一种连续生产相变储热材料薄膜的方法及生产线与流程

本发明涉及相变储热材料制造技术领域，尤其涉及一种连续生产相变储热材料薄膜的方法及生产线。

背景技术：

相变储热材料(pcm-phasechangematerial)是指在温度相对恒定不便的情况下通过转变物理相态提供潜热的物质，在其相变过程中可以吸收或释放大量的潜热。相变复合材料材料被广泛应用于航天、建筑、制冷设备、通讯电力以及消费电子等诸多领域，可以起到节约能源、调控温度、提供热防护等作用。目前常见的相变储热材料主要是有机物，其中石蜡基相变储热材料是应用较为广泛的一类。

为达到更好的使用效果，在生产、消费端应用的相变储热材料往往会被加工成片材或膜材贴附于需要进行控温或进行热防护的物体表面进行使用。在对相变储热材料进行加工，使其形成片材或膜材的过程中，当前常使用流延、辊压等涂布工艺对相变材料进行成膜加工，在成膜加工后进行模切处理。在常见的涂布工艺中，针对目前应用最为广泛的石蜡基相变储热材料来说，原料配比中相变石蜡的占比高低是影响产品最终相变焓值性能的关键要素之一。针对提升石蜡含量的需求，使用辊压法无法对石蜡含量占高的原料顺利进行加工，这种方法只能加工≤80％的石蜡固含；而流延刮涂法目前则常使用非极性有机溶剂如石油醚、环己烷等对原料进行前期乳化分散，需要额外大量投资乳化分散设备，才能进行涂布，而后再将溶剂挥发，在加工过程中操作员工会处于暴露在有机溶剂蒸汽中的健康风险，同时该方法会大量消耗有机溶剂，增加生产原料成本；此外，这些挥发的溶剂难以回收再次利用，存在排放与环保处理的问题。

此外，在相变材料片材/膜材的生产加工中需要使用到多种设备，如成膜设备、模切设备等。目前常用的工艺中这些设备往往是独立设置的，当其中某一设备完成加工后需要人工将生产得到的半成品转移至另一设备处进行加工，且长度较长的膜材在成膜后需要进行收卷、转运至后道模切生产线再解卷进行加工处理，这样的分段式生产工序的特点决定了其生产、质量检验占用人力资源较多、物料转运需要花费的人力成本和时间成本难以消除，同时还存在收放卷过程中对所得半成品膜层产生损伤，增加产品不良的额外风险。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种连续生产相变储热材料薄膜的方法，以解决现有相变储热材料薄膜成膜工序中涂布方案对薄厚产品兼容性差、流延法耗费有机溶剂环保性差且无法连续生产，而辊压法又难以处理高性能配方相变储热材料的问题。

本发明中的连续生产相变储热材料薄膜的方法主要包括以下步骤：

(1)将相变复合材料保持在一定温度以上，得到稳定均匀的相变复合材料浆料；

(2)将(1)中的相变复合材浆料通过压力喷头喷涂在传送中的承载面上，形成均匀的膜状相变复合材浆料；

(3)让(2)中的膜状相变复合材浆料在传送过程中自然冷却以得到相变储热材料薄膜。

进一步的，还包括步骤(4)：对(3)中冷却后得到的相变储热材料薄膜进行模切以达到要求的规格。

进一步的，还包括步骤(5)：对相变储热材料薄膜覆上膜。

进一步的，步骤(1)中，相变复合材料中石蜡的质量占比为80-97％；

相变复合材料还包括基质材料，所述基质材料为聚氨酯、硅胶、天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙中的至少一种，质量占比为1-18％；

相变复合材料中其余材料为钛白粉、炭黑、锌粉中的至少一种，所述其余材料的总质量占比为0.5-5％。

相变复合材料的温度被保持在50～70℃。

进一步的，步骤(2)中，所述承载面为离型膜、pp膜、单面胶、金属箔中的任意一种底膜的表面，或是元器件的外表面。

进一步的，步骤(2)中，传送中的承载面的走速为0.1-10m/min。

进一步的，步骤(3)中，膜状相变复合材浆料的厚度为0.03-2.00mm。

进一步的，步骤(3)中，宽幅为30-1600mm。

进一步的，步骤(3)中，压力喷头的流量为3-1000ml/min。

进一步的，步骤(3)中，压力喷头的数量为2-100个。

进一步的，步骤(3)中，压力喷头上的喷嘴孔径为5-1000μm。

进一步的，步骤(3)中，压力喷头的喷涂压力为1-5mpa。

本发明的另一目的在于提供一种连续生产相变储热材料薄膜的生产线，包括：

具有恒温功能的储料装置、加压装置、压力喷头、模切设备和用于传送承载面的传送装置；所述储料装置用于盛放和加热相变复合材料，所述加压装置用于增加液态的相变复合材料浆料的内部压力，所述所述储料装置与加压装置以及压力喷头通过输料管连通；

