CN103476158B

CN103476158B - Ptc复合材料发热膜及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103476158B
Application number: CN201310398903.5A
Authority: CN
Inventors: 孙蓉; 李畅; 郭慧子; 符显珠
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Wuhan shaiyang HVAC Equipment Co., Ltd
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: CN103476158A

Abstract

本发明公开了一种PTC复合材料发热膜，包括依次层叠的第一高分子固化片、PTC复合材料层和第二高分子固化片。这种PTC复合材料发热膜的PTC复合材料层的材料为按照质量份数20份～90份的导电粒子、10份～80份的高分子聚合物和1份～10份的添加剂组成的混合物，也就是说，PTC复合材料层的材料为表现出正温度系数特性的填充导电粒子的结晶或半结晶高分子复合材料。这种PTC复合材料发热膜采用PTC特性的复合材料，能够通过自身智能控温，进行过热保护。本发明还公开了上述PTC复合材料发热膜的制备方法，以及采用该PTC复合材料发热膜的电热膜地暖器件。

Description

PTC复合材料发热膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及地暖材料领域，特别是涉及一种PTC复合材料发热膜及其制备方法和应用。

背景技术

目前国内房屋传统的采暖方式一般有：空调采暖、暖气片采暖、电发热膜采暖。

空调采暖方式属于运用热对流的方式加热房屋中的空气来提高室内温度的。在我国，此种方式在没有安装集中供暖的南方被普遍采用。空调采暖的弊端有以下几点：第一，空调体积较大，需占用室内空间；第二，强制空气对流造成室内扬尘，对健康有危害；第三，热空气比重小，会集中在房屋顶部，室内温度分布不合理。

暖气片采暖是我国北方地区现有的主要采暖方式。此种采暖方式主要利用热传导方式加热房屋中的空气来提高室内温度。暖气片采暖有以下缺点：第一，加热速度慢；第二，热损耗较大；第三，室内温差明显；第四，使用不当容易引发火灾。

电发热膜采暖是一种比较新型的供暖产品，主要靠热传导热对流和热辐射三种方式传热。辐射出的远红外线有助于人体血液循环，能够起到保健作用。在现有的地暖方式中，CN103103869A和CN103103870A等发明公开了一种电发热纸的制备方法，其发明中运用的是碳纤维或者短切碳纤维。在造纸工艺中，纸纤维和碳纤维难以均匀的分散，会导致发热不均匀，存在安全隐患。而且CN103002610A发明中采用了电发热纸作为主要发热器件，电发热纸中采用的纸纤维是一类易燃材料，在发热期间，如果由于外界原因热量未能及时散发，导致的局部过热，存在安全隐患,而且上述膜本身不具有自控温能力。针对以上存在的问题及限制，本领域迫切需要开发一种提供自控温，自保护，不易燃，具有更高安全性能及发热均匀的地暖产品。

在填充导电粒子的结晶或半结晶高分子复合材料中可表现出正温度系数PTC（Positive Temperature Coefficient）特性。也就是说，在一定的温度范围内，这类导电体呈现较低的电阻率，而当温度升高到其高分子聚合物熔点附近，也就是达到了“断开温度”，电阻率急剧升高，形成断路。然而，目前还没有采用PTC特性的复合材料的发热膜的报道。

发明内容

基于此，有必要提供一种采用PTC特性的复合材料的PTC复合材料发热膜及其制备方法和应用。

一种PTC复合材料发热膜，包括依次层叠的第一高分子固化片、PTC复合材料层和第二高分子固化片；

所述PTC复合材料层的材料为按照质量份数20份～90份的导电粒子、10份～80份的高分子聚合物和1份～10份的添加剂组成的混合物。

在一个实施例中，所述导电粒子选自炭黑、石墨粉、碳纤维粉、金属粉末、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。

在一个实施例中，所述高分子聚合物选自聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、环氧树脂和聚酰亚胺中的至少一种。

在一个实施例中，所述添加剂为固化剂、促进剂、着色剂或阻燃剂。

在一个实施例中，所述第一高分子固化片和所述第二高分子固化片的材料为环氧树脂。

在一个实施例中，还包括位于所述第一高分子固化片和所述第二高分子固化片之间的两个电极，所述两个电极相对设置并且分别位于所述PTC复合材料层的两端。

一种PTC复合材料发热膜的制备方法，包括如下步骤：

提供第一高分子半固化片，并将PTC复合浆料涂覆在所述第一高分子半固化片上，形成PTC复合材料层，所述PTC复合浆料的溶质为按照质量份数20份～90份的导电粒子、10份～80份的高分子聚合物和1份～10份的添加剂组成的混合物；

