一种柔性低电压复合高分子发热膜的制备方法与流程

本发明属于发热膜技术领域，更具体涉及一种用银浆印刷低压发热的柔性薄膜的制备方法。

背景技术：

目前，市场上较常见的发热材料大多是传统的电热丝、碳化硅和较先进的ptc陶瓷加热元件，最近市场上又出现了碳纤维发热材料，这些发热材料大都是质地硬脆、发热密度不均匀，长时间使用会导致人体皮肤干燥、口渴等现象，不符合当下社会经济水平快速发展人们对高品质生活的追求。同时市场上较常见的发热材料大都使用较高的供电电压才能满足加热要求，不利于发热膜的安全和便携性使用要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电压为5v以内的柔性低压复合高分子发热膜的制备方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种柔性低电压复合高分子发热膜的制备方法，包括：

将开炼机温度调节至160℃，将热塑性弹性体在开炼机上塑炼至透明状态；

将密炼机温度调节至160℃-180℃，将塑炼好的热塑性弹性体、一半混合均匀的固体粉末、高流动剂和防老剂投入密炼机中混合均匀，再继续加入另一半混合均匀的固体粉末和基础油密炼，所述固体粉末包括导电炭黑、石墨烯和天然石墨；

经密炼机混合好的物料进行粉碎，投入挤出机中挤出；

将挤出的物料投入到四辊压延机中压出厚度为0.1-0.3mm的复合膜；

使用丝网印刷设备在石墨烯复合膜上印刷导电涂层经加热烘干，所述导电涂层的厚度8～20μm；

将印刷有导电涂层的石墨烯复合膜置于烘箱中进行烘烤，烘烤温度为120℃，烘烤时间为20min；

将树脂软膜贴合在石墨烯复合膜上，位于石墨烯复合膜和导电涂层之上。

在一些实施方式中，所述导电涂层作为电极，所述电极包括两根平行设置汇流条和多根内电极构成，相邻的所述内电极分别连接在不同的所述汇流条上，汇流条接电源的正极或负极，使相邻的内电极极性相反，通电时电流经正极汇流条流入对应负极内电极最终全部汇入负极汇流条，所述内电极间的间距相等，与之不相接触的汇流条的间距均相同。

在一些实施方式中，树脂软膜上开设两个第一孔，所述汇流条上开设有第二孔，所述第二孔的直径小于所述汇流条的宽度，当树脂软膜覆盖在导电涂层上与复合膜贴合连接后，使所述第一孔与所述第二孔相对应，所述第一孔的直径大于所述第二孔的直径。

在一些实施方式中，制备原料按重量百分比包括：65％的热塑性弹性体，10-15％的导电炭黑，6-10％的石墨烯，5-8％的天然石墨，3％的防老剂，3％的基础油，以及3％的高流动剂。

在一些实施方式中，所述热塑性弹性体为聚丙烯、聚苯乙烯塑料改性后的苯乙烯或聚氨酯嵌段共聚物，选自但不限于tpe或tpu或tpv，硬度邵a在45-50之间。

在一些实施方式中，所述导电炭黑粒径为纳米级，所述石墨烯的片径小于5微米，所述石墨烯由机械剥离法或化学法制得。

在一些实施方式中，所述防老剂为环保型酚类防老剂的一种或几种复配，选自但不限于n-环己基-n'-苯基对苯二胺、n-(1，3-二甲基丁基-n-苯基苯二胺、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸异辛醇酯中的一种或几种。

在一些实施方式中，所述基础油选自但不限于工业白油、环保芳烃油、环烷油。

在一些实施方式中，所述导电涂层包含但不限于银浆、铜浆，导电涂层的固体含量不低于50％。

在一些实施方式中，所述树脂软膜具有柔性且加热后可与所述复合膜贴合连接，所述树脂软膜选自不限于聚氨酯、聚乙烯。

其有益效果为：本发明包括热塑性弹性体与石墨烯、导电炭黑和天然石墨制备的复合膜、导电银涂料层和树脂软膜：复合膜的耐高温为160℃，导电银涂料层为“梯子”形非闭合回路。

