CN114375075A - 适用于潮湿环境的电热膜、封装地暖结构及低压电地暖系统 - Google Patents

适用于潮湿环境的电热膜、封装地暖结构及低压电地暖系统 Download PDF

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张伟强
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Abstract

本发明公开了一种适用于潮湿环境的电热膜、具有该电热膜的封装地暖结构及低压电地暖系统。电热膜包括基材层、碳膜、设于基材层与碳膜之间的电极，基材层与碳膜之间还设有用于粘合基材层、碳膜及电极的黏附材料。碳膜采用水性导电浆料制备而成，水性导电浆料包含树脂组分、导电组分及疏水助剂，树脂组分包括玻璃化温度≤15℃的第一聚氨酯树脂和玻璃化温度≥25℃的第二聚氨酯树脂。低压电地暖系统包括该封装地暖结构及用于提供2~58V的电压的低压电供给装置。本发明提供的电热膜具有优异的耐高温高湿性能，在潮湿环境下性能稳定，基于该电热膜的电地暖系统兼具有系统安全性与材料耐久性，能够真正适于潮湿环境下使用。

Description

适用于潮湿环境的电热膜、封装地暖结构及低压电地暖系统
技术领域
本发明属于电地暖技术领域，具体涉及一种适用于潮湿环境的电热膜、封装地暖结构及低压电地暖系统。
背景技术
电地暖系统是一种区别于传统水地暖系统的新型地面辐射供暖方式，电地暖系统以导电发热材料为发热体，将外表允许工作温度上限约为65℃的导电发热材料铺设在地板、瓷砖、大理石等饰面材料下，并以温控器控制发热材料的发热温度，从而实现地面辐射供暖。相比于传统供暖方式，电地暖系统具有舒适环保、高效节能、不需要维护、各房间可独立使用、安装隐蔽等优点。
随着生活品质的提升，人们对采暖方式舒适、便捷的需求也越来越高，不仅是起居室、卧室、书房等低湿度区域需要铺设电地暖，而且类似于卫生间等相对湿度较大的区域也需要有地暖系统。电地暖相对水暖管地暖，因铺设灵活，解决了卫生间不能铺设水暖管道的问题，可在卫生间直接使用。但现有的电地暖系统并不能够真正满足高湿度环境下的使用需求。一方面，电热膜作为电地暖系统中的核心发热结构，基本都采用220V的市政电压直接供电，对于高湿度环境来说，220V电压存在较高的安全风险，一旦电地暖系统的防漏电保护措施不到位，又加上较大的环境和地面湿度，极可能产生漏电安全问题。另一方面，现有的电热膜长期在潮湿环境下性能不稳定，容易遇水或湿气而功率衰减，使用寿命短。
目前，一些研发者采用变压器将市政电压转换为36V以下的人体安全电压，例如公开号为CN104033953A的专利申请，其虽然提高了电地暖系统的安全性能，但是并没有对电热膜本身的结构、性能等进行针对性改进，电热膜在潮湿环境下仍然达不到理想的运行效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的缺点和不足，提供一种真正适用于潮湿环境的电热膜。
本发明还进一步提供一种适用于潮湿环境的封装地暖结构及低压电地暖系统，兼具有系统安全性与材料安全性，能够在潮湿环境下安全、稳定、高效使用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适用于潮湿环境的电热膜，所述电热膜包括基材层、碳膜、设于所述基材层与碳膜之间的电极，所述基材层与碳膜之间还设有用于粘合所述基材层、所述碳膜及所述电极的黏附材料，所述碳膜采用水性导电浆料制备而成，所述水性导电浆料包含树脂组分、导电组分及疏水助剂，所述树脂组分包括玻璃化温度≤15℃的第一聚氨酯树脂和玻璃化温度≥25℃的第二聚氨酯树脂。
