一种低电压柔性电热膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低电压柔性电热膜及其制备方法，该种电热膜包括绝缘基材、电极层、导电发热层、导热及红外辐射层和外接导线，各层均通过印刷形成，在烘道内完成烘干，该种电热膜适用于电热服饰。本发明专利技术的优势在于：低电压(3.7V)实现大面积发热；用导热及辐射层替代目前发热层的上方的绝缘保护层，该层同时具备绝缘保护、导热、红外辐射的功能；采用多点外接线的方式替代目前提高外电极的导电率的方法实现外电极上的各点电压基本相同，降低了成本，同时增强了电极的柔韧性和稳定性；采用成熟的印刷的方式制作电热膜，替代目前繁杂、耗时、苛刻的工序，降低了制作低电压柔性电热膜的技术门槛，有利于实现该种电热膜的大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种低电压柔性电热膜及其制备方法
本专利技术涉及一种低电压柔性电热膜及其制备方法，该种电热膜用于发热服饰等。
技术介绍
目前的发热服饰，如棉衣、羽绒服、皮夹克、护腰、护膝、护颈、鞋垫、眼罩等多是通过一些诸如棉和毛皮等隔热材料来制作的，这些材料本身不具备供热的功能，通过减小热量散失来达到保暖的需求。然而这些服饰在外界气温较低时保暖的效果不理想，为了达到必要的保暖的效果，往往通过增加衣物的量来实现，这与现在人们追求轻便的着装的追求不一致；而对于保健服饰来说，仅仅通过保温所能达到的对身体的保健效果是十分有限的，人们需要自身可以发热的服饰和保健用品，尤其对老年人来说这种需求更是迫切。目前为了实现发热服饰的产热，通常的做法是在服饰内放置电热膜，但目前无论是对于电阻丝型电热膜还是常见的在电热膜的两端加电极的方式都需要高电压才能达到必要的发热温度，显然这样是不安全的，存在漏电的危险。为了避免漏电的危险，需要在电热膜的两侧使用较厚的绝缘材料，即使实现了低电压发热，如专利CN104883760A中可以在安全电压以内达到较好的发热效果，但是其所用材料难以制备且价格昂贵，制备工艺繁杂，需要特别的设备，这样势必带来良品率低，制作成本高，难以大规模生产的问题，很难获得良好的市场反响。目前电热膜的两侧使用较厚的绝缘材料，带来的问题是使得电热膜朝向人体一侧的导热和红外辐射的效果大打折扣，于此同时，使得整个电热膜厚度增加，柔韧性变差，放置在电热服饰内部会给使用者带来不适感，甚至影响服饰外观。为了实现低电压(≤12V)而发热效果不受影响的效果，往往需要使用外电极和内电极的方式来实现，专利CN105433464A为了实现任意外电极上任意位置的电压变化很小，所需要银浆中银的含量很高或使用导电效果更好的银填料，这样除了大幅度增加制作电热膜的成本外还会导致外电极脆性增加，而在发热服饰中，电热膜往往会受到频繁的弯折的情况，易引起载流条电阻增大，甚至断路的出现。
技术实现思路
为了解决目前存在的问题，本专利技术提供了一种低电压柔性电热膜及其制备方法，该种电热膜可作为电热服饰的热源，包括护腰、护膝、加热鞋垫、加热枕、加热帽子、加热眼罩等，具有柔韧性好，耐屈挠，发热均匀以及优异的红外保健功能。本专利技术的技术方案是：一种低电压柔性电热膜及其制备方法：导电发热层形成于绝缘基材之上，电极层形成于导电发热层之上，导热及红外辐射层形成于电极层之上，外接导线与电极层紧密连接，或者电极层形成于绝缘基材之上，导电发热层形成于电极层之上，导热及红外辐射层形成于导电发热层之上，外接导线与电极层紧密连接。所述的导电发热层材料为纳米碳材料/树脂复合物，纳米碳材料如石墨烯、碳纳米管或二者不同比例的复合，导电发热层方块电阻不高于60Ω/口，导电发热层的体积电阻率不高于0.1Ωcm。所述的电极层材料为导电填料/树脂复合物，导电填料为银与石墨烯的复合或者银与碳纳米管的复合，优选的，导电填料为银与石墨烯的复合。用电绝缘的导热及红外辐射层代替通常电热膜中所用的绝缘树脂，该种导热及红外辐射层为碳材料/树脂复合物，纳米碳材料如石墨烯、碳纳米管、炭黑、石墨片或多种碳材料的复合等，树脂如PU、PMMA、PET、PC、PE、PVC或者多种树脂的组合等，导电填料的含量1～10wt％，优选的，含量为1～3wt％；导热及红外辐射层的厚度为1～100μm，优选的，厚度为20～50μm。所述的导电发热层、电极层、导热及红外辐射层均通过印刷的方式形成，即该种电热膜的制备完全通过目前成熟的印刷的方式实现，如凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、丝网印刷、喷墨印刷，优选的丝网印刷。所述的外接线与正负外电极连接，根据正负外电极的长度适当均匀地调整接线点的位置和数量，外接线可接在正负外电极的一端末尾处、两端末尾处或中间位置；优选的，接在正负外电极的1/3和2/3位置处；进一步优选的外接线接在正负外电极的1/4，2/4，3/4位置处。该种电热膜用于发热服饰、便携式供热设备等，以锂电池为电源。与目前用于电热服饰中的电热膜相比，本专利技术所提供的电热膜具有的优势：(1)本专利技术的电热膜采用内外电极供电的方案，低电压(3.7V)实现大面积电热膜很好的发热效果，不存在触电的安全隐患。