CN110708776B - 一种柔性电热贴片、电热装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性电热贴片，该柔性电热贴片从下到上依次包括保护层、胶合层和电热层，其中，所述电热层为镂空结构，且所述胶合层的至少一部分透过所述镂空结构裸露。本发明还包括一种电热装置及其制备方法，该电热装置包括基板、固定在基板上的电极层以及柔性电热贴片，所述柔性电热贴片中的胶合层透过所述镂空结构并和所述基板粘结固定。本发明加工效率高，且产品灵活度高。

Description

一种柔性电热贴片、电热装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及电加热技术领域，具体涉及一种柔性电热贴片、基于该贴片的电热装置及其制备方法。

背景技术

电加热板是一种电驱动的面状刚性发热体，是将电能直接转化为热能的装置。电加热板主要用于家庭采暖、家禽孵化、食品制作、防雾除雾等领域。典型的电加热板是以环氧树脂板或玻璃板为基板，在基板5上依次布置电热层3、电极层4、胶合层2和保护层1的多层复合结构，具体如图1所示。

此类电加热板的加工一般按以下步骤进行：

a)调制特定方阻的导电油墨；

b)在板状基材上印刷电热涂层；

c)在发热涂层上安装电极；

d)热压复合含有胶合层的胶膜作为绝缘保护层，制得成品电加热板。具体见图2。

但是，现有的电加热板具有以下缺点：

1)由于基板为刚性材料，在其上面进行涂布或印刷需要采用间歇式的生产工艺，生产效率低；

2)电加热板必须在工厂生产，且生产的时候就需要将电热层和电极结构全部固定，对于不同规格要求的电加热板无法批量化生产，成本高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种生产效率高的柔性电热贴片。

本申请之目的还在于提供一种基于上述柔性电热贴片的电热装置及该电热装置的制备方法。

为了实现本发明之目的，本申请提供以下技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种柔性电热贴片，所述柔性电热贴片从下到上依次包括保护层、胶合层和电热层，其中，所述电热层为镂空结构，且所述胶合层的至少一部分透过所述镂空结构裸露。

在第一方面的一种实施方式中，所述电热层为碳材料涂层，所述碳材料包括石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管或碳晶中的一种或几种。

在第一方面的一种实施方式中，所述镂空结构呈条纹状，或者所述镂空结构为呈阵列排布的块状。

在第一方面的一种实施方式中，所述保护层为柔性膜，所述柔性膜包括塑料膜、金属箔、陶瓷膜、柔性玻璃的一种或几种。

在第一方面的一种实施方式中，所述胶合层的材质为热熔胶或耐热压敏胶。

在第一方面的一种实施方式中，所述胶合层完全覆盖电热层，且所述电热层的边缘与胶合层的边缘之间的距离大于等于5mm。

在第二方面中，本申请提供一种电热装置，所述电热装置包括基板、固定在基板上的电极层以及柔性电热贴片，所述柔性电热贴片中的胶合层透过所述镂空结构并和所述基板粘结固定。

在第二方面的一种实施方式中，所述基板包括环氧树脂板或玻璃板。

在第二方面的一种实施方式中，所述电极层的材质为金属箔条或金属浆料涂层；其中，所述金属箔条包括铁箔条、铝箔条、铜箔条、银箔条、金箔条或合金箔条中的一种，所述合金箔条为铁合金、铝合金、铜合金、银合金或金合金的中的一种或几种；所述金属浆料涂层使用的金属浆料包括导电银浆、导电铜浆或导电铝浆中的一种或几种。

在第三方面，本申请还提供了一种上述电热装置的制备方法，将所述电极层固定在基板上，然后将柔性电热贴片放置在电极层上，然后通过压合的方式使得胶合层透过所述镂空结构并和所述基板粘结固定，制备得到所述电热装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)柔性电热贴片的制备速度为20～60m/min，而传统丝印方法的制备速度仅 4m/min，因此，本申请的生产速度为传统方式的5～15倍，生产效率大大提高；

