包含保护膜的织造型柔软面状发热体及其制造方法与流程

本发明涉及一种包含保护膜的织造型柔软面状发热体及其制造方法，更具体地说，该面状发热体利用模塑(molding)形成保护膜，柔软性优异而且使用过程中不会发生剥离，生产速度高并且品质稳定。

背景技术：

把来自电气或煤气的能量转换成热能的发热体通常区分为以金属或陶瓷线制成的线状发热体、石墨之类的块状发热体、发热体以膜(membrane)方式涂布到平面电极上的面状发热体。其中，面状发热体在平面状的金属电极上涂布金属、陶瓷或碳系发热层并且以绝缘体密封所述发热层的上部及下部。

近来，人们逐渐要求把前述面状发热体制成非平面的曲面形状或者在使用过程中能柔软地予以弯曲的柔软面状发热体。现有的柔软面状发热体是将碳之类的材料涂布到柔性基板上制成的，或者是把镍铬合金之类的线状发热体排列到塑料膜或布之类的柔性材料上后将其予以固定地制成的。但该面状发热体却存在着诸如耐久性问题、在整个面积的发热不均匀问题、如果是线状发热体的话线断裂时整个发热体无法运作的问题等。例如，面状发热体依托的碳系电极在高温下氧化而呈现脆性并且在受到冲击时由于其脆性而容易发生龟裂，该问题使得面状发热体较难长时间使用。而且，把远红外线陶瓷系发热体涂布到金属基板上部后制成时由于陶瓷发热体的弯曲限度而在面状发热体弯曲较大时无法使用。

为了克服该问题，人们开发了把具备传导性的物质制成线状后将其织造地制备面状发热体的技术。即，诸如“大韩民国专利厅公开专利第10-2008-0090068号面状发热体与其物性结构及制造方法”已揭示了一种利用织造用线织造面状发热体的方法，该织造用线则由一般纤维与金属纤维捻制而成。除此之外，“大韩民国专利厅注册实用新型第20-2005-0011304号面纱织造发热体”揭示了一种在不具备传导性的聚合物线表面涂布具备传导性的碳而赋予的面状发热体技术。

如前所述的金属纤维面状发热体在织造了发热电极后在其两面把聚合物系绝缘物质构成的层予以热压粘结或以层状粘结绝缘陶瓷纤维后制成。但利用该方法织造了织造型面状发热体时由于粘结到发热体电极的聚合物层的厚度较大而降低了其效率，使用过程中还存在着机械性反复应力导致层间剥离的材料问题。而且，在制造工艺方面由于工艺复杂而降低了生产速度，还需要使用热压设备之类的高价设施，需要使用模具而较难制成各种形状的发热体。

技术实现要素：

发明所要解决的问题

因此，本发明的目的是提供一种包含保护膜的织造型柔软面状发热体及其制造方法，其利用模塑形成保护膜，柔软性优异而且使用过程中不会发生剥离，生产速度高并且品质稳定。

而且，本发明的另一个目的是提供一种包含保护膜的织造型柔软面状发热体及其制造方法，发热层所放出的热被反射而能够控制热方向，凭此发挥出较高的热效率而能够缩短加热时间。

用于解决问题的方案

下述包含保护膜的织造型柔软面状发热体能实现所述目的，该包含保护膜的织造型柔软面状发热体包括：发热层，把金属发热纤维予以织造而形成；保护膜，以聚合物材料制作，包裹所述发热层的表面以避免所述发热层受到外部环境的伤害，浸渍到被织造的所述金属发热纤维的间隙中以避免气孔存在。

在此，优选地，所述保护膜以卷对卷(roll-to-roll)方式把所述发热层沉浸到液态聚合物内后通过模塑(molding)形成或者所述保护膜由喷雾法、丝印法或刮板法中的某一个方法形成。

而且，优选地，还包括反射层，该反射层把陶瓷纤维予以织造而形成，该反射层积叠在所述发热层的一面并且反射一面上产生的热以便让所述发热层上产生的热从另一面放出，所述保护膜浸渍到被织造的所述陶瓷纤维的间隙中以避免气孔存在，与此同时，以包裹所述发热层及所述反射层的表面的方式存在。

优选地，所述发热层以经丝及纬丝织造所述金属发热纤维而形成，所述反射层以经丝及纬丝织造所述陶瓷纤维而形成，所述发热层及所述反射层以粘结或缝纫方式结合，优选地，以经丝及纬丝织造所述金属发热纤维并且以经丝及纬丝一起织造所述陶瓷纤维而把所述发热层及所述反射层一体地织造。

