一种基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件

本发明涉及一种加热器件，具体涉及一种基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件。

背景技术：

通电状态下，电流流过导体时要克服导体阻力做功，一定线径的电阻线就会源源不断地发热，称为焦耳热效应。电阻式电加热器是用导体制成具有一定电加热功能的元件。电加热性是导体的一种基本性质，与通电导体的尺寸、材料、粗细程度有关，主要职能就是把电能转化为热能。近年来，随着柔性电子技术的迅猛发展，柔性电加热器发展迅速，该类电加热器由柔性材料制成，能够根据穿戴者的穿戴部位行动自由弯曲和变化。在身体上的任何地方均匀匹配的机械性能和产品可靠的加热功能是可穿戴电加热器的两个基本要求。然而，同时实现这两个主要属性仍然是非常具有挑战性的。电子产品与人体之间的不适感缓解的研究涉及到结构设计、超薄薄膜以及纳米材料的优异性能研发等多个领域。柔性电加热器还须具备均匀发热，耐用等特点，在材料的选择和加工过程中，兼顾性能和成本，因此降低成本是柔性电加热器件投入实际生产应用的重要目标之一。

另一方面，利乐包装是指采用瑞典利乐公司(tetrapak)的全无菌生产线生产的复合纸质包装，可用于包装液态食品如牛奶、果汁等。利乐包装共有6层，由纸、铝箔和聚乙烯塑料叠层复合而成。如何提高利乐包装的回收利用效率是当前节能减排的一个重大难题。目前主流的回收利用方式是将利乐包装材料重新分解为塑料、金属和纤维素等原材料加以利用，不仅耗时耗能，在分解过程中还可能造成二次污染。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件，该加热器件的成本低，同时实现废旧利乐包装的回收利用。

为达到上述目的，本发明所述的基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件包括电源及柔性电加热器主体。其中，柔性电加热器主体包含的导体、导体承载结构和电极均由利乐包装材料制成。

利乐包装包括自上到下依次分布的利乐铝箔层外部pe层、利乐包装铝箔层、利乐包装纸板层内部pe层、利乐包装纸板层及利乐包装纸板层外部pe层。

利乐包装中的铝箔层作为导体、利用其高导电性和焦耳热效应实现电加热。铝箔层可以通过剪纸技术进行图案化设计，可以切割剪裁成蛇形、s性、螺旋线型等任意形状。利乐包装中其余的纸板层和pe层等材料作为导体承载结构，对柔性电加热器起到支撑作用。

在制作时，采用机械剥离、化学腐蚀或者热处理方法去除柔性电加热器导体端部的利乐铝箔层外部pe层，以露出利乐包装铝箔层，作为电极使用，与外部电源相连接。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件在具体操作时，直接采用利乐包装加工成柔性电加热器主体，其中，利乐包装具有柔性、低成本的特点，显著降低电加热器件的原料成本，同时工艺简单，结合剪纸工艺的设计灵活性，能够按照实际使用需求加工成多种图案和形状。在制作时，可以使用废旧的利乐包装，实现固废资源的有效利用，极大地提高废旧利乐包装的附加价值。

附图说明

图1为本发明所述柔性电加热器结构示意图；

图2为本发明所述对利乐包装的铝箔采用蛇形剪裁制成的电加热器实物照片；

图3为本发明所述对利乐包装的铝箔采用蛇形剪裁制成的电加热器在通电状态下的红外热成像图；

图4为本发明所述对利乐包装的铝箔采用蛇形剪裁制成的电加热器产热与散热过程的温度-时间曲线图；

图5为本发明对利乐包装采用剪纸拉花技术制成的可拉伸电加热器实物图。

其中，1为柔性电加热器主体、2为引出电极、3为电源、4为利乐铝箔层外部pe层、5为利乐包装铝箔层(电加热器的导体)、6为利乐包装纸板层、7为利乐包装纸板层内部pe层、8为利乐包装纸板层外部pe层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件包括电源3及柔性电加热器主体1，其中，柔性电加热器主体1的材质为利乐包装。利乐包装包括自上到下依次分布的利乐铝箔层外部pe层4、利乐包装铝箔层5、利乐包装纸板层内部pe层7、利乐包装纸板层6及利乐包装纸板层外部pe层8。

