什麼是石墨烯發熱瓷磚?噱頭還是真材實料?

2020-12-17 陶瓷信息網

在如火如荼的瓷磚功能化進程中,發熱瓷磚亦取得新的突破,並以全新的技術方式捲土重來。

在今年的各大陶瓷展會上,石墨烯發熱瓷磚聲名鵲起,引起各方關注。

如冠珠陶瓷在潭洲展、華中建陶春季精品薈上展出石墨烯智暖發熱瓷磚,芬芳陶瓷在佛山陶博會上展示石墨烯發熱瓷磚……

據《陶瓷信息》記者不完全統計,截止5月份,宣稱推出石墨烯發熱瓷磚的企業已超過10家,其中不乏跨界進入的案例。

什麼是石墨烯發熱瓷磚,它與過去的電暖絲髮熱瓷磚、碳纖維發熱瓷磚有何不同?

它究竟是噱頭還是真材實料?這成為眾多行業人士、經銷商、消費者共同的疑問。

石墨烯粉末(圖片源於網絡)

01 「黑金」與瓷磚複合的新型電暖產品

仿佛一夜之間,石墨烯在各行各業「爆火」,並被冠以「新材料之王」、「黑金」、「21世紀最偉大的發現」之名。

什麼是石墨烯?

據《陶瓷信息》記者綜合了解,石墨烯是從石墨材料中剝離處理,由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體,於2004年被發現,是目前已知最薄最輕,強度最高,韌性最好,導電、導熱性最佳的新型納米材料。

據業內人士介紹,石墨烯薄至「4萬片疊加一起的厚度,只相當於一根頭髮絲」,2.7克單層石墨烯可以鋪滿標準足球場。其電導率可達106s/m,面電阻僅為30Ω/m,性能超過已知最好的導體銀和銅。當然,石墨烯的價格非常昂貴,是黃金的十倍。

(圖片源於網絡)

由於石墨烯在能源、材料等各大領域都具有巨大的應用潛力,世界各國對石墨烯都給予了很高的關注。

隨著石墨烯產業化方向的逐漸清晰,美國、歐盟、日本、韓國等許多國家和地區都進行了一系列相關研究,對推動石墨烯產業發展做出戰略部署。

如歐盟將石墨烯作為「未來新興旗艦技術項目」,華為正式研發石墨烯手機、石墨烯汽車等。據分析,當前石墨烯正處於大規模產業化前夕,未來5至10年全球石墨烯市場將進入高速發展期。

石墨烯無可挑剔的優異性能,決定了發熱磚與石墨烯的密不可分。

在加速到來的石墨烯產業化進程中,石墨烯發熱瓷磚應運而生,不僅可以讓發熱磚快速升溫,而且散熱均勻、1分鐘即熱,20分鐘室內溫度可達設定溫度,能長時間保持熱量不輕易流失。

《陶瓷信息》記者獲悉,任何一款瓷磚,只要在背面複合石墨烯塗層,配套上溫控開關,簡單開槽、布線,再按常規鋪貼瓷磚工序即可。

同時,採用數字溫控技術,智能調節溫度,操作簡單,可分區域、分時段控制,像開關一樣控制靈活,在保持室內溫度的同時,最大程度節約用電。

石墨烯不僅僅在瓷磚行業得到應用,在木地板、牆紙、石材等行業,亦有不少企業正在探索石墨烯木地板、石墨烯大理石等地暖產品,可以說對於泛家居行業的轉型升級而言,石墨烯的出現與應用是天賜良機,將進一步驅動瓷磚產品的功能化發展。

02 安全節能、使用壽命長、運行費用低

事實上,發熱瓷磚在陶瓷行業起步較早。早在上世紀90年代山東淄博就有陶企將瓷磚和電暖絲複合,推出電暖絲髮熱瓷磚,但在實際使用過程中,成本高、發熱管(絲)容易出現損壞、維修不方便等缺陷明顯。

爾後,陶瓷行業又出現碳纖維發熱瓷磚,但亦存在發熱膜發熱不均勻,使用壽命不長等問題,推廣效果不甚理想。

直到最近兩年,石墨烯發熱瓷磚開始出現,技術得到大幅度升級。具有使用壽命長、運行費用低、升溫速度快、高效節能環保等突出特點;由於隱藏安裝在地下,穩定性好,如正常使用無人為破壞,理論上使用壽命可達數十年之久。

