CN101237723A - 电热膜用组成物及以其所制得的电热膜与电热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电热膜用组成物，其特征在于：该组成物包含一纤维性材料及一导电涂料，且该纤维性材料包括多数个相互连接成一网络的纤维，该导电涂料吸附于所述纤维上，该导电涂料包括重量比是介于20∶1至4∶6之间的黏合剂及碳素导电材。该碳素导电材是选自微米级碳黑、纳米级碳黑、微米级石墨、纳米级石墨、微米级碳纤维、纳米级碳纤维、纳米碳管，或此等的一组合。
Description
技术领域
本发明是有关于一种电热膜用组成物，特别是关于一种具有一纤维性材料的电热膜用组成物，且该纤维性材料具有多数个相互连接成一网络的纤维，以及一经由热固化或烧结该电热膜用组成物所形成的电热膜与含有该电热膜的电热装置。
背景技术
已知电热装置的工作原理大多是借由通电时所产生的电阻效应，将电能转换成热能，以达到加热的目的。一般来说，以电阻加热的方式主要有直接与间接两种，其中直接加热是将电流直接通过一被加热体，间接加热则是由通电至一加热组件来将热量传导给该被加热体。直接加热的方式因是该被加热体内部发生热，有加热速度快和效率高的优点，可用于要求内部均匀加热者，且其加热温度无限制，但是该被加热体必须有适当的电阻值。而间接加热的方式是借由放射、传导或对流将热传到该被加热体而加热，所以该被加热体并无限制，再加上间接加热的电热装置的构造较为简单且使用简便，因此在电致热中是最被广泛使用的，但是其加热温度受限于该加热组件的容许温度，因而导致用途受到该加热组件的限制。
目前最广泛使用之间接加热的电热装置是由电阻丝构成，而此种电热装置是将金属线环绕在一绝缘材料上，然后以一绝缘涂料或树脂包覆，或者封入充满有惰性气体的玻璃管中。然，以电阻丝做为加热组件会有下列缺点：(1)用途会受到该电阻丝的容许温度的限制；(2)因电阻丝材料多为金属元素，所以若是暴露于空气中并经过一段时间的使用后，易氧化或变脆而缩短产品寿命；(3)电阻丝的电热效率只有约50％左右，且无法达到整面均匀发热，导致能源耗损浪费。因此，为了克服以往电阻丝的缺点，近年来，许多学者深入探讨如何改善电阻丝所产生的缺点，而发展出各种不同电阻材料，如：石墨系电阻、金属薄膜电阻以及氧化物薄膜电阻材料等。
其中，金属薄膜电阻或氧化物薄膜电阻是采用蒸镀(CVD；PVD)、溅镀(Sputter)或网印(Screen print ing)的方法而形成为新一代电热材料，又称电热膜。此种电热膜的优点是(1)加热时因热量传递快，所以升温较快；(2)加热组件本身温度不高，不会产生发红或炽热等现象，所以热辐射损失小；(3)可制作成大面积的薄膜而增大传热面积；(4)用电热膜制成的电器用品热效率相当高；(5)电热膜很薄，几乎不占体积，设计安装及携带都极为方便；(6)电热膜的物化性极为稳定，在空气中不易氧化。
然，现有的电热膜仍有以下需要改善的缺点：(1)被加热体的形状会有限制，所以大多使用于平面材质上；(2)被加热体因本身的粗糙度，当与电热膜接合时，常造成表面电阻分布不均的现象；(3)表面电阻分布不均情形严重时，会导致表面温度不均，而使被加热体因热应力的作用而破裂；(4)设备昂贵，制造成本高。因此，仍有需要发展出一能以较低的成本制得电阻值低，且同时能改善电阻分布不均、表面温度不均及被加热体破裂等问题的电热膜。
发明内容
由于以往电阻丝无法达到整面均匀发热、加热效率低(约50％左右)、易产生氧化现象，且其使用电压较高。而现有新一代的金属薄膜电阻或氧化物薄膜电阻虽然热量传递较快，热效率已提升，且所述薄膜电阻在空气中不易氧化，但是使用所述薄膜电阻时，若是被加热体表面粗糙，会造成表面电阻分布不均，进而导致表面温度不均，而使被加热体因热应力的作用而破裂，此外，要制得所述薄膜电阻的成本很高。
因此，申请人思及将一导电涂料吸附于一纤维性材料上，以得到一电热膜用组成物的方法，进而来改善制得的电热膜表面电阻分布不均的问题，申请人推测因该纤维性材料包括多数个相互连接成一网络的纤维，所以可以将原先随意分散于该导电涂料中的多数导电粒子集中至所述纤维上或附近，并借由所述导电粒子沿该网络集中形成一电传导通路来导通电，以改善表面导电性不一而使表面电阻分布和表面温度不均及被加热体破裂的问题。
于是，本发明的第一目的在提供一种电热膜用组成物，其特征在于：该组成物包含一纤维性材料及一导电涂料，且该纤维性材料包括多数个相互连接成一网络的纤维，该导电涂料吸附于所述纤维上，该导电涂料包括重量比是介于20∶1至4∶6之间的黏合剂及碳素导电材，且该黏合剂含有一第一黏着树脂；其中，该第一黏着树脂是选自于环氧树脂(Expoxy resin)、酚醛树脂(Phenolresin)、聚酯树脂(Polyester resin)、聚醯亚胺树脂(Polyimide resin)、聚脲酯树脂(polyurethane resin)、聚丙烯腈树脂(Polyacrylic resin)、ABS树脂(Acrylonitri le-Butadiene-Styrene resin)、三聚氰胺树脂(Melamineresin)、硅树脂(Silicone resin)、尿素树脂(Urea resin)、聚碳酸酯树脂(Polycabonate res in)、聚枫树脂(Polysulfone resin)、氟碳树脂，或此等的一组合。该碳素导电材是选自微米级碳黑(carbon black)、纳米级碳黑、微米级石墨(graphite)、纳米级石墨、微米级碳纤维(carbon fiber)、纳米级碳纤维、纳米碳管(carbon nanotube)，或此等的一组合。
