CN109348555B - 一种具有三维结构的电热膜发热层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有三维结构的电热膜发热层及其制备方法，属于电发热技术领域。具有三维结构的电热膜发热层包括材料相同的发热区和汇流区，发热区的表面形成汇流区，汇流区的厚度为发热区的厚度的1.01－10倍。使用导电油墨在基材的表面成膜制得电热膜发热层。此制备方法制得的电热膜发热层的汇流区的厚度大于发热区的厚度，避免电热膜发热层与汇流条之间电阻过高，发热过大，提高电热膜的稳定性，延长电热膜的使用寿命，且不需要设置银浆涂层，降低制造成本。

Description

一种具有三维结构的电热膜发热层及其制备方法

技术领域

本发明涉及电发热技术领域，具体而言，涉及一种具有三维结构的电热膜发热层及其制备方法。

背景技术

人们对更高品质的生活有着不断的追求，随着人们生活水平的日益提高，不仅要求产品能满足基本功能，还要求其能更高效，更环保，更稳定和更安全。相对于传统低效的、污染的、不安全的燃烧取暖来说，电加热取暖具有高效、环保、安全等特性，近年来逐渐普及开来。电加热取暖产品种类非常多，其中电热膜的普及速度越来越快。

常规电热膜主要分为三层：上保护层、发热层和下保护层/基板。其中，发热层主要为导电油墨印刷或涂布后固化制成的。发热层的两端设有汇流条，汇流条的作用是连接电源，提供电压，一般为两条铜箔带。传统产品的发热层和铜箔带之间的汇流区存在电阻过高，发热过大的问题，对电热膜产品本身的稳定性和寿命产生影响。因此通常会在发热层和铜箔带之间使用银浆涂层作为过渡，以降低其发热层与铜箔带之间的电阻。但是，银浆涂层中含有贵金属，本身价格昂贵，并且需要单独印刷处理，使得电热膜成本高昂。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种具有三维结构的电热膜发热层，避免电热膜发热层与汇流条之间电阻过高，发热过大，提高电热膜的稳定性，延长电热膜的使用寿命，且不需要设置银浆涂层，降低制造成本。

本发明的第二目的在于提供一种具有三维结构的电热膜发热层的制备方法，制备方法简单，操作方便。

基于上述第一目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

一种具有三维结构的电热膜发热层，包括材料相同的发热区和汇流区，发热区的表面形成汇流区，每个汇流区的厚度为发热区的厚度的1.01－10倍。

进一步地，本发明的另一实施例中，上述发热区向汇流区连续过渡。

进一步地，本发明的另一实施例中，上述连续过渡选自厚度随平面方向呈线性增加和厚度随平面方向呈曲线性增加中的至少一种。

进一步地，本发明的另一实施例中，上述连续过渡是指过渡区域的厚度梯度不高于100微米/1000微米。

进一步地，本发明的另一实施例中，上述汇流区设置有用于嵌设汇流条的汇流凹槽。

进一步地，本发明的另一实施例中，上述电热膜发热层还包括空白区，空白区位于发热区内。

进一步地，本发明的另一实施例中，上述空白区向发热区连续过渡，空白区向汇流区均连续过渡。

进一步地，本发明的另一实施例中，上述材料包括导电填料和树脂粘结剂；

导电填料选自石墨、炭黑、碳纳米管、碳纤维、碳晶、石墨烯、富勒烯、铜粉、银粉中的至少一种。

基于上述第二目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

一种上述具有三维结构的电热膜发热层的制备方法，使用导电油墨在基材的表面成膜制得电热膜发热层。

进一步地，本发明的另一实施例中，使用导电油墨在基材的表面一次成膜制得电热膜发热层。

与现有技术相比，本发明提供的具有三维结构的电热膜发热层的有益效果包括：在发热区的表面形成汇流区，且汇流区的厚度均大于发热区的厚度，汇流区的截面积增大，所以，汇流区的总电阻减小，则汇流区的发热功率降低，避免汇流区处发热过大，提高电热膜的稳定性，延长电热膜的使用寿命。由于汇流区和发热区的材料相同，避免在电热膜发热层的两端设置银浆涂层，降低制造成本。