(2)本发明可采用统一规格的柔性电热贴片，通过在基板上设计不同的电极安装方式实现不同的加热功率，省去了导电油墨频繁调整的步骤，极大减少了工作量；

(3)柔性电热贴片可根据基板外观尺寸灵活裁剪，实现完全覆盖，省去了订制特殊网版的费用，有效降低了研发成本；

(4)本发明的制备工序大多可在现场设计安装，不需要特殊安装设备，极大了提高了施工的便利性。

附图说明

图1为现有电加热板的结构示意图；

图2为现有电加热板的加工过程示意图；

图3为本发明电热装置的结构示意图；

图4为本发明电热装置的加工过程示意图；

图5为实施例1中柔性电热贴片的侧视图；

图6为实施例1中柔性电热贴片的俯视图；

图7为实施例2中柔性电热贴片的俯视图；

图8为实施例3中柔性电热贴片的俯视图；

图9为实施例4中电极在基板上的安装位置示意图；

图10为实施例5中电极在基板上的安装位置示意图；

图11为实施例6中电极在基板上的安装位置示意图；

图12为对比例2中电热装置的横切面结构示意图；

图13为对比例3中电热装置的横切面结构示意图。

在附图中，1为保护层，2为胶合层，3为电热层，4为电极层，5为基板。

具体实施方式

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。

以下将结合附图描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明的实施方式进行修改和替换，所得实施方式也在本发明的保护范围之内。

传统的电热装置生产工艺相对复杂，且生产效率慢。本申请之目的在于提供一种生产效率高的柔性电热贴片，以及基于该贴片的电热装置及其制备方法。

在一种具体实施方式中，本申请提供一种柔性电热贴片，所述柔性电热贴片从下到上依次包括保护层、胶合层和电热层，其中，所述电热层为镂空结构，且所述胶合层可透过所述镂空结构裸露。裸露出来的胶合层可以使得该柔性电热贴片能够粘合在基板上形成电热装置。

在一种具体实施方式中，所述电热层为碳材料涂层，所述碳材料包括石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管或碳晶中的一种或几种。

在一种具体实施方式中，所述镂空结构呈条纹状，或者所述镂空结构为阵列排布的块状。采用这样的镂空结构，可以保证透过镂空结构的胶合层能够更好地与基板粘结。优选的，每个块状镂空结构的形状可为矩形、圆形或梯形等。

在一种具体实施方式中，所述保护层为柔性膜，所述柔性膜包括塑料膜、金属箔、陶瓷膜、柔性玻璃的一种或几种，优选为塑料膜。

在一种具体实施方式中，所述胶合层的材质为热熔胶或耐热压敏胶。当胶合层为耐热压敏胶时，通过按压的方式就可以将柔性电热贴片粘结在环氧树脂或玻璃基材上。当胶合层为热熔胶时，利用热辊或热风枪将柔性电热贴片的胶膜熔融的同时利用塑胶片按压柔性电热贴片即可将柔性电热贴片粘附于环氧树脂或玻璃基材上，热熔胶冷却后贴片牢固粘结在环氧树脂或玻璃基材上。

在一种具体实施方式中，所述胶合层完全覆盖电热层，且所述电热层的边缘与胶合层的边缘之间的距离大于等于5mm。该设置避免电热层裸露，在制成电热装置后电热层被封存在内部，避免产生安全隐患。

在第二方面，本申请提供一种电热装置，所述电热装置包括基板、固定在基板上的电极层以及柔性电热贴片，所述柔性电热贴片中的胶合层透过所述镂空结构并和所述基板粘结固定。

其中，电极层以平行方式进行排布，电极间距离按下列计算式进行计算：

其中，d为电极间距离；U为电源电压；R_□为柔性电热贴片中电热层方阻；P_□为电热装置每平方米所需加热功率。优选的，平行方式为两条以上平行直线或是同心圆弧中的一种或多种。