提供第二高分子半固化片，并将所述第二高分子半固化片盖在所述第一高分子半固化片的形成有PTC复合材料层的一侧，接着在温度为80℃～180℃、压力为5MPa～10MPa的条件下进行固化，固化时间为0.5h～2h，固化后得到PTC复合材料发热膜，并且所述第一高分子半固化片和所述第二高分子半固化片分别固化为第一高分子固化片和第二高分子固化片。

在一个实施例中，所述PTC复合浆料的溶剂为选自甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、丁酮和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。

在一个实施例中，所述形成PTC复合材料层的操作中，还包括在所述PTC复合材料层的两端放置相对设置的两个电极的操作。

一种电热膜地暖器件，包括依次层叠的隔热膜、反射膜和发热膜，所述发热膜为上述的PTC复合材料发热膜。

这种PTC复合材料发热膜的PTC复合材料层的材料为按照质量份数20份～90份的导电粒子、10份～80份的高分子聚合物和1份～10份的添加剂组成的混合物，也就是说，PTC复合材料层的材料为表现出正温度系数PTC（PositiveTemperature Coefficient）特性的填充导电粒子的结晶或半结晶高分子复合材料。这种PTC复合材料发热膜采用PTC特性的复合材料，能够通过自身智能控温，进行过热保护。

附图说明

图1为一实施方式的PTC复合材料发热膜的剖面结构示意图；

图2为图1所示的PTC复合材料发热膜的制备流程图；

图3为一实施方式的电热膜地暖器件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

如图1所示的一实施方式的PTC复合材料发热膜10，包括依次层叠的第一高分子固化片11、PTC复合材料层13、第二高分子固化片15和两个电极17、19。

第一高分子固化片11和第二高分子固化片15的材料可以为环氧树脂。

PTC复合材料层13的材料为按照质量份数20份～90份的导电粒子、10份～80份的高分子聚合物和1份～10份的添加剂组成的混合物。

导电粒子选自炭黑、石墨粉、碳纤维粉、金属粉末、碳纳米管和石墨烯中的至少一种

高分子聚合物选自聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、环氧树脂和聚酰亚胺中的至少一种。

添加剂为固化剂、促进剂、着色剂或阻燃剂。

固化剂可以为双氰胺或4,4-二氨基二苯醚。

两个电极17、19位于第一高分子固化片11和第二高分子固化片15之间，两个电极17、19相对设置并且分别位于PTC复合材料层13的两端。

如图2所示的上述PTC复合材料发热膜10的制备方法，包括如下步骤：

S10、提供第一高分子半固化片，并将PTC复合浆料涂覆在第一高分子半固化片上，形成PTC复合材料层13。

第一高分子半固化片可以直接从市场上购买成品。一般选择环氧树脂材质的半固化片。

PTC复合浆料的溶质为按照质量份数20份～90份的导电粒子、10份～80份的高分子聚合物和1份～10份的添加剂组成的混合物。

添加剂为固化剂、促进剂、着色剂或阻燃剂。

固化剂可以为双氰胺或4,4-二氨基二苯醚。

PTC复合浆料的溶剂为选自甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、丁酮和、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。

具体而言，PTC复合浆料通过如下步骤配制得到：将导电粒子洗去表面胶质后烘干，接着配置高分子聚合物的溶液和添加剂的溶液，将烘干后的导电粒子、高分子聚合物的溶液和添加剂的溶液混合后，搅拌直至得到混合均匀的PTC复合浆料。

导电粒子可以采用有机溶剂洗涤的方式出去其表面胶质。

本实施方式中，可以通过丝网印刷的方式将PTC复合浆料涂覆在第一高分子半固化片上。

本实施方式中，在形成PTC复合材料层的操作中，还包括在PTC复合材料层的两端放置相对设置的两个电极17、19的操作。

S20、提供第二高分子半固化片，并将第二高分子半固化片盖在第一高分子半固化片的形成有PTC复合材料层13的一侧，接着在温度为80℃～180℃、压力为5MPa～10MPa的条件下进行固化，固化时间为0.5h～2h，固化后得到PTC复合材料发热膜10。