本发明的复合膜中的石墨烯具有良好的导电散热功能，同时对身体具有理疗的作用；本发明的导电涂层尺寸和图案合理，发热均匀，材质柔软，可以与人体更好的接触，体感效果较好，使用舒适，便于出门携带，且不影响穿戴使用的美观；本发明制得的发热膜的电压低于5v的使用条件，使用市场上常见的充电宝即可，安全便捷，可满足不同场所、不同季节和不同人群的使用需求。

本发明适合于加热理疗、精密电子仪器、新能源领域等技术场合，发热膜的导电发热膜层和线条设计分布均匀，通电发热后热密度大、整体发热均匀，基材柔韧可折。薄膜厚度在0.1-0.2毫米之间都可使用，且热塑性弹性体复合薄膜在100℃下热空气老化200小时无明显性能变化，印制的导电膜浸泡水中24小时不脱落，覆有柔性树脂膜可完全防水，并且做过多次轻揉搓实验，揉折2万次导电涂层不断线，具有低压快速发热、热量均匀、制作成本低、使用安全、方便质地可靠等优点。

附图说明

图1是本发明一实施方式的一种柔性低电压复合高分子发热膜的制备方法中的导电涂层的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一

一种柔性低电压复合高分子发热膜的制备方法，包括：将开炼机温度调节至160℃，调节开炼机辊距为0.5mm，将热塑性弹性体在开炼机上塑炼至透明状态。将密炼机温度调节至160℃，将塑炼好的热塑性弹性体、一半的混合均匀的固体粉末、高流动剂和防老剂通过密炼机进行混合均匀，5min后，再加入另一半混合好的固体粉末和基础油密炼10min。固体粉末包括导电炭黑、石墨烯和天然石墨。经密炼机将混合好的物料进行粉碎，投入挤出机中挤出。固体粉末包括导电炭黑、石墨烯和天然石墨。上述反应组分按重量百分比包括：65％的热塑性弹性体，10％的导电炭黑，10％的石墨烯，6％的天然石墨，3％的防老剂，3％的基础油，以及3％的高流动剂。在该实施例中，高流动剂为流动改性剂。热塑性弹性体为tpv，硬度邵a在45-50之间。导电炭黑粒径为纳米级，石墨烯的片径小于5微米，石墨烯由机械剥离法或化学法制得。防老剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的复配，复配比例为2:1。基础油为二次加氢而得的工业白油。导电炭黑粒径为纳米级，石墨烯的片径小于5微米。防老剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯或三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的复配比例2:1。将挤出的物料投入到四辊压延机中压出厚度为0.2mm的石墨烯复合膜。使用丝网印刷设备在厚度为0.2mm的石墨烯复合膜上印刷导电涂层经加热烘干，导电涂层的厚度20μm。导电涂层包含但不限于银浆和铜浆，导电涂层的固体含量不低于50％。在该实施例中，在石墨烯复合膜上印刷如图1所示的银浆电极图案，银浆厚度为20μm。如图1所示，导电涂层作为发热膜的电极，由汇流条11和内电极12构成，汇流条11为直条状，内电极12为波浪形。汇流条11接电源的正极或负极，使相邻的内电极12的极性相反。通电时电流经正极汇流条11流入对应负极内电极12最终全部汇入负极汇流条11。两个汇流条11平行设置，相邻两根内电极12分别连接在不同的汇流条11上，每根汇流条11与与之不相接触的汇流条11的间距均相同，且内电极12间的间距相等。将印刷有电极图案的石墨烯复合膜置于烘箱中进行烘烤，烘烤温度为120℃，烘烤时间为20min。使用激光设备在树脂软膜上开两个第一孔。汇流条11上开设有第二孔111，第二孔111的直径小于汇流条11的边框宽度。树脂软膜贴合在石墨烯复合膜上时，两个第一孔分别与导电涂层上的汇流条11第二孔111相对应，第一孔的直径大于第二孔111的直径。将开有孔的树脂软膜贴合在石墨烯复合膜上，使银浆电极图案位于石墨烯复合膜和树脂软膜之间。树脂软膜具有柔性且加热后可与复合膜贴合连接，所述树脂软膜为聚氨酯。

