CN101203075A - 层压织物发热器及其制备 - Google Patents

Abstract

一种层压织物发热器及其制造与应用。该层压织物发热器包含带状导电织物层，其两端通过导电胶与导线相连且其通过热塑性树脂夹层于两保护层中间。视所需要的总电阻值，利用冲压方式将该带状导电织物层制成各种图案。该层压织物发热器轻薄、柔软且易折曲，具有高度的应用性。

Description

层压织物发热器及其制备

技术领域

本发明涉及一种层压织物发热器，尤其涉及包含以冲压方式裁切成型的导电性织物的层压织物发热器及其制造。

背景技术

在以往，有关发热体的制造技术大都使用镍铬合金、钼丝或钨丝等材料，惟这些金属材料在加热过程中容易被氧化，造成局部过热而烧断，因此使用寿命短。

近年来，因为碳系物质具有导电性，故使用碳材料来当成发热器的发热组件正逐渐开发当中。一般为了增加碳系物质发热组件的电阻值，通常采用加长发热组件的长度、缩小发热组件的断面积、或者增加发热组件本身的电阻值等方法来达成。

第3,774,299号美国专利揭示一种平面状的发热器，其以短碳纤维(长度在3～10mm)和自然纤维或人造纤维混合而成的平面薄片(sheet)当成发热组件；在此薄片的两端接上电极，然后再将接上电极的薄片上下两面用热熔树脂膜包覆，制成发热器。在此专利中，因使用短纤维与其它人造纤维或自然纤维混合制成片状的发热组件，很容易因混合不均而造成电阻值不均匀的结果。

第6,043,468号美国专利揭示一种发热器，其使用碳纤维束(boundles)来取代传统的金属丝当成发热组件，并于碳纤维束的两端接上导线而形成发热器。美国专利第6,229,123号揭示利用导电性纤维丝(如碳纤维或金属纤维)和不导电纤维丝编织成布，或利用不导电物质将导电性纤维丝包覆成片状物而制成发热器。于此两个美国专利所敎示的技术中，均使用导电性纤维丝或束(如碳纤维丝)，来当成发热组件。在使用上，除非在设计上有特别的保护设计；否则，碳纤维单丝直径在4到8μm之间，属于一种脆性、易断裂的材料。因此，在实际应用时必需考虑其强度问题。

第6,172,344号美国专利则揭示使用一整块长方型碳化纤维布(carbonized fabric)做为发热组件，在该碳化纤维布的两边，黏着长条型的导电性材料(conductive strips)，然后上下再包覆一层不导电的塑料膜，形成片状三明治结构发热器。

第6,483,087号美国专利，则揭示一种含热可塑性胶膜的层压织物发热器及其制作方法。在矩形导电性织物的相对应两边附加铜质薄片(copperfoil buses)，导电织物和铜质薄片以三明治结构夹在两层胶膜之间；其中，铜质薄片与导电织物以铆接方式固定于导电织物的两侧。

本发明提供一种以不同且较简单的方式所制备而得的层压织物发热器，其所含发热组件可依所需而具不同形状。

发明内容

本发明的一目的，在于提供一种层压织物发热器，其包含带状导电织物层，该织物层通过热塑性树脂而夹层于两保护层中间。

本发明的又一目的，在于提供一种制备上述层压织物发热器的方法，其包含：冲压裁切导电性织物层，以提供带状导电织物层，该织物层具有第一端点与第二端点；以导电胶分别将该第一端点与第二端点与第一导线与第二导线相连结；通过热塑性树脂，将该带状导电织物层夹层于第一保护层与第二保护层中间，形成夹层结构；以及热压该夹层结构。

