CN111935858A - 一种柔性碳纤维电热膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性碳纤维电热膜及其制备方法，所述电热膜包括发热体、上层保护层、下层保护层和电极带；所述发热体为通过无纺布工艺制备的柔性碳纤维膜；所述电极带包括正极电极带和负极电极带，所述正极电极带和负极电极带均设置于所述柔性碳纤维膜的表面；所述上层保护层、发热体和下层保护层依次层叠设置。本发明通过选择无纺布工艺制备的碳纤维膜作为发热体，可有效地提高电热膜的电热转换效率与温度的一致性；多孔结构可提高电热膜的透气和热辐射效果；本发明制备的电热膜具有质地轻薄、美观、透气、任意尺寸剪裁、可弯折和红外辐射保健功效，可广泛应用于新能源汽车电池、家居取暧、防寒服、冬季疏菜大棚等产品。
Description
技术领域
本发明属于电热材料技术领域，具体涉及一种柔性碳纤维电热膜及其制备方法。
背景技术
传统加热片，如：陶瓷加热片、云母加热片、PTC加热片等，均存在电热转换效率低、厚度尺寸偏厚，不能弯折等问题，具体表现为：
首先，当陶瓷加热片、云母加热片、PTC加热片作为室内大面积取暖电热源使用时，因为电导率低，所以加热单体不能做大，需要多个并联发热单体并联使用，才能达到取暖供热量要求，存在控制复杂、加热区域温度一致性很差的问题。
其次，室内建筑墙壁、天花板的大多由灰泥、瓷砖等材质制成，陶瓷加热片、云母加热片、PTC加热片等作为墙壁、天花板电热源使用时，由于厚度偏厚，不能弯折原因，导致其安装贴合困难，施工完成后表观质量差的问题出现。
再次，当陶瓷加热片、云母加热片、PTC加热片作为地板电热源使用时，还存在不透气问题，导致地面水滴或积水加热后形成的水气不能溢出而形成地板砖起翘现象。
此外，野外作业人员、边防哨卡战士外出巡逻，需要穿带防寒服，如用陶瓷加热片、云母加热片、PTC加热片制作，则存在不贴身、笨重、不透气、换洗不方便的问题。此外，由于表面没有保护层，人手触碰时，会烫伤手。
另外，作为新能源纯电动车动力电源的锂离子电池，由于低温环境下，电解液的粘度会急剧增加，锂离子在电极间的迁移会变得非常困难，同时碳负极活性也降低，嵌入锂离子的能力变弱，锂离子会以金属锂的形式沉积在表面，日积月累，变成锂枝晶，造成正负极短路风险。基于此，低温充电时，一方面，充不进电，另一方面，极易产生发生燃烧安全事故。因此，需要配备加热辅助装置。目前，加热辅助装置大多数电池包采用PTC加热片作为加热源，为达到加热最大效益化，通常将其置于铝合金型腔中，来实现大面积和长距离加热功能。由于增加了铝合金型腔尺寸，导致内部空间减少，影响体积比能，从而降低所能携带电量。
现有技术中有采用碳纤维来制备电热膜的相关技术，多采用经纬编织的方法来制备电热膜，存在转换效率不够高、质地偏硬、在切割加工过程中产生散边和毛刺问题。
基于上述原因，需要开发一种具有电热转换效率高、安全性高、质地轻、能弯折、任意尺寸剪裁、大面积供热和红外辐射功能的超薄柔性电热体。
发明内容
针对现有技术中的电热膜存在的问题，本发明提供一种柔性碳纤维电热膜及其制备方法。
本发明所述的柔性碳纤维电热膜包括发热体、上层保护层、下层保护层和电极带；
所述发热体为通过无纺布工艺制备的柔性碳纤维膜；
所述电极带包括正极电极带和负极电极带，所述正极电极带和负极电极带均设置于所述柔性碳纤维膜的表面；
所述上层保护层、发热体和下层保护层依次层叠设置。
本发明发现，采用通过无纺布工艺制备的柔性碳纤维膜与现有技术中常用的经纬纺织的碳纤维膜相比，制备得到的发热体电热转换效率更高，柔韧性和贴附性更好，而且在切割和加工的过程中不易产生毛刺边，具有较长的使用寿命。
本发明所述正极电极带和负极电极带为同一种材质制备，可以互换使用。
优选的，所述上层保护层和下层保护层均由无纺布制备而成。无纺布的一方面起绝缘保护作用，另一方面其表面孔隙分布比较均匀，热扩散性能好，可提高电热膜整体的电热转换率。而且无纺布与由无纺布工艺制备成的柔性碳纤维膜具有更好的相容性，制备成电热膜后材料整体的成型性更好。
作为优选的实施方式，本发明所述无纺布的材料为聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)中的一种。
优选的，所述发热体、电极带、上层保护层和下层保护层通过导电浆料粘合在一起，所述导电浆料由粘合剂、导电剂、增稠剂和溶剂混合后制备得到；