所述生产线依照上述的方法连续的生产相变储热材料薄膜。

进一步的，所述模切设备为圆刀机、平刀机、贴合机中的一种或两种。

进一步的，所述输料管外包裹有保温层。

本发明的优点及有益效果是：

本发明通过喷涂法将相变储热材料原料加工制成有机相变储热薄膜，由于只需要相变复合材料浆料在传送的过程中自然的冷却，不需要单独的放置工序或净化工序即可马上对相变储热薄膜进行模切、封装处理，获得包含相变储热层与封装保护层在内的储热片材产品，包括不限于连续卷材与存在间隔结构的片材，允许的石蜡固含可高达97％。

本发明针对有机相变储热材料加工成膜中所存在的上述问题以及有机相变储热材料的加工特性，将涂布工艺更替为喷涂法，利用有机相变储热材料相变点温度以上保持液态，具有可流动性的特点，省去加工中使用的有机溶剂；利用加压的方式使得液态的相变复合材料浆料经由压力喷头呈喷雾状喷出，通过控制压力喷头的流量、阵列排布以及基膜相对于喷嘴的运动速度的方式来控制所得相变储热膜层的厚度与表面形貌。特别需要指出的是，针对高性能配方的有机相变储热材料，如上述提到的高石蜡比例储热材料配方，其在熔融液态下流动性更佳，施加较小压力即可顺利流出，更佳适用本申请中所述喷涂法进行生产。通过以上调节，本发明不仅实现了环保化制得厚度可控的相变储热膜层，而且成膜过程可与模切工序以及后续的其他工序无缝连接，进而实现了连续化生产，大大提高了生产效率较低、占用人力成本、时间成本较高的问题。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的示例性相变储热材料连续化生产线的结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括，底膜1、相变材料喷雾2、喷嘴3、膜状相变复合材料浆料4、断料续接平台5、纠偏器6、第一模切刀具7，第一封装覆膜装置位8、第二封装覆膜装置位9、第二模切刀具10、第二相变材料成品料卷11。

具体实施方式

在具体实施方式中，本发明提供的连续生产相变储热材料薄膜的方法，具体过程如下：

将相变复合材料浆料放置于加热储料罐中，温度保持在相变温度以上(50-70℃)，得到稳定均匀的相变复合材料浆料，并通过压力喷头喷涂在传送中的底膜或元器件的承载面上，使其成为均匀的膜状；以下实施例中压力喷头的喷嘴距离基膜的高度为30mm，通过调节压力喷头的流量和数量来控制膜状相变复合材料浆料的厚度与宽幅，而后让膜状相变复合材料浆料在传送过程中自然冷却，形成相变储热材料薄膜；根据需要还可对相变储热材料薄膜进行模切以达到要求的规格，然后对相变储热材料薄膜覆上膜方便后续的工序，允许对得到的相变复合材料进行分条、修边、膜层转移、贴合、收卷，获得间歇式或连续式的相变储热材料薄膜封装料。

下面，通过实施例对本发明进一步详细描述。

实施例1

本实施例中，连续生产相变储热材料薄膜的方法如下：

将相变复合材料浆料放置于加热储料罐中，温度保持在70℃，其中石蜡固含为97％，天然橡胶(质量分数)占比为1％，钛白粉占比为2％；压力喷头的流量为10ml/min，数量为100个，喷嘴孔径为50μm，喷涂压力为2mpa，压力喷头的排布方式为横向直线排布，与底膜走速方向垂直，喷涂幅宽为1600mm，厚度为0.10mm；底膜为离型膜，走速为3m/min，贴合机对相变复合材料膜转移、贴合上膜单面胶，通过圆刀或平刀模切机模切成要求的规格尺寸，并贴合下膜单面胶，然后进行收卷，得到封装好的间歇式相变储热材料薄膜卷材，其焓值测试为210j/g,相变点为48℃。

实施例2

本实施例中，一种连续生产相变储热材料薄膜的方法及生产线如下：

将相变复合材料浆料放置于加热储料罐中，温度保持在50℃，其中石蜡固含为93％，丁苯橡胶和三元乙丙橡胶的总占比为6％，锌粉占比为1％；压力喷头的流量为3ml/min，数量2个，喷嘴孔径为5μm，喷涂压力为1mpa，压力喷头的排布方式为横向直线排布，与底膜走速方向垂直，喷涂幅宽为30mm，厚度为0.03mm；底膜为离型膜，走速为7m/min，通过圆刀模切机模切成要求的规格尺寸，然后通过贴合机贴合上膜单面胶并收卷，得到封装好的连续相变储热材料薄膜卷材，其焓值测试为203j/g,相变点为37℃。

实施例3

本实施例中，将相变复合材料浆料放置于加热储料罐中，温度保持在60℃，其中石蜡固含为85％，聚氨酯的占比为13％，炭黑占比为2％；压力喷头的流量为500ml/min，数量为16个，喷嘴孔径为1000μm，喷涂压力为5mpa，压力喷头的排布方式为双排横向直线排布，与底膜走速方向垂直，喷涂幅宽为80mm，厚度为2.0mm；底膜为离型膜，走速为0.1m/min，通过平刀模切机模切成要求的规格尺寸，然后通过贴合机贴合上膜单面胶并收卷，得到封装好的连续相变储热材料薄膜卷材，其焓值测试为195j/g,相变点为43℃。

