一种自控温电加热膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种自控温电加热膜，包括绝缘隔离层，设置于所述绝缘隔离层表面的叉指电极，覆盖于所述叉指电极的副电极表面的正温度系数涂层，以及覆盖于所述叉指电极的主电极表面的绝缘保护层；所述正温度系数涂层不与叉指电极的主电极接触；所述绝缘保护层与正温度系数涂层搭接。本发明专利技术提供的电加热膜，在施加外部电压时，通过叉指电极将电能传递给正温度系数(PTC)涂层，利用其PTC效应，使涂层在加热达到一定温度后会由于电阻变大发热功率降低而自动限温，实现自控温，从而达到防除冰的目的。实施例的结果显示，本发明专利技术的电加热膜在电阻率为0.01Ω·m时，PTC效应可达25倍以上，自控温效应和液滴滑移性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种自控温电加热膜及其制备方法和应用
本专利技术属于电加热膜
，具体涉及一种自控温电加热膜及其制备方法和应用。
技术介绍
电加热膜目前已经广泛应用于多种领域，例如设备或空间的保温加热、飞行器等装备表面的防除冰。电加热膜的原理是基于焦耳定律，通过施加一定电压实现电致发热，能够将飞行器表面与冰的“固-固”接触转变为“固-液”接触，从而降低了表面结冰粘附力，达到防除冰效果。目前的电加热膜主要是在绝缘基体的表面喷涂电加热膜涂层，形成一种一体化的结构功能件。绝缘基体一般为玻璃纤维复合层或聚醚醚酮等高分子材料组成的结构层，喷涂的电加热膜涂层是金属类涂层，在通电发热时，如果局部有覆盖物，容易引起局部热量聚集导致局部温度过高，这种热量的积累会损坏电加热膜，更严重会引起覆盖物燃烧而发生火灾事故，进而无法实现防除冰效果。因此，有必要提供对电加热膜进行改进实现自控温加热，从而实现优异的防除冰效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种自控温加电加热膜及其制备方法和应用。本专利技术提供的电加热膜的PTC效应强，在外加适当电压时，能达到电热自控温防除冰的目的。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种自控温电加热膜，包括绝缘隔离层，设置于所述绝缘隔离层表面的叉指电极，覆盖于所述叉指电极的副电极表面的正温度系数涂层，以及覆盖于所述叉指电极的主电极表面的绝缘保护层；所述正温度系数涂层不与叉指电极的主电极接触；所述绝缘保护层与正温度系数涂层搭接。优选地，所述正温度系数涂层包括以下组分：20～40wt％纳米导电填料、10～30wt％正温度系数热敏填料、10～30wt％聚合物和余量相变型材料。优选地，所述纳米导电填料包括石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、纳米石墨粉、纳米金属粉和纳米金属线中的至少一种。优选地，所述正温度系数热敏填料包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、正温度系数陶瓷粉末、聚己内酯、生物切片石蜡和热塑性聚氨酯弹性体中的至少一种。优选地，所述相变型材料包括低温润滑油、低温润滑脂和石蜡中的至少一种。优选地，所述绝缘保护层与正温度系数涂层搭接部分的宽度不低于5mm。优选地，所述绝缘保护层在覆盖叉指电极的主电极时同时覆盖部分绝缘隔离层。优选地，所述绝缘隔离层的厚度为10～30μm；所述正温度系数涂层的厚度为30～90μm；所述绝缘保护层的厚度为10～30μm。本专利技术还提供了上述技术方案所述自控温电加热膜的制备方法，所述绝缘隔离层、正温度系数涂层和绝缘保护层独立地采用喷涂方式制备得到。本专利技术还提供了上述技术方案所述自控温电加热膜或上述技术方案制备得到的自控温电加热膜在防除冰领域中的应用。本专利技术提供了一种自控温电加热膜，包括绝缘隔离层，设置于所述绝缘隔离层表面的叉指电极，覆盖于所述叉指电极的副电极表面的正温度系数涂层，以及覆盖于所述叉指电极的主电极表面的绝缘保护层；所述正温度系数涂层不与叉指电极的主电极接触；所述绝缘保护层与正温度系数涂层搭接。本专利技术提供的电加热膜，包括绝缘隔离层，设置于所述绝缘隔离层表面的叉指电极，覆盖于所述叉指电极的副电极表面的正温度系数(PTC)涂层，以及覆盖于所述叉指电极的主电极表面的绝缘保护层，但叉指电极的主电极不与PTC涂层接触，避免主电极电阻过高，影响电能的传输；在施加外部电压时，通过叉指电极的主电极将电能先传递给副电极，再由副电极传递给PTC涂层，利用其PTC效应，使得涂层在加热达到一定温度后会由于电阻变大发热功率降低而实现自动限温效果，实现自控温性能，从而达到防除冰的目的。实施例的结果显示，本专利技术提供的电加热膜在电阻率为0.01Ω·m时，PTC效应可达25倍以上，自控温效应和液滴滑移性能好。