一种发热材料及其应用、导电发热膜及其制作方法
阅读说明：本技术 一种发热材料及其应用、导电发热膜及其制作方法 (Heating material and application thereof, conductive heating film and manufacturing method thereof ) 是由 刘水长 罗晓峰 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种发热材料及其应用、导电发热膜及其制作方法,发热材料主要由以下质量份的物质制备得到：石墨化水性碳纳米管浆料0.8-1.2份,水性丙烯酸树脂或水性环氧树脂7-10份,去离子水1-2份,高分子导电分散液0.001-0.01份；本发明使用石墨化水性碳纳米管浆料使得其发热和导电性能更加突出,将电能转换成热能所需的电压更低,最高所需电压才36V,电流最高达14A,安全可靠,消耗的电能少,节能；并且也能够直接与太阳能电源结合使用；其中石墨化水性碳纳米管浆料通过高分子导电分散液的改性,具体为激活了石墨化水性碳纳米管浆料中碳元素的活性,使得其电阻增加。(The invention discloses a heating material and application thereof, a conductive heating film and a manufacturing method thereof, wherein the heating material is mainly prepared from the following substances in parts by mass: 0.8-1.2 parts of graphitized aqueous carbon nanotube slurry, 7-10 parts of aqueous acrylic resin or aqueous epoxy resin, 1-2 parts of deionized water and 0.001-0.01 part of macromolecular conductive dispersion liquid; the graphitized water-based carbon nanotube slurry is used, so that the heating and conducting performance of the graphitized water-based carbon nanotube slurry is more outstanding, the voltage required for converting electric energy into heat energy is lower, the highest required voltage is 36V, the highest current is 14A, the safety and the reliability are realized, the consumed electric energy is less, and the energy is saved; and can also be used directly in combination with a solar power supply; the graphitized aqueous carbon nanotube slurry is modified by the high-molecular conductive dispersion liquid, and specifically, the activity of carbon elements in the graphitized aqueous carbon nanotube slurry is activated, so that the resistance of the graphitized aqueous carbon nanotube slurry is increased.)
技术领域
本发明属于发热材料技术领域，具体涉及一种发热材料及其应用、导电发热膜及其制作方法。
背景技术
导电发热膜是一种用途广泛的功能性高分子材料。近年来，石墨烯(Graphene)是单层石墨片构成的二维碳纳米结构材料，石墨烯具有优异的力学、和热学性能。特别地，石墨烯的迁移率可达2×104cm2/V×s为硅的100倍，在室温下石墨烯PΜ导电、发热碳膜的电阻率可达108S/m，可耐受为108A/cm2的电流，是铜耐受能力的100倍。将石墨烯添加PΜ导电、发热碳膜到导电浆料中可以提高电导率，并且由于石墨烯本身的惰性、密度低等优点，石墨烯的添入可以提高导电浆料的使用寿命及降低浆料的密度，虽然石墨烯具有以上优点，但是其性能还是不能满足某些场合的需要，特别是涉及大健康和环保应用。
