JP2021187043A - Graphene film and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、グラフェンフィルムに関し、特に、グラフェンをフィルムに添加するグラフェンフィルムの製造方法に関する。 The present invention relates to a graphene film, and more particularly to a method for producing a graphene film by adding graphene to the film.
一般的に、プラスチックフィルムは軟質のため応用範囲が限られており、応用ニーズの違いに応じてプラスチックフィルムの物理的特性を強化せねばならない。イヤホンの振動膜への応用の場合、従来技術では、プラスチックフィルムの剛性が十分でないことから、一般的には紙製のフレームで外形を支持して形を整えたあと、フィルム表面にコーティング層をコーティングして剛性を強化している。 In general, the range of applications of plastic films is limited due to their softness, and the physical properties of plastic films must be strengthened according to different application needs. In the case of application to the vibrating membrane of earphones, since the rigidity of the plastic film is not sufficient in the conventional technology, generally, after supporting the outer shape with a paper frame and shaping it, a coating layer is applied to the film surface. It is coated to enhance rigidity.
しかし、コーティング層とフィルムでは弾性が異なるため、コーティング後に引き伸ばした場合には各部位の変形量が一致しなくなる。そのため、成形後にコーティングするしかないが、フレームの組み付けやコーティング層のコーティング工程はいずれも難度が高く、それ故にコストが高騰する。 However, since the elasticity of the coating layer and the film are different, the amount of deformation of each part does not match when the film is stretched after coating. Therefore, there is no choice but to coat after molding, but the assembly of the frame and the coating process of the coating layer are both difficult and therefore costly.
以上に鑑みて、本発明の発明者は、上記の従来技術について研究に勤しみ、学術理論を運用して、上述した課題の解決に尽力することを改良の目標とした。 In view of the above, the inventor of the present invention has set the goal of improvement by engaging in research on the above-mentioned prior art, operating academic theory, and making efforts to solve the above-mentioned problems.
本発明は、グラフェンをフィルムに添加するグラフェンフィルムの製造方法を提供する。 The present invention provides a method for producing a graphene film in which graphene is added to the film.
本発明は、グラフェンフィルムの製造方法を提供する。当該方法は、プラスチックペレットとグラフェンパウダーを供給するステップと、グラフェンパウダーを2wt%を超えない重量パーセントでプラスチックペレットに混合して混合原料とするステップと、混合原料を加熱により溶融して溶融原料とするステップと、溶融原料をプレスしてグラフェンプレートとするステップと、グラフェンプレートを辺縁の複数箇所から外側に向かって放射状に引き伸ばすことで、グラフェンプレートを広げて薄くし、グラフェンフィルムを形成するステップ、を含む。 The present invention provides a method for producing a graphene film. The method includes a step of supplying the plastic pellet and graphene powder, a step of mixing the graphene powder with the plastic pellet in a weight percentage not exceeding 2 wt% to make a mixed raw material, and a step of melting the mixed raw material by heating to obtain a molten raw material. Steps to make a graphene plate by pressing the molten material, and a step to expand and thin the graphene plate by stretching the graphene plate radially outward from multiple points on the edge to form a graphene film. ,including.
本発明におけるグラフェンフィルムの製造方法では、混合原料中の当該グラフェンパウダーの重量割合は500〜1500ppmの間である。 In the method for producing a graphene film in the present invention, the weight ratio of the graphene powder in the mixed raw material is between 500 and 1500 ppm.
本発明におけるグラフェンフィルムの製造方法では、グラフェンパウダーが複数のグラフェン微細薄片を含み、当該溶融原料中のこれらグラフェン微細薄片がグラフェン分子の側鎖で互いに結合して延伸している。好ましくは、側鎖はポリアミドである。グラフェンパウダーのうち、重量パーセンテージが95wt%以上の各当該グラフェン微細薄片の径は、45μm未満である。互いに結合して延伸するこれらグラフェン微細薄片は、当該グラフェンフィルム内に積層分布する。溶融原料は、これらプラスチックペレットが溶融して結合したプラスチック担体を含み、且つ、これらグラフェン微細薄片が当該プラスチック担体に混合される。 In the method for producing a graphene film in the present invention, the graphene powder contains a plurality of graphene fine flakes, and these graphene fine flakes in the molten raw material are bonded to each other by side chains of graphene molecules and stretched. Preferably, the side chain is polyamide. Of the graphene powder, the diameter of each of the graphene fine flakes having a weight percentage of 95 wt% or more is less than 45 μm. These graphene fine flakes that are bonded to each other and stretched are laminated and distributed in the graphene film. The molten material contains a plastic carrier in which these plastic pellets are melted and bonded, and these graphene fine flakes are mixed with the plastic carrier.