在第二方面的一种实施方式中，所述基板包括环氧树脂板或玻璃板。

在第二方面的一种实施方式中，所述电极层的材质为金属箔条或金属浆料涂层；其中，所述金属箔条包括铁箔条、铝箔条、铜箔条、银箔条、金箔条或合金箔条中的一种，所述合金箔条为铁合金、铝合金、铜合金、银合金或金合金的中的一种或几种；所述金属浆料涂层使用的金属浆料包括导电银浆、导电铜浆或导电铝浆中的一种或几种。更优选的为使用铜箔条。

在第三方面，本申请还提供了一种上述电热装置的制备方法，将所述电极层固定在基板上，然后将柔性电热贴片放置在电极层上，然后通过压合的方式使得胶合层透过所述镂空结构并和所述基板粘结固定，制备得到所述电热装置。按压柔性电热贴片，胶合层在压力作用下发生形变，从镂空结构以及电热层的外周挤出，从而与基板粘结，最终，电热层和电极层被嵌在胶合层内。

实施例

下面将结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种柔性电热贴片，其结构如图5和图6所示，包括保护层1、胶合层2和电热层3，保护层1为100um厚的PVC膜，胶合层2为50um厚的EVA热熔胶，电热层3为20um的碳材料涂层。电热层3为斑马条纹，其余为镂空结构。

其中，碳材料涂层油墨组成如下：水100份、炭黑粉末20份(350G，瑞士 IMERYS公司)、石墨粉末10份(KS-6，瑞士IMERYS公司)、丙烯酸乳液25份(H9302，广州亨缌克新材料有限公司)、BYK-012消泡剂0.5份、BYK-333流平剂0.1份、RHEOBYK-425增稠剂1份。

本实施例中柔性电热贴片的制备过程如下：①制备涂层油墨：将0.5份BYK-012消泡剂和0.1份BYK-333流平剂加入到100份水中，强力搅拌(5000转 /分)5分钟，待助剂分散均匀后，将10份KS-6石墨粉末和20份350G炭黑粉末缓慢加入，继续强力搅拌(5000转/分)30分钟，均匀分散后再加入25份H9302 丙烯酸乳液和1份RHEOBYK-425增稠剂，中速搅拌(2000转/分)2小时。②制备电热层：以上述的PVC+EVA复合膜为基材，利用挤压涂布工艺在EVA膜上连续印刷(20米/分)，烘道烘干(95℃)，卷绕成卷。

实施例2

一种柔性电热贴片，包括保护层1、胶合层2和电热层3，其中，保护层1为 188um厚的PET膜，胶合层2为30um厚的EVA热熔胶，电热层3为10um的碳材料涂层。电热层3的镂空结构如图7所示，镂空结构为斑马条纹。

碳材料涂层油墨组成：水100份，炭黑粉末20份(DHL-1，天津亿汇隆化工科技有限公司)、碳纳米管5％水溶液40份(江苏天奈科技股份有限公司)、聚酯分散体30份(AS-3011，东莞市方景合成材料有限公司)、BYK-012消泡剂0.2份、 BYK-333流平剂0.2份、RHEOBYK-425增稠剂0.5份。

本实施例中柔性电热贴片的制备过程：①制备涂层油墨：将0.2份BYK-012 消泡剂和0.2份BYK-333流平剂加入到100份水中，强力搅拌(5000转/分)5分钟，待助剂分散均匀后，将20份DHL-1炭黑粉末和40份碳纳米管溶液缓慢加入，继续强力搅拌(5000转/分)30分钟，均匀分散后再加入30份AS-3011聚酯分散体和0.5份RHEOBYK-425增稠剂，中速搅拌(2000转/分)2小时。②制备电热层：以上述的PET+EVA复合膜为基材，利用凹版印刷工艺在EVA膜上连续印刷 (40米/分)，烘道烘干(90℃)，卷绕成卷。

实施例3

一种柔性电热贴片，包括保护层1、胶合层2和电热层3，其中，保护层1为 50um厚的PP膜，胶合层2为20um厚的亚克力压敏胶，电热层3为5um的碳材料涂层。电热层3的镂空结构如图8所示，镂空结构为正方形孔阵列。PP膜背面有一层背面处理剂以防卷绕时压敏胶与PP膜背面粘结而不易分离。