发明内容
针对现有的石墨烯材料不能满足某些场合的需要，因此本发明提供了一种发热材料。
本发明采用以下技术方案：一种发热材料，主要由以下质量份的物质制备得到：石墨化水性碳纳米管浆料0.8-1.2份，水性丙烯酸树脂或水性环氧树脂7-10份，去离子水1-2份以及高分子导电分散液0.001-0.01份。
进一步限定，高分子导电分散液为高分子碳管水性导电分散液，石墨化水性碳纳米管浆料由水性碳纳米管浆料进行石墨化得到，石墨化的程度>90％。
本发明的有益效果：本发明使用石墨化水性碳纳米管使得其发热性能更加突出，将电能转换成热能所需的电压更低，最高所需电压才36V，电流最高达14A，安全可靠，消耗的电能少，节能；并且也能够直接与太阳能电源结合使用；其中石墨化水性碳纳米管浆料通过高分子水基型分散液的改性，具体为激活了石墨化水性碳纳米管浆料中碳元素的活性，使得其电阻增加，因此发热性能显著增加；本发明公开的发热材料配料简单并且环保。
本发明还提供了一种导电发热膜，包括发热材料层，发热材料层的上下两个面上均固定有封装层，发热材料层的上表面或下表面上设置有正电极和负电极，发热材料层由前所述的发热材料制成。
进一步限定，所述发热材料层上设置有正电极和负电极的面与封装层一体成型。
进一步限定，所述封装层由PET基材膜、PE基材膜、TPΜ基材膜、无纺布和PI基材膜等塑料塑胶薄膜中的一种制成。
进一步限定，其中一个所述封装层粘接有离型膜/纸或保护膜，离型膜/纸或保护膜远离发热材料层。
进一步限定，所述封装层的厚度为0.1mm，发热材料层的厚度为40～80μm，离型膜/离型纸的厚度为0.05mm。
本发明所公开的导电发热膜可应用于工业及民用(汽车、能源供应、建筑技术、航空和航天技术、机械和设备制造、军工技术、环保技术等)、室内基本供暖(墙壁、地板、天花板)、汽车的表面加热(座椅、内衬等)、延伸产品(脚垫、衣服、床垫、护腰带、眼罩、坐垫等)、机械和设备制造中的加热(模具等)、医疗领域(软管加热、汗蒸房、温热治疗仪、暖宝等)、特殊工程供暖(航天、军工等)、除霜等领域；升温快，辐射远低于安全标准；防水性能强，使用寿命长；大面积加热均匀，无热点；涂层在涂覆完成后能够快速干燥；发热所达的温度可以为20℃～450℃，根据需求进行温度控制。
本发明还公开了一种导电发热膜的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
准备基材膜、PET离型膜或保护膜、铜箔电极或导电银浆电极、石墨化水性碳纳米管浆料、水性丙烯酸树脂或水性环氧树脂、去离子水以及高分子导电分散液；
将基材膜根据幅宽要求分切并做表面电晕处理或者预涂布表面能处理；
将石墨化水性碳纳米管浆料、水性丙烯酸树脂或水性环氧树脂、和去离子水通过300-500转/分钟的搅拌机分散搅拌8-10分钟后加入高分子导电分散液分散搅拌，由高分子导电分散液激活碳纳米管的碳元素，得到发热材料；
将离型膜/纸或保护膜与基材膜中的一种固定，将电极与其余的部分基材膜贴合处理；
对贴合电极的基材膜涂覆发热材料后进行烘干；
将贴合离型膜或保护膜的基材膜与发热材料固定。
本发明的有益效果为：该制作方法简单，节约时间且制备得到的导电发热膜性能良好。
本发明还提供了一种导电发热膜的制作方法，该导电发热膜不包括离型膜，包括以下步骤：
准备基材膜、电极、石墨化水性碳纳米管浆料、去离子水以及高分子导电分散液；
将基材膜根据幅宽要求分切并做表面电晕处理或者预涂布表面能处理；
将石墨化水性碳纳米管浆料、水性丙烯酸树脂或水性环氧树脂、和去离子水通过300-500转/分钟的搅拌机分散搅拌8-10分钟后加入高分子导电分散液分散搅拌，得到发热材料；
将电极与部分基材膜贴合处理；
对贴合电极的基材膜涂覆发热材料后进行烘干；
将剩余的基材膜与发热材料固定。
本发明的有益效果为：该制作方法简单，节约时间且制备得到的导电发热膜性能良好。
附图说明
图1为实施例12中导电发热膜的结构示意图；
图2为实施例13中导电发热膜的结构示意图；
图3为实施例2制备得到的发热材料表面电阻与厚度之间的关系图；
图4为实施例12和实施例13中制备导电发热膜的示意图；
其中：1-封装层；2-发热材料层；3-正电极；4-负电极；5-离型膜。
具体实施方式