因為是電熱產品與建材的複合,石墨烯發熱瓷磚在很大程度上發揮著電器的功能,這引起消費者對其漏電等使用安全的顧慮。但冠珠陶瓷、芬芳陶瓷等多家陶企均表示「完全不存在安全問題」。

芬芳陶瓷銷售總經理陳照田解釋,在使用安全上,石墨烯發熱瓷磚設置有多重「保險」:

一是現在的新建商品房用電安全配套非常完善,一旦出現用電危險,總開關會自動切斷電源;其次,石墨烯發熱瓷磚在安裝過程中會在開關處配備電源過熱保護裝置,以及變壓裝置,輸送對人體傷害較低的低電壓。

為了證明產品的安全性與密閉性,在2019年佛山春季陶博會上,芬芳陶瓷將石墨烯發熱瓷磚放置在魚缸的水面上通電使用,發熱的同時,魚缸內的魚安然無恙。

冠珠陶瓷相關負責人介紹,石墨烯發熱瓷磚的安全性體現在石墨烯本身的性質,雖然發熱瓷磚是通過通電來進行制暖,但實際上是內部的石墨烯分子在做運動,從而產生熱能發熱,從根本上消除了寄生電容,實現「零漏電」,甚至通過實驗證明,將石墨烯發熱膜用剪刀剪破,放到水池中,仍然不會漏電。

同時,石墨烯材料附著力強,熱穩定性高,熱均勻性好,抗氧化老化能力強,幾乎無功率衰減、無龜裂和融脹現象。

在節能省電方面,石墨烯發熱瓷磚的優勢更加突出。由於超導體的產品特性,石墨烯能夠將電能最大限度的轉換為熱能,轉換率高達98%以上。

據相關數據統計,石墨烯電地暖產品相比傳統採暖方式要節約能源35%,與空調相比,綜合節能幅度和運行費用可節約一半以上。

行業人士分析,空調最大的功用是製冷,制熱是它的副項,空調製熱時的能耗比製冷時的能耗要高出很多,因此在國外很少應用冷暖兩用空調。

特別是,冬季制熱時環境溫度越低,越難以達到理想的制熱效果,並且空調製熱時的熱空氣往上升,出現室內空間上空暖和,人活動的區域相對冰冷的局面。因此,冬季取暖,空調不是最佳選擇。

正因為優勢突出,以及石墨烯材料在各行各業的炙手可熱。不少經銷商對石墨烯發熱瓷磚表現出強烈的期待。冠珠陶瓷表示:「我們是行業大規模宣傳和推廣石墨烯發熱瓷磚的企業,很多經銷商對這款從未見過的『新鮮玩意』表現出極大的興趣,迫不及待地想要了解石墨烯發熱磚相關合作事項和訂做樣板間。」

冠珠石墨烯智暖芯瓷磚展示樣板間

03 國家政策力推,產業標準加速出臺

在過去很長一段時間,功能性瓷磚的發展前景被廣泛質疑,無論是負離子瓷磚、抑菌磚,還是炭纖維發熱瓷磚、自潔瓷磚等,普遍被認為是噱頭大於實際意義。

但對於石墨烯發熱瓷磚,國家頂層設計和地方政府均給予了大力度的政策扶持和鼓勵發展。

2019年4月8日,國家發改委官網發布《產業結構調整指導目錄》(2019年本,徵求意見稿),明確鼓勵陶瓷大板、發泡陶瓷、石墨烯材料生產和應用開發。

國家頒布的《北方地區四年的冬季清潔取暖規劃(2017-2021 年)》文件中,碳晶和石墨烯發熱器件及電熱膜被明確指出作為電採暖的主力軍;而在佛山本地,市政府與陶瓷協會以及行業內的專家亦在積極探討制定和推出相關石墨烯發熱瓷磚的標準,為石墨烯發熱瓷磚的未來發展鋪好道路。

