CN106304428A - 一种高温电热膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温电热膜及其制备方法，所述高温电热膜包括石墨发热体、端子，所述电极与石墨发热体连接，优选的，还包括两绝缘膜，将石墨发热体夹合其中。本发明通过使用石墨导热膜作为发热体，取代金属箔发热体，因石墨导热膜较金属箔有更高的发射率，使用石墨导热膜制作的高温电热膜有比金属箔电热膜更高的电热辐射效率。本发明提出的石墨导热膜作为发热体的电热膜使用模切法将石墨导热膜图案化，取代金属箔的感光、显影、刻蚀方法，这样可以简化工艺流程，同时没有使用刻蚀液，避免了对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温电热膜及其制备方法。
背景技术
现有的高温电热膜发热体为刻蚀金属箔形成的线路，金属箔发射率低，因此电热辐射效率较低，无法满足高电热辐射效率电暖装置的需求。发射率指物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比，也称为辐射率，表征了物体对光的辐射能力。
现有的金属箔电热膜的电热辐射转换效率在20％以下。
金属箔电热膜的主要制作步骤如下：
1、在绝缘膜上覆金属箔；
2、在金属箔上覆感光膜；
3、通过曝光、显影的方法使感光膜图案化；
4、将金属箔放入刻蚀液中刻蚀掉未被保护的区域；
5、在脱膜液中脱去感光膜，在金属箔上覆量一层绝缘膜。
工艺步骤较为复杂，且金属箔刻蚀液和脱膜液的使用会对环境造成污染。
中国专利(CN 104883760 A)公开了以石墨烯薄膜作为发热主体的电热片，石墨烯膜作为发热体容易出现发热不均匀的问题，这是由于石墨烯膜厚度太薄(≈0.34nm)，在制备及加工过程很容易造成破损，石墨烯的方阻不均匀也易造成发热不均；另外，因为石墨烯太薄在大电流工作时容易烧毁，因此较难实现高温加热。
基于上述问题，在电加热膜片领域，仍急需进一步的探索。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种高温电热膜，采用石墨导热膜作为发热体，取代金属箔发热体，提高了发射率。
本发明的另一目的是提供上述高温电热膜的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：
一种高温电热膜，包括石墨发热体、端子，所述电极与石墨发热体连接，优选的，还包括两绝缘膜，将石墨发热体夹合其中。端子用于与电池或者市电等电源的正、负极连接。
优选的，所述石墨导热膜为PI烧结石墨导热膜、天然石墨导热膜、石墨烯涂布石墨导热膜，优选为PI烧结石墨导热膜。
PI烧结石墨导热膜是指PI膜在一定的压力下高温煅烧石墨化形成的石墨导热膜。石墨烯涂布石墨导热膜是指在石墨烯表面涂布石墨，使石墨烯涂布成厚膜。
进一步优选的，石墨导热膜厚度在10μm以上。例如：10μm、20μm、30μm、50μm、70μm、80μm、100μm、200μm、300μm、500μm、600μm、800μm、1000μm，等。优选20-100μm。最佳为25μm。
优选的，所述绝缘膜包含但不限于PET、PEN、PC、PI等薄膜。
优选的，所述石墨烯发热体为条形的石墨导热膜按首尾相连的U型图案分布于绝缘膜上，端子分别设于条形的石墨导热膜的两端头。端子用于连接电源的正、负极，电流通过从条形的石墨导热膜的一端头流向另一端头。条形石墨导热膜布满绝缘膜，根据高温电热片的形状需求设置。
进一步优选的，所述首尾相连的U型图案的石墨导热膜包括平行的多个竖条部和多个折弯部，相邻竖条部之间形成夹缝，所述竖条部的宽度相等，各夹缝的宽度相等。
进一步优选的，所述折弯部为弧形弯曲或者直角弯曲，优选直角弯曲。
进一步优选的，所述竖条部的宽度与夹缝的宽度为(2.5-4)：1，优选3：1。
进一步优选的，所述条形的石墨导热膜的竖条部与折弯部的宽度相等。
优选的，所述高温电热膜最终升温温度、起始温度、供电电压、条形石墨导热膜的总长度、条形石墨导热膜的宽度、电热膜面积、石墨导热膜的方块电阻符合如下公式：
T＝k·U2·D/(L·S·R)+t，
其中，
t——起始温度，单位为℃；
T——电热膜升温所至最终升温温度，单位为℃；