本发明的第二目的即在提供一种用于制备如上所述的电热膜用组成物的方法，其特征在于：该方法包含下列步骤：(a)令如上所述的该导电涂料吸附于一如上所述的该纤维性材料；及(b)对该吸附有该导电涂料的纤维性材料施予一压吸或加压刮平处理，即可得到该电热膜用组成物。
本发明的第三目的即在提供一种电热膜，其特征在于：其是借由对一如上所述的该电热膜用组成物进行一选自于热固化或烧结的热处理而得，且该电热膜具有一介于10至1200欧姆的电阻值。
本发明的第四目的即在提供一种电热装置，其特征在于：该装置包含一基材、一形成于该基材上的如上所述的电热膜，及二位于该基材上且对应地设置于该电热膜的二侧的电极，且所述电极分别与该电热膜电性相接。
因此，本发明电热膜及电热装置因含有该导电涂料而具有较低的电阻值，使得其使用电压比一般加热组件低，同时借由所述纤维可以使所述导电粒子集中以较少数量的粒子即可导通电，进而提升导电效果，所以确实可以增加使用上的安全性，减少触电时的危险，又能兼具升温速率快的优点，同时还可以改善电阻分布不均、表面温度不均及被加热体破裂的问题。
附图说明
图1是一示意图，说明本发明电热装置的一较佳实施例。
图2是一示意图，说明如何进行本发明电热膜的表面电阻值测试。
图3是一示意图，说明如何进行本发明电热膜的表面温度测试。
具体实施方式
本发明电热膜用组成物是包含一纤维性材料及一导电涂料，且该纤维性材料包括多数个相互连接成一网络的纤维，该导电涂料吸附于所述纤维上，该导电涂料包括重量比是介于20∶1至4∶6之间的黏合剂及碳素导电材，且该黏合剂含有一第一黏着树脂；其中，该第一黏着树脂是选自于环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚醯亚胺树脂、聚
酯树脂、聚丙烯腈树脂、ABS树脂、三聚氰胺树脂、硅树脂、尿素树脂、聚碳酸酯树脂、聚枫树脂、氟碳树脂，或此等的一组合，该碳素导电材是选自微米级碳黑、纳米级碳黑、微米级石墨、纳米级石墨、微米级碳纤维、纳米级碳纤维、纳米碳管，或此等的一组合。
较佳地，适用于本案的纤维性材料是选自于一电阻值是介于3至1022Ω之间的网状物。较佳地，适用于本案的网状物是选自于不织布、梭织物、针织物、金属网或窗纱。较佳地，该网状物的材质是选自于聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醯胺、聚丙烯腈、铜、镍、铝或不锈钢。
较佳地，适用于本案的纤维性材料是选自于一电阻值是介于3至20Ω之间的纸状物。较佳地，该纸状物是选自于炭纤维纸(carbon fiber paper)、金属纤维纸(metal fiber paper)、镀金属纤维纸(Metal-plated fiber paper)，或此等的一组合。较佳地，该纸状物的材质是选白于炭、石墨、金、银、铜、铁、镍、铬、铝、锰、钛、不锈钢，或此等的一组合。
较佳地，该第一黏着树脂是选白于环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚醯亚胺树脂、硅树脂、聚碳酸酯树脂，或此等的一组合。
该黏合剂的电阻值并无特殊的限制，当导电涂料中没有进一步添加其它导电物质时，较佳地，该黏合剂的电阻值是介于104至108Ω之间。较佳地，该黏合剂还含有多数个金属粒子，且所述金属粒子是选自于银、锡、铜，或此等的一组合。更佳地，所述金属粒子的粒径是介于0.1至50μm之间。在本案的一具体例中，该黏合剂是一电阻值介于104至106Q之间的电子级环氧树脂。在本发明的另一具体例中，该黏合剂是一电阻值介于1015至1016Ω之间的环氧树脂，此时可借由添加其它导电物质来调控该导电涂料的整体电阻值。例如：使用者借由将多数金属粒子添加至该第一黏着树脂中可以调整该黏合剂的电阻值。
较佳地，该导电涂料还包括一导电胶，该导电胶含有多数个粒径介于1至50μm之间的第一导电粒子，及一第二黏着树脂，且所述第一导电粒子是选自于银、锡、铜，或此等的一组合，该第二黏着树脂是选自于环氧树脂、聚脲酯树脂、聚丙烯腈树脂。更佳地，该导电胶还含有多数个第二导电粒子，且所述第二导电粒子是选自于金、铂、铯、铱、锇、钌，或此等的一组合。