柔性电加热器主体1包括导体、导体承载结构和电极三部分。柔性电加热器主体1的导体为利乐包装铝箔层5，利用铝箔的焦耳热效应实现电加热。柔性电加热器主体1的导体承载结构由利乐铝箔层外部pe层4、利乐包装纸板层内部pe层7、利乐包装纸板层6及利乐包装纸板层外部pe层8构成，这几层材料均为柔性材料，对导体铝箔层起到支撑作用。柔性电加热器主体1中的利乐包装铝箔层5经引出电极2与电源3相连接，具体操作时，采用机械剥离、化学腐蚀或者热处理方法去除柔性电加热器主体1端部的利乐铝箔层外部pe层4，以露出少部分利乐包装铝箔层5，作为引出电极2使用，与电源3相连接，电源采用直流电源或交流电源，也可以通过电路的串联或者并联等方式将柔性电加热器进行扩展，以生产更大规模的电加热器件模组。

实施例一、

本实施例中柔性电加热器主体1的形状设计为蛇形结构。参考图2，向利乐包装铝箔层5的两端施加1v直流电压，其产出温度可高达72.9℃，本发明在产热时红外摄像仪拍摄的图片如图3所示，电加热器产热与散热过程的温度-时间曲线如图4所示。

实施例二、

参考图5，采用剪纸拉花技术将利乐包装切割成可拉伸结构，制成柔性可拉伸电加热器，对此柔性可拉伸电加热器两端施加拉应力，此电加热器会随着拉应力的变化产生不同程度的形变，从而适应某些需要容忍大应变的应用场景。在应变增大的过程中，利乐包装铝箔层5的电阻不会发生显著变化，其电加热功能也能维持。因此，本发明能够满足可穿戴热诊疗设备的需求。

需要特别说明的是，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；柔性电加热器主体1的形状不局限于蛇形图案和剪纸拉花图案，可以结合剪纸技术、折纸技术和实际应用需求进行设计加工，例如可以剪裁加工为s型，螺旋线型、弹簧型等各种图案。本发明结构紧凑、生产制造工艺简单、成本低廉，是一种高性价比的电子元器件。

技术特征：

1.一种基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件，其特征在于，包括电源(3)及柔性电加热器主体(1)，其中，柔性电加热器主体(1)的材质为纸铝塑包装，柔性电加热器主体(1)中的利乐包装铝箔层(5)作为导体使用。

2.根据权利要求1所述的基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件，其特征在于，还包括引出电极(2)，其中，柔性电加热器主体(1)中的利乐包装铝箔层(5)经引出电极(2)与电源(3)相连接。

3.根据权利要求1所述的基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件，其特征在于，纸铝塑包装为利乐包装，利乐包装为纸铝塑复合材料，包括自上到下依次分布的利乐铝箔层外部聚乙烯pe层(4)、利乐包装铝箔层(5)、利乐包装纸板层内部pe层(7)、利乐包装纸板层(6)及利乐包装纸板层外部pe层(8)。

4.根据权利要求1所述的基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件，其特征在于，柔性电加热器主体(1)的形状为蛇形结构、s型结构或螺旋线型结构。

5.根据权利要求2所述的基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件，其特征在于，在制作时，采用机械剥离、化学腐蚀或者热处理方法去除柔性电加热器主体(1)端部的利乐铝箔层外部pe层(4)，以露出利乐包装铝箔层(5)，再将露出的利乐包装铝箔层(5)作为引出电极(2)与电源(3)相连接。

6.根据权利要求1所述的基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件，其特征在于，电源采用直流电源或交流电源。

技术总结
本发明提供了一种基于纸铝塑包装材料的柔性可拉伸电加热器件,电加热器包括四部分：导体、导体承载结构、电极和电源。其中导体、导体承载结构和电极构成柔性电加热器主体，均由利乐包装制成，将利乐包装的铝箔层作为导体，利用其焦耳热效应。使用时将直流或交流电源连接到电极两端即可开始产热。可采用剪纸技术将利乐包装切割成可拉伸结构，以实现可穿戴式电加热器。本发明能够以简单的工艺将废旧利乐包装加工成绿色环保的柔性电加热器，提高了废旧利乐包装的附加价值，此柔性电加热器可应用于热信息显示，可穿戴热诊疗等领域。

技术研发人员：方华靖;尹昊龙;赵振华;李晨;王广进;李炜捷;汪宏
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.03.04
技术公布日：2021.07.06