实施例4

本实施例中，将相变复合材料浆料放置于加热储料罐中，温度保持在55℃，其中石蜡固含为97％，硅胶的占比为2.5％，炭黑占比为0.5％；压力喷头的流量为300ml/min，数量为10个，喷嘴孔径为500μm，喷涂压力为3mpa，压力喷头的排布方式为横向直线排布，与底膜走速方向垂直，喷涂幅宽为100mm，厚度为2.0mm；底膜为单面胶，走速为10m/min，通过圆刀模切机模切成要求的规格尺寸，然后通过贴合机贴合上膜单面胶并收卷，得到封装好的间断式相变储热材料薄膜卷材，其焓值测试为210j/g,相变点为35℃。

实施例5

本实施例中，将相变复合材料浆料放置于加热储料罐中，温度保持在60℃，其中石蜡固含为95％，天然橡胶的占比为4％，钛白粉占比为1.0％；压力喷头的流量为1000ml/min，喷嘴数量为40个，喷嘴孔径为700μm，喷涂压力为4mpa，压力喷头的排布方式为双排横向直线排布，与底膜走速方向垂直，喷涂幅宽为140mm，厚度为2.0mm；底膜为铝箔，走速为6m/min，通过圆刀模切机模切成要求的规格尺寸，然后通过贴合机贴合上膜单面胶并收卷，得到封装好的连续相变储热材料薄膜卷材，其焓值测试为208j/g,相变点为37℃。

实施例6

本实施例中，一种连续生产相变储热材料薄膜的方法及生产线如下：

将相变复合材料浆料放置于加热储料罐中，温度保持在60℃，其中石蜡固含为90％，聚氨酯的占比为8.5％，锌粉占比为1.5％；压力喷头的流量为30ml/min，数量为20个，喷嘴孔径为400μm，喷涂压力为2mpa，压力喷头的排布方式为直线排布，与底膜走速方向垂直，喷涂幅宽为300mm，厚度为0.1mm；底膜为单面胶，走速为3m/min，通过圆刀模切机模切成要求的规格尺寸，然后通过贴合机贴合上膜单面胶并收卷，得到封装好的连续相变储热材料薄膜卷材，其焓值测试为205j/g,相变点为37℃。

本发明的实施例1-6中，均直接将相变复合材料浆料保持在一定温度以上，得到稳定均匀的相变复合材料浆料，并通过压力喷头喷涂在底膜上，使成为均匀的膜状；通过调节喷头的流量和数量来控制膜状相变复合材料浆料的厚度与宽幅，待膜状相变复合材料浆料自然冷却，相变储热材料薄膜成型于底膜上之后，进行模切以达到要求的规格，然后对相变储热材料薄膜覆上膜并收卷，获得封装好的相变储热材料薄膜封装料(相变储热材料薄膜卷材)，相变复合材料焓值为190-210j/g，相变点为35-48℃。

图1中示出了用于实施上述实施例的一种示例性相变储热材料连续化生产线的结构示意图，该生产线基本分为成膜设备、其他配件、模切设备和成品成卷四个部分，图中省略了如加热储料罐一类的具有恒温功能的储料装置，以及如传送带一类的传送装置，同时省略的还有输料管以及如泵组一类的压力可调的加压装置，所述储料装置用于盛放和加热相变复合材料，加压装置用于增加液态的相变复合材料浆料的内部压力，储料装置与加压装置以及压力喷头通过输料管连通，在一些实施例中，储料装置可能会被布置在距离压力喷头相对较远的地方，一次需要较长的输料管，为防止相变复合材料浆料在输料管中过早的冷却，输料管外还包裹有保温层；如上所述的这部分设备本领域技术人员较为熟知，在此不做进一步的赘述。

如图所示，底膜1(通过传送装置传送)在传送过程中会经过压力喷头的喷嘴3，喷嘴3喷出相变材料喷雾2，于是在底膜1的承载面上附着上了膜状相变复合材料浆料4；膜状相变复合材料浆料4在传送过程中自然冷却，成型为相变储热材料薄膜，随后经过断料续接平台5、纠偏器6等其他配件进行断料续接和纠偏后进入模切设备，模切设备中，第一模切刀具7对相变储热材料薄膜进行第一次模切，模切后的相变储热材料薄膜经过第一封装覆膜装置位8和第二封装覆膜装置位9被依次覆胶覆膜，再经第二模切刀具8进行第二次模切，这次模切主要针对覆膜，最后被收卷机构收卷为相变材料成品料卷11。

实际中，本领域技术人员可根据本发明的选择必须的工序、设备、模切刀具的那个组合出所需的生产线，用于连续的生产各自需要的相变储热材料薄膜封装料。甚至可以直接将相变复合材料浆料分涂于热管等散热元器件的表面，从而可省去转贴工序，这都不超出本发明所要保护的范围。