一种发热材料，主要由以下质量的物质制备得到：石墨化水性碳纳米管浆料100g到2000g，优选500g，更优选1000g；水性丙烯酸树脂或水性环氧树脂1kg到10kg，优先6kg，去离子水1-2kg，优选2kg，更优选1kg；高分子导电分散液1-10g，优选3-8g，更优选5g；其中石墨化水性碳纳米管浆料可以由授权公开号CN109460696B中实施例1制备得到或CN103400991B中实施例1制备得到；高分子导电分散液为高分子碳管水性导电分散液；高分子导电分散液将石墨化水性碳纳米管浆料中碳元素进行了激活使得其电阻增加从而增大发热功率并且具有良好的导热性能，避免热点的产生；发热所需的电压低，安全可靠，并且可应用在任何需要热量的领域中，如医疗、军工以及建筑，最后还可应用在电池屏蔽领域。
一种导电发热膜，包括发热材料层，发热材料层的上下两个面上均固定有封装层，发热材料层的上表面或下表面上设置有正电极和负电极，发热材料层由前述发热材料制成；封装层可以由玻璃纤维板、纸皮、木材、PVC基材膜、有机亚克力板、TP薄膜、PC基材膜以及PET基材膜制成，优选PET基材膜；正电极和负电极均可由铜箔或银浆制成；
发热材料层上设置有正电极和负电极的面上与封装层一体成型；
其中一个所述封装层通过粘接剂粘接有离型膜，离型膜远离发热材料层，粘接剂形成的层的宽度35mm，厚度0.035mm；所述封装层的厚度为0.1mm，发热材料层的厚度为40～80μm，优选70μm，离型膜的厚度为0.025-0.188mm，优选0.05mm；
发热膜的层数可以根据市场需求制成所需的层数，在离型膜背面或者发热材料层背面涂一层水性环氧树脂胶或或水性环氧树脂做防水处理，可快捷的粘黏在不同领域使用和防水应用。
一种导电发热膜的制作方法，该导电发热膜包括离型膜，包括以下步骤：
准备基材膜、离型膜、电极、石墨化水性碳纳米管浆料、水性丙烯酸树脂或水性环氧树脂、去离子水以及高分子导电分散液，基材膜的宽度为900mm，厚度为0.1mm，优选颜色为黑色；
将基材膜根据幅宽要求分切并做表面电晕处理，电晕处理过程中的电压为1kv；
将石墨化水性碳纳米管浆料、水性丙烯酸树脂或水性环氧树脂和去离子水通过300-500转/分钟的搅拌机分散搅拌8-10分钟后加入高分子导电分散液搅拌分散，得到发热材料；
将离型膜与PET基材膜固定，随后将电极与其余的部分PET基材膜贴合处理；电极贴合后需同步清洁PET基材膜及电极表面，确保无粉尘及油污；
对贴合电极的PET基材膜涂覆发热材料后进行烘干，烘干温度根据实际涂覆的厚度进行相应的调整；
将贴合离型膜的PET基材膜与发热材料粘接，此处采用水性环氧树脂胶实现粘接。
一种导电发热膜的制作方法，该导电发热膜不包括离型膜，包括以下步骤：
准备基材膜、电极、石墨化水性碳纳米管浆料、去离子水以及高分子导电分散液，基材膜的宽度为900mm，厚度为0.1mm，优选颜色为黑色的；
将基材膜根据幅宽要求分切并做表面电晕处理，电晕处理过程中的电压为1kv；
将石墨化水性碳纳米管浆料、水性丙烯酸树脂或水性环氧树脂和去离子水通过300-500转/分钟的搅拌机分散搅拌8-10分钟后加入高分子导电分散液分散搅拌，得到发热材料；
对贴合电极的PET基材膜涂覆发热材料后进行烘干，烘干温度根据实际涂覆的厚度进行相应的调整；
将未贴合电极的基材膜与发热材料粘接。
实施例1
制备发热材料，包括以下步骤：
S1：称取由授权公开号CN109460696B中实施例1制备得到的水性碳纳米管浆料，水性碳纳米管浆料进行石墨化得到石墨化水性碳纳米管浆料，石墨化的程度>90％，石墨化的方法为现有方法本实施例中不在重复阐述；
石墨化水性碳纳米管浆料0.8kg，水性丙烯酸树脂7kg，去离子水1kg，水性导电炭黑浆料1g；
S2：将石墨化水性碳纳米管浆料、水性丙烯酸树脂和去离子水通过300转/分钟的搅拌机分散搅拌8分钟后加入水性导电炭黑浆料搅拌分散，得到发热材料。
实施例2
制备发热材料，包括以下步骤：
S1：称取由授权公开号CN109460696B中实施例1制备得到的水性碳纳米管浆料，水性碳纳米管浆料进行石墨化得到石墨化水性碳纳米管浆料，石墨化的程度>90％，石墨化的方法为现有方法，本实施例中不在重复阐述；
石墨化水性碳纳米管浆料1kg，水性环氧树脂7kg，去离子水1kg，水性导电炭黑浆料5g；
S2：将石墨化水性碳纳米管浆料、水性丙烯酸树脂和去离子水通过400转/分钟的搅拌机分散搅拌10分钟后加入水性导电炭黑浆料分散搅拌，得到发热材料。
实施例3
制备发热材料，包括以下步骤：
S1：称取由授权公开号CN103400991B中实施例1制备得到的水性碳纳米管浆料，水性碳纳米管浆料进行石墨化得到石墨化水性碳纳米管浆料，石墨化的程度>90％，石墨化的方法为现有方法，本实施例中不在重复阐述；
石墨化水性碳纳米管浆料1.2kg，水性丙烯酸树脂10kg，去离子水2kg，水性导电炭黑浆料10g；
S2：将石墨化水性碳纳米管浆料、水性丙烯酸树脂和去离子水通过500转/分钟的搅拌机分散搅拌9分钟后加入水性导电炭黑浆料分散搅拌，得到发热材料。