本发明提供的具有三维结构的电热膜发热层的制备方法的有益效果包括：直接在使用导电油墨在基材的表面成膜制得上述电热膜发热层，制备方法简单，操作方便，得到的电热膜发热层可避免汇流区处显著发热，提高电热膜的稳定性，延长电热膜的使用寿命，且不需要设置银浆涂层，降低制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本发明的保护范围。

图1为本发明提供的电热膜发热层的第一平面示意图；

图2为本发明提供的电热膜发热层的第二平面示意图；

图3为本发明提供的电热膜发热层的第三平面示意图；

图4为本发明提供的电热膜发热层的第一断面示意图；

图5为本发明提供的电热膜发热层的第二断面示意图；

图6为本发明提供的电热膜发热层的第三断面示意图；

图7为本发明对比例1提供的电热膜发热层的断面示意图；

图8为本发明对比例2提供的电热膜发热层的断面示意图。

图标：110－发热区；120－汇流区；130－汇流条；140空白区；200－银浆涂层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

电热膜包括第一保护层、第二保护层、电热膜发热层和两个汇流条130。通过两个汇流条130连接电源，从而对电热膜通电，使电热膜发热。

汇流条130可以是金属箔制成的带状物和由金属浆料干燥所得的条状涂层中的一种或多种的组合。可选地，汇流条130为铜箔带、铝箔带、不锈钢带中的一种或多种的组合。

电热膜发热层夹于第一保护层和第二保护层之间，用于保护电热膜发热层。本实施例未对第一保护层和第二保护层的结构进行改进，在此不做过多赘述。

请参阅图1－图6，电热膜发热层包括空白区140以及发热区110和两个汇流区120。本实施例中，汇流区120的个数不限于两个，可以根据产品需求进行调整。电热膜发热层的中部区域为发热区110，是通电后主要负责将电能转换为热能的区域。

可选地，从俯视角度来看，发热区110可以是连续平面结构(如图1)，可以是条纹状结构(如图2)，可以是镂空式结构(如图3)的一种或多种的组合。在条纹状结构和镂空式结构的情况下，会产生没有发热涂层的区域，也就是上述的空白区140，空白区140位于发热区110内。

发热区110的两端分别设置一个汇流区120，每个汇流区120的远离发热区110的一侧均设置有汇流凹槽，一个汇流条130嵌设于一个汇流凹槽内。

两个汇流条130连接外界电源，通过两个汇流区120将电压传递到发热区110的两端，使发热区110的两端与外界电源连通，使发热区110发热。

每个汇流区120的厚度均为发热区110的厚度的1.01－10倍。汇流区120的截面积增大，所以，汇流区120的电阻减小，则汇流区120的发热功率降低，避免汇流区处发热过大，提高电热膜的稳定性，延长电热膜的使用寿命。

可选地，每个汇流区120的厚度均为发热区110的厚度的1.01－6倍，降低成本，增加材料的使用效率。进一步地，每个汇流区120的厚度均为发热区110的厚度的2－6倍。进一步地，每个汇流区120的厚度均为发热区110的厚度的2－4倍。

发热区110向每个汇流区120均连续过渡。空白区140向发热区110连续过渡，空白区140向每个汇流区120均连续过渡。

也就是说，发热区110向每个汇流区120均逐渐加厚，空白区140向每个汇流区120均逐渐加厚，空白区140向发热区110逐渐加厚。

从而实现了连续过渡，形成了厚度梯度缓慢过渡的过渡区域。如果相邻两个区域间的厚度剧烈变化，会导致其发热和温度的剧烈变化，对电热膜的稳定性有影响，会影响到整体的使用寿命和安全性。

所以，连续过渡是指过渡区域的厚度梯度不高于100微米/1000微米。可选地，过渡区域的厚度梯度不高于50微米/1000微米。进一步地，过渡区域的厚度梯度不高于10微米/1000微米。

需要说明的是，连续过渡选自厚度随平面方向呈线性增加(如图5)和厚度随平面方向呈曲线性增加(如图6)中的至少一种。过渡区域的远离发热区110的表面可以是倾斜平面，也可以是倾斜弧面或者既有倾斜平面，又有倾斜弧面。

发热区110和每个汇流区120的材料相同，保证汇流区120电流传输的平稳和工作时候的低发热，无需额外设置金属过渡层。所以，汇流区120不含有金属过渡层，也就是汇流区120不含有银浆涂层200和铜浆涂层中的一种或多种，降低制造成本。

