多功能远红外复合面状发热材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种电热材料，具体涉及一种多功能远红外复合面状发热材料及其制备方法。


背景技术：

2.远红外加热技术兴起于上世纪中期，其利用辐射传热，由电磁波传递能量，是一项重点推广的节能技术。远红外线波长和被加热物体的吸收波长一致时，被加热物体大量吸收远红外线，此时物体内部分子和原子发生“共振”并产生强烈的振动，使得物体温度升高，达到加热的目的。早期的远红外加热方式主要以条状或线状发热体进行加热，如远红外电热膜材和远红外加热电缆。
3.随着人民生活水平的提高，远红外的应用场景被进一步拓宽，其被广泛应用与红外理疗、建筑采暖、食品干燥、杀菌、穿戴设备、汽车加热和家用电器等领域。特别是在红外理疗、穿戴设备、汽车加热和家用电器领域，对发热体的柔软性要求较高。目前，一般用电热丝编织入织物中，或采用热塑性聚合物的膜材，其主要存在以下问题：1)发热不均匀，温差较大，用户体验差；2)柔软性较差，抗冲击力较差；3)寿命较短，电热丝和膜材寿命较低，一般不超过3万小时。
4.中国专利公开号cn105208692a公布了一种柔性发热膜组件及其制备方法，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，柔性发热层上连接有电路系统，柔性发热层的上下两侧中至少有一侧设置有保护层；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。另外，柔性发热膜组件具有超薄厚度，及其高的柔软度，易于加工成型，耐洗涤，是良好的绝缘保温材料。但是其绝缘层采用如聚四氟乙烯多孔膜、聚酰亚胺膜、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜等热塑性塑料薄膜，这些薄膜材料具有一定的柔性，但是韧性较差，在使用过程中极易因折叠或弯曲等使用场景使绝缘层发生破坏，从而使发热体发生损坏。
5.鉴于上述问题，本发明公开了一种多功能远红外复合面状发热材料及其制备方法，其具有如下文所述之技术特征，以解决现有的问题。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多功能远红外复合面状发热材料及其制备方法，其整个面都是发热面，发热均匀，表面温差小，柔软性和韧性较好，防水等级可达ipx7级并且可水洗，与纺织布结合，应用于穿戴设备上时无明显的硬质感、无声响，其热量主要以远红外的形式辐射，具有理疗效果。
7.一种多功能远红外复合面状发热材料，包括：柔性发热芯片和电源引出线组成，其中：所述的柔性发热芯片由两层绝缘层和浸渍有柔性树脂溶液的远红外发热层经热压固化
而形成，所述的电源引出线还包括连接端子和电源线，所述的连接端子铆接在柔性发热芯片两端的铜极上，所述的电源引出线卡接在连接端子的接线槽上。
8.上述的多功能远红外复合面状发热材料，其中：所述绝缘层采用柔性纸质材料，所述的柔性纸质材料为高纯度木浆纤维、聚酰亚胺纤维、芳纶纤维、聚苯硫醚纤维、天丝纤维、纳米纤维素纤维中的一种或多种组合采用湿法抄纸工艺或干法抄纸工艺而成的纸质材料，所述的柔性纸质材料的厚度为3-50μm。
9.上述的多功能远红外复合面状发热材料，其中：所述的绝缘层的长边和宽边大于远红外发热层的长边和宽边5-20mm。
10.上述的多功能远红外复合面状发热材料，其中：所述的远红外发热层采用碳纤维导电纸，所述的碳纤维导电纸的两侧还分别固定设有两条铜箔条，所述的两条铜箔条与碳纤维导电纸等长，所述的导电纸的体积电阻率为0.1-3ω.cm。
11.上述的多功能远红外复合面状发热材料，其中：所述的柔性树脂溶液是由树脂溶剂、树脂主体、柔性体、固化剂和树脂活化剂按照10：1-2：1.5-2：0.1-0.3：0.2-0.4的重量比混合而成的溶液。