优选地，相比于所述反射层，所述发热层的所述金属发热纤维的配置面积大于所述陶瓷纤维，相比于所述发热层，所述反射层的所述陶瓷纤维的配置面积大于所述金属发热纤维。

优选地，所述陶瓷纤维选自玻璃纤维、耐热聚合物纤维、氧化钛纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维、钛酸钾纤维、玄武岩纤维及它们的混合所组成的群。

优选地，在所述保护膜积叠由聚合物与陶瓷粒子构成的隔热层，在和积叠到所述保护膜的所述隔热层相反的面上积叠辐射层，该辐射层则由聚合物与碳材料构成。

优选地，所述金属发热纤维的材料选自铂(pt)、铁(fe)、镍(ni)、铝(al)、铜(cu)、钛(ti)、钼(mo)、金(au)、银(ag)、钯(pd)、钌(ru)、镁(mg)、铬(cr)、锌(zn)、钨(w)、钴(co)及它们的合金所组成的群，优选地，所述聚合物材料选自环氧系树脂、丙烯酸系树脂、聚酰胺系树脂、聚酰亚胺系树脂及它们的混合所组成的群。

包含保护膜的织造型柔软面状发热体的制造方法也能实现所述目的，该包含保护膜的织造型柔软面状发热体的制造方法包括下列步骤：把金属发热纤维予以织造而形成发热层；涂布聚合物包裹所述发热层的表面并且把聚合物浸渍到被织造的所述金属发热纤维的间隙中以避免气孔存在地形成保护层。

在此，优选地，所述保护膜以卷对卷(roll-to-roll)方式把所述发热层沉浸到液态聚合物内后通过模塑形成或者所述保护膜由喷雾法、丝印法或刮板法中的某一个方法形成。

发明效果

依据前文所述本发明的配置能得到包含保护膜的织造型柔软面状发热体，该保护膜则利用模塑形成，柔软性优异而且使用过程中不会发生剥离，生产速度高并且品质稳定。

而且，发热层所放出的热被反射而能够控制热方向，凭此发挥出较高的热效率而能够缩短加热时间。

附图说明

图1是本发明实施例的织造型柔软面状发热体的剖视图。

图2是示出保护膜形成过程的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明实施例的包含保护膜的织造型柔软面状发热体及其制造方法。

图1a是第一实施例的织造型柔软面状发热体10，包括发热层11与保护膜13。尤其发热层11是将能发热的金属制成的薄线状金属发热纤维予以织造而形成的，织造方法可以使用诸如丝织、斜纹、繻子织等一般织造方法，除此之外的织造方法也能不受限制地使用。优选地，该金属发热纤维的材料选自铂(pt)、铁(fe)、镍(ni)、铝(al)、铜(cu)、钛(ti)、钼(mo)、金(au)、银(ag)、钯(pd)、钌(ru)、镁(mg)、铬(cr)、锌(zn)、钨(w)、钴(co)及它们的合金所组成的群，或者备妥各由相异的金属或合金材料构成的多个金属发热纤维后予以织造。尤其是，由合金构成的金属发热纤维适用不锈钢(stainlesssteel)或镍铬合金(nichrome)最佳，也可以单独或一起备妥不锈钢与镍铬合金后织造。

不锈钢纤维可以使用sus304、sus304l、sus316及sus316l等，其柔软性、强度、织造性、发热性等优异而非常适合本发明。镍铬合金纤维具有高效率的发热性并且容易织造，但其柔软性低于不锈钢纤维。而且，由单一金属或合金构成的纤维的发热效率虽然低于不锈钢纤维或镍铬合金纤维，但是在半导体设备之类的额特殊设备或要求金属固有特性时能轻易适用。

优选地，金属发热纤维的直径为10至200μm，直径小于10μm时金属发热纤维的织造间距非常近而难以在间距之间模塑(molding)保护膜13，从而可能让发热层11与保护膜13的一部分领域互相分离，超过200μm时形成较厚的发热层11而使得柔软性降低。

保护膜13由聚合物材料形成，以包裹发热层11的结构形成以便保护发热层11使其避免受到外部环境的伤害并且实现绝缘。此时，保护膜13包裹发热层11的表面以避免发热层11受到外部环境的伤害，由浸渍到被织造的金属发热纤维的间隙中的聚合物材料构成以避免气孔存在。即，保护膜13防止发热层11因为和外部接触而漏电或发生短路，为了防止机械式磨耗或破损而包裹发热层11的外部表面地形成。