优选地，所述基材层包括第一基材层和第二基材层，所述碳膜位于所述第一基材层与第二基材层之间，所述电极包括与所述碳膜结合并且部分位于所述碳膜与所述第一基材层之间的第一电极部、覆设于部分所述第一电极部上且位于所述第一电极部与所述第二基材层之间的第二电极部，所述第一基材层与第二基材层之间、所述碳膜与所述第二基材层之间、所述第二基材层与所述电极之间均通过黏附材料相接合，所述第一电极部与所述第二电极部采用的电极材料不同，所述的第一基材层包括基材和位于所述基材一面的树脂涂层，所述碳膜通过在所述树脂涂层上涂布所述水性导电浆料并固化形成，所述第一电极部通过在所述树脂涂层上涂布第一电极材料并固化形成。采取该结构设置，电热膜各层之间的黏附性提高，防止在潮湿环境下工作时不同层间出现剥离，使得电热膜在高温高湿的环境下能够维持稳定的工作性能。
在一些具体实施方式中，所述第一电极材料为银材料，具体可以为微米级或纳米级的银材料，其中纳米银更容易被氧化，因此优选微米银；所述第二电极部的电极材料为镀镍铜箔。
进一步地，电极整体的宽度一般为10～25mm，第一电极部的宽度为5～20mm，第二电极部的宽度为5～20mm。
更进一步地，在所述基材层的相对两侧分别设置有所述电极。各所述电极沿着所述基材层的长度方向延伸，其中，第一电极部的沿长度方向的半宽部分与碳膜电连接，第二电极部与第一电极部的延伸方向一致，且第二电极部位于所述第一电极部的另外半宽部分与第二基材层之间，同时第二电极部紧贴在所述第一电极部的另外半宽部分上形成电连接。
在一些优选实施方式中，所述第一基材层、第二基材层均采用PET膜做为基膜。
在一些优选实施方式中，所述黏附材料为选自聚氨酯胶、环氧树脂胶、亚克力胶、硅胶中的一种或多种的组合，优选聚氨酯胶。
在一些优选实施方式中，所述树脂涂层为选自聚氨酯树脂、环氧树脂中的一种或两种，优选聚氨酯树脂。
在一些优选实施方式中，所述疏水助剂为选自有机硅化合物、含氟低分子树脂、石蜡乳液、聚四氟乙烯改性蜡的水性分散体中的一种或多种的组合。疏水助剂能够提高水性导电浆料的疏水性能，有效防止环境中的水进入碳膜中。
在一些优选实施方式中，按质量百分含量计，所述疏水助剂占所述水性导电浆料的0.1％～1％。
优选地，所述第一聚氨酯树脂与所述第二聚氨酯树脂的质量比小于1，进一步优选为1:1～4。
优选地，所述第一聚氨酯树脂、第二聚氨酯树脂的数均分子量分别为≥25万。
作为本发明优选实施方案，所述第二聚氨酯树脂是由选自异甲苯二异氰酸酯(TDI)、二甲苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)的一种或多种的组合作为异氰酸酯原料制备得到的聚氨酯树脂。发明人在大量实验研究中发现，采用这类第二聚氨酯树脂与第一聚氨酯树脂进行配合使用时，在相同导电组分及用量的情况下，出乎意料地可以将所制备的碳膜的方块电阻降低20％～50％，同时保持一定的拉伸强度和断裂伸长率等机械性能，这样复配使用不会导致碳膜太脆。这可能是由这类聚氨酯树脂中含有苯环等刚性结构和π共轭结构所带来的效应。一方面，这些聚氨酯树脂在整个体系中可以为碳膜提供一定的机械强度；另一方面，这些聚氨酯树脂固化时表现出较高的收缩率，使导电粒子间距变小，碳膜的方块电阻降低。
优选地，所述树脂组分与所述导电组分的质量比为1:1～4。
优选地，所述导电组分为碳纳米管、石墨烯、石墨粉、导电炭黑中的一种或几种的组合。纳米碳材料的电阻率低、导电效果优异，能够适用于低电压系统，发热均匀、发热效率高。
在一些优选实施方式中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管、羧基化碳纳米管、羟基化碳纳米管中的一种或多种的组合。
在一些优选实施方式中，所述碳纳米管的管径为2～150nm，长度为1～50μm。
