一种柔性发热膜组件及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于发热材料技术领域，具体涉及一种柔性发热膜组件及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着生活水平的提高，人们在越来越多的地方需要特殊的热源，如：医疗上的热 敷，外出时饭菜的加热，天冷时暖手、暖脚、汽车坐垫等等。目前市场上的发热材料一般分为 化学发热和电发热。化学发热常见物质是生石灰、热冰（醋酸钠溶液）、铁粉等，通过这些物 质发生的化学反应发热。但这些物质均为化学用品，且反应剧烈，不好控制，温度也不稳定， 易对人体造成伤害，安全情况堪忧。
[0003] 目前市售的电热产品主要材料为：金属电热材料、非金属电热材料和碳纤维电热 材料。
[0004] 金属类电热材料主要包括贵金属（Pt)、高温恪点金属（W、Mo、Ta、Nb)及其合金、镍 基合金和铁铝系合金。应用最广泛的金属电热材料主要是镍铬合金和铁铝系合金。但金属 材料室温韧性差，易断，安全性能也不佳。
[0005] 非金属电热材料主要有碳化硅、铬酸镧、氧化锆、二硅化钼等。非金属电热材料与 金属电热材料相比具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、电热转换效率高等优点，正逐步取代金属 电热材料。但是非金属电热材料自身也存在许多缺点，例如，碳化硅材料高温氧化气氛中使 用，易造成碳化硅元件因强烈氧化而烧损，制约了其在更高温度领域的广泛应用；二硅化钼 虽具有金属和陶瓷的双重性能，但室温韧性差和高温强度低的缺点也限制了其发展应用。
[0006] 上述发热材料均较硬且厚重，并不能满足大多数的需求，例如应用于服装、家纺、 家居等领域时并不能给人舒适的体验；同时目前大多数的发热材料并不能耐洗涤，通常是 不能洗涤或是只能局部洗涤，这也给发热材料的应用带来了局限性。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种柔性发热膜组件，这种柔 性发热膜组件柔软性好，手感舒适。
[0008] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] -种柔性发热膜组件，包括柔性发热层，所述柔性发热层由5~1000层的发热膜 层叠连接组成，层与层之间构成疏松多孔的结构，所述柔性发热层上连接有电路系统，所述 柔性发热层的上下两侧中至少有一侧设置有保护层。
[0010] 柔性发热层的多层发热膜层叠连接，层与层之间构成疏松多孔的结构，这种独特 的纳米孔隙、较大的长径比和较高的比表面积使该柔性发热层有极好的弹性模量和弯曲强 度，从而保证了柔性发热膜组件宏观的柔软性及手感的舒适性。其中，所述柔性发热层的上 侧或下侧或上下两侧同时设置有保护层。另外，柔性发热膜组件还包括其他功能层，例如防 水层、保温层、支撑层等，所述其他功能层可以设于所述保护层的外侧，也可以设于所述柔 性发热层和所述保护层之间，在此不再赘述。
[0011] 其中，所述柔性发热层的多层的发热膜之间的连接方式为化学键、范德华力、氢 键、粘结、热压中的一种或至少两种；优选地，所述发热膜层数为5~10层时，每层发热膜之 间的连接方式为粘结和/或热压；优选地，所述发热膜层数为11~1000层时，每层发热膜 之间的连接方式为化学键、范德华力、氢键中的一种或至少两种；优选地，所述发热膜的制 备材料为碳纤维、单臂碳纳米管、多臂碳纳米管、石墨、石墨烯、氧化石墨烯、磺化石墨烯、富 勒烯中的一种或至少两种；柔性发热层的厚度可通过调控发热膜的层数来实现，所述柔性 发热层的厚度为IOOnm~100 μ m〇
[0012] 其中，所述柔性发热层还包括导电物质，所述导电物质掺杂于每层的所述发热膜 中；优选地，所述导电物质为金属颗粒、金属纤维、纳米线、导电高分子、非金属材料中的一 种或至少两种；优选地，所述金属颗粒为铁颗粒、铜颗粒、镍颗粒、银颗粒中的一种或至少两 种，所述金属纤维为铁纤维、铜纤维、镍纤维、银纤维中的一种或至少两种，所述纳米线为镍 纳米线、铂纳米线、金纳米线、银纳米线中的一种或至少两种，所述导电高分子为聚噻吩、聚 吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚苯胺、碘掺杂处理的聚乙炔中的一种或至少两种，所述非金属 材料为碳化硅、铬酸镧、氧化锆、二硅化钼中的一种或至少两种，柔性发热层通过掺杂导电 物质可使柔性发热层具有良好的导电性、快速转移电子等能力，并保证了体积发热的整体 性，发热效果优于普通涂层的表面发热。