本発明におけるグラフェンフィルムの製造方法は、更に、当該グラフェンフィルムを金型に配置して塑性成形するステップを含む。 The method for producing a graphene film in the present invention further comprises a step of arranging the graphene film in a mold and plastically forming the graphene film.
本発明は、更に、プラスチック担体と複数のグラフェン微細薄片を含むグラフェンフィルムを提供する。プラスチック担体はシート状をなす。グラフェン微細薄片は互いに結合して延伸し、且つ、当該プラスチック担体内に積層分布している。 The present invention further provides a graphene film comprising a plastic carrier and a plurality of graphene flakes. The plastic carrier is in the form of a sheet. The graphene fine flakes are bonded to each other and stretched, and are laminated and distributed in the plastic carrier.
本発明のグラフェンフィルムは、グラフェン微細薄片の積層が15層未満である。 The graphene film of the present invention has less than 15 layers of graphene fine flakes.
本発明では、混合原料にグラフェンを添加することでグラフェンフィルムの物理的特性を向上させる。当該方法は従来技術と比べて製造しやすく、より幅広く応用される。 In the present invention, the physical properties of the graphene film are improved by adding graphene to the mixed raw material. This method is easier to manufacture than the prior art and is more widely applied.
図1〜図6を参照して、本発明の好ましい実施例は、グラフェンフィルムの製造方法を提供する。当該製造方法は、下記のステップを含む。 With reference to FIGS. 1 to 6, preferred embodiments of the present invention provide a method for producing a graphene film. The manufacturing method includes the following steps.
まず、ステップaにおいて、複数のプラスチックペレットとグラフェンパウダーを供給する。プラスチックペレットは、ナイロン材料(PA66又はPA6)、ポリカーボネート(Polycarbonate,PC)、ポリエチレンテレフタラート(polyethylene terephthalate,PET)、ABS樹脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene)、ポリメタクリル酸メチル(polymethyl methacrylate,PMMA)、ポリエーテルエーテルケトン(Polyether Ether Ketone,PEEK)、ポリエーテルケトン(Polyetherketone,PEK)、ポリエチレンナフタレート(Polyethylene naphthalate two formic acid glycol ester,PEN)とすればよい。グラフェンパウダーは、複数のグラフェン微細薄片101を含む。且つ、これらグラフェン微細薄片101のうち重量パーセンテージが95wt%以上の各当該グラフェン微細薄片101の径は45μm未満である。
First, in step a, a plurality of plastic pellets and graphene powder are supplied. The plastic pellets are nylon material (PA66 or PA6), polycarbonate (Polycarbonate, PC), polyethylene terephthalate (polyetherhelene terephthalate, PET), ABS resin (Acrylontille Butadiene Style), polymethyllatepolyetherketone, polymethylate. It may be ether ketone (Polyetherether Ketone, PEEK), polyetherketone (PEK), or polyethylene terephthalate (Polyetheralate two forformic acid glycolester, PEN). The graphene powder contains a plurality of graphene
ステップaに続き、混錬のステップbにおいて、グラフェンパウダーとプラスチックペレットを混錬して混合原料とする。具体的には、グラフェンパウダーを2wt%を超えない重量パーセンテージでこれらのプラスチックペレットに添加し、常温下で撹拌することで混合原料とする。本実施例において、混合原料中のグラフェンパウダーの重量割合は、100〜1500ppmの間であることが好ましい。 Following step a, in step b of kneading, graphene powder and plastic pellets are kneaded to prepare a mixed raw material. Specifically, graphene powder is added to these plastic pellets in a weight percentage not exceeding 2 wt%, and the mixture is stirred at room temperature to obtain a mixed raw material. In this example, the weight ratio of graphene powder in the mixed raw material is preferably between 100 and 1500 ppm.