在一些优选实施方式中，所述石墨烯的片径为1～10μm，厚度为1～10nm。
在一些优选实施方式中，所述石墨粉的片径为1～10μm。
在一些优选实施方式中，所述导电炭黑的直径为20～60nm。
在一些优选实施方式中，按质量百分含量计，所述导电组分的组成如下：60～97％的碳纳米管、1～10％的石墨粉、1～10％的石墨烯、1～20％的导电炭黑。所述导电组分中以微纳米级别碳纳米管为主要导电组分，可以增强碳膜的机械性能，同时复配一定量点状导电炭黑和片状石墨或石墨烯，进一步增强其导电性能。
优选地，制备所述水性导电浆料时，所述导电组分以分散液的形式与所述树脂组分混合，所述导电组分的分散液指包含所述导电组分、分散剂和水且整体上呈均一流动态的混合液。
在一些优选实施方式中，所述导电组分中，所述碳纳米管的质量含量为60～100％，所述导电组分的分散液还包含分散助剂，所述分散助剂为具有羟基和羧基的超支化聚酯。
更进一步优选地，所述分散助剂具有式I所示结构，或是具有式I所示结构的化合物形成的金属盐，
Figure BDA0003449251040000041
式I中，n为10～40的整数，m为5～20的整数，且n-m大于等于5；
R1代表超支化聚酯的主体结构；
R2选自C6-C20链状烷基；C2-C20链状烯基；具有1个或2个不饱和双键的3-8元环；未被取代或被选自C1-C6烷基、羧基的取代基取代的苯基；未被取代或被选自C1-C6烷基、羧基的取代基取代的萘基。
在一些优选实施方式中，所述分散剂为含颜料亲和基团的共聚物。
在一些优选实施方式中，所述导电组分的分散液中，所述导电组分的质量含量为1～20％。
在一些优选且具体实施方式中，所述导电组分的分散液中，所述导电组分与分散剂的质量比为1:0.8～1.5。优选地，所述导电组分与分散剂的质量比为1:1～1.2。
在一些优选实施方式中，所述导电组分的分散液还包含消泡剂，且所述导电组分的分散液中，所述消泡剂的质量含量为0.1～1％。
优选地，所述消泡剂包括有机硅型消泡剂和/或聚合物型消泡剂。
进一步优选地，所述有机硅型消泡剂选自聚二甲基硅氧烷、乙二醇硅氧烷。
进一步优选地，所述聚合物型消泡剂选自高碳醇、聚氧乙烯氧丙烯甘油、环氧乙烷与环氧丙烷的共聚物中的一种或多种。
根据本发明，所述水性导电浆料还包含质量占比为1～5％的其他助剂，其他助剂可以选自增稠剂、防沉剂、成膜助剂中的一种或多种。其中，增稠剂可以是脲改性聚氨酯、聚脲、水性膨润土中的一种或多种。防沉剂可以为改性脲溶液、改性聚酰胺溶液、脲改性的聚氨酯溶液中的一种或多种。成膜助剂可以是丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、N-乙基吡咯烷酮中的一种或多种。
在根据本发明的一个具体实施方式中，所述水性导电浆料由含所述第一聚氨酯树脂的分散体、含所述第二聚氨酯树脂的分散体、所述导电组分的分散液、疏水助剂、增稠剂混合而成，其中含第一聚氨酯树脂的分散体为Crysol 6140，含第二聚氨酯树脂的分散体为Crysol 6136，增稠剂为BYK425，疏水助剂为石蜡乳液或聚四氟乙烯改性蜡的水性分散体。
在一些优选实施方式中，所述电热膜的厚度为0.2～5mm，优选0.25mm。
根据本发明的一些实施方式，所述电热膜由包括以下步骤的方法制备得到：
(1)使所述导电组分在分散剂、分散助剂和选择性的消泡剂的存在下，分散于水中，获得整体上呈均一流动态的混合液，即为导电组分的分散液；
(2)将所述导电组分的分散液与所述水性导电浆料的其他组分混合得到所述水性导电浆料，待用；
