一种电热膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种电热膜及其制备方法与应用。所述电热膜包括防水层、绝缘层、电热层、电极、绝缘层、隔热层和防水层等部分，所述电热层包括纤维基底织物、高导电纳米碳材料和功能助剂，所述高导电纳米碳材料吸附于纤维基底织物表面或其间隙。所述制备方法包括：以纤维基底织物为高导电纳米碳材料的承载基底，首先浸润亲水处理液，烘烤固化后，再涂布浸润纳米碳水性分散液，烘烤固化后得到电热层；随后与绝缘层、隔热层、防水层和电极通过热熔胶贴合形成电热膜。本发明专利技术的电热膜无须使用粘结剂树脂，显著避免了树脂老化带来的电热性能衰减的问题，且集电热、防水、隔热、反射等性能于一体，可广泛应用于家居采暖、地暖、保温、工业加热等行业。

An electrothermal film and its preparation and Application

The invention discloses an electric heating film and its preparation method and application. The electrothermal film comprises a waterproof layer, insulating layer, heating layer, electrode and insulating layer, the insulating layer and the waterproof layer, the heating layer comprises a fiber base fabric, conductive carbon nano materials and functional additives, the high conductivity nano carbon materials adsorbed on the fiber base fabric surface or the gap. The preparation method comprises the following steps: the fiber base fabric for carrying substrate of high conductive carbon material, first infiltration hydrophilic treatment liquid, curing, coating and infiltration of carbon nano aqueous dispersion, curing by heating layer; then with insulating layer, insulating layer, waterproof layer and electrodes by hot melt adhesive fit the formation of electrothermal film. The electrothermal film of the invention without the use of adhesive resin, avoiding the attenuation of electric properties of resin significantly aging problems, and set, waterproof, thermal insulation, heating reflection performance in one, can be widely used in heating, heating, heat preservation, Home Furnishing industrial heating industry.

【技术实现步骤摘要】
一种电热膜及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种电热膜及其制备方法，特别涉及一种纳米碳材料电热膜及其制备方法与应用，属于电加热