U——供电电压，单位为V；
D——条形的石墨导热膜的宽度，单位为cm；
L——条形的石墨导热膜发的总长度，单位为cm；
S——电热膜面积，单位为cm2；
R——石墨导热膜方块电阻，单位为Ω/□；
k——常数，取值范围为50-400，k取值范围根据电热膜与空气之间的传导系数会有不同，与电热膜与空气之间的传导系数成反比。
优选的，所述条形的石墨导热膜的两端头分别分布于绝缘膜的两边。
还可以将所述条形的石墨导热膜的两端头相邻设置，最外缘的两竖条部首尾相连。优选的，最外缘的两竖条部相连的折弯部沿绝缘膜的边缘延伸。
进一步优选的，在绝缘膜上设有凸部，将条形的石墨导热膜的两端头布于凸部。这样便于端头上的端子与电源连接。
上述高温电热膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将石墨导热模切成设计好的图案；
2)在图案化的石墨导热膜上覆盖在绝缘膜，优选的，采用在石墨导热膜上背胶的方法或直接将石墨导热膜与绝缘膜热压在一起；
3)将另一带胶的绝缘膜开孔；
4)将绝缘膜开好的孔与需要露出的石墨导热膜上要设端子的部分对好位后贴合；
5)在小孔露出的石墨导热膜上设置端子。优选的，所述端子为采用铆钉压在石墨导热膜上的端头或焊片，也可以是直接压在石墨导热膜的上的端头。
优选的，所述石墨导热膜上的背胶和绝缘膜上的胶为热熔胶、硅胶或环氧树脂胶。
石墨导热膜又被大家称为导热石墨片，散热石墨膜，石墨散热膜等等。现有技术中，导热石墨膜是一种新型的导热散热材料，其导热散热的效果是非常明显的，现已经广泛应用于PDP、LCD TV、Notebook PC、UMPC、Flat Panel Display、MPU、Projector、PowerSupply、LED等电子产品。现有技术中，石墨烯导热膜一直停留在用于物理散热，比如作为手机后壳，有利于将手机内的热量散出去。本发明通过使用石墨导热膜作为发热体，取代金属箔发热体，因石墨导热膜较金属箔有更高的发射率，通电后，石墨导热膜制作的高温电热膜有比金属箔电热膜更高的电热辐射效率。发射率指物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比，也称为辐射率，表征了物体对光的辐射能力。
本发明提出的石墨导热膜作为发热体的电热膜使用模切法将石墨导热膜图案化，取代金属箔的感光、显影、刻蚀方法，这样可以简化工艺流程，同时没有使用刻蚀液，避免了对环境的污染。
具体效果如下：
(1)由于发热体采用的石墨导热膜较金属箔有更高的发射率，本发明比金属箔电热膜有更高的电热辐射转换效率。
(2)石墨导热膜比金属箔的热导率更高，因此本发明比金属箔电热膜有更高的温度均匀性。
(3)本发明提供的制备方法使用模切法将石墨导热膜图案化，取代金属箔的感光、显影、刻蚀方法，这样可以简化工艺流程，同时没有使用刻蚀液，避免了对环境的污染。
说明书附图
图1为实施例1石墨导热膜的分布图案示意图；
图2为实施例2石墨导热膜的分布图案示意图；
其中，1-绝缘膜，2-石墨发热体，3-端子，21-竖条部，22-折弯部，23-夹缝。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
1、将厚度为25μm，尺寸为14cm×8.5cm的石墨膜模切成图1所示图案，石墨膜由石墨烯粉体制作，石墨发热体宽度为0.55cm，总长度为149.2cm，方块电阻0.1Ω/□；
2、将模切好的石墨膜贴合于厚度为125μm，尺寸为14cm×8.5cm的PI膜上，PI膜上有50μm厚的硅胶；
3、使用激光切割设备将厚125μm的PI膜切割2个直径为0.55cm大小的孔，PI膜尺寸为14cm×8.5cm；
4、将切好孔的PI膜与覆好石墨膜发热体的PI膜对位后贴合到一起，使石墨发热体部分露出，以便后续压端子；
压好端子后测得石墨膜电热膜的电阻为27Ω，在室温25℃时，加47V电压，60秒即可达到稳定状态，测得电热膜表面平均温度为240℃，符合公式T＝k·U2·D/(L·S·R)+t，k＝314，电热辐射转换效率为80％。
实施例2：
1、将厚度为25μm，尺寸为14cm×10.8cm的带硅胶的石墨膜模切成图2所示图案，石墨膜由PI膜烧结而成，石墨发热体宽度为0.55cm，总长度为165.7cm，方块电阻0.1Ω/□；
