CN111809817A - 一种传热一体板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传热一体板及其制备方法，所述传热一体板包括导电带、第一绝缘层、电热转换层和第二绝缘层，所述导电带和所述电热转换层连接，所述第一绝缘层、电热转换层和第二绝缘反射层依次层叠；所述电热转换层和导电带电连接处接触电阻不高于900Ω，所述电热转换层的平均方块电阻为11‑5000Ω/□。本发明采用的传热一体板提供了良好的欧姆接触，解决了整个自发热一体板的行业痛点；同时，提升了电热转换效率，优化电热转换中热辐射的比例。

Description

一种传热一体板及其制备方法

技术领域

本发明属于采暖领域，尤其涉及一种通过远红外线定向进行辐射传热的一体化板材及其制备方法。

背景技术

目前国内外采暖的主要方式为集中供暖、空调和电采暖。集中供暖是以不高于60℃的热水为热媒，在加热管内循环流动，加热地板，通过地面以辐射和对流的传导方式向室内供热的供暖方式。但消耗煤炭、天然气等一次性能源，在有些地区已经开始逐渐向清洁能源转变，如煤改电等；空调一般采用电力驱动，制热时，气体氟利昂被压缩机加压，成为高温高压气体，进入室内机的换热器(此时为冷凝器)，冷凝液化放热，成为液体，同时将室内空气加热，从而达到提高室内温度的目的，由于空调是通过机械动力直接吹出热风，使用时会有很明显的风吹感，会使室内空气比较干燥，不利于人体健康。电采暖一种环保的方式，通过电热元件，将电能转换为热能和红外线。但目前市面上的电采暖方式普遍转换效率不高，极为消耗电力，而且施工和安装过程中存在诸多不便，且目前市场上已有的类似产品在安装和使用的条件下均存在电打火现象，导致了安全性的下降，而目前行业内并无相应的解决方案。

发明内容

本发明采用提供了一种导热和红外线辐射可调的电热转换层，将普通建筑装饰材料(地板、瓷砖、墙纸等)转变为可对外辐射红外线和热源的一体化材料，且不改变原有建筑材料的外观和质地，从而改变现有的采暖方式。

本发明首先提供了一种传热一体板，所述传热一体板包括导电带、第一绝缘层、电热转换层和第二绝缘层，所述导电带和所述电热转换层连接，所述第一绝缘层、电热转换层和第二绝缘反射层依次层叠；所述碳素微晶层和导电带电连接处的接触电阻不高于900Ω，所述电热转换层的平均阻值为11-5000Ω/□。

在本发明的一些实例中，所述接触电阻取值范围为400-900Ω。

在本发明的一些实例中，所述接触电阻更好的取值范围为10-90Ω、90-180Ω、180-270Ω或270-400Ω。通过对一些实例获得的传热一体板进行测试，在具备较小的接触电阻时，可以更好的消除相应的电打火现象。

作为上述传热一体板较好的选择，所述电热转换层的厚度可以选择为1-800微米。

在本发明的一个实例中，所述电热转换层为碳素微晶层。

作为上述传热一体板较好的选择，制备电热转换层的原料包括阻值为10-300Ω/□的低阻碳素微晶、阻值为300-1000Ω/□的中阻碳素微晶以及阻值为1000Ω/□以上的高阻碳素微晶中的一种或多种。

在约定中线为两电极或者两导电带中间处时，在本发明的一个实例中，所述电热转换层的方块电阻沿远离导电带靠近中线方向逐渐增加或梯度增加。

在约定中线为两电极或者两导电带中间处时，在本发明的一个实例中，所述电热转换层的厚度沿远离导电带靠近中线方向逐渐增加或梯度增加。

在本发明的一个实施例内，所述的梯度电阻按照如下的方式定义：定义x为距离一电极距离和两电极间距离的比值，R_x为相应位置处的电阻时，碳素微晶层的R₀为10-300Ω/□，R_0.1为50-500Ω/□，R_0.2为200-600Ω/□，R_0.3为300-800Ω/□，R_0.4为600-1000Ω/□。

所述传热一体板包括基材，所述基材可以选用市售普通建筑材料，如地板、瓷砖、墙纸、木板等材料。

通常，应对基材进行处理，以使得所述基材适宜于进行传热一体板的制备。在本发明的一个实践中，所述基材按照如下的方式进行处理：对基材的非装饰面进行打磨抛光处理，本领域技术人员理解所述的非装饰面通常为瓷砖、模板、墙纸的背面。打磨抛光为本领域的常规操作，通常此操作可以达到如下的技术效果：表面粗糙度不大于0.8微米。