技术介绍
电加热技术是目前使用非常广泛的热能提供手段，尤其在家居采暖、工农业保温防护等领域应用非常广泛。现有的电加热采暖技术大多采用金属电阻丝等导线类的加热元件，比如现有电地暖、电热毯等采用的金属电阻丝、碳纤维发热电缆等。通过这种线缆加热，最终都需要转化为面状加热，但从线棒状加热元件到面状发热面，因线与面的接触面积小，是典型热传导不利界面结构，其中形成巨大的接触热阻，极大阻碍了热能利用率。因此，面状发热元件成为其中重要的解决方案，越来越受到重视和发展。当前，面状电热膜主要由电热油墨类占主流，其中主要以添加高导电的碳材料作为填充材料，形成导电网络，利用碳材料高的电热转化效率制备大面积的电加热膜。当然现有技术也有几个核心问题一直困扰电热油墨技术的进一步推广，实际工程应用中产品寿命和能耗是消费者最关心的问题，是决定电热油墨技术深入发展的瓶颈环节。追踪溯源，这些问题都与电热油墨自身的老化有直接关系，这种老化主要来源于导电填料相互形成的导电网络搭接形成的接触电阻，在电流通过时将在界面处产生远高于实际电热油墨温度的高温，导致油墨粘结树脂高温的加速老化。解决的思路可以从多方面着手：首先是选用耐高温特性更加优越的粘结树脂，但这只是对现有技术的补救，而不能从根本上改善微界面的过热现象；第二，降低粘结的使用量，构建更加更直接的导电填料接触网络，克服树脂老化的因素；第三，降低微界面的接触电阻，可以从提高导电网络的接触面积和密度角度着手，使用其导电阈值降低，形成更加有效的导电网络。综合分析可以发现，采用无胶、少胶的电热膜结构，能够同时避免树脂老化问题和界面电阻的难题。中国专利技术专利201510234167.9公开了一种新型面状电热材料，以织物为载体将冷却后的含有碳纳米管的电热材料覆盖在上面，有集电极、基材和电热材料三个部件组成，其中集电极通过穿入织物中获得牢固固定。中国专利技术专利201310062282.3公开了一种碳纳米管-水溶性聚合物复合柔性电热薄膜、制备方法及其用途，采用碳纳米管分散在水溶性树脂中制备水性电热涂料。中国专利技术专利201410158405.8公开了一种水性电热纳米涂料用组合物及水性电热纳米涂料及其制备方法和应用技术，利用石墨烯和碳纳米管的复合添加制备水性电热涂料。但是上述现有技术仍不能满足目前的研究需要，无法完全避免树脂老化、有机溶剂等污染问题，因此，业界急需研发一种新型的电热膜及其制备方法，以避免现有技术的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种电热膜及其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例还提供了一种电热膜的制备方法，其包括：(1)将高导电纳米碳材料和分散剂均匀分散于水中，形成纳米碳水性分散液，所述纳米碳水性分散液中纳米碳材料的含量为0.05～10wt％，分散剂的含量为0.02～5wt％；(2)将亲水树脂20～50份、润湿剂1～10份、分散剂1～10份、助溶剂1～8份和水50～90份混合均匀，形成织物亲水处理液；(3)以所述织物亲水处理液浸润纤维基底织物，之后在50～90℃下烘干，得到亲水织物；(4)以所述纳米碳水性分散液浸润所述亲水织物，之后在50～90℃下烘干，获得电热层；(5)将电极设置在电热层中；(6)将防水层、绝缘层、电热层、绝缘层、隔热层、防水层依次堆叠设置，层与层间采用热熔胶间隔，在温度为50～150℃，压力为1～50MPa下贴合成一体，获得电热膜。本专利技术实施例还提供了由前述制备方法制得的电热膜。本专利技术实施例还提供了一种电热膜，其包括：电热层，包括纤维基底织物、高导电纳米碳材料和功能助剂，所述高导电纳米碳材料吸附于所述纤维基底织物表面和/或所述纤维基底织物之间的间隙；设置于所述电热层相背对的两侧的绝缘层；以及，设置于所述电热层两端的电极。本专利技术实施例还提供了前述的电热膜于家居采暖、保温或工业加热领域中的用途。例如，本专利技术实施例还提供了一种家居采暖装置，其包括前述的电热膜。优选的，所述家居采暖装置包括地暖。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：1)本专利技术提供的电热膜中的电热层中高导电纳米碳材料直接附着于纤维基底织物上或纤维基底织物之间，获得无胶少胶的电热层，无须使用粘结剂树脂，显著避免了树脂老化带来的电热性能衰减的问题，大大提高了电热膜使用寿命；2)本专利技术提供的电热膜的制备方法中采用亲水树脂预先处理纤维基底织物，使其具有良好的亲水特性，实现后续纳米碳水性分散液的负载，避免有机溶剂等污染问题；3)本专利技术提供的电热膜的制备方法流程全水性化，简便易于连续涂布，适合大规模生产；4)本专利技术提供的电热膜具有多层复合结构，集电热、防水、隔热、反射等性能于一体，热能利用率高，显著提升其服役性能，可广泛应用于家居采暖、地暖、保温、工业加热等行业领域，具有广阔应用前景和商业价值。附图说明图1为本专利技术一典型实施例中一种电热膜的结构示意图。附图标记说明：1-防水层，2-绝缘层，3-电热层，4-隔热层，5-电极。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供了一种电热膜的制备方法，其主要是以纤维基底织物为高导电纳米碳材料的承载基底，首先采用涂布技术浸润亲水处理液，烘烤固化后，再涂布浸润纳米碳水性分散液，烘烤固化后制备得到电热膜的电热层；随后与绝缘层、隔热层、防水层和电极通过热熔胶在一定温度和压力下贴合而成整体的电热膜。具体的，所述制备方法包括以下步骤：(1)将高导电纳米碳材料和分散剂均匀分散于水中，形成纳米碳水性分散液，所述纳米碳水性分散液中纳米碳材料的含量为0.05～10wt％，分散剂的含量为0.02～5wt％；(2)将亲水树脂20～50份、润湿剂1～10份、分散剂1～10份、助溶剂1～8份和水50～90份混合均匀，形成织物亲水处理液；(3)以所述织物亲水处理液浸润纤维基底织物，之后在50～90℃下烘干，得到亲水织物；(4)以所述纳米碳水性分散液浸润所述亲水织物，之后在50～90℃下烘干，获得电热层；(5)将电极设置在电热层中；(6)将防水层、绝缘层、电热层、绝缘层、隔热层、防水层依次堆叠设置，层与层间采用热熔胶间隔，在温度为50～150℃，压力为1～50MPa下贴合成一体，获得电热膜。在一些实施方案中，所述的制备方法可以具体包括以下步骤：(1)配置纳米碳水性分散液，其中纳米碳材料的含量为0.05～10wt％，分散剂的含量为0.02～5wt％，采用超声、研磨、高速剪切、高压均质等工艺制备得到分散均匀的分散液，静置消泡后备用；(2)配制织物亲水处理液，将亲水树脂20～50份、润湿剂1～10份、分散剂1～10份、助溶剂1～8份、水50～90份在高速分散机下混合均匀，静置消泡后备用；(3)将纤维基底织物采用浸涂、淋涂、喷涂、滚涂等工艺浸润织物亲水处理液，在50～90℃下烘干，得到亲水织物；(4)将亲水织物采用浸涂、淋涂、喷涂、滚涂等工艺浸润纳米碳水性分散液，在50～90℃下烘干，获得电热层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电热膜的制备方法，其特征在于包括：(1)将高导电纳米碳材料和分散剂均匀分散于水中，形成纳米碳水性分散液，所述纳米碳水性分散液中纳米碳材料的含量为0.05～10wt％，分散剂的含量为0.02～5wt％；(2)将亲水树脂20～50份、润湿剂1～10份、分散剂1～10份、助溶剂1～8份和水50～90份混合均匀，形成织物亲水处理液；(3)以所述织物亲水处理液浸润纤维基底织物，之后在50～90℃下烘干，得到亲水织物；(4)以所述纳米碳水性分散液浸润所述亲水织物，之后在50～90℃下烘干，获得电热层；(5)将电极设置在电热层中；(6)将防水层、绝缘层、电热层、绝缘层、隔热层、防水层依次堆叠设置，层与层间采用热熔胶间隔，在温度为50～150℃，压力为1～50MPa下贴合成一体，获得电热膜。

