期。從而，加快農作物的成熟，并可以根據農作物不同的生長周期調控生長環境控制溫度、濕度。同時，在遠紅外涂料中增加負離子涂料，具有產生負離子的功能，在加熱的同時發出更多的負離子和遠紅外。