发热区110和汇流区120的材料包括导电填料和树脂粘结剂。导电填料为市场上可购得的所有的导电材料和导电添加剂。可选地，导电填料选自石墨、炭黑、碳纳米管、碳纤维、碳晶、石墨烯、富勒烯、铜粉、银粉中的至少一种。

树脂粘结剂为市场上可购得的所有的树脂粘结剂产品。树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、乙烯基树脂、纤维素类树脂、聚酰胺树脂中的至少一种。树脂粘结剂产品可以为树脂的熔融体、溶液、乳液和分散液中的一种或多种的组合。

一种上述具有三维结构的电热膜发热层的制备方法，使用导电油墨在基材的表面成膜制得电热膜发热层。其中，导电油墨也就是制备上述发热区110和汇流区120的材料。导电油墨还可以包括溶剂和油墨助剂的一种或两种。

基材为薄膜、板材、织物中的一种或多种的组合。上述第一保护层或者第二保护层可以是成膜步骤中的基材，也可以是单独的保护膜和保护涂层中的一种或多种的组合。

成膜是指在基材的表面形成了发热区110，并在发热区110的远离基材的表面的两端分别形成两个汇流区120。成膜可以通过印刷、涂布、喷涂、打印中的一种或多种的组合来实现。

可选地，使用导电油墨在基材的表面一次成膜制得电热膜发热层。对于制备具有不同厚度的电热膜发热层来说，通常会采用多次涂覆或者类似于多层叠加的方式来达到具有不同厚度电热膜发热层的目的。但是通过这些方法所得的电热膜发热层不同区域间厚度变化剧烈。并且其多次叠加所得的层之间会有界面效应，是不稳定和不安全的因素之一。

所以，在不同厚度之间的电热膜发热层连续过渡，形成过渡区域，汇流区120逐渐加厚，避免相邻两个区域间的厚度剧烈变化，进一步提高加热膜的稳定性。

实施例1

使用碳晶导电油墨为原料，采用具有不同目数网孔的柱形涂布辊，在环氧树脂基板上进行涂布，干燥后形成具有三维结构的电热膜发热层。在电热膜发热层的远离基板的表面的两端的两个汇流区120上分别覆上铜箔汇流条130，然后在电热膜发热层的远离基板的一侧覆上保护层，完成电热膜产品的制作。

其中，涂布辊在发热区110的网孔为250目浅孔，汇流区120的网孔为100目深孔，交界区域以30目/100微米的梯度逐渐过渡。在涂布辊汇流区120中间有一段宽为1厘米的部分使用150目的中孔。

所制得的电热膜发热层为连续平面构造。请参阅图6，经测试，发热区110厚度为5微米，汇流区120厚度为50微米，过渡区厚度梯度为90微米/1000微米，。汇流区120凹槽宽1厘米，深10微米。通电后发热区110发热稳定，汇流区120无发热。

实施例2

使用石墨烯导电油墨为原料，采用具有不同目数网孔的凹版印刷辊，在PET薄膜上进行涂布，干燥后形成具有三维结构的电热膜发热层。在电热膜发热层的远离PET薄膜的表面的两端的两个汇流区120上分别覆上铜箔汇流条130，然后在电热膜发热层的远离PET薄膜的一侧覆上PET保护膜，热压复合后完成电热膜产品的制作。

其中，涂布辊在发热区110的网孔为200目浅孔，汇流区120的网孔为100目深孔，交界区域以20目/100微米的梯度逐渐过渡。在凹版印刷辊汇流区120中间有一段宽为1厘米的部分使用150目的中孔。

所制得的发热层为条纹状结构。请参阅图5，经测试，发热区110厚度为10微米，汇流区120厚度为35微米，过渡区厚度梯度为50微米/1000微米，。汇流区120凹槽宽1厘米，深15微米。通电后发热区110发热稳定，汇流区120无发热。

实施例3

使用石墨烯/铜粉混合导电油墨为原料，采用具有不同目数网孔的凹版印刷辊，在PET薄膜上进行涂布，干燥后形成具有三维结构的电热膜发热层。在电热膜发热层的远离PET薄膜的表面的两端的两个汇流区120上分别覆上铜箔汇流条130，然后在电热膜发热层的远离PET薄膜的一侧覆上PET保护膜，热压复合后完成电热膜产品的制作。