図1、図2及び図6を参照して、ステップbに続き、溶融のステップcにおいて、当該混合原料を加熱により溶融して溶融原料100とする。具体的には、混合原料を加熱することで、プラスチックペレットを溶融により結合させてプラスチック担体110を形成するとともに、グラフェンパウダーのグラフェン微細薄片101をプラスチック担体110に混合することで溶融原料100とする。溶融原料100中のグラフェン微細薄片101同士は、グラフェン分子の側鎖102で互いに結合して延伸している。好ましくは、当該側鎖102はポリアミド(Polyamide:PA)である。
With reference to FIGS. 1, 2 and 6, following step b, in the melting step c, the mixed raw material is melted by heating to obtain the molten
図1、図3、図4及び図6を参照して、ステップcに続き、プレスのステップdにおいて、当該溶融原料100をプレスしてグラフェンプレート210とする。且つ、これにより、グラフェン微細薄片101を溶融原料100中に積層分布させることが可能である。
With reference to FIGS. 1, 3, 4 and 6, following step c, in step d of the press, the molten
図1及び図4〜図6を参照して、ステップdに続き、伸張のステップeにおいて、当該グラフェンプレート210を辺縁の複数箇所から外側に向かって放射状に引き伸ばすことで、当該グラフェンプレート210を広げて薄くし、グラフェンフィルム220を形成する。グラフェンフィルム220は、ニーズに応じて所望の厚さまで引き伸ばせばよい。且つ、互いに結合して延伸するこれらグラフェン微細薄片101は、当該グラフェンフィルム220内に積層分布する。
With reference to FIGS. 1 and 4 to 6, in step e of extension following step d, the
図1及び図7〜図9を参照して、好ましくは、本発明におけるグラフェンフィルムの製造方法では、使用ニーズに応じ、ステップeのあとに成形のステップfを含んでもよい。ステップfでは、グラフェンフィルム220を金型30に配置して塑性成形する。本実施例において、好ましくは、グラフェンフィルム220をイヤホンの振動膜とすべく、碗状に塑性成形すればよい。
With reference to FIGS. 1 and 7, preferably, the graphene film manufacturing method of the present invention may include molding step f after step e, depending on the needs of use. In step f, the
図6を参照して、前記グラフェンフィルムの製造方法で製造したグラフェンフィルム220は、プラスチック担体110と複数のグラフェン微細薄片101を含む。プラスチック担体110はシート状をなす。グラフェン微細薄片101は互いに結合して延伸し、且つ、当該プラスチック担体110内に積層分布している。また、グラフェン微細薄片101の積層は10層未満であることが好ましい。
With reference to FIG. 6, the
混合原料に重量割合500〜950ppmのグラフェンを添加してフィルムの剛性を高めれば、イヤホンの振動膜に適するようになる。フィルムの剛性を向上させることで、振動膜が高周波振動したときに共振が発生しにくくなるため、高周波ノイズを抑えることが可能となる。ただし、グラフェンの含有量が多すぎるとフィルムが硬脆化し、イヤホン用には適さなくなる。図10に示す従来技術では、振動膜10の剛性が十分でないことから、一般的に紙製のフレーム20で外形を支持して形を整えたあと、フィルム表面にコーティング層をコーティングして剛性を強化していた。しかし、コーティング層とフィルムでは弾性が異なるため、コーティング後に引き伸ばした場合には各部位の変形量が一致しなくなる。そのため、成形後にコーティングするしかないが、フレーム20の組み付けやコーティング層のコーティング工程はいずれも難度が高かった。これに対し、本発明では、混合原料に重量割合500〜950ppmのグラフェンを添加することでグラフェンフィルム220に十分な剛性を持たせるため、図7〜図9に示すように、金型30で碗状の振動膜230を直接塑性成形可能である。従って、組立工程が簡略されるとともに、コーティング層のコーティング工程が省略される。且つ、これによれば、振動膜230の全体の体積を大幅に縮小可能ともなる。
If graphene having a weight ratio of 500 to 950 ppm is added to the mixed raw material to increase the rigidity of the film, it becomes suitable for the vibrating membrane of earphones. By improving the rigidity of the film, resonance is less likely to occur when the vibrating membrane vibrates at high frequency, so that high frequency noise can be suppressed. However, if the graphene content is too high, the film becomes hard and brittle, making it unsuitable for earphones. In the conventional technique shown in FIG. 10, since the rigidity of the vibrating
このほか、本発明のグラフェンフィルム220はグラフェンを添加する方式で製造されるため、従来のコーティング方式と比較して、より幅広い応用範囲に適用可能である。また、ニーズの違いに応じて濃度の異なるグラフェンを添加すれば、フィルムの物理的特性を変化させることが可能となる。よって、物理的特性は上記の剛性に限らない。以下では、光反射率を変化させる場合と、静電容量値を変化させる場合の応用方式についてそれぞれ例示して説明する。
In addition, since the