在参照附图及随后描述的实施方式后，本发明所属技术领域的技术人员当可轻易了解本发明的基本精神及其它发明目的，以及本发明所采用的技术手段与较佳实施方式。

附图说明

图1为显示本发明层压织物发热器的一种实施方式；

图2为显示本发明层压织物发热器的另一种实施方式；

图3为显示制作导电织物衬底层的示意图；

图4为显示经冲压处理的导电织物衬底层的前视图；

图5为显示黏合第一保护层的侧视图；

图6为显示黏合第二保护层的侧视图；

图7为显示沿图1中线A-A`的截面放大图；以及

图8为显示一种含有本发明热压织物发热器的加热衣的示意图。

主要元件标记说明

10    导电织物衬底层

11    衬底

12    黏胶

13    辊

20    带状导线织物层

21    第一端点

22    第二端点

25    导电织物层

30    层压织物发热器

31    第一保护层

311   热塑性树脂

32    第二保护层

40    温度控制器

41    第一导线

42    第二导线

43    显示单元

44    调整单元

45    变压器

50    带状导电织物层

51    第一端点

52    第二端点

60    导电胶

具体实施方式

本发明提供一种层压织物发热器，其包含：

带状导电织物层，具第一端点与第二端点；

第一导线；

第二导线；

第一保护层；以及

第二保护层，

其中，该第一导线与该第二导线通过相同或不同的导电胶分别与该第一端点与第二端点相连接，且该导电织物层、一部份的该第一导线、及一部分的该第二导线均位于该第一保护层与该第二保护层之间，并通过热塑性树脂与该第一保护层及该第二保护层互相黏合。

可以任何具有足够导电度的材料以提供本发明发热器的导电织物层。举例地说(但不以此为限)，该导电织物层可以为以下一种或多种材料所构成的织造物(woven fabric)或非织造物(non-woven fabric)：碳纤维、石墨纤维、活性碳纤维、金属纤维、经金属涂覆的非导电性纤维、经金属涂覆的碳纤维、经金属涂覆的石墨纤维、以及经金属涂覆的活性碳纤维。较佳地，该导电织物层由碳纤维织造物(carbon fiber woven fabric)或碳纤维非织造物(carbon fiber non-woven fabric)所构成。

以选用碳纤维作为导电织物层的实施方式中，导电织物层一般具有0.001至1,000,000欧姆/平方(ohms per square)的表面电阻率、10到800公克/平方公尺的重量、以及0.005至8毫米的厚度。较佳地，选用具有0.1至10,000欧姆/平方的表面电阻率、40到600公克/平方公尺的重量、0.1至4毫米的厚度、以及80％重量以上的碳含量的碳纤维导电织物层。

于本发明中，以冲压方式提供该带状导电织物层，故该带状织物层可视需要设计成任何图案。此即，可视所欲提供的发热区域形状与总电阻值范围，调整导电织物层的图案与尺寸大小。例如，可将具纸状、毡状、或布状的导电织物，以冲压方式，依所需裁切成实质上具相同宽度，且呈U、M、W、皇冠状、或其它复杂图案形状的带状导电织物层。于实施方式中，以非织造(non-woven)的毡状碳纤维织物以提供该带状导电织物层。

视实际需要，可于供保暖用途的对象上使用一个或多个本发明加热器。举例地说(但不以此为限)，当使用于如保温衣或如护膝、护腕的医疗保暖应用时，一般可使用1至10个本发明加热器，每一加热器所含带状导电织物层的电阻值为10至50欧姆，则所含带状导电织物层的总电阻值通常为10至500欧姆。当然，本发明发热器亦可应用于如飞机机翼除冰的大范围运用，在此不另作赘述。

任何具有导电性的黏着剂皆可用于本发明中，以连接带状导电织物层与导线。较佳地，该导电胶的主要成分为银。于此，通常采用含有40％至85％重量的银的导电胶，较佳含50％至70％重量的银。其中，银的粒径在0.01至5μm，较佳在0.5至3μm的范围内。举例地说，可使用日本BILLHI-TEC公司所贩卖型号EP-1070导电胶，以连接带状导电织物层与导线。

一般适用于发热器的热塑性树脂均可使用于本发明层压织物发热器中，以黏合带状导电织物层与保护层。举例地说(但不以此为限)，该热塑性树脂可选自以下群组：聚胺甲酸乙酯、聚氯乙烯、及其组合。

