一種柔性發(fā)熱膜組件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于發(fā)熱材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柔性發(fā)熱膜組件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生活水平的提高，人們?cè)谠絹碓蕉嗟牡胤叫枰厥獾臒嵩?，如：醫(yī)療上的熱 敷，外出時(shí)飯菜的加熱，天冷時(shí)暖手、暖腳、汽車坐墊等等。目前市場上的發(fā)熱材料一般分為 化學(xué)發(fā)熱和電發(fā)熱?；瘜W(xué)發(fā)熱常見物質(zhì)是生石灰、熱冰（醋酸鈉溶液）、鐵粉等，通過這些物 質(zhì)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)發(fā)熱。但這些物質(zhì)均為化學(xué)用品，且反應(yīng)劇烈，不好控制，溫度也不穩(wěn)定， 易對(duì)人體造成傷害，安全情況堪憂。
[0003] 目前市售的電熱產(chǎn)品主要材料為：金屬電熱材料、非金屬電熱材料和碳纖維電熱 材料。
[0004] 金屬類電熱材料主要包括貴金屬（Pt)、高溫恪點(diǎn)金屬（W、Mo、Ta、Nb)及其合金、鎳 基合金和鐵鋁系合金。應(yīng)用最廣泛的金屬電熱材料主要是鎳鉻合金和鐵鋁系合金。但金屬 材料室溫韌性差，易斷，安全性能也不佳。
[0005] 非金屬電熱材料主要有碳化硅、鉻酸鑭、氧化鋯、二硅化鉬等。非金屬電熱材料與 金屬電熱材料相比具有耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、電熱轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代金屬 電熱材料。但是非金屬電熱材料自身也存在許多缺點(diǎn)，例如，碳化硅材料高溫氧化氣氛中使 用，易造成碳化硅元件因強(qiáng)烈氧化而燒損，制約了其在更高溫度領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用；二硅化鉬 雖具有金屬和陶瓷的雙重性能，但室溫韌性差和高溫強(qiáng)度低的缺點(diǎn)也限制了其發(fā)展應(yīng)用。
[0006] 上述發(fā)熱材料均較硬且厚重，并不能滿足大多數(shù)的需求，例如應(yīng)用于服裝、家紡、 家居等領(lǐng)域時(shí)并不能給人舒適的體驗(yàn)；同時(shí)目前大多數(shù)的發(fā)熱材料并不能耐洗滌，通常是 不能洗滌或是只能局部洗滌，這也給發(fā)熱材料的應(yīng)用帶來了局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種柔性發(fā)熱膜組件，這種柔 性發(fā)熱膜組件柔軟性好，手感舒適。
[0008] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種柔性發(fā)熱膜組件，包括柔性發(fā)熱層，所述柔性發(fā)熱層由5~1000層的發(fā)熱膜 層疊連接組成，層與層之間構(gòu)成疏松多孔的結(jié)構(gòu)，所述柔性發(fā)熱層上連接有電路系統(tǒng)，所述 柔性發(fā)熱層的上下兩側(cè)中至少有一側(cè)設(shè)置有保護(hù)層。
[0010] 柔性發(fā)熱層的多層發(fā)熱膜層疊連接，層與層之間構(gòu)成疏松多孔的結(jié)構(gòu)，這種獨(dú)特 的納米孔隙、較大的長徑比和較高的比表面積使該柔性發(fā)熱層有極好的彈性模量和彎曲強(qiáng) 度，從而保證了柔性發(fā)熱膜組件宏觀的柔軟性及手感的舒適性。其中，所述柔性發(fā)熱層的上 側(cè)或下側(cè)或上下兩側(cè)同時(shí)設(shè)置有保護(hù)層。另外，柔性發(fā)熱膜組件還包括其他功能層，例如防 水層、保溫層、支撐層等，所述其他功能層可以設(shè)于所述保護(hù)層的外側(cè)，也可以設(shè)于所述柔 性發(fā)熱層和所述保護(hù)層之間，在此不再贅述。