该导电涂料还可以进一步包括多数个半导体粒子，所述半导体粒子是选自于SnO2、ZnO、In2O3、Ca2InO4、Sb与SnO2的掺合体、Fe与SnO2的掺合体、In2O3与Sn的掺合体、ZnO与Al的掺合体，或此等的一组合。较佳地，所述半导体粒子是Sb与SnO2的掺合体。
较佳地，该碳素导电材的电阻值是介于1至20Ω之间。较佳地，该碳素导电材是选自微米级碳黑、纳米级碳黑、微米级石墨、纳米级石墨，或此等的一组合。更佳地，该微米级碳素导电材的平均粒径是介于1至50μm之间，该纳米级碳素导电材的平均粒径是介于20至100nm之间。
较佳地，该碳素导电材是纳米级碳黑，且该黏合剂与该纳米级碳黑的重量比是介于90∶10至85∶15之间。
较佳地，该碳素导电材是纳米级石墨，且该黏合剂及该纳米级石墨的重量比是介于6∶4至3∶7之间。更佳地，该纳米级石墨是选自于高纯度石墨、鳞片状石墨粉末、薄片化石墨粉末，或此等的一组合。
较佳地，该碳素导电材是长度介于1至10mm之间、直径介于1至7μm之间的微米级碳纤维，或是长度介于不大于0.1至小于1mm之间、直径介于20至80nm之间的纳米级碳纤维。
较佳地，该导电涂料还包括一溶剂，该溶剂是选自于甲苯、二甲苯、丙酮(Dimethylketone)、丁酮(METHYL ETHYL KETONE)、甲基异丁酮(MethyIso-butyl Ketone)、二异丁酮(Diisobutyl Ketone)、甲戊酮(Methyl AmylKetone)、二丙酮醇、四氢呋喃(Tetrahydrofuran)、二氧六环、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二氯甲烷、乙二醇单丁醚、二甲基甲醯胺(dimethylformi de，DMF)、N-甲基吡咯烷酮(N-Methyl-2-Pyrrolidone，NMP)、二甲基亚枫(DimethySulfoxide，DMSO)，或此等的一组合。该导电涂料借由上述的溶剂可以调整其黏度，使该导电涂料能与该纤维性材料黏合的更均匀，较佳地，该导电涂料的黏度是介于30至40cps，更佳地，是介于32至38cps。
较佳地，该溶剂为甲苯，且该溶剂重量为该黏合剂的2至3倍之间。
较佳地，本发明电热膜用组成物是借由将该纤维性材料浸渍于该导电涂料中，接着将该经浸渍的纤维性材料自该导电涂料中取出，并对其施予一压吸或加压括平处理而制得，或是将该导电涂料涂覆于该纤维性材料的至少一表面上，并以施予压吸或加压括平处理而制得。
本发明用于制备该电热膜用组成物的方法包含下列步骤：(a)令如上所述的该导电涂料吸附于一如上所述的该纤维性材料；及(b)对该吸附有该导电涂料的纤维性材料施予一压吸或加压刮平处理，即可得到该电热膜用组成物。
在本案的一具体例中，该步骤(a)是借由将该纤维性材料浸渍于该导电涂料中，使该导电涂料吸附于该纤维性材料上。在本案的另一具体例中，该步骤(a)是借由将该导电涂料涂覆于该纤维性材料的至少一表面上，使该导电涂料吸附于该纤维性材料上。
该导电涂料中的导电粒子经上述的压吸或加压刮平处理后，会明显地朝所述纤维形成的该网络集中。较佳地，该压吸处理的压力是介于1至3kg/cm2之间。本案具体例中的压力皆为1.5kg/cm2。
本发明电热膜是借由对一如上所述的该电热膜用组成物进行一选自于热固化或烧结的热处理而得，且该电热膜具有一介于10至1200欧姆的电阻值。
当使用的基材为织物或玻璃时，该热处理是热固化，且是借由将该电热膜用组成物先贴覆至该基材，并对其施予一介于60-150℃的温度，使该电热膜用组成物固化而获得。
当使用的基材为陶瓷时，该热处理是烧结，且是借由将该电热膜用组成物先贴覆至该基材，并对其施予一介于200-650℃的温度，使该电热膜用组成物烧结而获得。
本发明电热膜可以被更进一步地制成一电热装置，如图1所示，本发明电热装置包含一基材1、一形成于该基材1上的如上所述的电热膜2，及二位于该基材1上且对应地设置于该电热膜2的二侧的电极3，且所述电极3分别与该电热膜2电性相接。
以电热膜的导电机制来看，以往电热膜主要是经由所述导电粒子的聚集效应(Percolation)所形成的路径而导电，因此，由所述导电粒子形成的凝聚体以及其烧成后的排列方式均会影响电阻层所表现的电阻值。当导体粒子含量愈高，烧结后凝聚体形成环状、网状或链状结构的机会愈大，所得的电热膜电阻值也会较低。
本发明的纤维性材料则是用以导引所述导电粒子形成一网状凝聚体进而降低所述导电粒子的添加量。更进一步地来探讨本发明电热膜的导电机制时，可将其区分为五部分来看：(1)聚集效应；(2)均匀(Uniform)导电式；(3)均匀导槽式(Uniform Channel)；(4)穿遂能障(Tunneling Barrier)式；(5)非穿遂能障(Non-tunneling Barrier)式。
所谓的均匀导电式是指所述导电粒子均匀掺混于该黏合剂中，以杂质型态提供导电。而均匀导槽式是指所述导电粒子之间相互烧结而形成一传导槽时，电子沿着此通路运动而导电，不过由于均匀导槽式电子只能沿着该传导槽的方向前进，因此会形成异方向性(heterotropic)的导电，但是本发明借由该纤维性材料，可以强迫电子沿着网状结构运动而克服异方向性的缺点。