作为传热一体板的一个较优的选择，所述导电带可以选择铜线、铜箔、铝箔等具备较好导电性能的材料。

在湿度较大的场景下，通常需要提供防水层以保证传热一体板的正常工作。在本发明的一个实践中，所述传热一体板含有第一防水层，所述防水层位于基材和所述第一绝缘层间。

所述的防水层的材质为高分子薄膜或涂料，可以选择的材料包括聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、无机纳米陶瓷涂料、金刚漆、以及聚四氟乙烯(PTFE)，其厚度可以选择为0.001-0.8mm。

在本发明的一个实例内，第一防水层的厚度为1-30微米。

在本发明的一个实例内，第一防水层的厚度为30-100微米。

在本发明的一个实例内，第一防水层的厚度为100-200微米。

在本发明的一个实例内，第一防水层的厚度为200-800微米。

在贴合侧可能受到水侵蚀的场景中，应当提供另一防水层以保证传热一体板的正常工作。在本发明的一个实践中，所述传热一体板含有第二防水层，所述第二防水层和所述第二绝缘层直接接触。

所述的第二防水层的材质为高分子薄膜或涂料，可以选择的材料包括聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、无机纳米陶瓷涂料、金刚漆、以及聚四氟乙烯(PTFE)，其厚度可以选择为0.001-0.8mm。

在本发明的一个实例内，第二防水层的厚度为1-30微米。

在本发明的一个实例内，第二防水层的厚度为30-100微米。

在本发明的一个实例内，第二防水层的厚度为100-200微米。

在本发明的一个实例内，第二防水层的厚度为200-800微米。

所述传热一体板还可以进一步包括耐磨阻水层，所述的耐磨阻水层的材质为涂料或薄膜，可以选择的材料包括无机纳米陶瓷涂料、金刚漆、耐磨纸、聚氨酯涂料、环氧树脂、以及氧化铝涂料，成膜后其厚度可以选择为0.001-0.8mm。

在本发明的一个实例内，耐磨阻水层的厚度为1-30微米。

在本发明的一个实例内，耐磨阻水层的厚度为30-100微米。

在本发明的一个实例内，耐磨阻水层的厚度为100-200微米。

在本发明的一个实例内，耐磨阻水层的厚度为200-800微米。

所述传热一体板还可以进一步包括隔热层，所述隔热层位于所述第二防水层和所述耐磨阻水层间，或者所述隔热层可以为导热系数低于0.2W/(m·K)的阻热膜构成，其厚度为不大于0.5mm。

在本发明的一个实例内，隔热层的厚度为1-50微米。

在本发明的一个实例内，隔热层的厚度为50-100微米。

在本发明的一个实例内，隔热层的厚度为100-200微米。

在本发明的一个实例内，隔热层的厚度为200-500微米。

作为发热板材的一个较优的选择，所述传热一体板还可以包括反射层。在本发明的一个实例中，所述反射层为金属膜，其可以选择铝、银、汞、镍，金属膜可以反射红外线，此结构可以使得红外线在向不期待的方向进行辐射时，可以被定向反射至期待的方向。

在本发明的一个实例中，按照电源输入功率计，至少60％的输入功率以5-20微米波长红外线辐射。

本发明还提供了制备了所述传热一体板的制备方法，包括：

1)提供打磨和抛光的基材作为基底，并对基底进行修饰；

2)在所述基底上形成一阻值为11-5000Ω/□的碳素微晶层，之后烘干；所述碳素微晶层为含有阻值为10-300Ω/□的低阻碳素微晶、阻值为300-1000Ω/□的中阻电碳素微晶以及阻值为1000Ω/□以上的高阻碳素微晶中的一种或多种；