另據《陶瓷信息》記者了解,佛山市南莊鎮正在大力推動石墨烯與泛家居產業的融合,在2019年籌集泛家居產業石墨烯應用研究院。

南莊鎮黨委書記陳輔明表示,相比前幾年,建陶產業已經進入前所未有的冬季,如何運用供給側結構性改革的思路引導企業發展,南莊政府一直在構思。

從產品維度來說,陶瓷行業要轉型升級,就得推動瓷磚由普通的建築材料,變成具有更多附加值的功能材料。

據介紹,南莊鎮對石墨烯材料在泛家居領域內的運用高度關注,並做了摸底市場、與源頭製造商交流、了解相關配套資源等大量的準備工作,這為佛山陶企發展石墨烯發熱瓷磚提供了政策紅利。

「為什麼TOTO馬桶這麼好賣,就是因為它有功能性,殺菌、智能化都不錯,中國瓷磚產業已經發展了幾十年,還只是停留在表面的裝飾效果,沒有真正的功能性。」

眾多行業人士認為,瓷磚產品創新已經進入瓶頸期,未來的產品研發,如果能夠真正地解決發熱、防滑、防汙等功能性問題,將推動行業進入一片全新的市場藍海。

巖板與石墨烯的複合使用

另一方面,隨著國家「煤改電」政策的調整,冬季取暖進入全新的領域,石墨烯所延伸出來的應用解決方案「石墨烯地暖」被國家列入《綠色建築選用產品》之一,石墨烯地暖正式開始走向人們大眾的生活當中。

環保節能是石墨烯發熱瓷磚最大的優勢之一。數據顯示,燒1噸散煤的大氣汙染物排放量是電煤的10 倍以上,我國北方,尤其京津冀地區,90%以上散煤用於生活採暖,散煤燃燒對大氣中PM2.5的年均貢獻約為7.2-9.2微克/立方米,汙染嚴重超標。

更為直觀的數據顯示,國家計劃在將電採暖模式從2016年4億平方米增至 2021年的15億平方米。電採暖是諸多清潔供暖模式中最環保、最靈活的供暖方式。

國家計劃到2021年,新增電量消費1100億千瓦時來帶動電採暖市場。這充分證明,電採暖市場潛力巨大。

行業觀察人士向《陶瓷信息》指出,目前發熱瓷磚使用量最大的地區是長江流域,這一區域一直沒有供暖系統,但冬天又非常寒冷,因此市場需求很大。

在北方地區,供暖系統只覆蓋到縣級,鄉鎮一級冬天靠燒爐子取暖,隨著環保的升級,發熱瓷磚在北方鄉鎮擁有較大市場前景;而南方地區實際上亦有一定的市場需求,以佛山為例,冬天溼冷的天氣讓人難以忍受,以及梅雨天氣、回南天等非常適合使用發熱瓷磚。

總體來看,石墨烯發熱陶瓷產品的誕生與發展,是國家政策、市場需求、行業發展、科技進步四個方面共同作用的必然結果。

不過,近年來隨著石墨烯概念大熱,各種打著「石墨烯」旗號的應用產品層出不窮、百花齊放,但絕大多數都是對傳統材料進行改進,而且改進後的材料性能提升並不明顯。

另一方面,由於石墨烯的產業化才剛剛開始起步,各項標準、規範都不完善,加之不良商家的惡性競爭,導致市場上的產品及技術良莠不。

相關機構曾對社會上大量的「石墨烯發熱膜」進行了一次大檢查,發現大部分所謂的「石墨烯」更多還是剝離或未剝離的膨脹石墨片。

此外,曾有多家科技媒體亦組織相應的抽檢,發現所涉及的石墨烯發熱膜應用中,大部分為傳統的環氧樹脂基德石墨/碳晶膜,其技術參數與傳統發熱膜並無差異。

中國建築衛生陶瓷協會副秘書長、佛山市陶瓷行業協會秘書長尹虹曾指出,真正的石墨烯發熱瓷磚存在較高的門檻,亟需制定規範的頂層標準和配套標準。

在受訪人士一致看來,石墨烯發熱瓷磚坐上了正確的時代軌道列車,雖然目前行業內相關標準仍未出臺,但一旦出臺,石墨烯發熱瓷磚將會迎來新一輪爆發潮。

(本文系陶瓷信息 操儒冰原創作品,原標題《石墨烯發熱瓷磚:噱頭還是真材實料?》,未經作者允許不得轉載)

責任編輯 | 楊李生

圖文排版 | 羅 敏

運維編輯 | 王柏釗

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