至于穿隧能障式指的是当该传导槽被能障分隔时，若这些能障本身非常薄且窄，或者某些孤立的导电粒子或小聚集体之间只隔着很薄的绝缘层(≤10nm)，在电场作用下，由于热震动而被激发的电子即可越过绝缘层而跃迁到相邻的导电粒子上，进而产生流动的现象以提供导电。而当该传导槽被能障阻隔并且电子无法借由穿隧模式传导时，若能障中含有半导体或不良绝缘体，则可借由存在于能障中的半导体或性质相近的导体粒子以非穿隧的方式通过能障而导电，此即所谓的非穿隧能障式。
本发明除了该纤维性材料能有助于聚集效应及均匀导槽式的导电模式外，其所使用的黏合剂和碳素导电材也有助于穿隧能障式的导电模式，因为该微/纳米级的导电粒子较容易跃过能障而跃迁到相邻的导电粒子，所以本发明确实能以较少的导电物质及较低的成本达到较佳的导电效果，进而具有较低的电阻值。
实施例
本发明将就以下各实施例来作进一步说明，但是应了解的是，该实施例只为例示说明的用，而不应被解释为本发明实施的限制。
化学品来源
1.黏合剂：
(1)电子级环氧树脂A(E-Epoxy Resin)：购自于善群实业有限公司，其电阻值是介于104至106Ω之间。
(2)环氧树脂B：购自于长春石油化学股份有限公司，型号为BE188，其电阻值是介于1015至1016Ω之间。
2.纳米级碳黑A(Nano Conductive Carbon Black)：购自于崎飞企业有限公司，其平均粒径为30至35nm之间，电阻值为4Ω。
3.纳米级碳黑B(Nano Conductive Carbon Black)：购自于德库萨企业有限公司，其平均粒径为50至55nm之间，电阻值为4Ω。
4.高纯度石墨(Highly Purified Graphite Powders)：购自于日本黑铅工业株式会社，其平均粒径为15μm，电阻值为1.5Ω。
5.薄片化石墨粉末(Laminate Graphite Powders)：购自于日本黑铅工业株式会社，其平均粒径为15μm，电阻值为2.2Ω。
6.鳞片状石墨粉末(Graphite Powders for General Use)：购自于日本黑铅工业株式会社，其平均粒径为40μm，电阻值为3Ω。
7.碳纤维(carbon fiber)：购自于华立公司，其截面直径为7μm，长度为3mm及6mm，电阻值为5Ω。
8.锑/二氧化锡掺合体：购自于南京海泰纳米材料有限公司，型号为SN-1000。
9.聚丙烯透气不织布(Polypropylene，PP)：购自于南亚公司，型号为50401，基重为14m2/g。
10.聚酯阻燃麂皮布：购自于力丽公司，布规格：30/12+80D/25f 36I，尺寸大小为8cm×8cm。
11.挤出面砖：花岗二丁挂砖，购自于华泰窑业股份有限公司，型号为5×23cm。
12.银胶：购自于致嘉科技股份有限公司，型号为G-7477，其银含量为66wt％。
13.锡膏：购自于升茂科技股份有限公司，型号为F606-p20，其锡含量为65wt％。
仪器
1.压染试验机：型号为Rapid。
2.高扭力快速搅拌器：型号为G-750。
3.烘箱：型号为DO45。
4.数字夹式电表：型号为TES-3074。
表面电阻测试
如图2所示，本案是采用数字夹式电表对一对象试片90进行表面电阻的测试，四个测量点91分别是取在由该试片90中心点92往四个顶点方向延伸2.5cm处，再取其平均值。
升温测试
如图3所示，本案是利用二分别贴覆于一对象试片80的相反两边的铜箔胶带81(电阻值为0.7Ω)作为该试片80的电极81，并将所述电极81与一变压器82相连接，再借由改变电压来量测不同电压下，该试片在某个时间点时的表面温度，测量点为该试片的中心点83。
电热膜用组成物
添加碳黑
实施例1
实施例1的操作步骤如下：
(1)将一纳米级碳黑A置于一烘箱中，以100℃烘1小时后，再以100目的筛网进行过筛；
(2)将该纳米级碳黑A分数次加入环氧树脂A中，形成一该纳米级碳黑A与该环氧树脂A的重量比为5∶95的混合物；
(3)加入适量甲苯以形成一黏度介于32至38cps之间的树脂溶液；
(4)利用高扭力快速搅拌器，以转速300r.p.m搅拌该树脂溶液15分钟，使该纳米级碳黑A均匀分散于其中，以制得一导电涂料；
(5)将一聚丙烯透气不织布浸渍于该导电涂料中，历时1分钟；
(6)再将该不织布从该导电涂料中取出以压染试验机进行压吸，其中压力为1.5kg/cm2，即可得到一本发明电热膜用组成物。
实施例2至6
实施例2至6是以与实施例1相似的步骤得到该电热膜用组成物，不同的处只在于：该纳米级碳黑A与该环氧树脂A的重量比分别为10/90；15/85；20/80；25/75；30/70。
实施例7
实施例7是以与实施例1相似的步骤得到该电热膜用组成物，不同的处只在于：该纳米级碳黑A是以一纳米级碳黑B取代的。
实施例8至12