进一步优选的，所述粘合剂、导电剂和增稠剂的质量比为2.5～4.5：2.5～5.5：1；所述粘合剂、导电剂和增稠剂的总质量与所述溶剂的质量比为1：0.05～0.15。
本发明所述的柔性碳纤维膜采用无纺布工艺制备而成，质地较薄，孔隙较小，将其与上下保护层粘合在一起的过程中，若粘结剂的种类选择不当会对粘接牢度和柔韧性产生较大的影响。本发明选择上述导电浆料，导电剂可使所述发热体和电极带之间经热复合工艺后形成导电通路，增稠剂可增加粘合剂的凝聚成浆效果和成膜性，尤其限定粘合剂、导电剂和增稠剂的质量比为2.5～4.5：2.5～5.5：1，可解决上下保护层与发热体之间如采用常规胶水粘接，粘接后变硬和升温后易脱落剥离的问题，具有粘接牢固和不改变材料柔韧性的优点。
优选的，所述粘合剂为聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯腈-四基丙烯酸甲酯、聚丙烯晴、聚丙烯酯类和丁苯橡胶中的一种或多种；优选为偏氟乙烯和/或丁苯橡胶。
和/或，所述导电剂为炭黑、乙炔黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管、导电碳黑和导电石墨中的一种或多种，优选为炭黑和/或碳纳米管；
和/或，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠；
和/或，所述溶剂为去离子水、蒸馏水、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
作为优选的方案，所述粘合剂为偏氟乙烯和/或丁苯橡胶，所述导电剂为炭黑和/或碳纳米管，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠。
选择上述物料的组合，可有效地解决上述粘接牢固和改变材料柔韧性的问题。
优选的，所述柔性碳纤维电热膜的表面分布有多个通气孔。本发明发现，由于碳纤维膜被上下保护层所覆盖且存在导电浆料，导致碳纤维膜存在透气性和热量辐射不好的问题，在上述电热膜的表面制备通气孔，可通过通气孔的内壁，增大热辐射面积，进而有效地提高电热膜的电热转换效率和辐射效果。
进一步优选的，优选的，所述通气孔的直径为1～3mm，相邻孔间的距离为5～15mm。
优选的，所述柔性碳纤维膜的厚度为0.2mm～2mm；
进一步优选的，所述柔性碳纤维膜的幅宽为20mm～1000mm；
优选的，所述上层保护层和下层保护层的厚度均为0.2mm～1mm；
优选的，所述电极带的厚度为0.1mm～0.3mm。
本发明所述无纺布工艺制备的柔性碳纤维膜俗称碳纤维制无纺布。
本发明还提供本发明所述柔性碳纤维电热膜的制备方法，包括如下步骤：
1)发热体和电极带的双面涂布：用等离子清洗机对所述发热体和电极带的表面进行清洁，将浆料分别涂布于所述发热体和所述电极带的两个表面，烘干；
2)保护层的单面涂布：用等离子清洗机对所述保护层的表面进行清洁，将浆料均涂布于上保护层和下保护层的一个表面，烘干；
3)电极带与发热体的压合：通过辊压机的热复合工艺，将所述电极带压合在所述发热体的表面；
4)保护层的压合：通过辊压机的热复合工艺，将所述上层保护层与下层保护层压合于所述发热体的表面。
由于无纺布工艺制备的碳纤维电热膜的厚度较薄，而且需要与保护层结合为整体共同使用，为保证其与保护层的理想结合，本发明采用辊压的工艺进行制备；通过辊压工艺结合本发明所述的导电浆料，可在电热膜与电极带之间形成理想的导电通路。而且，在涂布导电浆料之前通过等离子清洗机对材料进行清洗，可有效地提高材料与导电浆料的相容性。
优选的，所述电极带与发热体压合的过程中，温度100℃～160℃，压强为0.3Mpa～1.5Mpa；
优选的，所述电极带与保护层压合的过程中，温度100℃～120℃，压强为0.6Mpa～0.8Mpa。
优选的，所述发热体的上表面和下表面浆料的涂覆厚度均为10μm～80μm；
优选的，所述上保护层和下保护层的表面浆料的涂覆厚度均为10μm～25μm。
优选的，所述浆料的制备包括如下步骤：准备粘合剂、导电剂和增稠剂，依次将粘合剂、导电剂、增稠剂放入溶剂中进行搅拌混合，然后再高速搅拌与真空混合(真空度为-0.09～-0.10Mpa)，搅拌均匀与排出气泡；使用200～300目过滤网进行过滤制得浆料。通过上述方法进行制备，可对浆料进行有效地混合，有利于发热体与无纺布的理想粘合。