实施例4
一种导电发热膜，包括发热材料层，发热材料层的上下两个面上均固定有封装层，发热材料层的上表面或下表面上设置有正电极和负电极，发热材料层由实施例2制备得到的发热材料制成；封装层由PET基材膜制成；正电极和负电极均可由铜箔制成。
实施例5
一种导电发热膜，包括发热材料层，发热材料层的上下两个面上均固定有封装层，发热材料层的上表面或下表面上设置有正电极和负电极，发热材料层由实施例1制备得到的发热材料制成；封装层由PC基材膜制成；正电极和负电极均可由银浆制成。
实施例6
一种导电发热膜，包括发热材料层，发热材料层的上下两个面上均固定有封装层，发热材料层的上表面或下表面上设置有正电极和负电极，发热材料层由实施例1制备得到的发热材料制成；封装层由PVC基材膜制成；正电极和负电极均可由银浆制成。
实施例7
一种导电发热膜，包括发热材料层，发热材料层的上下两个面上均固定有封装层，发热材料层的上表面或下表面上设置有正电极和负电极，发热材料层由实施例3制备得到的发热材料制成；封装层由PVC基材膜制成；正电极和负电极均可由银浆制成。
实施例8
如图1所示，一种导电发热膜，包括发热材料层2，发热材料层2的上下两个面上均固定有封装层1，发热材料层2的上表面或下表面上设置有正电极3和负电极4，发热材料层2上设置有正电极3和负电极4的面上与封装层1一体成型，发热材料层2由实施例5制备得到的发热材料制成；封装层1由PVC基材膜制成；正电极3和负电极4均可由银浆制成。
实施例9
如图2所示，一种导电发热膜，包括发热材料层2，发热材料层2的上下两个面上均固定有封装层1，发热材料层2的上表面或下表面上设置有正电极3和负电极4，发热材料层2上设置有正电极3和负电极4的面上与封装层1一体成型，另一封装层1由粘接剂与发热材料层2和离型膜5粘接，
发热材料层2由实施例2制备得到的发热材料制成；封装层1由PET基材膜制成；正电极3和负电极4均可由铜箔制成；
粘接剂形成的层的宽度35mm，厚度0.035mm；所述封装层1的厚度为0.1mm，发热材料层2的厚度为70μm，离型膜5的厚度为0.05mm。
实施例10
一种导电发热膜，包括发热材料层，发热材料层的上下两个面上均固定有封装层，发热材料层的上表面或下表面上设置有正电极和负电极，发热材料层上设置有正电极和负电极的面上与封装层一体成型，另一封装层由粘接剂与发热材料层和离型膜粘接；
发热材料层由实施例2制备得到的发热材料制成；封装层由PET基材膜制成；正电极和负电极均可由铜箔制成；
粘接剂形成的层的宽度35mm，厚度0.035mm；所述封装层的厚度为0.1mm，发热材料层的厚度为55μm，离型膜的厚度为0.05mm。
实施例11
制备实施例10中的导电发热膜，具体包括以下步骤：
S1：准备PET基材膜、水性环氧树脂、离型膜/纸、保护膜、电极、石墨化水性碳纳米管浆料、去离子水升以及高分子导电分散液，PET基材膜的宽度为900mm，厚度为0.1mm，选择黑色的；
S2：将PET基材膜根据幅宽要求分切并做表面电晕处理，电晕处理过程中的电压为1kv；
S3：将石墨化水性碳纳米管浆料、水性环氧树脂和去离子水通过300转/分钟的搅拌机分散搅拌8-10分钟后加入高分子导电分散液分散搅拌，得到发热材料；
S4：对贴合电极的PET基材膜涂覆发热材料后进行烘干，烘干温度150-200℃；
S5：将离型膜贴合于另一PET基材膜上，采用粘接剂贴合；
S6：贴合离型膜的PET基材膜与发热材料粘接。
实施例13
制备实施例8中的导电发热膜，具体包括以下步骤：
S1：准备PET基材膜电极、石墨化水性碳纳米管浆料、水性丙烯酸树脂、去离子水升以及高分子导电分散液，PET基材膜的宽度为900mm，厚度为0.1mm，选择黑色的；
S2：将PET基材膜根据幅宽要求分切并做表面电晕处理，电晕处理过程中的电压为1kv；
S3：将石墨化水性碳纳米管浆料、水性丙烯酸树脂和去离子水通过500转/分钟的搅拌机分散搅拌8-10分钟后加入高分子导电分散液分散搅拌，得到发热材料；
S4：对贴合电极的PET基材膜涂覆发热材料后进行烘干，烘干温度150-200℃；
S5：将另一PET基材膜与发热材料粘接。
对实施例2制备得到的发热材料进行性能测试，结果如表1和图3所示。
表1
由表1和图3可知，随着涂层厚度的增加，电阻越来越小，因此可通过控制涂层的厚度来控制发热量，其他性能也优良。
另外，实施例12和13中使用的工艺装置如图4所示，在丝网印刷中将发热材料涂覆于PET基材膜上，然后在烤箱中烘烤干即可。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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