实施例8至12是以与实施例7相似的步骤得到该导电涂料，不同的处只在于：该纳米级碳黑B与该环氧树脂A的重量比分别为10/90；15/85；20/80；25/75；30/70。
添加鳞片状石墨
实施例13及14
实施例13及14是以与实施例1相似的步骤得到该电热膜用组成物，不同的处在于：该纳米级碳黑A是以一鳞片状石墨取代的，且该鳞片状石墨与该环氧树脂A的重量比例分别为50/50；70/30。
添加薄片状石墨
实施例15至17
实施例15至17是以与实施例1相似的步骤得到该电热膜用组成物，不同的处在于：该纳米级碳黑A是以一薄片状石墨取代的，且该薄片状石墨与该环氧树脂A的重量比例分别为30/70；50/50；70/30。
添加高纯度石墨
实施例18
实施例18的操作步骤如下：
(1)将一高纯度石墨置于一烘箱中，以100℃烘1小时后，再以100目的筛网进行过筛；
(2)将该高纯度石墨分数次加入环氧树脂B中，形成一该高纯度石墨与该环氧树脂B比例为30/70的混合物；
(3)加入适量甲苯以形成一黏度介于32至38cps之间的树脂溶液；
(4)利用高扭力快速搅拌器，以转速300r.p.m搅拌该树脂溶液，历时15分钟；
(5)将一锡膏加入该树脂溶液中，使该高纯度石墨与该锡膏的比例为20/80，同样以转速300r.p.m搅拌该树脂溶液15分钟，以制得一导电涂料；
(6)将一聚丙烯透气不织布浸渍于该导电涂料中，历时1分钟；
(7)将该不织布从该导电涂料中取出以压染试验机，其中压力为1.5kg/cm2，即可得到一本发明电热膜用组成物。
实施例19至24
实施例19至24是以与实施例18相似的步骤得到该电热膜用组成物，不同的处只在于：该高纯度石墨与该锡膏的重量比例分别为30/70；40/60；50/50；60/40；70/30；80/20。
添加锑/二氧化锡掺合体
实施例25
实施例25是以与实施例18相似的步骤得到该电热膜用组成物，不同的处在于：该步骤(2)中的该环氧树脂B以实施例1中所述的环氧树脂A取代，该步骤(5)中的该锡膏以一锑/二氧化锡掺合体取代，且该高纯度石墨、该环氧树脂A、该锑/二氧化锡掺合体的重量比分别为12∶35∶3。
实施例26
实施例26是以与实施例18相似的步骤得到该电热膜用组成物，不同的处在于：该步骤(5)进一步添加一锑/二氧化锡掺合体，且该锡膏以一银胶取代，该高纯度石墨、该环氧树脂B、该银胶及该锑/二氧化锡掺合体的重量比分别为3∶14∶2∶1。
添加碳纤维
实施例27
实施例27的操作步骤如下：
(1)将一碳纤维先浸泡于酒精中使其分散，再置于一烘箱中，以100℃烘1小时；
(2)将该碳纤维分数次加入环氧树脂B中，形成一该碳纤维与该环氧树脂的重量比为1∶99的混合物；
(3)加入适量甲苯以形成一黏度介于32至38cps之间的树脂溶液；
(4)利用高扭力快速搅拌器，以转速300r.p.m搅拌该树脂溶液15分钟，使该碳纤维均匀分散于其中，以制得一导电涂料；
(5)将一聚丙烯透气不织布浸渍于该导电涂料中，历时1分钟；
(6)将该不织布从该导电涂料中取出，并以刮刀均匀刮平表面，即可得到一本发明电热膜用组成物。
实施例28
实施例28是以与实施例27相似的步骤得到该电热膜用组成物，不同的处在于：还进一步在该步骤(4)的导电涂料中添加一锡膏，且该树脂溶液中的碳纤维、环氧树脂B与锡膏的重量比为1∶80∶19。
实施例29
实施例29是以与实施例1相似的步骤得到该电热膜用组成物，不同的处只在于：该步骤(5)中的聚丙烯透气不织布是以一炭纤维纸取代。
实施例30
实施例30是以与实施例18相似的步骤得到该电热膜用组成物，不同的处只在于：该步骤(6)中的聚丙烯透气不织布是以一炭纤维纸取代。
实施例31
实施例31是以与实施例27相似的步骤得到该电热膜用组成物，不同的处只在于：该步骤(5)中的聚丙烯透气不织布是以一炭纤维纸取代。
表面贴覆有本发明电热膜的对象
以下将前面实施例所制得的电热膜用组成物实际贴覆于一对象上，例如：一聚丙烯阻燃织物或一挤出面砖，进而测试所述电热膜用组成物使用时的表面性质。
使用例1
使用例1的操作步骤如下：
(1)将一实施例1所制得的电热膜用组成物贴覆于一长与宽皆为8公分的聚丙烯阻燃织物的一表面上；
(2)将贴有该电热膜用组成物的聚丙烯阻燃织物置于一150℃的烘箱中加热1小时，以使该电热膜用组成物固化成一电热膜，即可得到一表面贴覆有本发明电热膜的织物。
使用例2至14
使用例2至14是以与使用例1相似的步骤得到该贴覆有本发明电热膜的织物，不同的处在于：该步骤(1)中的电热膜用组成物分别是以实施例2至14所制得的电热膜用组成物取代的。
使用例15
使用例15的操作步骤如下：
(1)将一实施例15所制得的电热膜用组成物贴覆于一长10公分、宽为5公分、厚为0.3公分的玻璃基材的一表面上；
(2)将贴有该电热膜用组成物的玻璃基材置于一150℃的烘箱中加热1小时，以使该电热膜用组成物固化成一电热膜，即可得到一表面贴覆有本发明电热膜的玻璃基材。
使用例16及17