[0013] 其中，所述保护层具有网状微孔结构，所述网状微孔结构包括纤维束之间的孔隙、 纤维束连接处的结点，所述网状微孔结构在三维结构上形成网状连通、镶套孔、弯曲孔道中 的一种或至少两种，从而形成一种柔韧而富有弹性的微孔材料，孔率高，孔径分布均匀，具 有透气不透水的特性。进一步的，保护层具有特殊的网状微孔结构，使其与水滴之间的接触 角大于150°，从而具有超疏水的作用，可以有效阻止水分子对柔性发热层的破坏，既可以 实现柔性发热膜组件的防水透湿又可以保证柔性发热膜组件的耐水洗性。
[0014] 保护层具有绝缘保温、防水透湿和保护功能、以及优良的耐水洗性；优选地，所述 保护层为聚四氟乙烯多孔膜、聚酰亚胺膜、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、有机硅烷绝缘膜、有机硅氧烷绝缘膜、聚酰胺、环氧 树脂、石棉、天然橡胶、合成橡胶、ABS膜、PU膜、TPU膜、TPE膜中的一种或至少两种。
[0015] 优选地，所述保护层的厚度为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，所述电路系统包括在所述柔性发热层上设置的电极；优选地，所述电极的材 料为金属箱、导电橡胶、导电布、导电胶带中的一种；所述电极可以为通过导电胶带固定于 所述柔性发热层上的带状电极，也可以为电镀于所述柔性发热层上的条形的金属颗粒，还 可以为印刷于所述柔性发热层上的条状的金属浆液。
[0017] 其中，所述电路系统还包括功能集成模块和片状导线，所述功能集成模块通过所 述片状导线与所述电极相连；
[0018] 优选地，所述片状导线为柔软片状导线，所述柔软片状导线的内层材料为导电的 柔性线状材料，所述柔软片状导线的外层材料为绝缘的柔性材料；在柔性发热层的两边固 定外接柔软的片状导线，所述柔软的片状导线为为专门定制的导线，其内层材料为导线性 良好的金属丝、漆包线、碳纤维等一切可以用作导电的柔性线装物质；其外层材料为柔软的 绝缘布料、硅胶、TPFE、TPU、PVC、ΤΡΕ、腈纶等一切绝缘良好柔软的物质。
[0019] 电路系统通过电源供电，可通过将导线与USB接口与电源相连接，电源为直流或 交流电源；电源为外接电源、可充电锂电池、USB输入中的一种或至少两种。
[0020] 其中，所述功能集成模块与所述电源之间还设有温度传感器，所述温度传感器与 所述功能集成模块之间、所述温度传感器与所述电源之间均通过片状导线连接，电路系统 温度调节方式为手动调节、无线遥控调节和手机APP调节中的一种或至少两种，可实现随 时随地的温度控制。
[0021] 优选地，所述功能集成模块包括温度传感器和电流传感器；所述温度传感器监测 所述柔性发热层的温度，当温度超过限定温度时所述温度传感器断开切断电源，当温度低 于所述限定温度时所述温度传感器连接并接通电源，保证了安全性。所述电流传感器检测 所述柔性发热层的电流，当电流超过限定电流时所述温度传感器断开切断电源；优选地，所 述限定温度为40°C~60°C，例如限定温度为40°C时，当与温度传感器接触面的温度高于 40°C，温度传感器断开切断电源；当与温度传感器接触面的温度低于40°C，温度传感器连 接并接通电源启动加热。将所述柔性发热层通电后升温时间小于l〇s，电热转换率90%以 上。
[0022] 可根据需求设计，功能集成模块的功能为无线蓝牙功能、无线手机APP功能、变频 调控温度的功能等；功能集成模块还可以根据需求引入其他功能，例如健康监测、温度曲线 等，另外该功能集成模块可随产品的升级换代不断引入其他功能。
[0023] 本发明的目的之二在于提供一种柔性发热膜组件的制备方法，包括如下步骤：：将 5~1000层发热膜层叠连接，层与层之间构成疏松多孔的结构，制备柔性发热层，在所述柔 性发热层上设置电路系统，将设置有所述电路系统的所述柔性发热层的上下两侧中的至少 一侧复合保护层，修剪封边后制备得到柔性发热膜组件。
[0024] 根据需求将所需层数的发热膜逐层贴附在一起，当层数在5~10层时，发热膜的 层与层之间通过物理方式连接，当层数为11~1000层时