12.上述的多功能远红外复合面状发热材料，其中：所述的树脂溶剂采用醋酸乙酯、醋酸丁酯或丙酮中的一种或两种按照任意比组成，所述的树脂主体采用双酚a型环氧树脂和高邻位酚醛树脂按照3：1-1.5的重量比混合而成，所述的柔性体采用丁腈橡胶、环氧基丁腈橡胶中的一种或两种按照任意比组成，能加强柔性远红外面状复合电热材料的柔性，所述的固化剂采用双氰胺固化剂，所述的树脂活化剂由柔性交联剂和硅烷偶联剂按照1：1-1.5的重量比混合而成，其中，柔性交联剂为过氧化二异丙苯，硅烷偶联剂采用乙烯基三甲基硅烷或甲基三叔丁基过氧硅烷中的一种或两种按照任意比配比而成。
13.上述的多功能远红外复合面状发热材料，其中：所述的远红外发热层浸渍柔性树脂溶液的浸胶量为30-100g/m2。
14.上述的多功能远红外复合面状发热材料，其中：所述的柔性发热芯片热压的温度为140-195℃,热压的时间为90-150min，热压的压力为50-150kg/cm215.上述的多功能远红外复合面状发热材料，其中：所述的连接端子由铆接端子铆接在柔性发热芯片两端的铜极上，所述的连接端子为ot型连接端子，所述的ot型端子的t端接线槽用以卡接固定电源线，所述的铆接端子由空心铜铆钉和紧固垫片组成。
16.上述的多功能远红外复合面状发热材料，其中：所述的柔性发热芯片两端的铜极上有一组对称的圆孔，所述的柔性发热芯片上的圆孔与空心铜铆钉直径相同。
17.一种制备多功能远红外复合面状发热材料的方法，其中：包含以下步骤：
18.步骤1：制备柔性树脂溶液；
19.步骤1.1：按照重量配比双酚a型环氧树脂和高邻位酚醛树脂并进行混合均质，均值时间10-30min,均质速度600-1500r/min,得到树脂主体；
20.步骤1.2：按照重量配比将步骤1.1得到的树脂主体和树脂溶剂倒入搅拌桶中进行混合均质，均值时间10-30min,均质速度800-1500r/min；
21.步骤1.3：按照重量配比将柔性体倒入步骤1.2的完成均质的搅拌桶中，并进行均质，均质时间15-30min；
22.步骤1.4：按照重量配比将固化剂和树脂活化剂倒入步骤1.3完成的搅拌桶中并进
行均质，均值时间10-30min,均质完成后得到柔性树脂溶液。
23.步骤2；按照尺寸裁剪绝缘层；
24.步骤3：制备远红外发热层；
25.步骤3.1：根据所需的尺寸裁剪导电纸；
26.步骤3.2：将裁剪好的导电纸的两边分别用缝纫机扎上铜极。
27.步骤4：将步骤3所得的远红外发热层浸渍到步骤1所得的柔性树脂溶液中，浸胶量为30-100g/m2，浸胶时间为3-10min,即得到浸渍有柔性树脂溶液的远红外发热层；
28.步骤5：在离心纸上从下至上依次放置绝缘层、浸渍有柔性树脂溶液的远红外发热层、绝缘层，得到柔性发热芯片胚体，并在胚体上放置一层离心纸；
29.步骤6：将步骤5由离心纸包裹的发热芯片胚体放置到钢板上；
30.步骤7：重复步骤5至步骤6，重复2-10次，并在最上层盖上钢板；
31.步骤8：将步骤7制得的多层电热材料胚体平行放置入热压机工作台面，启动热压机进行热压，热压结束后得到柔性发热芯片；
32.步骤9：将步骤8得到的柔性发热芯片按照产品要求进行剪裁；
33.步骤10：将步骤9得到的柔性发热芯片两条铜极边打孔，并在孔的周围用打磨机磨出铜极；
34.步骤11:用压接线钳将电源引出线压接在ot型端子上；
35.步骤12：对步骤10得到柔性发热芯片铆接步骤11得到的接线端子；
36.步骤13：对铆接端子进行密封处理，从而得到多功能远红外复合面状发热材料。
37.本发明由于采用了上述方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