使用例16及17是以与使用例15相似的步骤得到该贴覆有本发明电热膜的玻璃基材，不同的处在于：该步骤(1)中的电热膜用组成物分别是以实施例16及17所制得的电热膜用组成物取代的。
使用例18
使用例18的操作步骤如下：
(1)将一实施例18所制得的电热膜用组成物贴覆于一挤出面砖52×240mm的一表面上；
(2)将该贴有本发明电热膜用组成物的挤出面砖置于一高温烧结炉中，以每分钟10℃的升温速率将温度升至300℃，并于300℃下持温1小时，以使该电热膜用组成物烧结成一电热膜，即可得到一表面贴覆有本发明电热膜的挤出面砖。
使用例19至24
使用例19至24是以与使用例18相似的步骤得到该贴覆有本发明电热膜的挤出面砖，不同的处在于：该步骤(1)中的电热膜用组成物分别是以实施例19至24所制得的电热膜用组成物取代的。
使用例25
使用例25是以与使用例18相似的步骤得到该贴覆有本发明电热膜的挤出面砖，不同的处在于：该步骤(1)中的电热膜用组成物是以实施例25所制得的电热膜用组成物取代的，且该步骤(2)的烧结温度为580℃。
表面电阻及升温测试结果
将使用例1至22分别进行表面电阻及不同电压下的升温测试，进而得到所述使用例的表面电阻值及表面温度，参见表1至表3。其中，表1中的「损坏」是指该基材受到损坏，并非该电热膜用组成物不可使用，而该基材受损的原因是本发明电热膜用组成物的电阻值可以低至10Ω，使得施予一电压时，该电热膜用组成物可以升温很快，但是有些基材(例如：织物)本身受热程度有限，所以温度过高就会导致该基材受损，但是实际使用时该电热膜，是会配合该基材特性，并不会在该基材不能承受的温度下使用。因此，表1只是用以显示本发明借由成本低廉又简易的方法制得的电热膜，确实可以具有介于10Ω至1200Ω的电阻值且升温很快。
表3中的数据是以挤出面砖为基材时所量测到的本发明电热膜用组成物的表面电阻值，需特别说明的是，实验发现当该银胶含量高达80wt％时，会使得该导电涂料的黏度大为降低，导致在织物压吸过程中，该不织物表面上的一些纤维会因黏度的关是而被该导电涂料拉起，造成在烧结过后该不织物表面上会形成一些突起物，而当进行加热测试时这些突起物会被压碎，甚至会产生火花而使得电热膜用组成物被破坏，所以在进一步添加如银胶等的金属胶时，要注意其对该导电涂料整体黏度的影响。
表1
表2
表3
结论
由上述的表面电阻及表面温度可知本发明电热膜具有一介于10Ω至1200Ω的电阻值，可以让使用者自行依据不同基材及不同需求，选择不同电阻值的电热膜。若是偏重省电的需求，可以选择其表面电阻值介于800Ω至1200Ω之间者；若是偏重升温要快的需求，可以选择其表面电阻值介于10Ω至100Ω之间者，其升温速率可达45秒即可升温至250℃。此外，由于使用时本发明电热膜是直接贴覆于基材上，与现有电阻丝相较的下，已经大大减少传递过程中损失的能量。
综合上述，本发明电热膜及电热装置因含有该导电涂料而具有较低的电阻值，使得其使用电压比一般加热组件低，确实可以增加使用上的安全性，减少触电的危险，又能兼具升温速率快的优点，此外，本发明电热膜及电热装置借由该纤维性材料的所述纤维，使得原先随意分散于该导电涂料中的所述导电粒子，当经过压吸后在该纤维性材料上的附着位置会是在所述纤维上或是附近，使本发明电热膜中的导电粒子能同时借由所述纤维形成的网络导通，进而以较少的导电粒子，就能达到产生较佳的功效，且其使用的涂布及压吸设备简易，与以往电热膜制程所需的成本相比，明显可知本案具有较大的经济效益。因此本发明电热膜及电热装置确实能改善电阻分布不均、表面温度不均及被加热体破裂的问题，且能以较低的成本制得电阻值较低的电热膜。
惟以上所述者，只为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (42)
1. 一种电热膜用组成物，其特征在于：该组成物包含：
一纤维性材料，包括多数个相互连接成一网络的纤维；以及
一导电涂料，吸附于所述纤维上，所述导电涂料包括重量比是介于20∶1至4∶6之间的黏合剂及碳素导电材，且所述黏合剂含有一第一黏着树脂；其中，所述第一黏着树脂是选自于环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚醯亚胺树脂、聚
酯树脂、聚丙烯腈树脂、ABS树脂、三聚氰胺树脂、硅树脂、尿素树脂、聚碳酸酯树脂、聚枫树脂、氟碳树脂，或此等的一组合，所述碳素导电材是选自微米级碳黑、纳米级碳黑、微米级石墨、纳米级石墨、微米级碳纤维、纳米级碳纤维、纳米碳管，或此等的一组合。
2. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述纤维性材料是选自于一电阻值是介于3至1022Ω之间的网状物，或一电阻值是介于3至20Ω之间的纸状物。
3. 如权利要求2所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述网状物是选自于不织布、梭织物、针织物、金属网或窗纱。
