专利名称：用于电热体的预织入电极基材、电热体的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电热体领域，特别是涉及一种高分子复合电热体，以及用于该电热体的预织入电极基材。这种高分子复合电热体属于低温电热体，在O 160°C以内的低温加热领域有着广泛的应用前景。
背景技术：
众所周知，在电热体应用领域利用电热合金丝进行加热已具有相当长的历史了。 但因其电热转换效率低，仅50% 70%、易氧化变脆而断裂、抗震性能差等缺点，加之其功率密度极大，只适合在高温加热或中高温加热领域应用，且只适合在加热空间相对较小、加热目的物相对固定和电热体易于维护和更换的场合。为了克服电热合金丝的缺点，许多学者和研究人员进行了广泛的研究和探讨，开发出了多种电热材料，以满足不同领域的应用；尤其在有机化学领域，结构型高分子导电材料和复合型高分子导电材料的发现，使电加热领域得以迅猛、快速发展，且应用范围迅速扩大，甚至发展并触及到了我们生活的方方面面。结构型高分子导电材料是以具有共轭双键的高分子材料，经掺杂制备的高性能导电材料，其导电率、性能优异，有些材料的电导率甚至超过金属材料，但其成本昂贵、加工困难，大规模商品化应用仍存在众多技术难题。复合型高分子导电材料是以高分子聚合物为连续相，以无机导电粉末(碳黑、石墨、金属等)、导电纤维(碳纤维、金属纤维)、碳纳米管等为分散相，按不同的原材料及配方，经过相应的加工工艺制造而成的。它大概可以表现为导电橡胶、导电塑料、导电油墨、导电涂料、导电粘接剂等形式。上述形式的复合导电材料有其各自的特点以及适用性。例如， 导电橡胶和导电塑料主要用作抗静电和电磁屏蔽制品，当作为电热材料使用时，由于这两种材料的耐温性能有限，致使其只适合在0 100°C以内的范围工作，且极易因过热而使电气性能衰减；众所周知任何材料的热阻是与其厚度成正比的，由于导电橡胶和导电塑料很难加工成薄膜状，因此，其电热转换效率必然会随材料厚度的增加而降低。导电粘接剂是为了高性能电气连接而制备的，它具备的特性应是高电导率、高导热性和高粘接性能。导电油墨非常适合制作膜状电热材料，但它由于制作工艺(印刷方式)及其材料结构的原因，使其存在一些不足之处。如，对承载基材表面的平整度要求较严、有效发热区域非100%、导电油墨的印刷量可调范围较窄使其产品电热性能的可调性较弱。在实际应用中，膜状电热体的导电电极无非可以三种方式与导电基材相连接。一是用导电胶将薄铜带粘接在基材表面；二是用缝纫设备将薄铜带缝合在基材表面；第三种则是在导电基材的电极位置，以一定的间隔切开一条与电极宽度相同的缝，然后，将薄铜带沿着这些切缝上下穿过，并用导电胶粘接形成电极。上述三种方式电极的电气性能受制于导电胶的性能和薄铜带与导电基材的接触压力，容易产生接触不良而过热的现象。另外，后两种方式很难实现大规模连续生产
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的是提供一种厚度为0. 2 2mm、电阻值范围易于调整、适用电压 (交流、直流)范围广泛、电热转换率高、适用于0 160°C范围以内的低温加热应用的高分子复合电热体，以及用于该电热体的预织入电极基材。这种预织入电极基材可以避免上述几种电极固定方式可能产生的接触不良的安全隐患。本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现一种预织入电极基材，包括经向纤维和纬向纤维，纬向纤维为玻璃纤维、化纤或棉纤，经向纤维为导电细丝，以及玻璃纤维、化纤或棉纤，所述导电细丝选自金属纤维、金属丝复合棉纱或金属细丝，并且由5 100棵导电细丝紧邻并排组成一组，每一组导电细丝构成一条与纬向纤维交织固定的导电电极，导电电极的数量为2的倍数。所述导电细丝的直径优选为0. 03 0. 5mm。所述导电电极的宽度优选为3 15mm，每对电极外沿的距离优选为30 600mm。一种电热体，在上述的预织入电极基材上面涂布有电热涂料。