发热层11与保护膜13之间存在着气孔(pore)时，持续弯曲或洗涤面状发热体10的话会因为外部刺激而可能在气孔发生龟裂使得发热层11与保护膜13互相分离。尤其是，像现有技术一样地在发热层的表面各自积叠绝缘层后通过热处理压接的话，无论施加多大的压力也会在发热层与绝缘层之间必定会存在着气孔，因此会因为外部刺激或洗涤而可能在气孔发生龟裂。但本发明在构成发热层11的金属发热纤维之间浸渍聚合物以避免气孔存在，在发热层11的表面也涂布聚合物而能形成浸渍的聚合物和涂布在表面的聚合物一体地形成的保护膜13。

如前所述的面状发热体10制造方法包括下列步骤：把金属发热纤维予以织造而形成发热层11；涂布聚合物包裹发热层11的表面并且把聚合物浸渍到被织造的金属发热纤维的间隙中以避免气孔存在地形成保护层13。

其中，形成保护层13的方法能如图2所示地备妥液态聚合物1并且把发热层11沉浸到液态聚合物1内后通过模塑形成。通过模塑形成保护膜13的话，液态聚合物1被配置到所织造的发热层11的各间隙中后固化而使得发热层11的各间隙被均匀且无缝隙地充填，从而能够形成稳定的保护膜13。此时，发热层11以卷对卷(roll-to-roll)方式供应到液态聚合物1内。

涂布聚合物的方法通常如下，把热塑性绝缘聚合物膜附接到发热层的上部及下部后利用热压方式把聚合物保护膜积叠到发热层。以前述方法形成保护膜时，聚合物无法良好地充填到发热层的间隙中而在使用过程中可能会随着聚合物膜的状态而发生剥离造成产品不良。与此相比，通过本发明的模塑方式织造保护膜13的话，发热层11能稳定地插入聚合物内而在机械学方面非常稳定，并且相比于膜方式能更薄地涂布而得以提高柔软性。而且，本发明利用卷对卷方式而容易批量生产，利用化学式粘结或机械式缝纫法而能够轻易附接，因此能轻易制作衣服、外套、诸如暖房用途之类的产品。而且，作为聚合物涂布方法的喷射法、刮板法或丝印法虽然不会形成优于本发明模塑方法的保护膜，但可以将其作为工序适用。

形成保护膜13的聚合物材料可以根据柔软性、可用温度、阻燃性基准使用各种不同材料。例如，需要高柔软性并且在150℃以下的温度使用织造型柔软面状发热体10时以环氧系或丙烯酸系树脂较佳，柔软性虽然不高但是在在250℃以下的温度使用时以聚酰胺系树脂较佳。而且，需要具备柔软性并且在400℃以下的温度使用织造型柔软面状发热体10时以聚酰亚胺系树脂较为适合，该树脂应该全部利用热硬化性树脂或紫外线硬化性树脂并且以涂布到发热层11时以高粘度液态进行而在固化后形成固态的方式准备。本发明的发热体11适用于要求阻燃性的用途时以汽车阻燃剂为基准制成具备10cm的热塑性，通常则制成1至30cm的热塑性较佳。

第二实施例的织造型柔软面状发热体20如图1b所示地包括发热层21、保护膜23及反射层25。在此，发热层21及保护膜23的形状与材料和第一实施例的发热层11及保护膜13相同，因此下面将省略其详细说明。

反射层25积叠在发热层21的一面并且反射一面上产生的热以便让发热层21上产生的热从另一面放出，优选地，反射层25配置在保护膜23内部。该反射层25是将陶瓷纤维予以织造而形成的。更详细地说，保护膜23浸渍到被织造的陶瓷纤维的间隙中以避免气孔存在，与此同时，以包裹发热层21及反射层25的表面的方式存在。即，如同第一实施例，像形成于发热层21的保护膜23一样地，保护膜23浸渍到反射层25的间隙中以避免气孔存在而使得反射层25与保护膜23不会因受到外部刺激或洗涤而互相分离。

在此，陶瓷纤维是将不吸热而予以反射的陶瓷材料制成薄线状的，和金属发热纤维一样地，使用诸如丝织、斜纹、繻子织之类的织造方法织造该陶瓷纤维。优选地，反射热的陶瓷纤维的材料选自玻璃纤维、耐热聚合物纤维、氧化钛纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维、钛酸钾纤维、玄武岩纤维及它们的混合所组成的群，但本发明并不限定于此。尤其是，把玄武岩予以纺丝制成的玄武岩纤维(basaltfiber)是优异的隔热纤维而非常适合本发明。

本发明的发热层21及反射层25的结构可以如下所述地以两种形成。首先，发热层21以经丝及纬丝织造金属发热纤维而形成，反射层25也以经丝及纬丝织造陶瓷纤维而形成。该发热层21及反射层25可以利用粘结剂粘结或者通过缝纫结合而形成发热体20。以该结构形成发热体20时，金属发热纤维与陶瓷纤维由于能清晰地区分其层而使得金属发热纤维上产生的热能轻易排放到发热层21的另一面。