(3)取一面预涂有树脂涂层的基材作为第一基材层，将银浆涂布在所述树脂涂层的左右两侧上形成两条银浆带，再在树脂涂层的涂布了所述银浆的一面上涂布所述水性导电浆料，所述导电浆料部分覆盖所述银浆带，加热固化，即形成碳膜和银电极(第一电极部)，其中银电极的外侧部分露出碳膜之外；继续在银电极的露出碳膜的部分上覆设镀镍铜箔电极材料(第二电极部)，完成电极制作，在第二基材层的一面涂覆黏附材料后，敷设于制作好电极和碳膜的第一基材层上，第二基材层通过黏附材料与第一基材层、碳膜和电极粘结，得到所述电热膜。
在一些优选实施方式中，在所述步骤(3)中，通过凹印工艺涂布所述银浆，通过微凹技术涂布所述水性导电浆料。
在一些优选实施方式中，在所述步骤(1)中，在加入所述导电组分后进行搅拌分散的过程中，滴加消泡剂，所述消泡剂滴加完毕后进行研磨。
将所述导电组分先配置成分散液的形式投料，方法简单，操作便捷，大大提高分散液的生产效率。
本发明还进一步提供一种封装地暖结构，包括本发明提供的电热膜。所述封装地暖结构还包括依次设于所述电热膜下方的绝热层、反射层，以及依次设于所述电热膜上方的防护层及等电位网，所述等电位网用于接地，能够防止漏电，进一步提高安全性。
本发明还进一步提供一种适用于潮湿环境的低压电地暖系统，包括本发明提供的封装地暖结构以及用于提供电压为2～58V的低压电供给装置，所述封装地暖结构中的电热膜与所述低压电供给装置电性连接。
在一些优选实施方式中，所述低压电供给装置包括用于将220V市政电压转换为5～36V安全电压的变压器。
在另一些优选实施方式中，所述低压电供给装置包括低压太阳能发电电源。
优选地，所述低压电地暖系统还包括设于所述封装地暖结构下方的第一防水隔离层、依次设于所述封装地暖结构上方的混凝土填充层(优选豆石混凝土)、第二防水隔离层及饰面层。所述电地暖系统铺设在结构楼板上。
在一些优选实施方式中，所述低压电地暖系统还包括用于调控所述电热膜发热温度的温控器及线管。
在一些优选实施方式中，所述饰面层的厚度为20～80mm，所述饰面层的材料包括但不限于地板、瓷砖、大理石等。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
本发明提供的电热膜，具有优异的耐高温高湿性能，其不同层之间粘附力强、不易剥离，在潮湿的工作环境下也能够维持稳定理想的工作状态，且能够解决电热膜脱层开裂引发的起火安全隐患；水性导电浆料采用同为聚氨酯树脂但具有不同的玻璃化温度特性的聚氨酯树脂的组合作为成膜树脂，一方面，使得碳膜具有优异的拉伸强度和断裂伸长率，拉伸强度达50MPa以上，断裂伸长率40％以下；另一方面，通过进一步结合具体的聚氨酯树脂的选择，能够在导电组分相同的情况下，有效降低所制备的碳膜的方阻，使得碳膜能够在36V以下的低电压条件下也具有较高的加热性效率。
本发明提供的封装地暖结构及低压电地暖系统，兼具有系统安全性与材料耐久性，能够真正适于潮湿环境下使用——一方面，变压器将市政电压转换为人体安全电压，电地暖系统能够在5～36V的安全电压下正常使用，从根本上避免了漏电触电的危险，不会对人体造成伤害，舒适度高，系统安全；另一方面，本发明电热膜的使用使得该电地暖系统工作性能稳定，在干燥环境与潮湿环境中均具有很长的使用寿命，不易损坏、系统可靠，材料耐久，实用性极强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。
附图1为实施例3中制备的分散助剂及其原料的红外谱图；
附图2为实施例4中封装地暖结构的示意图；
附图3为实施例4中电地暖系统的安装结构示意图；
附图4为实施例4中电地暖系统的电路示意图；
其中：100、结构楼板；200、墙体；300、吊顶；
1、第一防水隔离层；2、封装地暖结构；21、反射层；22、绝热层；23、电热膜；24、防护层；25、等电位网；3、豆石混凝土填充层；4、第二防水隔离层；5、饰面层；61、线管；62、温控器；621、温度探头；63、变压器。