グラフェンは、積層数の違いによって赤外線や紫外線に対し異なる反射率を有する。本実施例では、平均層数を2〜5層とすることが好ましい。混合原料に重量割合900〜1000ppmのグラフェンを添加すれば、赤外線及び紫外線に対するフィルムの反射率を向上可能となり、断熱シートに使用できる。少量のグラフェンを添加する場合には、担体110内の積層数が赤外線及び紫外線に対し良好な反射率を持ち得る。且つ、グラフェンは無色透明なため、高透光率で断熱効率に優れた断熱シートを作製可能である。ただし、グラフェンの添加量が足りない場合には被覆不足となる。
Graphene has different reflectances for infrared rays and ultraviolet rays depending on the number of layers. In this embodiment, the average number of layers is preferably 2 to 5. If graphene having a weight ratio of 900 to 1000 ppm is added to the mixed raw material, the reflectance of the film to infrared rays and ultraviolet rays can be improved, and the film can be used as a heat insulating sheet. When a small amount of graphene is added, the number of layers in the
グラフェンは高い電子移動度を特性として有するため、抵抗が低く、コンデンサとすることが可能である。混合原料に重量割合1000〜5000ppmのグラフェンを添加する場合には、リチウムバッテリの電極セパレータへの使用に適する。 Since graphene has high electron mobility as a characteristic, it has low resistance and can be used as a capacitor. When graphene having a weight ratio of 1000 to 5000 ppm is added to the mixed raw material, it is suitable for use as an electrode separator of a lithium battery.
以上は本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。よって、本発明の特許の主旨を利用したその他の等価の変形は、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。 The above is merely a preferred embodiment of the present invention, and does not limit the scope of claims of the present invention. Therefore, any other equivalent modification utilizing the gist of the patent of the present invention shall fall within the scope of the claims of the present invention.
10 振動膜
20 フレーム
30 金型
100 溶融原料
101 グラフェン微細薄片
102 側鎖
110 担体
210 グラフェンプレート
220 グラフェンフィルム
230 振動膜
a〜f ステップ
10 Vibrating
Claims (10)
b)当該グラフェンパウダーを、2wt%を超えない重量パーセンテージでこれらのプラスチックペレットに混合して混合原料とし、
c)当該混合原料を加熱により溶融して溶融原料(100)とし、
d)当該溶融原料(100)をプレスしてグラフェンプレート(210)とし、
e)当該グラフェンプレート(210)を辺縁の複数箇所から外側に向かって放射状に引き伸ばすことで、当該グラフェンプレート(210)を広げて薄くし、グラフェンフィルム(220)を形成するグラフェンフィルムの製造方法。 a) Supply multiple plastic pellets and graphene powder,
b) The graphene powder is mixed with these plastic pellets in a weight percentage not exceeding 2 wt% to prepare a mixed raw material.
c) The mixed raw material is melted by heating to obtain a molten raw material (100).
d) The molten material (100) is pressed into a graphene plate (210).
e) A method for producing a graphene film (220) in which the graphene plate (210) is expanded and thinned by radially stretching the graphene plate (210) outward from a plurality of locations on the edge. ..
f)当該グラフェンフィルム(220)を金型に配置して塑性成形する請求項1に記載のグラフェンフィルムの製造方法。 In addition,
f) The method for producing a graphene film according to claim 1, wherein the graphene film (220) is placed in a mold and plastically molded.
互いに結合して延伸し、且つ当該プラスチック担体(110)内に積層分布する複数のグラフェン微細薄片(101)と、を含むグラフェンフィルム(220)。 A sheet-shaped plastic carrier (110) and
A graphene film (220) containing a plurality of graphene fine flakes (101) that are bonded to each other, stretched, and laminated and distributed in the plastic carrier (110).
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