而且，能以其它形状构成的织造型柔软面状发热体20则以经丝及纬丝织造金属发热纤维并且以经丝及纬丝把陶瓷纤维与金属发热纤维一起织造而把发热层21及反射层25一体地织造。此时以下述方式织造，即，相比于反射层25领域，所织造的发热层21领域的金属发热纤维的配置面积较广，相比于发热层21领域，反射层25领域的陶瓷纤维的配置面积较广。凭此，发热层21虽然包含一部分陶瓷纤维却因为金属发热纤维的配置面积较广而发挥出放热的功能，与此相反，反射层25虽然包含一部分金属发热纤维却因为陶瓷纤维的配置面积较广而发挥出让发热层21所放出的热反射到发热层21的另一面的功能。在此，优选地，发热层21让金属发热纤维的配置面积介于70至100％范围内而反射层25让陶瓷纤维的配置面积介于70至100％范围内地形成发热体20。这样的配置面积是因为各自小于70％时较难通过陶瓷纤维控制金属发热纤维所排放的热的方向。

第三实施例的织造型柔软面状发热体30包括发热层31、保护膜33及隔热层35。在此，发热层31及保护膜33的形状及材料和第一实施例的发热层11及保护膜13相同，因此下面将省略其详细说明，本实施例不另行包括第二实施例的反射层25。

隔热层35不积叠在保护膜33的内部而积叠在外部，通过由聚合物与陶瓷粒子构成的材料形成。隔热层35如同反射层25一样地使得热不往隔热层35方向放出而是往相反方向放出。该隔热层35在保护膜33的固化完毕后利用涂刷法、喷雾法、浸渍法、刮板法或丝印法积叠在下部地形成。具有高隔热特性的隔热层35是特别制作的高隔热性陶瓷与聚合物的复合体，具有0.05w/mk以下的低热传导率。0.05w/mk以下的低热传导率无法在一般的单一材料聚合物上实现，作为一例，在丙烯酸树脂之类的聚合物内部充填特殊填充剂地制作，因此本发明使用隔热性材料形成隔热层，该隔热性材料把含有中空状态的10至100μm大小的二氧化硅球(silicaball)或二氧化钛球(titaniaball)的陶瓷球作为填充剂。

第四实施例的织造型柔软面状发热体40包括发热层41、保护膜43、反射层45、隔热层47及辐射层49。在此，发热层41、反射层43、保护膜45及隔热层47的形状及材料和第二实施例及第三实施例的发热层21、31、保护膜23、33、反射层25及隔热层35相同，因此下面将省略其详细说明。

在和积叠到保护膜43的隔热层47相反的面上积叠辐射层49，该辐射层49则由聚合物与碳材料混合而成。鉴于发热体40上产生的热不仅以传导和对流方式放热还以红外线辐射方式放热而形成红外线辐射率较高的辐射层49，其由高辐射率材料构成。关于高辐射率材料，把作为碳材料的石墨、纳米碳、碳纳米管或石黑烯和聚合物予以混合后构成高辐射率材料。

现有的面状发热体以金属材料构成时可能会因为和外部接触而漏电或发生短路，也可能会发生机械式磨耗或破损。为了防止该问题，在织造了发热电极后在两面把聚合物系的绝缘物质层予以热压粘结或以层状粘结绝缘陶瓷纤维后制成。但利用该方法织造了织造型面状发热体时由于粘结到发热体电极的聚合物层的厚度较大而降低了其效率，使用过程中还存在着机械性反复应力导致层间剥离的材料问题。而且，在制造工艺方面由于工艺复杂而降低了生产速度，还需要使用热压设备之类的高价设施，需要使用模具而较难制成各种形状的发热体。

相比于此，本发明把发热层11、21、31、41浸渍到液态聚合物1内并且通过模塑形成保护膜13、23、33、43而使得发热体10、20、30、40的间隙被均匀且无缝隙地充填，从而不会被外部冲击分离并且形成稳定的保护膜13、23、33、43。而且，形成了隔热层35、47及反射层25、45后，发热层11、21、31、41所放出的热能凭借隔热层35、47及反射层25、45反射而得以控制热方向，凭借辐射层25、45的红外线辐射得以提高放热功能。凭此，能发挥出较高的热效率并且缩短加热时间。不仅如此，本发明的织造型柔软面状发热体10、20、30、40把金属发热纤维及陶瓷纤维予以织造形成发热层11、21、31、41及反射层25、45，因此柔软性较高并且耐冲击性优异，能提高机械式耐久性及电气性能。