碳材料涂层油墨组成：碳晶10份(T-5，新乡市德隆化工有限公司)、石墨烯 5％水溶液20份(宁波墨西科技有限公司)、聚氨酯乳液5份(PUD-1107，上海思盛聚合物材料有限公司)、BYK-012消泡剂0.1份、BYK-333流平剂0.1份、 RHEOBYK-425增稠剂0.5份。

柔性电热贴片的制备过程：①制备涂层油墨：将0.1份BYK-012消泡剂和0.1 份BYK-333流平剂加入到100份水中，强力搅拌(5000转/分)5分钟，待助剂分散均匀后，将10份碳晶和20份石墨烯溶液缓慢加入，继续强力搅拌(5000转/分) 30分钟，均匀分散后再加入15份聚酯分散体和RHEOBYK-425增稠剂0.5份，中速搅拌(2000转/分)2小时。②制备电热层：以上述的PET+EVA复合膜为基材，利用凹印印刷工艺在亚克力胶上连续印刷(60米/分)，烘道烘干(88℃)，卷绕成卷。

对比例1

一种电加热板，其结构如图1所示，保护层1为50um厚的PP膜，胶合层2 为20um厚的EVA热熔胶，电热层3为5um的碳材料涂层。电极层4为1cm宽的银浆涂层，基材层5为3毫米厚的环氧树脂板。

电加热板的制备过程：①利用丝印工艺将油墨印刷在基材层5上，每块0.5米长，丝印时间5秒，回墨3秒，共计8秒，折算丝印速度4米/分；②将基材层5 放在管道炉中烘干；③在烘干的电热层3上粘贴电极层4；④在电极层4上借助胶合层2粘结保护层1，该过程需要热压复合(若为压敏胶，则仅需冷压复合)。

将实施例1～3和对比例1的制备过程进行比对，从印刷至收卷为柔性电热贴片的制作工序，也是电加热板中间体的制备工序，而对比例1中丝印和干燥工序也是电加热板中间体的制备工序。本申请柔性电热贴片的制备速度为20～60m/min不等，而传统丝印制备方法仅4m/min，比较而言，柔性电热贴片的生产速度为传统方式的5～15倍，生产效率大大提高。

实施例4

一种加热装置，其结构如图3所示，以及包括基板5、电极层4以及柔性电热贴片，其中柔性电热贴片包括电热层3、胶合层2和保护层1，其中，胶合层2与基板5粘结。

本实施例制备一种发热功率为110W/m²的环氧树脂电加热板，其外观尺寸为 1m*1m的正方形。

根据需求，选择方阻为440Ω/□的柔性发热贴片，按照附图9所示的方式安装电极(电源的火线和零线交替放置，且和柔性电热贴片垂直)，计算功率为110 W/m²。将发热贴片裁剪成尺寸为1m*1m的正方形，贴附于电极上热压复合，接入220V市电，实测功率为113W/m²，具体步骤如图4所示。

实施例5

一种加热装置，其结构如图3所示，以及包括基板5、电极层4以及柔性电热贴片，其中柔性电热贴片包括电热层3、胶合层2和保护层1，其中，胶合层2与基板5粘结。

本实施例制备一种发热功率为440W/m²的玻璃电加热板，其外观尺寸为1m*1 m的正方形。

根据需求，选择方阻为440Ω/□的柔性发热贴片，按照附图10所示的方式安装电极(电源的火线和零线交替放置，且和柔性电热贴片垂直)，计算功率为440 W/m²。将发热贴片裁剪成尺寸为1m*1m的正方形，贴附于电极上热压复合，接入 220V市电，实测功率为442W/m²。

实施例6

一种加热装置，其结构如图3所示，以及包括基板5、电极层4以及柔性电热贴片，其中柔性电热贴片包括电热层3、胶合层2和保护层1，其中，胶合层2与基板5粘结。

本实施例制备一种发热功率为1760W/m²的木质电加热板，其外观呈L型，外沿尺寸为1.5m*1m，内沿尺寸为1m*0.5m。

根据需求，选择方阻为440Ω/□的柔性发热贴片，按照附图11所示的方式安装电极(电源的火线和零线交替放置，且和柔性电热贴片垂直)，计算功率为1760 W/m²。将发热贴片裁剪成尺寸与木质基板对应的L形，贴附于电极上热压复合，接入220V市电，实测功率为1765W/m²。