【技术特征摘要】
1.一种电热膜的制备方法，其特征在于包括：(1)将高导电纳米碳材料和分散剂均匀分散于水中，形成纳米碳水性分散液，所述纳米碳水性分散液中纳米碳材料的含量为0.05～10wt％，分散剂的含量为0.02～5wt％；(2)将亲水树脂20～50份、润湿剂1～10份、分散剂1～10份、助溶剂1～8份和水50～90份混合均匀，形成织物亲水处理液；(3)以所述织物亲水处理液浸润纤维基底织物，之后在50～90℃下烘干，得到亲水织物；(4)以所述纳米碳水性分散液浸润所述亲水织物，之后在50～90℃下烘干，获得电热层；(5)将电极设置在电热层中；(6)将防水层、绝缘层、电热层、绝缘层、隔热层、防水层依次堆叠设置，层与层间采用热熔胶间隔，在温度为50～150℃，压力为1～50MPa下贴合成一体，获得电热膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述分散剂包括阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和水溶性高分子分散剂中的任意一种或两种以上的组合，优选为硫酸盐表面活性剂和聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂的组合物；尤其优选的，所述硫酸盐表面活性剂和聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂的质量比为1：10～5：1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述亲水树脂包括水溶性高分子树脂；优选的，所述亲水树脂包括聚乙烯醇、聚乙烯比咯烷酮、丙烯酰胺改性水性丙烯酸和聚乙二醇改性水性丙烯酸中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述润湿剂包括磺酸盐类高分子，优选的，所述润湿剂包括仲烷基磺酸钠、烯丙氧基羟丙基磺酸钠、聚苯乙烯磺酸钠和木质素磺酸钠中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述分散剂包括阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和水溶性高分子分散剂中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述助溶剂包括乙醇、异丙醇、丙酮和醇醚类溶剂中的任意一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述浸润包括浸涂、淋涂、喷涂和滚涂中的任意一种方式；和/或，所述热熔胶包括聚氨酯、聚丙烯酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚甲醛和聚己内酯中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述热熔胶的加工温度为60～120℃。5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述高导电纳米碳材料包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯和纳米碳纤维中的任意一种或两种以上的组合，优选为单壁碳纳米管；和/或，所述纤维基底织物包括天然纤维和/或人造纤维的机织物、针织物和非织造布中的任意一种；优选的，所述非织造布包括阻燃级丙纶、锦纶、涤纶和腈纶中的任意一种；和/或，所述绝缘层的材质包括天然纤维和/或人造纤维的机织物、针织物和非织造布中的任意一种；优选的，所述非织造布包括阻燃级丙纶、锦纶、涤纶和腈纶中的任意一种；和/或，所述隔热层包括复合铝塑...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈名海，崔亮，
申请(专利权)人：陈名海，
类型：发明
国别省市：江苏,32