石墨烯发热片丝网印刷

——横川崎全自动卷对卷丝印机热压覆合机量产的全链路技术方案

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在"双碳"战略与柔性电子产业升级的双重驱动下，石墨烯发热片正以年均复合增长率超过30%的速度，从实验室走向家居地暖、健康理疗、智能穿戴、新能源汽车等多元化场景。与传统镍铬合金丝、碳纤维发热材料相比，石墨烯复合材料凭借电热转换效率超过92%、8~14μm远红外辐射、使用寿命长的三大核心优势，成为新一代柔性面状发热元件的首选基材。而丝网印刷工艺因其浆料兼容性强、图案可设计化、卷对卷连续生产效率高，已成为石墨烯发热片规模化制造的最主流方案。

 

图1 横川崎HCQ系列全自动卷对卷丝印机（主机+烘道一体化设计）

一、石墨烯发热片的材料特性与电热机理

石墨烯是由单层碳原子排列形成的二维蜂窝状晶体材料，理论载流子迁移率达200000 cm²/(V·s)，导电率高达10⁶ S/m，导热系数达到3000~5000 W/(m·K)，这些本征物性使其成为制备高效率面状发热体的理想导电填料。

石墨烯发热片的核心结构由四层功能膜构成：基底层（PET或PI薄膜，厚度75~188μm）、石墨烯导电发热层（方阻10~100Ω/□可调）、银浆或铜箔载流电极层、以及PET/PI绝缘封装层。通电后，石墨烯层中的载流子在电场作用下沿二维平面迁移，通过晶格振动将电能转化为热能，并以面状方式均匀辐射。实测电热转换效率可达92%以上，红外辐射波段集中于8~14μm，与人体红外吸收窗口高度吻合，因此具备远红外理疗的附加价值。

 

印刷完成的石墨烯发热片卷材（铜箔载流条+碳浆发热层复合结构）

二、丝网印刷工艺的天然适配性

相较于涂布、蒸镀、喷墨打印等工艺路线，丝网印刷在石墨烯发热片制造中具有四大不可替代的优势。

● 浆料兼容性强：可适配碳浆、石墨烯复合浆、银浆、绝缘浆等多种功能性油墨，通过更换网版实现不同功率密度与电阻区的快速切换。

● 图案可设计化：通过网版图形设计，可任意裁切发热区域形状与功率梯度，满足地暖、墙暖、穿戴、电池加热等差异化场景需求。

● 卷对卷连续生产：与放卷、张力控制、烘道固化、收卷工序无缝衔接，单线月产能极高。

● 成本可控：相比CVD石墨烯薄膜工艺，丝印石墨烯复合浆料的材料成本降低80%以上，适合大规模商业化普及。

三、关键工艺参数与质量控制要点

石墨烯发热片的丝印质量直接由浆料配方、网版参数、印刷精度、固化曲线四大要素决定。以典型水性石墨烯导电浆料为例，其配方通常包含石墨烯粉体、分散剂（PVP或BYK-2150）、有机树脂（醇酸、丙烯酸、环氧、聚酯或氨基树脂），余量为去离子水。浆料粘度一般控制在8000~15000 mPa·s（25℃），细度≤25μm，确保丝印流畅性与印刷精度。

核心印刷参数推荐范围如下表所示：

方阻管控是发热层质量控制的核心。每批次浆料开封后，需先在标准基材上印刷3块样品，固化后用四探针方阻仪测量四角加中心共5点方阻，平均值与设计值偏差<3%方可批量生产。若偏差超出，可通过调整印刷速度修正——速度降低5%，墨层增厚约3~5%，方阻随之降低约3~5%。

需要重点关注的三类常见缺陷包括：一是发热不均匀（红外热像出现热斑），主因是碳浆方阻不均匀或多道套印错位；二是碳浆层附着力差，主因是基材表面张力不足（<42 mN/m），需通过电晕或等离子处理提升至50~56 mN/m；三是多道套印精度超差，需升级设备追踪系统并配备恒张力控制。

 