第二高分子半固化片可以直接从市场上购买成品。一般选择环氧树脂材质的半固化片。

固化完成后，第一高分子半固化片和第二高分子半固化片分别固化为第一高分子固化片11和第二高分子固化片15。

这种PTC复合材料发热膜10的制备方法操作方便，简单快速。

上述PTC复合材料发热膜10可以做为新型地暖材料应用于多个领域，下面以其应用于电热膜地暖器件为例进行简单介绍。

如图3所示的一实施方式的电热膜地暖器件100，包括依次层叠的隔热膜30、反射膜20和发热膜10。

在具体铺设该电热膜地暖器件100时，隔热膜30、反射膜20和发热膜10在地面上按照从下到上的顺序依次铺设。

以下为具体实施例部分。

实施例1

称取6g碳纤维粉，4g环氧树脂。将碳纤维粉在丁酮中浸泡搅拌一个小时，洗掉碳纤维表面的胶质，倒掉丁酮，然后将碳纤维粉和环氧树脂放入洁净容器中，在80℃下烘干。将环氧树脂用丁酮溶解。采用固化剂双氰胺作为添加剂，称取0.24g双氰胺，用N,N-二甲基甲酰胺将其溶解。将固化剂溶液、环氧树脂溶液和碳纤维粉混匀后不停搅拌1h，得到混合均匀的PTC复合浆料。

提供材质为环氧树脂的第一高分子半固化片，将PTC复合浆料用丝网印刷机印刷到第一高分子半固化片上形成PTC复合浆料层，接着在PTC复合浆料层的两端贴上铜箔作为电极，在120℃保持一个小时，然后盖上材质为环氧树脂的第二高分子半固化片，在温度为160℃、压力为8MPa的条件下进行固化，固化时间为1.5h，得到PTC复合材料发热膜。

实施例2

称取3g炭黑，7g环氧树脂。将炭黑在丁酮中浸泡搅拌一个小时，洗掉炭黑表面的胶质，倒掉丁酮，然后将炭黑和环氧树脂放入洁净容器中，在80℃下烘干。将环氧树脂用丁酮溶解。采用固化剂双氰胺作为添加剂，称取0.36g双氰胺，用N,N-二甲基甲酰胺将其溶解。将固化剂溶液、环氧树脂溶液和碳纤维粉混匀后不停搅拌1h，得到混合均匀的PTC复合浆料。

提供材质为环氧树脂的第一高分子半固化片，将PTC复合浆料用丝网印刷机印刷到第一高分子半固化片上形成PTC复合浆料层，接着在PTC复合浆料层的两端贴上铜箔作为电极，在120℃保持一个小时，然后盖上材质为环氧树脂的第二高分子半固化片，在温度为160℃、压力为10MPa的条件下进行固化，固化时间为2h，得到PTC复合材料发热膜。

实施例3

称取2g石墨粉、2g碳纤维粉，4g环氧树脂。将石墨粉和碳纤维粉在丁酮中浸泡搅拌一个小时，洗掉碳纤维表面的胶质，倒掉丁酮，然后将石墨粉、碳纤维粉和环氧树脂放入洁净容器中，在80℃下烘干。将环氧树脂用丁酮溶解。采用固化剂双氰胺作为添加剂，称取0.36g双氰胺，用N,N-二甲基甲酰胺将其溶解。将固化剂溶液、环氧树脂溶液和碳纤维粉混匀后不停搅拌1h，得到混合均匀的PTC复合浆料。

提供材质为环氧树脂的第一高分子半固化片，将PTC复合浆料用丝网印刷机印刷到第一高分子半固化片上形成PTC复合浆料层，接着在PTC复合浆料层的两端贴上铜箔作为电极，在120℃保持一个小时，然后盖上材质为环氧树脂的第二高分子半固化片，在温度为180℃、压力为5MPa的条件下进行固化，固化时间为0.5h，得到PTC复合材料发热膜。

实施例4

称取3g碳纳米管，超声分散在15mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，加入1.50g4,4-二氨基二苯醚（ODA）超声分散，称取1.635g均苯四甲酸二酐（PMDA），在冰浴条件下，分多次缓慢加入到上述液体中，低温搅拌10h，得到混合均匀的PTC复合浆料（碳纳米管/聚酰亚胺复合浆料）。

提供材质为环氧树脂的第一高分子半固化片，将PTC复合浆料用丝网印刷机印刷到第一高分子半固化片上形成PTC复合浆料层，接着在PTC复合浆料层的两端贴上铜箔作为电极，30℃，真空下除去溶剂DMF，然后盖上材质为环氧树脂的第二高分子半固化片，在压力为10MPa，温度为60℃，80℃，120℃，150℃，250℃的条件下各30min进行固化，得到PTC复合材料发热膜。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种PTC复合材料发热膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的PTC复合材料发热膜的制备方法，其特征在于，所述PTC复合浆料的溶剂为选自甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、丁酮和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的PTC复合材料发热膜的制备方法，其特征在于，所述形成PTC复合材料层的操作中，还包括在所述PTC复合材料层的两端放置相对设置的两个电极的操作。