具体实施方式
对于适用于潮湿环境的电地暖系统，首先需要具有极高的安全性能，完全避免高湿度环境下漏电触电的安全隐患；在此基础上，同时还要求电地暖系统的核心供热组件——电热膜在潮湿环境下具有不亚于干燥环境下使用的传统电热膜的发热效果及使用寿命，这就要求电热膜具有耐高温高湿、不易损坏、可长期使用、经济环保、发热效率高等性能。然而，现有技术并不存在相应的理想解决方案。本发明的发明人通过大量实验研究和创新，对现有技术进行改进，提出本发明方案。
本发明的基本构思在于通过变压器将电地暖系统的工作电压降低至36V以下的人体安全电压，从根本上提高系统安全性，相应地将电地暖系统中的电热膜改造为适合于低电压及潮湿环境下使用：通过黏附材料提高电热膜内部各层之间黏附性，防止高温高湿工作环境下不同层间剥离失效；在碳膜的原料中添加疏水助剂，提高碳膜的防水性能，减少环境水分对碳膜功能的影响；有机组合不同特性的第一聚氨酯树脂和第二聚氨酯树脂，其中，第一聚氨酯树脂的玻璃化温度较低，为柔性聚氨酯树脂；第二聚氨酯树脂的玻璃化温度较高，为硬性聚氨酯树脂，两种聚氨酯树脂的有机组合使得碳膜具有优异的拉伸强度和断裂伸长率等机械性能，有助于电热膜的提升使用寿命，并且使得碳膜的导电性能优异。相比现有技术，在同等导电组分的用量下可以降低方阻、提高导电性能和发热效率，适合于低电压条件使用，对于同样的导电性能则可以降低导电组分用量，降低成本，优化工艺。
本发明的其他发明构思还包括以纳米碳材料为主要导电材料，其导电效果优异，发热均匀、发热效率高。其中碳膜中以微纳米级别线状碳纳米管为主要导电组分，有助于增强碳膜的机械性能，同时复配一定量的点状导电炭黑和片状石墨或石墨烯，进一步增强其导电性能，降低方阻。
本发明的进一步发明构思还包括对于碳纳米管导电组分，开发专用分散助剂，有效提高碳纳米管的分散量，在保证和提高电热膜的导电性能的同时，提高工艺效率、降低工艺成本，以及提高产品的一致性。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。
实施例1
本实施例提供一种适用于潮湿环境的电热膜，通过以下方法制备得到：
(1)制备导电组分的分散液
将水和分散剂在400rpm下，机械搅拌10min后，加入碳纳米管、导电炭黑和石墨烯，经高速分散机先低速600rpm搅拌20min后调至高速1200rpm搅拌30min，且在高速搅拌过程中按照50g/min速度滴加消泡剂(聚醚改性有机硅氧烷乳液BYK1724)，再导入砂磨机2000rpm涡轮研磨90min后停止砂磨制得均匀的分散液；静置消泡后获得导电组分的分散液，备用。
按质量百分含量总和100％计，导电组分的分散液的组成为：碳纳米管12％、导电炭黑3％、石墨粉1.5％、石墨烯1.5％、分散剂DISPERBYK2012 18％、消泡剂0.3％和余量水。
(2)制备水性导电浆料
将步骤(1)制备的导电组分的分散液40g、万华化学Crysol 6136 8g和万华化学Crysol 61404g混合，在高速分散机中以600rpm高速分散30min，随后加入增稠剂BYK4250.03g、防水蜡助剂三叶XC-3206 1g，300rpm机械搅拌10min，静置消泡后获得水性导电浆料。
(3)制作电热膜