本实施例制得发热膜面积为50-150cm²之间，适用电压3.5-5v，发热膜的温度在50-55℃之间；在实际应用中可进行串联或并联；复合膜厚度在0.1-0.3毫米之间都可使用，且热塑性弹性体复合薄膜在100℃下热空气老化200小时无明显性能变化，印制的导电膜浸泡水中24小时不脱落，覆有柔性树脂膜可完全防水，并且做过多次轻揉搓实验，揉折2万次导电涂层不断线，具有低压快速发热、热量均匀、制作成本低、使用安全、方便质地可靠等优点。

实施例二

一种柔性低电压复合高分子发热膜的制备方法，包括：将开炼机温度调节至160℃，调节开炼机辊距为0.5mm，将热塑性弹性体在开炼机上塑炼至透明状态。将密炼机温度调节至180℃，将塑炼好的热塑性弹性体、一半的混合均匀的固体粉末、高流动剂和防老剂通过密炼机进行混合均匀，5min后，再加入另一半混合好的固体粉末和基础油密炼10min。经密炼机将混合好的物料进行粉碎，投入挤出机中挤出。固体粉末包括导电炭黑、石墨烯和天然石墨。上述反应组分按重量百分比包括：65％的热塑性弹性体，15％的导电炭黑，6％的石墨烯，8％的天然石墨，3％的防老剂，3％的基础油，以及3％的高流动剂。在该实施例中，高流动剂为流动改性剂。热塑性弹性体为tpe，硬度邵a在45-50之间。导电炭黑粒径为纳米级，石墨烯的片径小于5微米，石墨烯由机械剥离法或化学法制得。防老剂为n-环己基-n'-苯基对苯二胺和n-(1，3-二甲基丁基-n-苯基苯二胺复配。基础油为环保芳烃油。导电炭黑粒径为纳米级，石墨烯的片径小于5微米。将挤出的物料投入到四辊压延机中压出厚度为0.3mm的石墨烯复合膜。使用丝网印刷设备在厚度为0.3mm的石墨烯复合膜上印刷导电涂层经加热烘干，导电涂层的厚度15μm。导电涂层包含但不限于铜浆，导电涂层的固体含量不低于50％。在该实施例中，在石墨烯复合膜上印刷如图1所示的银浆电极图案，银浆厚度为15μm。导电涂层作为发热膜的电极，由汇流条11和内电极12构成，汇流条11为直条状，内电极12为波浪形。汇流条11接电源的正极或负极，使相邻的内电极12的极性相反。通电时电流经正极汇流条11流入对应负极内电极12最终全部汇入负极汇流条11。两个汇流条11平行设置，相邻两根内电极12分别连接在不同的汇流条11上，每根汇流条11与与之不相接触的汇流条11的间距均相同，且内电极12间的间距相等。将印刷有电极图案的石墨烯复合膜置于烘箱中进行烘烤，烘烤温度为120℃，烘烤时间为20min。使用激光设备在树脂软膜上开两个第一孔。汇流条11上开设有第二孔111，第二孔111的直径小于汇流条11的边框宽度。树脂软膜贴合在石墨烯复合膜上时，两个第一孔分别与导电涂层上的汇流条11第二孔111相对应，第一孔的直径大于第二孔111的直径。将开有孔的树脂软膜贴合在石墨烯复合膜上，使银铜浆电极图案位于石墨烯复合膜和树脂软膜之间。树脂软膜具有柔性且加热后可与所述复合膜贴合连接，树脂软膜为聚乙烯。