[0011] 其中，所述柔性發(fā)熱層的多層的發(fā)熱膜之間的連接方式為化學(xué)鍵、范德華力、氫 鍵、粘結(jié)、熱壓中的一種或至少兩種；優(yōu)選地，所述發(fā)熱膜層數(shù)為5~10層時(shí)，每層發(fā)熱膜之 間的連接方式為粘結(jié)和/或熱壓；優(yōu)選地，所述發(fā)熱膜層數(shù)為11~1000層時(shí)，每層發(fā)熱膜 之間的連接方式為化學(xué)鍵、范德華力、氫鍵中的一種或至少兩種；優(yōu)選地，所述發(fā)熱膜的制 備材料為碳纖維、單臂碳納米管、多臂碳納米管、石墨、石墨烯、氧化石墨烯、磺化石墨烯、富 勒烯中的一種或至少兩種；柔性發(fā)熱層的厚度可通過調(diào)控發(fā)熱膜的層數(shù)來實(shí)現(xiàn)，所述柔性 發(fā)熱層的厚度為IOOnm~100 μ m〇
[0012] 其中，所述柔性發(fā)熱層還包括導(dǎo)電物質(zhì)，所述導(dǎo)電物質(zhì)摻雜于每層的所述發(fā)熱膜 中；優(yōu)選地，所述導(dǎo)電物質(zhì)為金屬顆粒、金屬纖維、納米線、導(dǎo)電高分子、非金屬材料中的一 種或至少兩種；優(yōu)選地，所述金屬顆粒為鐵顆粒、銅顆粒、鎳顆粒、銀顆粒中的一種或至少兩 種，所述金屬纖維為鐵纖維、銅纖維、鎳?yán)w維、銀纖維中的一種或至少兩種，所述納米線為鎳 納米線、鉑納米線、金納米線、銀納米線中的一種或至少兩種，所述導(dǎo)電高分子為聚噻吩、聚 吡咯、聚對(duì)苯撐、聚苯硫醚、聚苯胺、碘摻雜處理的聚乙炔中的一種或至少兩種，所述非金屬 材料為碳化硅、鉻酸鑭、氧化鋯、二硅化鉬中的一種或至少兩種，柔性發(fā)熱層通過摻雜導(dǎo)電 物質(zhì)可使柔性發(fā)熱層具有良好的導(dǎo)電性、快速轉(zhuǎn)移電子等能力，并保證了體積發(fā)熱的整體 性，發(fā)熱效果優(yōu)于普通涂層的表面發(fā)熱。
[0013] 其中，所述保護(hù)層具有網(wǎng)狀微孔結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)狀微孔結(jié)構(gòu)包括纖維束之間的孔隙、 纖維束連接處的結(jié)點(diǎn)，所述網(wǎng)狀微孔結(jié)構(gòu)在三維結(jié)構(gòu)上形成網(wǎng)狀連通、鑲套孔、彎曲孔道中 的一種或至少兩種，從而形成一種柔韌而富有彈性的微孔材料，孔率高，孔徑分布均勻，具 有透氣不透水的特性。進(jìn)一步的，保護(hù)層具有特殊的網(wǎng)狀微孔結(jié)構(gòu)，使其與水滴之間的接觸 角大于150°，從而具有超疏水的作用，可以有效阻止水分子對(duì)柔性發(fā)熱層的破壞，既可以 實(shí)現(xiàn)柔性發(fā)熱膜組件的防水透濕又可以保證柔性發(fā)熱膜組件的耐水洗性。
[0014] 保護(hù)層具有絕緣保溫、防水透濕和保護(hù)功能、以及優(yōu)良的耐水洗性；優(yōu)選地，所述 保護(hù)層為聚四氟乙烯多孔膜、聚酰亞胺膜、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚偏二氟乙烯膜、聚酯薄 膜、聚丙烯薄膜、聚苯乙烯膜、聚配薄膜、有機(jī)硅烷絕緣膜、有機(jī)硅氧烷絕緣膜、聚酰胺、環(huán)氧 樹脂、石棉、天然橡膠、合成橡膠、ABS膜、PU膜、TPU膜、TPE膜中的一種或至少兩種。
[0015] 優(yōu)選地，所述保護(hù)層的厚度為5~20 μ m，例如5 μ m、6 μ m、7 μ m、8 μ m、9 μ m、 ΙΟμπκΙΙ μπι、12μπι、13μπι、14μπι、1?5μπι、16μπι、17 μπι、18μπι、19μπι、20μπι。