38.1)本发明的多功能远红外复合面状发热材料的热量传递主要以远红外辐射为主，电热转换效率可达99％，电热辐射转换效率可达50％，传热效率高，是一种先进的节能材料；
39.2)本发明的多功能远红外复合面状发热材料整个面都是发热面，邵氏硬度在30-40a，柔软性好，耐折叠，防水性能可达ipx7级，应用场景广阔；
40.3)本发明的多功能远红外复合面状发热材料使用过程中无甲醛、甲苯、二甲苯、tvoc等有害物质的排放；
41.4)本发明的多功能远红外复合面状发热材料的发热体是短切碳纤维搭建的三维导电网络，其导电通路是短切碳纤维搭建的物理结构的，具有结构稳定的特点，经国家红外中心检测，其使用寿命可以达到10万小时以上；
42.5)本发明的多功能远红外复合面状发热材料可以根据功率和规格要求，组合成各种不同功率与温度的发热材料，以满足不同要求；
43.本发明的多功能远红外复合面状发热材料使用安全，在一般电压下整个面都是电子通路，电流密度极小，对人体毫无伤害。
附图说明
44.图1是本发明多功能远红外复合面状发热材料中柔性发热芯片的结构示意图；
45.图2是本发明多功能远红外复合面状发热材料中圆孔的结构示意图；
46.图3是本发明多功能远红外复合面状发热材料中ot型端子的结构示意图；
47.图4是本发明多功能远红外复合面状发热材料中电源引出线的结构示意图；
48.图5是本发明多功能远红外复合面状发热材料中铆钉的结构示意图；
49.图中：1、柔性布料；2、远红外发热芯片；3、ot型端子；4、电源线；5、铆钉；6、圆孔。
具体实施方式
50.根据图1至图5所示，本发明公开了一种多功能远红外复合面状发热材料及其制备方法，其整个面都是发热面，发热均匀，表面温差小，柔软性和韧性较好，防水等级可达ipx7级，使用寿命高达十万小时。
51.本发明的多功能远红外复合面状发热材料是通过以下技术方案实现：一种多功能远红外复合面状发热材料，包括：柔性发热芯片和电源引出线组成，所述的柔性发热芯片由两层绝缘层和浸渍有柔性树脂溶液的远红外发热层经热压固化而形成。所述的柔性远红外面状复合电热材料电源引出线还包括连接端子和电源线。所述的连接端子铆接在柔性远红外面状复合电热材料两端的铜极上，所述的电源引出线卡接在连接端子的接线槽上。
52.所述绝缘层采用柔性纸质材料，所述的柔性纸质材料为高纯度木浆纤维、聚酰亚胺纤维、芳纶纤维、聚苯硫醚纤维、天丝纤维、纳米纤维素纤维中的一种或多种组合采用湿法抄纸工艺或干法抄纸工艺而成的纸质材料，所述的柔性纸质材料的厚度为3-50μm。
53.所述的绝缘层的长边和宽边大于发热层的长边和宽边5-20mm。
54.所述的远红外发热层采用碳纤维导电纸，所述的碳纤维导电纸的两侧还分别固定设有两条铜箔条，所述的两条铜箔条与碳纤维导电纸等长，所述的导电纸的体积电阻率为0.1-3ω.cm，碳纤维导电纸属于“导电通道”的导电机理，主要依靠碳纤维导电纸中短切碳纤维搭建的三维导电填充网络，影响其导电性的因素包括：接触数目、接触电阻和间隙大小，故在制备碳纤维导电纸时通过调整碳纤维含量和纸张的定重可决定其导电性。在同等长度和直径的碳纤维的情况下：碳纤维含量越高，导电纸的体积电阻率越小，反之亦然。在同等含量碳纤维情况下，导电纸的体积电阻率为定值，导电纸的定重越大，其电阻越小，导电性越好。导电纸的导电性能取决于其体积电阻率，体积电阻率采用以下公式进行计算：
55.体积电阻率＝导电纸的横截面积/铜极间的距离*电阻值。
56.所述的柔性树脂溶液由树脂溶剂、树脂主体、柔性体、固化剂和树脂活化剂按照10：1-2：1.5-2：0.1-0.3：0.2-0.4的重量比混合而成的溶液。