制得发热膜面积为50-150cm²之间，适用电压3.5-5v，发热膜的温度在50-55℃之间；在实际应用中可进行串联或并联；复合膜厚度在0.1-0.3毫米之间都可使用，且热塑性弹性体复合薄膜在100℃下热空气老化200小时无明显性能变化，印制的导电膜浸泡水中24小时不脱落，覆有柔性树脂膜可完全防水，并且做过多次轻揉搓实验，揉折2万次导电涂层不断线，具有低压快速发热、热量均匀、制作成本低、使用安全、方便质地可靠等优点。

实施例三

一种柔性低电压复合高分子发热膜的制备方法，包括：将开炼机温度调节至160℃，调节开炼机辊距为0.5mm，将热塑性弹性体在开炼机上塑炼至透明状态。将密炼机温度调节至170℃，将塑炼好的热塑性弹性体、一半的混合均匀的固体粉末、高流动剂和防老剂通过密炼机进行混合均匀，5min后，再加入另一半混合好的固体粉末和基础油密炼10min。经密炼机将混合好的物料进行粉碎，投入挤出机中挤出。固体粉末包括导电炭黑、石墨烯和天然石墨。上述反应组分按重量百分比包括：65％的热塑性弹性体，12％的导电炭黑，8％的石墨烯，5％的天然石墨，3％的防老剂，3％的基础油，以及3％的高流动剂。在该实施例中，高流动剂为流动改性剂。热塑性弹性体为tpv，硬度邵a在45-50之间。导电炭黑粒径为纳米级，石墨烯的片径小于5微米，石墨烯由机械剥离法或化学法制得。防老剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯和β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯的复配。基础油选自环烷油。热塑性弹性体为tpu。导电炭黑粒径为纳米级，石墨烯的片径小于5微米。基础油为环保芳烃油。将挤出的物料投入到四辊压延机中压出厚度为0.1mm的石墨烯复合膜。使用丝网印刷设备在厚度为0.1mm的石墨烯复合膜上印刷导电涂层经加热烘干，导电涂层的厚度8μm。导电涂层为银浆，导电涂层的固体含量不低于50％。在该实施例中，在石墨烯复合膜上印刷如图1所示的银浆电极图案，银浆厚度为10μm。导电涂层作为发热膜的电极，由汇流条11和内电极12构成，汇流条11为直条状，内电极12为波浪形。汇流条11接电源的正极或负极，使相邻的内电极12的极性相反。通电时电流经正极汇流条11流入对应负极内电极12最终全部汇入负极汇流条11。两个汇流条11平行设置，相邻两根内电极12分别连接在不同的汇流条11上，每根汇流条11与与之不相接触的汇流条11的间距均相同，且内电极12间的间距相等。将印刷有电极图案的石墨烯复合膜置于烘箱中进行烘烤，烘烤温度为120℃，烘烤时间为20min。使用激光设备在树脂软膜上开两个第一孔。汇流条11上开设有第二孔111，第二孔111的直径小于汇流条11的边框宽度。树脂软膜贴合在石墨烯复合膜上时，两个第一孔分别与导电涂层上的汇流条11第二孔111相对应，第一孔的直径大于第二孔111的直径。将开有孔的树脂软膜贴合在石墨烯复合膜上，使银浆电极图案位于石墨烯复合膜和树脂软膜之间。所述树脂软膜具有柔性且加热后可与所述复合膜贴合连接，所述树脂软膜选自不限于聚氨酯。

制得发热膜面积为50-150cm²之间，适用电压3.5-5v，发热膜的温度在50-55℃之间；在实际应用中可进行串联或并联；复合膜厚度在0.1-0.3毫米之间都可使用，且热塑性弹性体复合薄膜在100℃下热空气老化200小时无明显性能变化，印制的导电膜浸泡水中24小时不脱落，覆有柔性树脂膜可完全防水，并且做过多次轻揉搓实验，揉折2万次导电涂层不断线，具有低压快速发热、热量均匀、制作成本低、使用安全、方便质地可靠等优点。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域普通技术人员来讲，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。