可选用合宜的不导电材料，以提供本发明发热器的保护层。举例地说(但不以此为限)，保护层材料可为天然或人造织物、发泡材料、橡胶、塑料片、塑料薄膜、玻璃纤维、或木材。其中，人造织物及塑料片可通过下列一种或多种材料制成：尼龙、聚胺甲酸乙酯、聚氯乙烯、苯乙烯系塑料(由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚合而成，简称“ABS塑料”)、聚酯、聚碳酸酯塑料(简称“PC塑料”)、聚酰胺、及聚乙烯。亦可采用由多层物料所组合成的层压物为保护层。举例地说(但不以此为限)，可采用由热塑性树脂(例如聚胺甲酸乙酯或聚氯乙烯)、塑料薄膜及聚酯纤维织物所组成的层压物为保护层。

于实际应用时，将本发明层压织物发热器的第一导线及第二导线与电源供应器连接，以提供发热器所需的电力。视需要地，可于本发明发热器还包含温度控制器，与第一导线及第二导线相连接，以于所欲温度下操作。于此，温度控制器本身可视需要含有电池(例如丢弃式电池、可充电式电池、铅酸电池、或燃料电池)，作为发热器所需的电力来源，提供一种可携式发热器。或者，该温度控制器可视需要通过变压器与外部电源(如插座)相连接，提供电力给发热器。

本发明层压织物发热器具有轻薄、柔软、易折曲的优点，同时可做到完全的密封及防水，可用于个人之衣物、潜水衣、取暖器、医学之热敷带、防止结冰设备、及除水系统等。

为进一步说明本发明，请参照图1，其为显示本发明层压织物发热器的具体实施例的俯视图。根据图1，层压织物发热器30具有带状导电织物层20作为发热组件、第一保护层31、第二保护层32、第一导线41、第二导线42、以及温度控制器40。带状导电织物层20具有第一端点21与第二端点22，第一端点21及第二端点22分别以相同或不同的导电胶与第一导线41及第二导线42连接。

温度控制器40包含温度、时间显示单元43与温度、时间调整单元44。温度控制器40通过变压器45与如插座的外部电源(图中未示出)连接，提供电力给层压织物发热器30。

图2显示本发明层压织物发热器的另一实施方式。其中，层压织物发热器30具有呈M形图案的带状导电织物层50作为发热组件，带状导电织物层50分别具有第一端点51与第二端点52，其它的组件与其配置则与图1中所示者相同，在此不作赘述。

本发明还提供一种制造层压织物发热器的方法，其包含：

(a)提供导电织物层；

(b)冲压裁切该导电织物层，以提供带状导电织物层，该带状导电织物层具第一端点与第二端点；

(c)以相同或不同导电胶，分别将该第一端点与第二端点与第一导线与第二导线相连结；

(d)通过热塑性树脂，将该带状导电织物层夹层于第一保护层与第二保护层中间，形成夹层结构；以及

(e)热压该夹层结构。

视需要地，于步骤(e)后，可进行步骤(f)，将该第一导线与该第二导线连结至温度控制器，以于所欲温度下操作该发热器。

所属技术领域的技术人员，对相同厚度的发热材料而言，发热面积越大、所产生的整体电阻便越高。而于以电池作为发热器所需电力来源的方式中，当发热器的整体电阻值越高，则电池的使用寿命将越低。因此，若能避免不必要的热量浪费、仅于必要的区域发热，将可有效延长发热器的电池使用寿命。举例地说，对A4大小的区域而言，欲维持使该区域于特定温度，仅需于该区域的1/4至1/2分布面积上加热，即可维持其温度。若采取全区域加热的方式，则反造成热量浪费，实非必需。此即，若能依所需地安排发热材料的分布区域，将可有效延长电池的使用寿命，避免不必要的能源浪费。

本案发明人研究发现，可将一般用以裁切金属的冲压工艺运用于导电织物上，有效裁切导电织物成所欲分布形状及宽度，避免不必要的热量浪费。于此，可依所属技术领域的技术人员所知的方式，控制冲压的冲力强度，达到可以切断导电织物层的程度即可。

根据本发明，可先将步骤(a)的导电织物层黏于衬底上，再进行冲压步骤(b)(其中，冲压的强度为控制可切断导电织物层但不会损害到衬底)，并于步骤(d)中将该衬底撕离该带状导电织物层。于此，可采用离形纸作为该衬底，尤以具耐热温度高于160℃的离形纸为佳。