通过凹印工艺将微米银材料制备的银浆涂布在距离带有聚氨酯树脂涂层的PET基材(第一基材层)的边缘55mm两端处各涂布15mm宽，再通过微凹技术将步骤(2)制备的水性导电浆料涂布在第一基材层的涂布有银浆的一面上(双侧距离第一基材层边缘62.5mm之间涂布，两侧覆盖部分银浆)，在140℃下保持10min，固化成膜，形成碳膜和银电极。在加热固化成膜的过程中，聚氨酯树脂预涂层熔融并将PET基材、银电极、碳膜彼此粘合在一起。固化后的银电极在两侧部分露出碳膜外，继续在外露的银电极上覆上镀镍铜箔电极材料(双侧距离第一基材层边缘47.5mm处各覆上12mm宽)，完成电极制作。此时可以测试碳膜的厚度、方块电阻、附着力等。然后进一步在另一片PET基材(第二基材层)的一面上涂布熔融状态的聚氨酯胶(黏附材料)，然后将这涂有聚氨酯胶的一面敷设于制作好电极和碳膜的第一基材层上，再在30±2℃下放置48h，即得到所述电热膜。此时可以测试电热膜的剥离强度、进行加速寿命试验等。
实施例2
本实施例提供一种适用于潮湿环境的电热膜，该电热膜的制备方法与实施例1基本相同，主要区别在于，本实施例中：
在步骤(1)中，按质量百分含量总和100％计，导电组分的分散液的组成为：碳纳米管15％、导电炭黑3％、分散剂DISPERBYK2012 18％、消泡剂0.3％和余量水；
在步骤(2)中，水性导电浆料的原料包括步骤(1)制备的导电组分的分散液40g、万华化学Crysol 6136 6g和万华化学Crysol 6140 6g。
实施例3
本实施例提供一种适用于潮湿环境的电热膜，该电热膜的制备方法与实施例1基本相同，主要区别在于，本实施例在步骤(1)中，按质量百分含量总和100％计，导电组分的分散液的组成为：碳纳米管18％、分散剂DISPERBYK2012 16％、分散助剂4％、消泡剂0.3％和余量水，其中分散助剂的具体制备过程如下：
在带有搅拌器、冷凝管、温度计及氮气入口的四口烧瓶中加入35g羟基超支化聚酯溶于300mL的N，N-二甲基甲酰胺中，加热使其完全溶解，在通入氮气的保护下，加入一定量(酸酐与羟基超支化聚酯的摩尔比5：1)的十二烯基丁二酸酐和偏苯三甲酸酐(十二烯基丁二酸酐和偏苯三甲酸酐的投料摩尔比为1：2)以及0.8g催化剂N,N-二甲基苄胺，待其溶解后升温至110℃，反应至理论酸值(初始酸值的一半)，蒸出部分溶剂后将反应温度降至50℃，之后用30wt％的氢氧化钠水溶液将体系中和至pH值为7.0～8.0，最后获得固含量约40％的黄色透明状溶液，即含分散助剂的溶液，将其直接用于导电组分的分散液的制备。
采用的羟基超支化聚酯来源于Perstorp公司的Boltorn H20，其结构如下：
Figure BDA0003449251040000091
对制备的分散助剂和其原料进行红外检测，结果如图1所示，图中的结果证实了成功制备得到分散助剂。
本实施例中，制备导电组分的分散液的步骤(1)如下：
按配方比例称取水、分散助剂和分散剂，400rpm下，机械搅拌10min后加入碳纳米管，经高速分散机先低速600rpm搅拌20min后调至高速1200rpm搅拌30min，在高速搅拌过程中按照50g/min速度滴加消泡剂(聚醚改性有机硅氧烷乳液BYK1724)，再导入砂磨机2000rpm涡轮研磨90min后停止砂磨制得均匀的分散液；静置消泡后获得碳纳米管分散液，备用。
然后按照实施例1中的步骤(2)至(5)制备电热膜。
将制备的分散液取样进行稳定性试验(静置90天)，在静置前和静置90天后，碳纳米管均能够稳定均一分散在水中，而不产生团聚和沉淀。
当导电组分全部采用碳纳米管时，采用具有特定结构的超支化聚酯作为分散助剂，协同分散剂的使用，一面该分散助剂容易吸附在碳纳米管表面，另一方面，该分散助剂对颜料表面具有牢固的、持久的吸附力，与分散剂协同作用，当碳纳米管含量提升时，碳纳米管仍然能够长期稳定均匀分散在水中，而不产生团聚和沉淀，从而可以获得高固含量的碳纳米管分散液，且分散液还具有粘度低的优点。而采用该分散液制备的水性导电浆料，并由该水性导电浆料制成的膜厚度均匀、无缩孔、均一性好，可实现均一稳定的导电效果。
对比例1