优选的，辊压完成后还包括在所述电热膜的表面冲孔的操作。
本发明具有如下有益效果：
1)热效率高、安全性好：本发明通过选择无纺布工艺制备的碳纤维膜作为发热体，可有效地提高热转换效率；设有上下保护层，解决了人手触碰时，会烫伤手的问题。通过粘合剂、导电剂和增稠剂的合理调配和热复合工艺的使用，解决了上下保护层与发热体之间如采用常规胶水粘接，粘接后变硬和升温后易脱落剥离的问题，具有粘接牢固和不改变材料柔韧性的优点。
2)进一步地在发热体的表面设置通气孔，选择了辊压的工艺将各材料压合在一起，可使电热转换效率高达到98％。
3)本发明所述电热膜的工作电压为低于30V的安全直流电压，对人体安全，电热最高温度可通过电压进行调整和控制，不会引起火灾。
4)本发明所述的电热膜质地轻薄、美观、透气、可弯折、经久耐用，红外辐射功能：比重约为1.6g/cm3，厚度最薄可做到0.5mm；如用作防寒服电热体，具有贴身、轻巧、透气、换洗方便和红外辐射保健功效。
4)本发明所述的电热膜节省空间、安装方便、免维护，电热膜的多孔表面和薄形结构，在现有建筑和新建筑中的安装比其它电热片简单，容易与天花板、墙体和地板的石膏板、灰泥、瓷砖等贴合，不会产生凹凸不平现象，安装后，室内外表美观、可集取暖、清除家中湿气和霉菌功能于一体。
5)本发明所述的电热膜可任意裁切成所需要的长度尺寸，不会起毛边，不会出现其他问题。
附图说明
图1为电热膜外形结构示意图；
图2为电热膜剖意图(去除保护层和电源适配器后)；
图3为电热膜截面结构示意图；
图4为电源适配器端子结构示意图；
图5为涂布工艺流程示意图；
图6为加热时电压与时间的温升曲线。
图示：100-电热膜，101-下保护层，102-发热体，103-电极带，104-上保护层，105-电源适配器，106-电源适配器端子，107-通气孔。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例
本实施例涉及一种电热膜：
如图1、图2、图3所示，所述电热膜100，由设于下层的下保护层101，及依下次设于下保护层101上部的发热体102、电极带103和上保护层104组成；所述电极带103设于发热体102两端；
所述电极带103与电源适配器端子106连接后，实现对发热体102的供电；所述电热膜100为多孔结构，所述通气孔的直径为1mm，相邻孔间的距离为5mm；所述通气孔按照阵列方式排布；
所述发热体102为无纺布工艺制成的碳纤维布，厚度为0.2mm，幅宽为1000mm；
进一步，所述上层保护层104和下层保护层101，均为无纺布，厚度为0.2mm，材质为聚丙烯(PP)；
再进一步，所述电极带103材质为铜箔，厚度为0.1mm。
本实施例所述电热膜由如下方法制造得到(涂布工艺流程图如图5)：
1)浆料的制备，准备粘合剂丁苯橡胶1份、导电剂炭黑1份和增稠剂羧甲基纤维素钠0.3份，依次将粘合剂、导电剂、增稠剂放入溶剂中进行搅拌混合，然后再高速搅拌与真空混合(真空度为-0.09～-0.10Mpa)，搅拌均匀与排出气泡；使用200～300目过滤网进行过滤制得浆料；
2)发热体102双面涂布：
a)清洁表面：用等离子清洗机将表面清洁干净；
b)将浆料用涂布工艺涂覆到发电体上，涂层的厚度为10μm～80μm，并在60℃～70℃的烘箱中烘烤8min～12min。
c)单面涂布好后，重复上述步骤a)～b)，完成另一面的涂布。
3)电极带103涂布:
a)清洁表面：用等离子清洗机将表面清洁干净；
b)将所得浆料用涂布工艺涂覆到电极带上，浆料涂层的厚度为5μm～15μm，并在60℃～70℃的烘箱中烘烤8min～12min。
c)裁切：使用分条机将涂布完成的电极带，分切成3mm～50mm宽的电极带。
4)保护层单面涂布:
将浆料用涂布工艺涂覆到保护层上，涂层的厚度为10μm～25μm，并在55℃～70℃的烘箱中烘烤8min～12min。
5)电极带103压合：通过辊压机的热复合工艺，将电极带103压合在发热体102的两侧,辊压机参数设定：温度100℃～160℃，压强：0.3Mpa～1.5Mpa，根据设计需要，所述电极带103离发热体102侧边距离为5mm～20mm。
6)上层保护层104与发热体102压合：通过辊压机的热复合工艺，将上保护层104与发热体102压合，辊压机参数设定：温度100℃～120℃，压强：0.2Mpa～0.8Mpa。