2、将模切好的石墨膜贴合于厚度为125μm，尺寸为14cm×10.8cm的PI膜上；
3、使用激光切割设备将厚125μm的PI膜切割2个直径为0.55cm大小的孔，PI膜上有厚度为100μm的硅胶，PI膜的尺寸为14cm×10.8cm；
4、将切好孔的PI膜与覆好石墨膜发热体的PI膜对位后贴合到一起，使石墨发热体部分露出，以便后续压端子；
5、将贴合好的电热膜用激光切割机切成图2所示的形状。
压好端子后测得石墨膜电热膜的电阻为30Ω，在室温25℃时，加55.7V电压，60秒即可达到稳定状态，测得电热膜表面平均温度为230℃，符合公式T＝k·U2·D/(L·S·R)+t，k＝276.5，电热辐射转换效率为79％。
以上实施例仅为本发明的优选实施例，当折弯部为圆弧形状时，石墨导热膜的结构设计亦符合上述公式关系。条形的石墨导热膜可以是直条状，也可以是波浪条状，当为波浪条状时，各竖条部仍保持平行关系，仍符合上述公式关系。这些都是本领域技术人员可以根据本发明说明书和优选的实施例做出来的，在此不一一列举。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高温电热膜，其特征在于：包括石墨发热体、端子，所述端子与石墨发热体连接，优选的，还包括两绝缘膜，将石墨发热体夹合其中；
优选的，所述石墨发热体为PI烧结石墨导热膜、天然石墨导热膜、石墨烯涂布石墨导热膜，优选为PI烧结石墨导热膜；进一步优选的，石墨导热膜厚度在10μm以上。
2.根据权利要求1所述的高温电热膜，其特征在于：所述石墨烯发热体为条形的石墨导热膜按首尾相连的U型图案分布于绝缘膜上，端子分别设于条形的石墨导热膜的两端头。
3.根据权利要求2所述的高温电热膜，其特征在于：所述首尾相连的U型图案的石墨导热膜包括平行的多个竖条部和多个折弯部，相邻竖条部之间形成夹缝；优选的，所述竖条部的宽度相等，各夹缝的宽度相等。
4.根据权利要求3所述的高温电热膜，其特征在于：所述折弯部为弧形弯曲或者直角弯曲，优选直角弯曲。
5.根据权利要求3所述的高温电热膜，其特征在于：所述竖条部的宽度与夹缝的宽度为(2.5-4)：1，优选3：1。
6.根据权利要求3所述的高温电热膜，其特征在于：所述条形的石墨导热膜的竖条部与折弯部的宽度相等，优选的，所述高温电热膜最终升温温度、起始温度、供电电压、条形石墨导热膜的总长度、条形石墨导热膜的宽度、电热膜面积、石墨导热膜的方块电阻符合如下公式：
T＝k·U2·D/(L·S·R)+t，
其中，
t——起始温度，单位为℃；
T——电热膜升温所至最终升温温度，单位为℃；
U——供电电压，单位为V；
D——条形的石墨导热膜的宽度，单位为cm；
L——条形的石墨导热膜发的总长度，单位为cm；
S——电热膜面积，单位为cm2；
R——石墨导热膜方块电阻，单位为Ω/□；
k——常数，取值范围为50-400，k取值范围根据电热膜与空气之间的传导系数会有不同，与电热膜与空气之间的传导系数成反比。
7.根据权利要求3所述的高温电热膜，其特征在于：所述条形的石墨导热膜的两端头分别分布于绝缘膜的两边。
8.根据权利要求7所述的高温电热膜，其特征在于：所述条形的石墨导热膜的两端头相邻，最外缘的两竖条部首尾相连，优选的，最外缘的两竖条部相连的折弯部沿绝缘膜的边缘延伸；
进一步优选的，在绝缘膜上设有凸部，将条形的石墨导热膜的两端头布于凸部。
9.一种高温电热膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将石墨导热模切成设计好的图案；
2)在图案化的石墨导热膜上覆盖在绝缘膜，优选的，采用在石墨导热膜上背胶的方法或直接将石墨导热膜与绝缘膜热压在一起；
3)将另一带胶的绝缘膜开孔；
4)将绝缘膜开好的孔与需要露出的石墨导热膜上要设电极的部分对好位后贴合；
5)在小孔露出的石墨导热膜上设置端子，优选的，所述端子为采用铆钉压在石墨导热膜上的端头或焊片，也可以是直接压在石墨导热膜的上的端头。
10.根据权利要求9所述的高温电热膜的制备方法，其特征在于：所述石墨导热膜上的背胶和绝缘膜上的胶为热熔胶、硅胶或环氧树脂胶。
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