3)在所述碳素微晶层上形成阻值为接触处界面电阻不高于90Ω的碳素微晶区域，并设置导电带。

作为上述方法一种更好的选择，对于基底修饰的步骤可以包括在基底上形成第一防水层的步骤。

作为上述方法一种更好的选择，对于基底修饰的步骤可以包括在第一防水层上形成绝缘层的步骤。

作为上述方法一种更好的选择，所述方法还进一步包括在碳素微晶层上形成第二绝缘层的步骤。

作为上述方法一种更好的选择，所述方法还进一步包括在第二绝缘层上形成第二防水层的步骤。

作为上述方法一种更好的选择，所述方法还进一步包括在第二防水层上形成阻热层的步骤。

作为上述方法一种更好的选择，所述方法还进一步包括在阻热层上形成反射层的步骤。

作为上述方法一种更好的选择，所述方法还进一步包括在反射层上形成耐磨阻水层的步骤。

按照上述方法得到的发热膜层具备近似的阻值，且由于在接触处界面电阻不高于90Ω，避免在常规使用环境以及安装环境下的电打火现象。

本发明还提供了制备了所述传热一体板的另一种制备方法，包括：

1)提供打磨和抛光的基材作为基底，并对基底进行修饰；

2)在所述基底上形成若干个具备不同阻值的碳素微晶区域，所述碳素微晶区域的方块电阻沿远离电极靠近中线方向逐渐增加或梯度增加，之后烘干得到碳素微晶层；

3)设置导电带。

按照上述方式可以获得具备渐进阻值的碳素微晶层。

作为常识，电导带应当设置于具备较低阻值的碳素微晶区域，在此区域内由于相应的碳素微晶具备较低的方块电阻，其可以有效的避免电打火现象。

作为上述方法一种更好的选择，对于基底修饰的步骤可以包括在基底上形成第一防水层的步骤。

作为上述方法一种更好的选择，对于基底修饰的步骤可以包括在第一防水层上形成绝缘层的步骤。

作为上述方法一种更好的选择，所述方法还进一步包括在碳素微晶层上形成第二绝缘层的步骤。

作为上述方法一种更好的选择，所述方法还进一步包括在第二绝缘层上形成第二防水层的步骤。

作为上述方法一种更好的选择，所述方法还进一步包括在第二防水层上形成阻热层的步骤。

作为上述方法一种更好的选择，所述方法还进一步包括在阻热层上形成反射层的步骤。

作为上述方法一种更好的选择，所述方法还进一步包括在反射层上形成耐磨阻水层的步骤。

作为上述制备方法一种更好的选择，所述绝缘反射层采用磁控溅射沉积金属电介质，获取高反射红外线薄膜。

本发明采用渐进阻值制得发热碳素微晶与铜电极良好的欧姆接触，解决了整个自发热一体板的行业痛点；同时，提升了电热转换效率，优化电热转换中热辐射的比例。

附图说明

图1、本发明实施例1获得的传热一体板结构示意图；

图2、本发明实施例2获得的传热一体板结构示意图；

图3、本发明实施例3获得的传热一体板结构示意图；

附图标识：

1、基材；2、第一防水层；3、绝缘层；4、电热转换层；5、绝缘层；6、隔热层；7、密封层；8、反射层；9、耐磨阻水层；10、导线。

具体实施方式

如下为本发明的实施例，其仅用作对本发明的解释而并非限制。

实施例1

制备传热一体板的方法包括：

1)取12mm厚的木板一块，对背面(非装饰面)进行打磨抛光处理，使得其表面粗糙度为0.8微米；

2)取聚合物水泥基防水涂料通过刮涂在木板抛光面均匀制备第一防水层，其固化后厚度为1微米；

3)固化后通过自粘型PET膜覆盖在第一防水层之上，形成绝缘层，其厚度为25微米；

4)通过丝网印刷法将低阻纳米碳素微晶(阻值为10-300Ω/□)涂覆于绝缘层之上，其厚度为180微米，120摄氏度烘干去除溶剂后，得到低阻碳素微晶层；

5)植入导电铜带；

6)制备中电阻的纳米碳素微晶材料(阻值为300-1000Ω/□，厚度为100微米)，之后烘干去除溶剂；

7)制备高电阻的纳米碳素微晶材料(阻值大于1000Ω/□，厚度为50微米)，之后烘干去除溶剂，并在180摄氏度焙烧形成碳素微晶层，固化后的碳晶与铜带之间的接触电阻为462Ω；

8)覆盖PET层，之后采用通过在磁控溅射法于PET上沉积铝膜，厚度为0.8微米；

9)形成密封防水层(材料为PI，厚度为1微米)和耐磨层(材料为氧化铝，厚度为0.1mm)。最终制得辐射传热所占比例为72％的定向热传导一体化板材。整个传热过程中是以辐射传热为主，占比为72％，以传导和对流加热为辅，且所述发热材料本体上设置有电流导入点，通过导电带电连接碳素微晶层。

请参见图1，其示出了一按照实施例1方法制备获得的取暖板材，其包括基材1、防水层2、绝缘层3、碳素微晶层4、绝缘反射层5、隔热层6、密封层7、第二防水层8、耐磨层9，以及引出的导线10。

对于传热一体板的电性能测试按照常规使用环境以及进行测试，未发现电打火现象。

实施例2

制备传热一体板的方法包括：

1)取10mm厚的岩态板作为基板，对表面进行打磨抛光清洁处理，使得其表面粗糙度不大于0.8微米；

2)取PET自粘膜在基板抛光面制备第一防水层，其厚度为75微米；

3)在PET第一防水层之上制备金属电介质反射膜，形成隔热反射层，其厚度为30微米；

4)在隔热反射层之上制备绝缘层，其厚度为10微米；

5)通过丝网印刷法将低阻纳米碳素微晶(阻值为10-300Ω/□)涂覆于绝缘层之上，其厚度为200微米，120摄氏度烘干去除溶剂后，得到低阻碳素微晶层；

6)植入导电铝带；

7)制备中电阻的纳米碳素微晶材料(阻值为300-1000Ω/□，厚度为150微米)，之后烘干去除溶剂；

8)制备高电阻的纳米碳素微晶材料(阻值大于1000Ω/□，厚度为200微米)，之后烘干去除溶剂，并在180摄氏度焙烧形成碳素微晶层，固化后的碳晶与铝带之间的接触电阻为589Ω；