附图说明图1为本专利技术自控温电加热膜的结构剖视示意图；图中，1为绝缘隔离层，2为叉指电极，3为正温度系数涂层，4为绝缘保护层；图2为本专利技术自控温电加热膜的俯视结构示意图；图中，2a为叉指电极的主电极，2b为叉指电极的副电极，3为正温度系数涂层，4为绝缘保护层；图3为实施例2中叉指电极在绝缘隔离层上的布置方式；图中，1为绝缘隔离层，2a为叉指电极的主电极，2b为叉指电极的副电极；图4为实施例2中制备正温度系数涂层时的喷涂示意图；图中，A为分散液二，B为掩膜，C为基底预热；图5为实施例2的自控温电加热膜温度与电阻的关系曲线；图6为实施例2的自控温电加热膜的从未加热到加热的红外效果图；图7为实施例2的自控温电加热膜的自控温效果图；图8为实施例2的自控温电加热膜的耐久性能曲线；图9为实施例2的自控温电加热膜的滑移效果图。具体实施方式本专利技术提供了一种自控温电加热膜，包括绝缘隔离层，设置于所述绝缘隔离层表面的叉指电极，覆盖于所述叉指电极的副电极表面的正温度系数涂层，以及覆盖于所述叉指电极的主电极表面的绝缘保护层；所述正温度系数涂层不与叉指电极的主电极接触；所述绝缘保护层与正温度系数涂层搭接。如图1所示，在本专利技术中，所述自控温电加热膜包括绝缘隔离层1。在本专利技术中，所述绝缘隔离层优选由包括如下组分的原料制备得到：绝缘聚合物、有机溶剂和隔热功能纳米颗粒/导热功能纳米颗粒。在本专利技术中，所述绝缘隔离层主要起到绝缘保护作用，根据需求添加隔热功能纳米颗粒或导热功能纳米颗粒。在本专利技术中，所述绝缘聚合物优选为聚氨酯、硅橡胶、高密度聚乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。本专利技术对所述绝缘聚合物的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本专利技术中，所述绝缘聚合物起到绝缘作用。在本专利技术中，所述有机溶剂优选为甲苯、二甲苯和丙酮中的至少一种。本专利技术对所述有机溶剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本专利技术中，所述有机溶剂用于溶解绝缘聚合物和隔热功能纳米颗粒/导热功能纳米颗粒。在本专利技术中，所述绝缘聚合物与有机溶剂的质量比优选为1：(10～20)，更优选为1：(15～28)。在本专利技术中，所述隔热功能纳米颗粒优选为空心玻璃微珠和/或气凝胶颗粒；所述导热功能纳米颗粒优选为立方氮化硼、纳米二氧化硅和纳米氧化铝中的至少一种。本专利技术对所述隔热功能纳米颗粒和导热功能纳米颗粒的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本专利技术对所述隔热功能纳米颗粒和导热功能纳米颗粒的粒径没有特殊的限定，亚微米级和纳米级均可。在本专利技术中，所述隔热功能纳米颗粒起到隔热作用；所述导热功能纳米颗粒起到导热作用，如果需要绝缘隔离层具备隔热功能，添加隔热功能纳米颗粒即可，如果需要绝缘隔离层具备导热功能，添加导热功能纳米颗粒即可。在本专利技术中，所述绝缘聚合物与隔热功能纳米颗粒/导热功能纳米颗粒的质量比优选为1：(0.5～3)，更优选为1：(1～2)。在本专利技术中，所述绝缘隔离层的厚度优选为10～30μm，更优选为20～25μm。如图1所示，在本专利技术中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自控温电加热膜，包括绝缘隔离层，设置于所述绝缘隔离层表面的叉指电极，覆盖于所述叉指电极的副电极表面的正温度系数涂层，以及覆盖于所述叉指电极的主电极表面的绝缘保护层；/n所述正温度系数涂层不与叉指电极的主电极接触；/n所述绝缘保护层与正温度系数涂层搭接。/n

【技术特征摘要】
1.一种自控温电加热膜，包括绝缘隔离层，设置于所述绝缘隔离层表面的叉指电极，覆盖于所述叉指电极的副电极表面的正温度系数涂层，以及覆盖于所述叉指电极的主电极表面的绝缘保护层；
所述正温度系数涂层不与叉指电极的主电极接触；
所述绝缘保护层与正温度系数涂层搭接。


2.根据权利要求1所述的自控温电加热膜，其特征在于，所述正温度系数涂层包括以下组分：20～40wt％纳米导电填料、10～30wt％正温度系数热敏填料、10～30wt％聚合物和余量相变型材料。


3.根据权利要求2所述的自控温电加热膜，其特征在于，所述纳米导电填料包括石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、纳米石墨粉、纳米金属粉和纳米金属线中的至少一种。


4.根据权利要求2所述的自控温电加热膜，其特征在于，所述正温度系数热敏填料包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、正温度系数陶瓷粉末、聚己内酯、生物切片石蜡和热塑性聚氨酯弹性体中的至少一种。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华伟，朱彦曈，王泽林澜，刘晓林，赵泽辉，陈济琛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11