如上所述的电热体，用于暖棚、远红外理疗保健、建筑物供暖、动植物的加热和保温、物品烘烤干燥用途。所述预织入电极基材可以通过如下方法制作。在玻璃纤维布、化纤布或棉本色布等织物的织布过程中，用导电细丝成组取代上述织物指定位置的经向纤维而成；所述导电细丝选自金属纤维、金属丝复合棉纱或金属细丝，直径为0. 03 0. 5mm ；所述成组为5 100棵导电细丝紧邻并排组成一组，每一组导电细丝构成所述的高分子复合电热体的一条导电电极；所述导电电极的宽度为3 15mm，在所述预织入电极基材上是以2的倍数成对出现，每对电极外沿的距离(右侧电极的右边与左侧电极的左边之间的距离)为30 600mm。预织入电极基材的结构可见图1。所述电热体可以通过如下方法制作。将制得的高分子复合电热涂料均勻地涂覆在上述基材上，经干燥，得到高分子复合电热体。本实用新型通过对预织入电极基材结构的灵活调整，如，改变每对电极外沿的距离，可以获得具有不同电阻值的高分子复合电热体。此外，对预织入电极基材纤维直径、导电细丝直径的调整以及上述织物经向和纬向纤维密度的调整，可方便获得不同厚度的高分子复合电热体。本实用新型的高分子复合电热体是纯电阻性材料，通电时流经材料的电流几乎全部转化为焦耳热，并无光能和电感性损耗；此外，本实用新型的高分子复合电热体厚度大大小于导电橡胶和导电塑料，发出的热量能更有效地散发出来，再者，其有效发热区域为 100%，因此，具有更高的电热转换率。本实用新型所述高分子复合电热体具有电阻值范围便于调整、材料厚度易于改变、适用电压范围广泛、电热转换率高的多种优势，使之适用于0 160°C范围以内的低温加热的广泛应用。本实用新型的电热体制备方法简便，产品具有良好的物理性能以及方便、易调的电气性能，特别适合于0 160°C范围以内低温加热的应用。其主要技术指标为a)宽度20 600mm ；b)长度50 8000mm ；c)厚度0. 2 2. Omm ；[0023]d)正常工作温度0 160°C ；电阻值100 40000 Ω/10 X 10cm。
图1表示本实用新型高分子复合电热体预织入电极基材的结构示意图。图2表示本实用新型实施例1的电热体的通电温升变化图。图3表示本实用新型实施例2的电热体的通电温升变化图。图1中，1为玻璃纤维布、化纤布或棉布，2为金属纤维、金属丝复合棉纱或金属细丝。
具体实施方式
下面通过实施例及对照附图对本实用新型做进一步说明。在以下各实施例中，各组分的配合量均为重量份。有必要指出的是以下实施例只用于对本实用新型做进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本实用新型内容对本实用新型做出一些非本质的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。实施例1(1)预织入电极基材的制备在织造幅宽为50cm的21支纱棉本色布的过程中，用直径0. 08mm的铜丝成组取代部分经向纤维；每组由36棵铜丝紧邻并排而构成宽度为6mm的导电电极，共2条，2条电极外沿的距离(右侧电极的右边与左侧电极的左边之间的距离)为44cm。(2)高分子复合电热涂料的制备高分子复合电热涂料的配方按重量份计如下所示聚氨酯树月旨(NIPP0LAN2301，Nippon Polyurethane Industry Co. , Ltd.) 100 份，乙炔碳黑18份，导电石墨为8份，氧化镁(纯度彡95% )4份，氧化锌(纯度彡95% )4 份，邻苯二甲酸二辛酯9份，硬脂酸1.8份，分散剂(Tween20)0.8份，溶剂(醋酸乙酯，纯度 ^ 95% )260 份。高分子复合电热涂料的配制方法如下a)准确称取导电填料(乙炔碳黑和导电石墨)、其它助剂(氧化镁、氧化锌)、分散剂(Tween20)、增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)和润滑剂(硬脂酸)置于容器中；b)称取约三分之二溶剂(醋酸乙酯)，加入上述容器中；c)上述物料经充分浸润后，准确称量并加入高分子树脂基料(聚氨酯树脂)；d)加入剩余三分之一溶剂，进行充分搅拌，使各组分得于充分混合；e)用高剪切分散乳化机对上述混合物进行高速分散与研磨，时间25分钟，制得高分子复合电热涂料。