7)下层保护层101与发热体102压合：通过辊压机的热复合工艺，将上保护层与发热体压合，辊压机参数：温度100℃～120℃，压强：0.2Mpa～1.2Mpa。
8)冲孔：将热封好的电热膜100，用冲床连续模冲裁出所需通气孔107,所述通气孔的大小，可根据电热膜100幅宽尺寸，冲成Φ1～Φ3mm，孔距为5～15mm，所述通气孔按照阵列方式排布。
9)电源适配器端子106连接(电源适配器端子结构示意图见图4)：将电极带103上面的上层保护层104，用小刀切出与电源适配器端子106相适应的大小，使用锡焊、电阻焊、铆接、激光焊连接方式的任一种，可以完成电源适配器端子106与电热膜100的电路连接。
实验例
本实验例涉及本发明所述电热膜的具体应用
如图6所示，将实施例制备得到的一种厚度1mm的电热膜切为宽度为100mm,长度100mm的小片,分别用12V电源适配器(INPUT:AC100～240V,OUTPUT：DC12V/50W)和9V电源适配器(INPUT:AC100～240V,OUTPUT：DC9V/40W)对电热膜供电。
(1)使用12V电源适配器，对所述电热膜100通电30秒后，电热膜的表面温度快速升至140℃，之后一直保持在142℃～143.5℃之间。
(2)使用9V电源适配器，电热膜100通电30秒后，电热膜的表面温度快速升至90℃，之后一直保持在97℃～98℃之间。
由以上可以看出，电热膜100的加热温度可调、可控与稳定，表现出良好的快速升温特性、电热转换效率与安全性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种柔性碳纤维电热膜，其特征在于，包括发热体、上层保护层、下层保护层和电极带；
所述发热体为通过无纺布工艺制备的柔性碳纤维膜；
所述电极带包括正极电极带和负极电极带，所述正极电极带和负极电极带均设置于所述柔性碳纤维膜的表面；
所述上层保护层、发热体和下层保护层依次层叠设置。
2.根据权利要求1所述的柔性碳纤维电热膜，其特征在于，所述上层保护层和下层保护层均由无纺布制备而成。
3.根据权利要求1所述的柔性碳纤维电热膜，其特征在于，所述发热体、上层保护层、电极带和下层保护层通过导电浆料粘合在一起，所述导电浆料由粘合剂、导电剂、增稠剂和溶剂混合后制备得到；
优选的，所述粘合剂、导电剂和增稠剂的质量比为2.5～4.5：2.5～5.5：1，所述粘合剂、导电剂和增稠剂的总质量与所述溶剂的质量比为1：0.05～0.15。
4.根据权利要求3所述的柔性碳纤维电热膜，其特征在于，所述粘合剂为聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯腈-四基丙烯酸甲酯、聚丙烯晴、聚丙烯酯类和丁苯橡胶中的一种或多种；优选为偏氟乙烯和/或丁苯橡胶；
和/或，所述导电剂为炭黑、乙炔黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管、导电碳黑和导电石墨中的一种或多种，优选为炭黑和/或碳纳米管；
和/或，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠；
和/或，所述溶剂为去离子水、蒸馏水、丙酮和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的柔性碳纤维电热膜，其特征在于，所述柔性碳纤维电热膜的表面分布有多个通气孔；优选的，所述通气孔的直径为1～3mm，相邻孔间的距离为5～15mm，所述通气孔按照阵列方式排布。
6.根据权利要求1所述的柔性碳纤维电热膜，其特征在于，所述电极带均由铜箔、镍带或镀镍不锈钢带中的一种制备而成。
7.根据权利要求1所述的柔性碳纤维电热膜，其特征在于，所述柔性碳纤维膜的厚度为0.2mm～2mm，幅宽为20mm～1000mm；
和/或，所述上层保护层和下层保护层的厚度均为0.2mm～1mm；
和/或，所述电极带的厚度为0.1mm～0.3mm。
8.权利要求1～7任一项所述柔性碳纤维电热膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)发热体和电极带的双面涂布：用等离子清洗机对所述发热体和电极带的表面进行清洁，将浆料分别涂布于所述发热体和所述电极带的两个表面，烘干；
2)保护层的单面涂布：用等离子清洗机对所述保护层的表面进行清洁，将浆料均涂布于上保护层和下保护层的一个表面，烘干；