其中，涂布辊在发热区110的网孔为140目浅孔，汇流区120的网孔为100目深孔，交界区域以10目/100微米的梯度逐渐过渡。

所制得的发热层为条纹状结构。请参阅图5，经测试，发热区110厚度为10微米，汇流区120厚度为15微米，过渡区厚度梯度为12.5微米/1000微米，。通电后发热区110发热稳定，汇流区120无发热。

实施例4

使用石墨烯导电油墨为原料，采用200目浅孔的凹版印刷辊，在PET薄膜上进行涂布，干燥后采用只有汇流区120有200目浅孔的凹版印刷辊，印刷发热层的两端，形成具有三维结构的电热膜发热层。在电热膜发热层的远离PET薄膜的表面的两端的两个汇流区120上分别覆上铜箔汇流条130，然后在电热膜发热层的远离PET薄膜的一侧覆上PET保护膜，热压复合后完成电热膜产品的制作。

所制得的发热层为条纹状结构。请参阅图4，经测试，发热区110厚度为10微米，汇流区120厚度为30微米，无过渡区域。通电后发热区110发热稳定，汇流区120有少量发热，在发热区110和汇流区120交界处发现少量气孔。

对比例1

使用石墨烯导电油墨为原料，在PET薄膜上进行涂布，干燥后采用只有200目浅孔的凹版印刷辊，在发热层的两端印刷银浆涂层200，得到电热膜发热层。在电热膜发热层的远离PET薄膜的表面的两端的两个银浆涂层200上分别覆上铜箔汇流条130，然后在电热膜发热层的远离PET薄膜的一侧覆上PET保护膜，热压复合后完成电热膜产品的制作。

所制得的发热层为条纹状结构。请参阅图7，经测试，发热区110厚度为10微米，银浆涂层厚度为30微米，电热膜的制备过程中使用了银浆涂层200，使电热膜的制作成本高。

对比例2

使用石墨烯导电油墨为原料，在PET薄膜上进行涂布，得到电热膜发热层。在电热膜发热层的远离PET薄膜的表面的两端分别覆上铜箔汇流条130，然后在电热膜发热层的远离PET薄膜的一侧覆上PET保护膜，热压复合后完成电热膜产品的制作。

所制得的发热层为条纹状结构。请参阅图8，经测试，发热区110厚度为10微米，汇流条130处的发热区110厚度为10微米。通电后设置汇流条130处的发热区110有大量发热，说明电热膜的稳定性和安全性很差。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种具有三维结构的电热膜发热层的制备方法，其特征在于，使用导电油墨在基材的表面一次成膜制得电热膜发热层；其中，所述发热层包括材料相同的发热区和汇流区，所述发热区的表面形成所述汇流区，所述汇流区的厚度为所述发热区的厚度的1.01－10倍。

2.根据权利要求1所述的具有三维结构的电热膜发热层的制备方法，其特征在于，所述一次成膜的方式是印刷、涂布、喷涂、打印中的一种。

3.根据权利要求1所述的具有三维结构的电热膜发热层的制备方法，其特征在于，所述发热区向所述汇流区连续过渡。

4.根据权利要求2所述的具有三维结构的电热膜发热层的制备方法，其特征在于，所述连续过渡选自厚度随平面方向呈线性增加和厚度随平面方向呈曲线性增加中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的具有三维结构的电热膜发热层的制备方法，其特征在于，所述连续过渡是指过渡区域的厚度梯度不高于100微米/1000微米。

6.根据权利要求1－4任一项所述的具有三维结构的电热膜发热层的制备方法，其特征在于，所述汇流区设置有用于嵌设汇流条的汇流凹槽。

7.根据权利要求1－4任一项所述的具有三维结构的电热膜发热层的制备方法，其特征在于，所述电热膜发热层还包括空白区，所述空白区位于所述发热区内。

8.根据权利要求6所述的具有三维结构的电热膜发热层的制备方法，其特征在于，所述空白区向所述发热区连续过渡，所述空白区向所述汇流区均连续过渡。

9.根据权利要求1－4任一项所述的具有三维结构的电热膜发热层的制备方法，其特征在于，所述材料包括导电填料和树脂粘结剂；

所述导电填料选自石墨、炭黑、碳纳米管、碳纤维、碳晶、石墨烯、富勒烯、铜粉、银粉中的至少一种。

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