横川崎电热膜专用四柱式全自动卷对卷丝印机（适配PET/PI基材连续化生产）

四、卷对卷连续丝印量产工艺流程

以地暖膜为例，标准化的卷对卷丝印工艺流程如下：厚度75~188μm的PET膜首先进行基材预处理，经等离子表面活化后进入印刷工序。

第一道工序为银浆电极印刷：采用200~300目网版，固化条件130℃×20min，形成低电阻载流电极；第二道工序为碳浆/石墨烯发热层印刷：采用180~200目网版，干膜厚度10~18μm，方阻需控制在设计值±5%以内。

五、横川崎HCQ系列全自动卷对卷丝印机：石墨烯发热片量产的工艺引擎

深圳市横川崎精密机械有限公司深耕丝网印刷设备领域十余年，其HCQ系列全自动卷对卷丝印机已在石墨烯发热片、PTC电热膜、FPC柔性电路板、防伪标签等多个高端领域积累大量量产案例。针对石墨烯发热片量产需求，HCQ系列机型在以下三大核心系统上进行了专项优化。

第一，微米级套印精度保障体系。搭载德国SICK/日本神视微米级电眼追踪系统，实时检测基材注册标并自动纠偏；日本安川伺服电机拉料精度达±0.01mm，从根源消除步进电机的累积误差。对于线宽小于0.15mm的超精细线路，可加装CCD高清视觉对位系统，套印精度可达±0.01mm，确保银浆电极与石墨烯发热层的重叠区域精确控制在3~5mm设计范围内，从根本上消除热斑缺陷。

第二，6段PID独立控温烘道系统。烘道长度40~80m可配，分为6个温度控制区段，每段独立PID控温，温控精度±2℃，60~200℃可调，水平层流热风循环设计确保银浆中溶剂挥发产物被及时排出。在生产速度5~10m/min条件下，烘道提供6~12分钟固化时间，充分保障各类浆料的完全固化，确保每卷产品的固化工艺一致性。

第三，恒张力管理与CCD视觉套准系统。放收料张力根据基材厚度精确设定，磁粉离合器波动≤±3%；印刷压印台前后各设置真空台板形成独立张力区，将印刷区张力稳定控制，确保每印次基材位置重复精度不超过±0.025mm。烘道后段设置按收卷大小自动调节速度，动态修正PET膜在150℃烘道中0.1%~0.3%热收缩引起的张力变化，彻底解决薄型卷材在高温固化下的尺寸形变难题。

 

横川崎精密机械热压电热膜覆合机

六、行业应用场景与未来发展趋势

石墨烯发热片的终端应用已全面铺开。在家居采暖领域，石墨烯地暖膜、墙暖板、汗蒸房发热体已占据中高端市场主流；在健康理疗领域，远红外热敷护具、护腰、护膝、暖宫腰带等可穿戴产品销量持续攀升；在新能源汽车领域，电池包低温预热膜、座椅加热膜、后视镜除雾膜成为新增长点；在智能家居领域，智能马桶盖、电热毛巾架、宠物恒温垫、孵化箱加热片等创新产品层出不穷。此外，石墨烯发热片在医疗热敷、农业恒温大棚、工业管道防冻、5G设备低温保障等B端市场亦展现出广阔空间。

面向未来，石墨烯发热片丝印技术将沿三个方向持续演进：其一，浆料水性化与无溶剂化，契合VOC减排与碳中和政策；其二，多层共印一体化，在同一卷对卷产线上完成发热层、温度传感层、保护层、电极层的连续复合；其三，智能集成化，将NTC热敏电阻、PWM控制模块、蓝牙/WiFi通讯模组通过印刷电子技术集成于发热片本体，实现"材料-器件-系统"的一体化交付。

 

石墨烯地暖发热膜卷材成品

可以预见，随着石墨烯原材料成本的下行、卷对卷丝印工艺的标准化、以及HCQ系列等高性能设备的规模化普及，石墨烯发热片将加速渗透至千亿级柔性电子市场。深圳市横川崎精密机械有限公司愿与产业链上下游伙伴携手，以十余年丝印设备研发积淀，为石墨烯发热片制造商提供从工艺设计、设备选型、到量产调机的全流程技术支持，共同推动柔性电热产业的高质量发展。

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