本对比例提供一种电热膜，该电热膜的制备方法与实施例1基本相同，主要区别在于，本对比例中的电热膜的第二基材层上未设置黏附材料。
对比例2
本对比例提供一种电热膜，该电热膜的制备方法与实施例1基本相同，主要区别在于，本对比例中的水性导电浆料中不添加防水蜡助剂三叶XC-3206。
对比例3
本对比例提供一种电热膜，该电热膜的制备方法与实施例1基本相同，主要区别在于，在步骤(2)制备水性导电浆料时，采用万华化学Crysol 6140代替万华化学Crysol6136，即仅添加一种聚氨酯树脂的分散体Crysol 6140共12g。
实施例4
本实施例提供一种适用于潮湿环境的封装地暖结构2及具有该封装地暖结构2的低压电地暖系统。
其中，封装地暖结构2的结构如图2所示，包括自下而上依次铺设的反射层21、绝热层22、电热膜23、防护层24及等电位网25，其中电热膜23可以采用实施例1至3中任一种电热膜，等电位网25用于接地。
本实施例中，反射层21为反射膜，其厚度约为0.05mm。绝热层22为XPS保温板，其厚度约为20mm。防护层24为PE膜，其厚度约为0.05mm。等电位网25为镀锌钢丝网，需做好防水处理。
参见图3及图4所示，低压电地暖系统通过以下方法构建：
(1)在结构楼板100上铺设第一防水隔离层1，然后依次铺设上述封装地暖结构2中的各层结构。
其中，在铺设电热膜23时，需要先在XPS保温板上画出电热膜23的铺设位置线，然后按照位置线铺设电热膜23后，将线束连接好并保证接头拧紧。
将已连接好的电热膜23通过PC20线管61接到温控器62的负载端，并区分L/N线，其中PC20线管61及部分温控器62可埋设在墙体200中；将外置传感器线接到温控器62的温度探头621。
另一方面，将变压器63固定于吊顶300顶面的楼板上，将市政电网的入户线接到变压器63的输入端，需区分L/N线，再将变压器63的输出端通过PC20线管61接到温控器62的电源端。
完成上述电路连接后，测试电热膜23的工作情况，确认其能够正常发热。然后继续铺设封装地暖结构2中的防护层24及等电位网25。
(2)在封装地暖结构2的表面铺设豆石混泥土，构成豆石混泥土填充层3，铺设厚度约为30mm，并进行防水处理。
(3)对上述已干透的豆石混泥土填充层3进行二次防水处理，构成第二防水隔离层4。
(4)在最上层贴好地砖，构成饰面层5，其厚度约为40mm，从而完成整套低压电地暖系统的安装。
关于所制备的碳膜及电热膜的性能测试
对上述实施例1～3和对比例1～3的碳膜进行厚度、方阻及力学性能测试，结果如表1所示。其中，碳膜的厚度采用高度规测量，碳膜的方阻采用方阻仪测量其不同位置的表面方块电阻。附着力测试采用百格刀测试，测试方法参考ASTM D3359色漆和清漆的划痕实验。
电热膜经100℃水煮8小时后，测其水煮前后的剥离强度，剥离强度性能测试参考GB/T2792-2014和JG/T286-2010。
电热膜加速寿命试验的参考GB/T 7287-2008和JG/T 286-2010。
表1电热膜性能测试结果
Figure BDA0003449251040000111
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

Claims (10)

1.一种适用于潮湿环境的电热膜，所述电热膜包括基材层、碳膜、设于所述基材层与碳膜之间的电极，其特征在于：所述基材层与碳膜之间还设有用于粘合所述基材层、所述碳膜及所述电极的黏附材料，所述碳膜采用水性导电浆料制备而成，所述水性导电浆料包含树脂组分、导电组分及疏水助剂，所述树脂组分包括玻璃化温度≤15℃的第一聚氨酯树脂和玻璃化温度≥25℃的第二聚氨酯树脂。