3)电极带与发热体的压合：通过辊压机的热复合工艺，将所述电极带压合在所述发热体的表面；
4)保护层的压合：通过辊压机的热复合工艺，将所述上层保护层与下层保护层压合于所述发热体的表面。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述电极带与发热体压合的过程中，温度100℃～160℃，压强为0.3Mpa～1.5Mpa；
和/或，所述发热体与保护层压合的过程中，温度100℃～120℃，压强为0.6Mpa～0.8Mpa。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述发热体的上表面和下表面浆料的涂覆厚度均为10μm～80μm；
和/或，所述上保护层和下保护层的表面浆料的涂覆厚度均为10μm～25μm。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112954837A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-11 | 安徽澳森无纺布有限公司 | 一种使用直流低压电发热的供暖膜及其加工方法 |
| CN114567941A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-05-31 | 郑州大学 | 利用碳纤维编织物边角料制备电致热加热片的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201657863U (zh) * | 2010-04-02 | 2010-12-01 | 夏东升 | 一种远红外电热鞋垫 |
| CN104159340A (zh) * | 2014-08-18 | 2014-11-19 | 上海暖康新材料技术有限公司 | 一种复合面状发热材料及其制备方法 |
| CN109216654A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-01-15 | 天津中聚新能源科技有限公司 | 一种多层负极极片及其制备方法和应用的锂离子电池 |
| CN110524967A (zh) * | 2019-09-09 | 2019-12-03 | 湖北健身医疗器械有限公司 | 一种碳纤维布发热片的制备方法 |
-
2020
- 2020-08-18 CN CN202010834041.6A patent/CN111935858A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201657863U (zh) * | 2010-04-02 | 2010-12-01 | 夏东升 | 一种远红外电热鞋垫 |
| CN104159340A (zh) * | 2014-08-18 | 2014-11-19 | 上海暖康新材料技术有限公司 | 一种复合面状发热材料及其制备方法 |
| CN109216654A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-01-15 | 天津中聚新能源科技有限公司 | 一种多层负极极片及其制备方法和应用的锂离子电池 |
| CN110524967A (zh) * | 2019-09-09 | 2019-12-03 | 湖北健身医疗器械有限公司 | 一种碳纤维布发热片的制备方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112954837A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-11 | 安徽澳森无纺布有限公司 | 一种使用直流低压电发热的供暖膜及其加工方法 |
| CN114567941A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-05-31 | 郑州大学 | 利用碳纤维编织物边角料制备电致热加热片的方法 |
| CN114567941B (zh) * | 2022-03-11 | 2024-03-15 | 郑州大学 | 利用碳纤维编织物边角料制备电致热加热片的方法 |
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