在本发明步骤(d)的一种实施方式中，先于第一保护层的表面上涂覆热塑性树脂，并以该涂有热塑性树脂的第一保护层表面，覆于该具导线的带状导电织物层的一面；接着，于第二保护层的表面上涂覆该热塑性树脂，并以该涂有热塑性树脂的第二保护层表面，覆于该具导线的带状导电织物层的另一面。于此，若该导电织物层在冲压之前已先黏于衬底上，则该涂有热塑性树脂的第一保护层为先覆于该带状导电织物层与衬底接触面的对应面上，接着将该衬底撕离该带状导电织物层以暴露该接触面，再将涂有热塑性树脂的第二保护层覆于该接触面上。

现以图3至6进一步说明本发明制造如图1所示层压织物发热器30的方法的实施方式。首先，请参照图3，先利用辊13将黏胶12平整涂覆于衬底11上后，再将导电织物层25与涂有黏胶12的衬底11黏合，制成导电织物衬底层10。具体地说，导电织物衬底层10由上而下依序具有导电织物层25、黏胶12、及衬底11。

先依所需而设计发热组件的样式，再利用冲压方式，裁切导电织物衬底层10成如图1虚线所示的图案。如前述，冲压的强度控制在不会将衬底11切断、但可切断导电织物层25的力量。图4乃显示经裁切后的导电织物衬底层10的前视图。其中，带状导电织物层20具有第一端点21与第二端点22，且经黏胶12黏于衬底11上。

接着，请参照图5，以导电胶60将第一导线41与第二导线42分别与第一端点21与第二端点22连接。于此，可视情况用一小块胶带(图中未示出)以进一步将第一导线41与第二导线42固定在带状导电织物层20的第一端点21与第二端点22上。其中，可采用任何热裂解温度在160℃以上的胶带。之后，于第一保护层31的一面涂热塑性树脂层311，再依箭头符号所示，将该涂有热塑性树脂层311的一面覆盖黏于该具导线的带状导电织物层20上。

其后，如图6所示，于将衬底11撕离该带状导电织物层20后，于第二保护层32的一面涂热塑性树脂层311，再依箭头符号所示，将该涂有热塑性树脂层311的一面覆盖黏于第一保护层31的对应面，得夹层结构。最后，以热压机热压该夹层结构，以形成将带状导电织物层20及部分第一导线41与部分第二导线42夹置于第一保护层31与第二保护层32间的层压物，如图7所示(亦即，图1中沿线A-A`的截面的放大图)。于此，所采用热压温度为取决于层压物的材料，特别是保护层的材料。举例地说，当以涂有聚胺甲酸乙酯的热塑性树脂的聚酯纤维织物为保护层进行层压时，热压温度一般为80至200℃，较佳为120至180℃，热压的压力为4至20Kg/m²。

图8为本发明热压织物发热器的一种实际应用的示意图，其显示利用本发明层压织物发热器30的背心衣物。其中，将数片层压织物发热器30分别置于衣物内层的前面与背面，通过第一导线41与第二导线42与温度控制器40联接。于此应用例中，该单一层压织物发热器30具有10至50欧姆的总电阻值，当采用8.4伏特交直流两用可充电式的二次锂电池为电源时，可使发热组件产生4瓦特的功率，加热温度范围控制在40至60℃间。如图8所示，以单一电池为共同电源，四个层压织物发热器30一起使用时，其发热持温时间约为4至12小时。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施方式，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何所属技术领域的技术人员可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以权利要求范围为准。

Claims (21)

1.一种层压织物发热器，其特征是包含：

带状导电织物层，具有第一端点与第二端点；

第一导线；

第二导线；

第一保护层；以及

第二保护层，

其中，上述第一导线与上述第二导线通过相同或不同的导电胶分别与上述第一端点与第二端点相连接，且上述导电织物层、一部份的上述第一导线、及一部分的上述第二导线均位于上述第一保护层与上述第二保护层之间，并通过热塑性树脂与上述第一保护层及上述第二保护层互相黏合。