2.根据权利要求1所述的适用于潮湿环境的电热膜，其特征在于：所述基材层包括第一基材层和第二基材层，所述碳膜位于所述第一基材层与第二基材层之间，所述电极包括与所述碳膜结合并且部分位于所述碳膜与所述第一基材层之间的第一电极部、覆设于部分所述第一电极部上且位于所述第一电极部与所述第二基材层之间的第二电极部，所述第一基材层与所述第二基材层之间、所述碳膜与所述第二基材层之间、所述电极与所述第二基材层之间均通过黏附材料相接合，所述第一电极部与所述第二电极部采用的电极材料不同，所述的第一基材层包括基材和位于所述基材一面的树脂涂层，所述碳膜通过在所述树脂涂层上涂布所述水性导电浆料并固化形成，所述第一电极部通过在所述树脂涂层上涂布第一电极材料并固化形成。
3.根据权利要求2所述的适用于潮湿环境的电热膜，其特征在于：所述黏附材料为选自聚氨酯胶、环氧树脂胶、亚克力胶、硅胶中的一种或多种的组合；和/或，所述树脂涂层为选自聚氨酯树脂、环氧树脂中的一种或两种；和/或，所述第一电极材料为银材料，所述第二电极部的电极材料为镀镍铜箔；和/或，所述疏水助剂为选自有机硅化合物、石蜡乳液、含氟低分子树脂、聚四氟乙烯改性蜡的水性分散体中的一种或多种的组合；和/或，按质量百分含量计，所述疏水助剂占所述水性导电浆料的0.1%~1%。
4.根据权利要求1所述的适用于潮湿环境的电热膜，其特征在于：所述第一聚氨酯树脂与所述第二聚氨酯树脂的质量比小于1，优选为1:1~4；和/或，所述第一聚氨酯树脂、第二聚氨酯树脂的数均分子量分别为≥25万，其中，所述第二聚氨酯树脂是由选自异甲苯二异氰酸酯、二甲苯甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯的一种或多种的组合作为异氰酸酯原料制备得到的聚氨酯树脂。
5.根据权利要求1所述的适用于潮湿环境的电热膜，其特征在于：所述树脂组分与所述导电组分的质量比为1:1~4；和/或，所述导电组分为碳纳米管、石墨烯、石墨粉、导电炭黑中的一种或几种的组合；和/或，制备所述水性导电浆料时，所述导电组分以分散液的形式与所述树脂组分混合，所述导电组分的分散液指包含所述导电组分、分散剂和水且整体上呈均一流动态的混合液。
6.根据权利要求5所述的适用于潮湿环境的电热膜，其特征在于：所述导电组分中，所述碳纳米管的质量含量为60~100%，所述导电组分的分散液还包含分散助剂，所述分散助剂为具有羟基和羧基的超支化聚酯。
7.根据权利要求5或6所述的适用于潮湿环境的电热膜，其特征在于：所述的导电组分为碳纳米管、石墨粉、石墨烯、导电炭黑四者的组合，按质量百分含量计，所述导电组分的组成如下：60~97%的碳纳米管、1~10%的石墨粉、1~10%的石墨烯、1~20%的导电炭黑；和/或，所述分散剂为含颜料亲和基团的共聚物；和/或，所述导电组分的分散液中，所述导电组分的质量含量为1~20%。
8.一种封装地暖结构，包括电热膜，其特征在于：所述电热膜如权利要求1至7中任一项所述。
9.根据权利要求8所述的封装地暖结构，其特征在于：所述封装地暖结构还包括依次设于所述电热膜下方的绝热层、反射层，以及依次设于所述电热膜上方的防护层及等电位网，所述等电位网用于接地。
10.一种适用于潮湿环境的低压电地暖系统，包括封装地暖结构，其特征在于：所述低压电地暖系统还包括用于提供2~58V的电压的低压电供给装置，所述封装地暖结构如权利要求8或9所述，所述封装地暖结构中的电热膜与所述低压电供给装置电性连接，优选地，所述电地暖系统还包括设于所述封装地暖结构下方的第一防水隔离层与依次设于所述封装地暖结构上方的混凝土填充层、第二防水隔离层及饰面层；优选地，所述的低压电供给装置是用于提供5~36V的电压的低压电供给装置。
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