57.所述的树脂溶剂采用醋酸乙酯、醋酸丁酯或丙酮中的一种或两种按照任意比组成。所述的树脂主体采用双酚a型环氧树脂和高邻位酚醛树脂按照3：1-1.5的重量比混合而成，所述的柔性体采用丁腈橡胶、环氧基丁腈橡胶中的一种或两种按照任意比组成，能加强柔性远红外面状复合电热材料的柔性。所述的固化剂采用双氰胺固化剂，所述的树脂活化剂由柔性交联剂和硅烷偶联剂按照1：1-1.5的重量比混合而成，其中柔性交联剂为过氧化二异丙苯，硅烷偶联剂采用乙烯基三甲基硅烷或甲基三叔丁基过氧硅烷中的一种或两种按照任意比配比而成。热固性树脂不管是环氧树脂类还是酚醛类树脂，热固后其复合的材料的柔软性较差，邵氏硬度一般在80a左右，加入柔性体后，柔性体均匀的分散在数值溶液中，热固后能有效减轻柔性远红外面状复合电热材料硬度，使柔性远红外面状复合电热材料的邵氏硬度降低到30-40a，可满足大部分柔性的需求。
58.所述的远红外发热层浸渍柔性树脂溶液的浸胶量为30-100g/m2。
59.所述的柔性发热芯片热压的温度为140-195℃,热压的时间为90-150min，热压的压力为50-150kg/cm2。
60.所述的连接端子由铆接端子铆接在柔性发热芯片两端的铜极上，所述的连接端子为ot型连接端子，所述的ot型端子的t端接线槽用以卡接固定电源线。所述的铆接端子由空心铜铆钉和紧固垫片组成。
61.所述的柔性发热芯片两端的铜极上有一组对称的圆孔，所述的柔性发热芯片上的圆孔与空心铜铆钉直径相同。
62.多功能远红外复合面状发热材料的制备方法，至少包括以下步骤：
63.步骤1：制备柔性树脂溶液；
64.步骤1.1：按照重量配比双酚a型环氧树脂和高邻位酚醛树脂并进行混合均质，均值时间10-30min,均质速度600-1500r/min,得到树脂主体；
65.步骤1.2：按照重量配比将步骤1.1得到的树脂主体和树脂溶剂倒入搅拌桶中进行混合均质，均值时间10-30min,均质速度800-1500r/min；
66.步骤1.3：按照重量配比将柔性体倒入步骤1.2的完成均质的搅拌桶中，并进行均质，均质时间15-30min；
67.步骤1.4：按照重量配比将固化剂和树脂活化剂倒入步骤1.3完成的搅拌桶中并进行均质，均值时间10-30min,均质完成后得到柔性树脂溶液。
68.步骤2；按照尺寸裁剪绝缘层；
69.步骤3：制备远红外发热层；
70.步骤3.1：根据所需的尺寸裁剪导电纸；
71.步骤3.2：将裁剪好的导电纸的两边分别用缝纫机扎上铜极。
72.步骤4：将步骤3所得的远红外发热层浸渍到步骤1所得的柔性树脂溶液中，浸胶量为30-100g/m2，浸胶时间为3-10min,即得到浸渍有柔性树脂溶液的远红外发热层；
73.步骤5：在离心纸上从下至上依次放置绝缘层、浸渍有柔性树脂溶液的远红外发热层、绝缘层，得到柔性发热芯片胚体，并在胚体上放置一层离心纸；
74.步骤6：将步骤5由离心纸包裹的发热芯片胚体放置到钢板上；
75.步骤7：重复步骤5至步骤6，重复2-10次，并在最上层盖上钢板；
76.步骤8：将步骤7制得的多层电热材料胚体平行放置入热压机工作台面，启动热压机进行热压，热压结束后得到柔性发热芯片；
77.步骤9：将步骤8得到的柔性发热芯片按照产品要求进行剪裁；
78.步骤10：将步骤9得到的柔性发热芯片两条铜极边打孔，并在孔的周围用打磨机磨出铜极；
79.步骤11:用压接线钳将电源引出线压接在ot型端子上；
80.步骤12：对步骤10得到柔性发热芯片铆接步骤11得到的接线端子；
81.步骤13：对铆接端子进行密封处理，从而得到多功能远红外复合面状发热材料。
82.以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对于该系统进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所做出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。