2.根据权利要求1所述的层压织物发热器，其特征是上述导电织物层织造物或非织造物。

3.根据权利要求2所述的层压织物发热器，其特征是上述导电织物层呈纸状、毡状、或布状的形式。

4.根据权利要求2所述的层压织物发热器，其特征是上述导电织物层包含选自以下群组的纤维：碳纤维、石墨纤维、活性碳纤维、金属纤维、经金属涂覆的非导电性纤维、经金属涂覆的碳纤维、经金属涂覆的石墨纤维、经金属涂覆的活性碳纤维、及其组合。

5.根据权利要求4所述的层压织物发热器，其特征是上述导电织物层为碳纤维织物。

6.根据权利要求5所述的层压织物发热器，其特征是上述导电织物层具有0.1至1,000,000欧姆/平方的表面电阻率、10到800公克/平方公尺的重量、以及0.005至8毫米的厚度。

7.根据权利要求6所述的层压织物发热器，其特征是上述导电织物层具有0.1至10,000欧姆/平方的表面电阻率、40到600公克/平方公尺的重量、0.1至4毫米的厚度、以及80％重量以上的碳含量。

8.根据权利要求1所述的层压织物发热器，其特征是上述导电织物层的总电阻值为10至50欧姆。

9.根据权利要求1所述的层压织物发热器，其特征是上述导电织物具有呈U、V、M、或皇冠状的图案。

10.根据权利要求1所述的层压织物发热器，其特征是上述用以连接上述第一/第二导线与上述第一/第二端的点导电胶含有银。

11.根据权利要求10所述的层压织物发热器，其特征是上述导电胶含40％至85％重量银且银的粒径为0.01至5μm。

12.根据权利要求1所述的层压织物发热器，其特征是上述热塑性树脂为聚胺甲酸乙酯、聚氯乙烯、或其混合物。

13.根据权利要求1所述的层压织物发热器，其特征是还包含温度控制器，与上述第一导线及上述第二导线连接。

14.一种制造根据权利要求1所述的层压织物发热器的方法，其特征是包含：

(a)提供导电织物层；

(b)冲压裁切上述导电织物层，以提供带状导电织物层，上述带状导电织物层具有第一端点与第二端点；

(c)以相同或不同的导电胶，分别将上述第一端点及第二端点与第一导线及第二导线相连结，提供具有导线的带状导电织物层；

(d)通过热塑性树脂，将上述具有导线的带状导电织物层夹层于第一保护层与第二保护层中间，形成夹层结构；以及

(e)热压上述夹层结构。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征是步骤(a)的导电织物层黏于衬底上，且上述衬底为于步骤(d)与上述具有导线的带状导电织物层分离。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征是上述衬底具有高于160℃的耐热温度。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征是在步骤(c)中，还利用胶带将上述第一导线与上述第二导线分别固定于上述第一端点与上述第二端点上。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征是上述胶带具有高于160℃以上的热解温度。

19.根据权利要求14所述的方法，其特征是上述步骤(d)包括：

(d-1)于上述第一保护层的表面上涂覆上述热塑性树脂，并以上述涂有热塑性树脂的第一保护层表面，覆于上述具有导线的带状导电织物层的一面；以及

(d-2)于上述第二保护层的表面上涂覆上述热塑性树脂，并以上述涂有热塑性树脂的第二保护层表面，覆于上述具有导线的带状导电织物层的另一面。

20.根据权利要求15所述的方法，其特征是上述步骤(d)包括：

(d-1)于上述第一保护层的表面上涂覆上述热塑性树脂，并以上述涂有热塑性树脂的第一保护层表面，覆于上述具导线的带状导电织物层的不具有衬底的一面；

(d-11)将上述衬底撕离上述具导线的带状导电织物层；以及

(d-2)于上述第二保护层的表面上涂覆上述热塑性树脂，并以上述涂有热塑性树脂的第二保护层表面，覆于上述具有导线的带状导电织物层的上述原与衬底接触的面。

21.根据权利要求14所述的方法，其特征是于步骤(e)之后，还包含步骤(f)连结上述第一导线及上述第二导线至温度控制器。

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