4. 如权利要求2所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述网状物的材质是选自于聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚醯胺、聚丙烯腈、铜、镍、铝或不锈钢。
5. 如权利要求2所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述纸状物是选自于炭纤维纸、金属纤维纸、镀金属纤维纸，或此等的一组合。
6. 如权利要求2所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述纸状物的材质是选自于炭、石墨、金、银、铜、铁、镍、铬、铝、锰、钛或不锈钢。
7. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述黏合剂的电阻值是介于104至108Ω之间。
8. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述黏合剂还含有多数个金属粒子，且所述金属粒子是选自于银、锡、铜，或此等的一组合。
9. 如权利要求8所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述金属粒子的粒径是介于0.1至50μm之间。
10. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述导电涂料还包括一导电胶，所述导电胶含有多数个粒径介于1至50μm之间的第一导电粒子，及一第二黏着树脂，且所述第一导电粒子是选自于银、锡、铜，或此等的一组合，所述第二黏着树脂是选自于环氧树脂、聚脲酯树脂、聚丙烯腈树脂。
11. 如权利要求10所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述导电胶还含有多数个第二导电粒子，且所述第二导电粒子是选自于金、铂、铯、铱、锇、钌，或此等的一组合。
12. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述导电涂料还进一步包括多数个半导体粒子，所述半导体粒子是选自于SnO2、ZnO、In2O3、Ca2InO4、Sb与SnO2的掺合体、Fe与SnO2的掺合体、In2O3与Sn的掺合体、ZnO与Al的掺合体，或此等的一组合。
13. 如权利要求12所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述半导体粒子是Sb与SnO2的掺合体。
14. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述碳素导电材的电阻值是介于1至20Ω之间。
15. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述碳素导电材是选自微米级碳黑、纳米级碳黑、微米级石墨、纳米级石墨，或此等的一组合。
16. 如权利要求15所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述微米级碳素导电材的平均粒径是介于1至50μm之间。
17. 如权利要求15所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述纳米级碳素导电材的平均粒径是介于20至100nm之间。
18. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述碳素导电材是纳米级碳黑，且所述黏合剂与所述纳米级碳黑的重量比是介于90∶10至85∶15之间。
19. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述碳素导电材是纳米级石墨，且所述黏合剂及所述纳米级石墨的重量比是介于6∶4至3∶7之间。
20. 如权利要求19所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述纳米级石墨是选自于高纯度石墨、鳞片状石墨粉末、薄片化石墨粉末，或此等的一组合。
21. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述碳素导电材是长度介于1至10mm之间的微米级碳纤维。
22. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述碳素导电材是长度介于不大于0.1至小于1mm之间的纳米级碳纤维。
23. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述碳素导电材是截面直径介于1至7μm之间的微米级碳纤维。
24. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述碳素导电材是截面直径介于20至80nm之间的纳米级碳纤维。
25. 如权利要求1所述的材料组成物，其特征在于：所述导电涂料还包括一溶剂，所述溶剂是选自于甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、甲基异丁酮、二异丁酮、甲戊酮、二丙酮醇、四氢呋喃、二氧六环、N-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、乙二醇单丁醚、二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚枫，或此等的一组合。
26. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述导电涂料的黏度是介于30至40cps。
27. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述组成物是借由下列步骤所制得：将所述纤维性材料浸渍于所述导电涂料中，接着将所述经浸渍的纤维性材料自所述导电涂料中取出，并对其施予一压吸或加压括平处理，即可得到所述电热膜用组成物。
28. 如权利要求1所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述组成物是借由下列步骤所制得：将所述导电涂料涂覆于所述纤维性材料的至少一表面上，并以施予压吸或加压括平处理，即可得到所述电热膜用组成物。
29. 一种用于制备如权利要求1所述的电热膜用组成物的方法，其特征在于：
所述方法包含下列步骤：
(a)令如权利要求1所述的所述导电涂料吸附于一如权利要求1所述的所述纤维性材料；及
(b)对所述吸附有所述导电涂料的纤维性材料施予一压吸或加压刮平处理，即可得到所述电热膜用组成物。
30. 如权利要求29所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(a)是借由将所述纤维性材料浸渍于所述导电涂料中，使所述导电涂料吸附于所述纤维性材料上。
31. 如权利要求29所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(a)是借由将所述导电涂料涂覆于所述纤维性材料的至少一表面上，使所述导电涂料吸附于所述纤维性材料上。
32. 如权利要求29所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(b)的压吸处理的压力是介于1至3kg/cm2之间。
33. 如权利要求29所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述导电涂料的黏度是介于30至40cps。
34. 如权利要求29所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述纤维性材料是选自于一电阻值是介于3至1022Ω之间的网状物，或一电阻值是介于3至20Ω之间的纸状物。
35. 如权利要求34所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述网状物是选自于不织布、梭织物、针织物、金属网或窗纱。
36. 如权利要求34所述的电热膜用组成物，其特征在于：所述纸状物是选自于炭纤维纸、金属纤维纸、镀金属纤维纸，或此等的一组合。
37. 一种电热膜，其是借由对一如权利要求1所述的所述电热膜用组成物进行一选自于热固化或烧结的热处理而得，且所述电热膜具有一介于10至1200Ω的电阻值。
38. 如权利要求37所述的电热膜，其特征在于：所述热处理是热固化，且是借由所述电热膜用组成物先贴覆至一基材，并对其施予一介于60℃至150℃的温度，使所述电热膜用组成物固化而获得。
39. 如权利要求37所述的电热膜，其特征在于：所述热处理是烧结，且是借由所述电热膜用组成物先贴覆至一基材，并对其施予一介于200℃至650℃的温度，使所述电热膜用组成物烧结而获得。
40. 一种电热装置，其特征在于：所述装置包含：
一基材；
一形成于所述基材上的如权利要求37所述的电热膜；及
二位于所述基材上且对应地设置于所述电热膜的二侧的电极，所述电极分别与所述电热膜电性相接。
41. 如权利要求40所述的电热装置，其特征在于：所述基材是织物或玻璃，且所述电热膜是借由将如权利要求1所述的电热膜用组成物先贴覆至所述基材上，并对其施予一介于60℃至150℃的温度，使所述电热膜用组成物固化而获得。
42. 如权利要求40所述的电热装置，其特征在于：所述基材是陶瓷，且所述电热膜是借由将如权利要求1所述的电热膜用组成物先贴覆至所述基材上，并对其施予一介于200℃至650℃的温度，使所述电热膜用组成物烧结而获得。
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