(3)高分子复合电热体的制作将上述电热涂料均勻地涂覆在上述预织入电极基材上，干燥前的涂覆量即以湿重计的涂覆量约为350g/m2，经约80°C温度的烘烤约10分钟，即得到厚度约为0. 5mm的高分子复合电热体。(4)高分子复合电热体试样阻值的测试[0045]取50cm长上述高分子复合电热体一片；用准确度不低于0. 5%的数字万用表测量2条电极之间的电阻值并记录。测试结果阻值R = 350 Ω。实施例2(1)预织入电极基材的制备预织入电极基材的制备方法与实施例1相似，不同之处在于，布幅宽度为25cm，2 条电极外沿之间的距离为22cm。(2)高分子复合电热涂料的制备电热涂料的配方与实施例1相似，不同之处在于，实施例2中，乙炔碳黑为8份，导电石墨为0份，溶剂(醋酸乙酯，纯度彡95%)为270份。(3)高分子复合电热体的制作高分子复合电热体的制作方法与实施例1相同。(4)高分子复合电热体试样阻值的测试高分子复合电热体试样阻值的测试方法与实施例1相同。测试结果阻值R = 1570 Ω。从以上实施例可以确认，根据本实用新型的方法，可以容易地获得电阻值范围易于调整的电热体。由于具有电热涂料涂布到基材上的结构，因此本实用新型的电热体可以调整出不同的电热膜的厚度，从而获得电热转换率高的电热体。下面，采用实施例1和实施例2的电热体，测定特定条件下的发热温度。通电温升实验取与实施例1同样的电热体，通入220V的电压，形成功率密度约为600W/m2的电热膜。在25°C室温条件下测定温度的结果，经过10分钟温度达到86°C，通电60分钟后，温度基本稳定在90度左右。结果见图2。取与实施例2同样的电热体，通入220V的电压，形成功率密度约为250W/m2的电热膜。在25°C室温条件下测定温度的结果，经过10分钟温度达到50度，一直通电M小时， 结果温度一直稳定在52度左右。结果见图3。产业上的应用性本实用新型的电热体不仅适用于暖棚、远红外理疗保健等要求更柔软、更薄的领域，还由于其可调节性，容易制作性而适合应用于建筑物供暖、动植物的加热和保温、物品烘烤干燥等多方面。
权利要求1.一种用于电热体的预织入电极基材，包括经向纤维和纬向纤维，其特征在于，纬向纤维为玻璃纤维、化纤或棉纤；经向纤维为导电细丝，以及玻璃纤维、化纤或棉纤；所述导电细丝选自金属纤维、金属丝复合棉纱或金属细丝，并且由5 100棵导电细丝紧邻并排组成一组，每一组导电细丝构成一条与纬向纤维交织固定的导电电极，导电电极的数量为2的倍数。
2.根据权利要求1所述的预织入电极基材，其特征在于，所述导电细丝的直径为 0. 03 0. 5mmο
3.根据权利要求1或2所述的预织入电极基材，其特征在于，所述导电电极的宽度为 3 15mm，每对电极外沿的距离为30 600mm。
4.一种电热体，其特征在于，在权利要求1 3中的任一项所述的预织入电极基材上面涂布有电热涂料。
专利摘要本实用新型提供一种用于电热体的预织入电极基材、以及电热体。所述预织入电极基材，包括经向纤维和纬向纤维，纬向纤维为玻璃纤维、化纤或棉纤；经向纤维为导电细丝，以及玻璃纤维、化纤或棉纤；所述导电细丝选自金属纤维、金属丝复合棉纱或金属细丝，并且由5～100棵导电细丝紧邻并排组成一组，每一组导电细丝构成一条与纬向纤维交织固定的导电电极，导电电极的数量为2的倍数。本实用新型的预织入电极基材、以及电热体可以用于暖棚、远红外理疗保健、建筑物供暖、动植物的加热和保温、物品烘烤干燥用途。
文档编号D03D15/02GK202276478SQ201120294789
公开日2012年6月13日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者李春学 申请人:李春学