对比例2

制备一种发热功率为110W/m²的环氧树脂电加热板，其外观尺寸为1m*1m 的正方形。

根据需求，欲印刷功率为110W/m²的导电涂层，计算可知，需调整导电油墨配方至方阻为440Ω/m。采用200目的丝网在基板上印刷尺寸为1m*1m的发热涂层，然后在发热涂层上安装电极(如图12所示)，随后将含有热熔胶的胶膜保护层热压复合至基板上。理论计算功率应为110W/m²，接入220V市电，实测功率为114 W/m²，具体步骤如图2所示。

对比例3

制备一种发热功率为1760W/m²的木质电加热板，其外观为L型，外沿尺寸为1.5m*1m，内沿尺寸为1m*0.5m。

根据发热功率计算，可采用方阻为440Ω/m的导电油墨印刷导电涂层。订制 200目的丝网，其外观尺寸与L形基板相适应，在基板上印刷发热涂层，然后在发热涂层上设计安装电极(如图13所示)，随后将含有热熔胶的胶膜保护层热压复合至基板上。理论计算该发热板的功率为1760W/m²，接入220V市电，实测功率为 1757W/m²，具体步骤如图2所示。

通过实施例4～6与对比例2～3的对比，我们可以发现，本发明可采用统一规格的柔性电热贴片，通过在基板上设计不同的电极安装方式实现不同的加热功率，省去了导电油墨频繁调整的步骤，极大减少了工作量；柔性电热贴片可根据基板外观尺寸灵活裁剪，实现完全覆盖，省去了订制特殊网版的费用，有效降低了研发成本；此外，本发明的制备工序大多可在现场设计安装，不需要特殊安装设备，极大了提高了施工的便利性。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (6)

1.一种电热装置，其特征在于，所述电热装置包括基板、固定在基板上的电极层以及柔性电热贴片，所述柔性电热贴片中的胶合层透过镂空结构并和所述基板粘结固定；

所述柔性电热贴片从下到上依次包括保护层、胶合层和电热层，其中，所述电热层为镂空结构，且所述胶合层的至少一部分透过所述镂空结构裸露；

所述电热层为碳材料涂层，所述碳材料包括石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管或碳晶中的一种或几种；

所述电热层的制备为：利用挤压涂布工艺在胶合层上连续印刷得到；所述印刷速度为20～60m/min；

所述胶合层完全覆盖电热层，且所述电热层的边缘与胶合层的边缘之间的距离大于等于5mm；所述电热装置的制备方法为：

(1)将所述电极层固定在基板上；

(2)将所述柔性电热贴片放置在电极层上，然后通过压合的方式使得所述胶合层透过所述镂空结构并和所述基板粘结固定，制备得到所述电热装置。

2.如权利要求1所述的电热装置，其特征在于，所述镂空结构呈条纹状，或者所述镂空结构为阵列排布的块状。

3.如权利要求1所述的电热装置，其特征在于，所述保护层为柔性膜，所述柔性膜包括塑料膜、金属箔、陶瓷膜、柔性玻璃的一种或几种。

4.如权利要求1所述的电热装置，其特征在于，所述胶合层的材质为热熔胶或耐热压敏胶。

5.如权利要求1所述的电热装置，其特征在于，所述基板包括环氧树脂板或玻璃板。

6.如权利要求1所述的电热装置，其特征在于，所述电极层的材质为金属箔条或金属浆料涂层；

其中，所述金属箔条包括铁箔条、铝箔条、铜箔条、银箔条、金箔条或合金箔条中的一种，所述合金箔条为铁合金、铝合金、铜合金、银合金或金合金的中的一种或几种；

所述金属浆料涂层使用的金属浆料包括导电银浆、导电铜浆或导电铝浆中的一种或几种。

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