(2)该种电热膜整体相对较薄，柔韧性好，耐屈挠性好，更加适用于服饰中，长时间使用发热效果保持稳定。(3)本专利技术的电热膜的形成全部采用目前已经非常成熟的印刷的方式实现，不需要难度大的发热材料转印工序，也不需要额外的诸如切割电极、粘接外层绝缘膜等工序，就可以实现同样的发热效果，降低了电热膜制备的技术门槛，同时降低了电热膜的制备成本、制备时间，有利于实现大规模工业化生产，更具有市场竞争力。(4)在发热层的上方将一般的绝缘材料改为导热辐射层，同时该层方块电阻仍然很高(106～108Ω/口)，但是可以使得发热层产生的热量有效通过红外辐射和热传导传输给人体，同时具备了绝缘、导热、红外辐射的功能且增加了柔韧性。(5)采用多外接线的方式可以有效的实现外电极上的电压基本相同，进而保证电热膜发热的均匀，而该种方式与目前采用提高外电极的导电率的方法相比，大幅度降低成本且更能保证电极的柔韧性和稳定性。附图说明为了使本专利技术的技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供附图构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制，对附图进行如下说明：图1是低电压可穿戴电热膜的结构图之一(电极层形成于导电发热层之上)。图2是低电压可穿戴电热膜的结构图之二(导电发热层形成于电极层之上)。图3是电热膜外接电线示意图。图4是实施例1中电热膜的电极层示意图。图5是实施例2中电热膜的电极层示意图。1-导热及红外辐射层，2-电极层，3-导电发热层，4-基材，5-外接线点，6-外接线，7-正外电极，8-负外电极，9-正内电极，10-负内电极。具体实施方式本专利技术的实施例不能理解为对本专利技术的限制，仅为几个优选的实施例，保护范围仍以权力要求书中所公开的内容为准。实施例1：在厚度为100μm的PET膜上丝网印刷一层导电发热层，烘道内烘干，烘干温度100℃，烘干时间15分钟，导电发热层中树脂为聚氨酯，填料为石墨烯，石墨烯在涂层中的含量为20wt％，导电发热层厚度为12μm，涂层方块电阻约50Ω/口。在导电发热层上丝网印刷一层电极层，烘道内烘干，烘干温度110℃，烘干时间15分钟，电极层采用的是银/石墨烯复合导电浆，外电极宽度为8mm，内电极宽度为1mm，相邻内电极之间的距离为7mm，内电极与外对电极之间的距离为7mm，所印刷电极的图案如图4所示。在电极层上丝网印刷一层导热及红外辐射层，并在电热膜外电极1/2位置处预留出圆形孔洞，烘道内烘干，烘干温度110℃，烘干时间15分钟，导热及红外辐射层中树脂为聚氨酯，填料为多壁碳纳米管，多壁碳纳米管在涂层中的含量为8wt％，导热及红外辐射层厚度为20μm，涂层方块电阻为108Ωcm。在预留出的空洞位置外接软铜线。电热膜大小为6.5cm×8cm，对其施加3.7V电压，可在60秒内达到稳定温度90℃。实施例2：在厚度为100μm的PET膜上丝网印刷一层电极层，烘道内烘干，烘干温度110℃，烘干时间15分钟，电极层采用的是银/石墨烯复合导电浆，外电极宽度为8mm，内电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低电压柔性电热膜及其制备方法，包括绝缘基材、导电发热层、电极层、导热及红外辐射层和外接导线，其特征在于：导电发热层形成于绝缘基材之上，电极层形成于导电发热层之上，导热及红外辐射层形成于电极层之上，外接导线与电极层紧密连接，或者电极层形成于绝缘基材之上，导电发热层形成于电极层之上，导热及红外辐射层形成于导电发热层之上，外接导线与电极层紧密连接。

【技术特征摘要】
2016.07.25 CN 20161058611711.一种低电压柔性电热膜及其制备方法，包括绝缘基材、导电发热层、电极层、导热及红外辐射层和外接导线，其特征在于：导电发热层形成于绝缘基材之上，电极层形成于导电发热层之上，导热及红外辐射层形成于电极层之上，外接导线与电极层紧密连接，或者电极层形成于绝缘基材之上，导电发热层形成于电极层之上，导热及红外辐射层形成于导电发热层之上，外接导线与电极层紧密连接。2.根据权利要求1所述的一种低电压柔性电热膜及其制备方法，其特征在于：所述的导电发热层材料为纳米碳材料/树脂复合物，纳米碳材料如石墨烯、碳纳米管或二者不同比例的复合，导电发热层方块电阻不高于60Ω/口，导电发热层的体积电阻率不高于0.1Ωcm。3.根据权利要求1所述的一种低电压柔性电热膜及其制备方法，其特征在于：所述的电极层材料为导电填料/树脂复合物，导电填料为银与石墨烯的复合或者银与碳纳米管的复合物。4.根据权利要求1所述的一种低电压柔性电热膜及其制备方法，其特征在于：用电绝缘的导热及红外辐射层代替通常电热膜中所用的绝缘树脂，该种导热及红外辐射层为碳材料/树脂复合物，纳米碳材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朋，孙静，刘舒，魏志凯，瞿美臻，
申请(专利权)人：中国科学院成都有机化学有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51