[0016] 其中，所述電路系統(tǒng)包括在所述柔性發(fā)熱層上設(shè)置的電極；優(yōu)選地，所述電極的材 料為金屬箱、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電布、導(dǎo)電膠帶中的一種；所述電極可以為通過導(dǎo)電膠帶固定于 所述柔性發(fā)熱層上的帶狀電極，也可以為電鍍于所述柔性發(fā)熱層上的條形的金屬顆粒，還 可以為印刷于所述柔性發(fā)熱層上的條狀的金屬漿液。
[0017] 其中，所述電路系統(tǒng)還包括功能集成模塊和片狀導(dǎo)線，所述功能集成模塊通過所 述片狀導(dǎo)線與所述電極相連；
[0018] 優(yōu)選地，所述片狀導(dǎo)線為柔軟片狀導(dǎo)線，所述柔軟片狀導(dǎo)線的內(nèi)層材料為導(dǎo)電的 柔性線狀材料，所述柔軟片狀導(dǎo)線的外層材料為絕緣的柔性材料；在柔性發(fā)熱層的兩邊固 定外接柔軟的片狀導(dǎo)線，所述柔軟的片狀導(dǎo)線為為專門定制的導(dǎo)線，其內(nèi)層材料為導(dǎo)線性 良好的金屬絲、漆包線、碳纖維等一切可以用作導(dǎo)電的柔性線裝物質(zhì)；其外層材料為柔軟的 絕緣布料、硅膠、TPFE、TPU、PVC、ΤΡΕ、腈綸等一切絕緣良好柔軟的物質(zhì)。
[0019] 電路系統(tǒng)通過電源供電，可通過將導(dǎo)線與USB接口與電源相連接，電源為直流或 交流電源；電源為外接電源、可充電鋰電池、USB輸入中的一種或至少兩種。
[0020] 其中，所述功能集成模塊與所述電源之間還設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器與 所述功能集成模塊之間、所述溫度傳感器與所述電源之間均通過片狀導(dǎo)線連接，電路系統(tǒng) 溫度調(diào)節(jié)方式為手動(dòng)調(diào)節(jié)、無線遙控調(diào)節(jié)和手機(jī)APP調(diào)節(jié)中的一種或至少兩種，可實(shí)現(xiàn)隨 時(shí)隨地的溫度控制。
[0021] 優(yōu)選地，所述功能集成模塊包括溫度傳感器和電流傳感器；所述溫度傳感器監(jiān)測 所述柔性發(fā)熱層的溫度，當(dāng)溫度超過限定溫度時(shí)所述溫度傳感器斷開切斷電源，當(dāng)溫度低 于所述限定溫度時(shí)所述溫度傳感器連接并接通電源，保證了安全性。所述電流傳感器檢測 所述柔性發(fā)熱層的電流，當(dāng)電流超過限定電流時(shí)所述溫度傳感器斷開切斷電源；優(yōu)選地，所 述限定溫度為40°C~60°C，例如限定溫度為40°C時(shí)，當(dāng)與溫度傳感器接觸面的溫度高于 40°C，溫度傳感器斷開切斷電源；當(dāng)與溫度傳感器接觸面的溫度低于40°C，溫度傳感器連 接并接通電源啟動(dòng)加熱。將所述柔性發(fā)熱層通電后升溫時(shí)間小于l〇s，電熱轉(zhuǎn)換率90%以 上。
[0022] 可根據(jù)需求設(shè)計(jì)，功能集成模塊的功能為無線藍(lán)牙功能、無線手機(jī)APP功能、變頻 調(diào)控溫度的功能等；功能集成模塊還可以根據(jù)需求引入其他功能，例如健康監(jiān)測、溫度曲線 等，另外該功能集成模塊可隨產(chǎn)品的升級(jí)換代不斷引入其他功能。
[0023] 本發(fā)明的目的之二在于提供一種柔性發(fā)熱膜組件的制備方法，包括如下步驟：：將 5~1000層發(fā)熱膜層疊連接，層與層之間構(gòu)成疏松多孔的結(jié)構(gòu)，制備柔性發(fā)熱層，在所述柔 性發(fā)熱層上設(shè)置電路系統(tǒng)，將設(shè)置有所述電路系統(tǒng)的所述柔性發(fā)熱層的上下兩側(cè)中的至少 一側(cè)復(fù)合保護(hù)層，修剪封邊后制備得到柔性發(fā)熱膜組件。
[0024] 根據(jù)需求將所需層數(shù)的發(fā)熱膜逐層貼附在一起，當(dāng)層數(shù)在5~10層時(shí)，發(fā)熱膜的 層與層之間通過物理方式連接，當(dāng)層數(shù)為11~1000層時(shí)