9)形成密封防水层(材料为PET，厚度为10微米)和面层(材料为氧化硅，厚度为0.1mm)。最终制得辐射传热所占比例为92％的定向热传导一体化板材。整个加热过程中是以辐射加热为主，占比为92％，以传导和对流加热为辅，且所述发热材料本体上设置有电流导入点，通过导电带电连接碳素微晶层。

请参见图2，其示出了一按照实施例1方法制备获得的取暖板材，其包括基材1、防水层2、隔热反射层3、绝缘层4、碳素微晶层5、密封防水层6、面层7，以及引出的导线8。

对于传热一体板的电性能测试按照常规使用环境以及进行测试，未发现电打火现象。

实施例3

制备传热一体板的方法包括：

1)取11mm厚的岩壁板作为基板，对表面进行打磨抛光清洁处理，使得其表面粗糙度不大于0.8微米；

2)取PET自粘膜在基板抛光面制备第一防水层，其厚度为125微米；

3)在PET第一防水层之上制备金属电介质反射膜，形成隔热反射层，其厚度为3微米；

4)在隔热反射层之上制备绝缘层，其厚度为10微米；

5)通过喷涂法将低阻纳米碳素微晶(阻值为10-300Ω/□)、中电阻的纳米碳素微晶材料(阻值为300-1000Ω/□，厚度为200微米)和高电阻的纳米碳素微晶材料(阻值大于1000Ω/□，厚度为200微米)，沿电极向中线方向依次增大，并在180摄氏度焙烧形成碳素微晶层，固化后的碳素微晶层与自粘型镀锡铜粘接，且电连接处的接触电阻为889Ω；

6)形成密封防水层(材料为PET，厚度为10微米)和面层(材料为氧化硅，厚度为0.1mm)。最终制得辐射传热所占比例为82％的定向热传导一体化板材。整个加热过程中是以辐射加热为主，占比为82％，以传导和对流加热为辅。

请参见图3，其示出了一按照实施例3方法制备获得的取暖板材，其包括基材1、防水层2、隔热反射层3、绝缘层4、渐变的碳素微晶层5、密封防水层6、面层7，以及引出的导线8。

对于传热一体板的电性能测试按照常规使用环境以及进行测试，未发现电打火现象。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种传热一体板，其特征在于，所述传热一体板包括导电带、第一绝缘层、电热转换层和第二绝缘层，所述导电带和所述电热转换层连接，所述第一绝缘层、电热转换层和第二绝缘层依次层叠；所述电热转换层和导电带电连接处接触电阻不高于900Ω，所述电热转换层的平均方块电阻为11-5000Ω/□。

2.如权利要求1所述的传热一体板，其特征在于，所述电热转换层的厚度为1-800μm。

3.如权利要求1所述的传热一体板，其特征在于，制备电热转换层的原料包括阻值为10-300Ω/□的低阻碳素微晶、阻值为300-1000Ω/□的中阻电碳素微晶以及阻值为1000Ω/□以上的高阻碳素微晶中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的传热一体板，其特征在于，制备电热转换层的原料中，阻值为10-300Ω/□的低阻碳素微晶的质量占比不低于30％。

5.如权利要求1所述的传热一体板，其特征在于，所述电热转换层的方块电阻沿远离导电带靠近中线方向逐渐增加或梯度增加。

6.如权利要求1所述的传热一体板，其特征在于，按照电源输入功率计，至少60％的输入功率以5-20微米波长的红外线辐射。

7.权利要求1-6任一所述的传热一体板的制备方法，包括：

1)提供打磨和抛光的基材作为基底，并对基底进行修饰；

2)在所述基底上形成一阻值为11-5000Ω/□的碳素微晶层，之后烘干；所述碳素微晶层为含有阻值为10-300Ω/□的低阻碳素微晶、阻值为300-1000Ω/□的中阻电碳素微晶以及阻值为1000Ω/□以上的高阻碳素微晶中的一种或多种；

3)在所述碳素微晶层上形成接触处界面电阻不高于90Ω的碳素微晶区域，并设置导电带。

8.权利要求1-5任一所述的传热一体板的制备方法，包括：

1)提供打磨和抛光的基材作为基底，并对基底进行修饰；

2)在所述基底上形成若干个具备不同阻值的碳素微晶区域，所述碳素微晶区域的方块电阻沿远离电极靠近中线方向逐渐增加或梯度增加，之后烘干得到碳素微晶层；

3)设置导电带。

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