一种具有智能温控功能的电热线及利用其制备的加热模组件的制作方法

本技术涉及电热材料，尤其是涉及一种具有智能温控功能的电热线及利用其制备的加热模组件。

背景技术：

1、电热线是一种通电可释放热量的加热线材，多应用在加热保温领域。目前，常规的电热线主要是由导电芯线和绝缘护层组成。其中的导电芯线通常有金属丝、石墨烯线、碳纤维线等，其主要特性是具有良好导电性能。上述材质电热线接通电源后所输出的加热功率是恒定的，功率差在±5％之间，即为恒功率发热线。目前，炭浆工艺生产的石墨烯线的价格在0.08-0.25元/m，而碳纤维线的价格在1.0-1.5元/m，因而采用炭浆工艺生产的石墨烯线作为电热线具有较好的发展前景。然而，炭浆工艺生产的石墨烯线存在着较为致命的问题：炭浆复合上的石墨烯等导电物质以磨损，进而导致线材整体的导电性能不均匀，如易受摩擦部位导电物质脱落电阻偏大，发热均匀性差、加工性能差，致使采其作为电热线应用范围小，限制其发展应用。此外，炭浆工艺生产的石墨烯线为了安全考虑需要外接电控模块进行控温，降低温度过高引起安全隐患，保证器件的适应安全性。为此，本技术提供了一款具有智能温控功能的电热线。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术提供了一种具有智能温控功能的电热线及利用其制备的加热模组件。

2、第一方面，本技术提供的一种具有智能温控功能的电热线，是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种具有智能温控功能的电热线，包括芯线和复合于芯线外壁的外线，所述芯线为100-600d的石墨烯线；所述外线是由以下质量百分数的原料制备而成：15.0-20.0％的导电组合物、8.0-10.0％的丝线用增强助剂、1.35-1.74％的抗氧化剂组合物、0.24-0.35％的抗紫外线助剂、0.10-0.40％的分散剂、余量为基体树脂；所述基体树脂主要是由pp树脂、hdpe树脂、eva树脂组成；所述pp树脂、eva树脂、hdpe树脂的质量比控制在(780-800):(180-200):(400-440)；所述导电组合物为纳米二硼化钛、纳米炭黑搭配纳米氧化锡、纳米氧化镍、纳米氧化铟、纳米碳纤维、纳米石墨粉、石墨烯、碳纳米管、氮化钛晶须中的至少一种；所述丝线用增强助剂为纳米氧化锌搭配纳米氧化锆、纳米氮化铝、纳米氧化铝、碳化钛锡超细微粉、氮化硼纳米管、氮化硼晶须中的至少一种。

4、本技术中的电热线与现有的伴热带、ptc加热线相比具有相对优良的力学强度、柔韧性、导电性能和耐候性能，使用领域更为广阔，市场前景更优。

5、优选的，所述pp树脂、eva树脂、hdpe树脂的质量比控制在795:185:420；所述具有智能温控功能的电热线置于10℃下测得线阻为a1，所述a1控制在1.0*103-5*104ω*m；所述具有智能温控功能的电热线置于-40℃下测得线阻为a2，所述a1是所述a2的1.5-3.0倍；所述具有智能温控功能的电热线置于60℃下测得线阻为a3，所述a3是所述a1的1.5-2.0倍；所述具有智能温控功能的电热线置于80℃下测得线阻为a4，a4是所述a1的2.5-10倍。

6、通过采用上述技术方案，所制备的电热线具有较优的智能温控功能。具体地，所制备的电热线在低温下的功率相对较高，可较为快速进行热补偿，加快升温；所制备的电热线处于60-110℃时，发热功率衰减30％以上，热补偿速率下降，即加热速度减缓，维持相对恒定的温度值，具有安全的智能温控功能。

7、优选的，所述导电组合物主要是纳米二硼化钛、纳米炭黑搭配纳米碳纤维、纳米石墨粉、氮化钛晶须组成；所述纳米二硼化钛平均粒径为0.05-3微米，六方晶型；所述纳米石墨粉为鳞片状石墨粉，平均粒径为0.2-1.0微米；所述纳米二硼化钛、纳米炭黑、纳米碳纤维、纳米石墨粉、氮化钛晶须的质量比控制在(5-10):(60-80):(5-20):(10-40):(0.5-5)。

8、通过采用上述技术方案，不仅可调整所制备的电热线线阻，适用于不同电压的电压，可实现个性化设计满足不同消费者的需求。此外，纳米二硼化钛、纳米炭黑、纳米碳纤维、纳米石墨粉、氮化钛晶须以特定比例混合制备的导电组合物还可起到改善电热线的力学强度、耐候性、耐磨性的作用。

9、优选的，所述丝线用增强助剂主要是由纳米氧化锌、纳米氧化锆、碳化钛锡超细微粉、氮化硼纳米片组成；所述纳米氧化锌、纳米氧化锆、碳化钛锡超细微粉、氮化硼纳米片的质量比控制在(55-90):(5-20):(5-20):(0.5-5)；所述分散剂为硬脂酸盐、偶联剂中的至少一种。

10、通过采用上述技术方案，赋予所制备的电热线屏蔽红外、紫外线和杀菌保健、保暖功能同时也赋予了相对优良的力学强度、柔韧性、导电性能、耐候性、耐磨性，具有相对持久的使用寿命。

11、优选的，所述抗氧化剂组合物主要是由纳米碳化锆、纳米硅化锆、纳米碳化钛中的至少一种搭配有机系抗氧剂组成；所述有机系抗氧剂为抗氧剂1024、抗氧剂697、抗氧剂bht中的至少一种搭配抗氧剂dstp和/或抗氧剂dbhq组成。

12、通过采用上述技术方案，可改善电热线整体的加热性能、抗老化性能、力学强度、柔韧性，所得到的电热线的规格可调整即可个性化加工为加热模组件。

13、优选的，所述抗氧化剂组合物主要是由纳米碳化锆、纳米碳化钛、抗氧剂1024、抗氧剂697、抗氧剂dbhq组成；所述纳米碳化锆、纳米碳化钛、抗氧剂1024、抗氧剂697、抗氧剂dbhq的质量比为10：(5-20)：100：(20-80)：(5-40)。

14、通过试验优化选择抗氧化助剂种类和比例，可提升电热线整体的老化性能和抗紫外老化性，进而保证电热线具有相对优良的力学强度、柔韧性、导电性能和耐候性能。

15、优选的，所述抗紫外线助剂主要是由纳米二氧化钛、纳米氮化钛、纳米氮化硅中的至少一种搭配有机系抗紫外试剂组成；所述有机系抗紫外试剂主要是由uv-531、uv-234中的至少一种搭配uv622、uv-770、uv-944、uv-783中的至少一种。

16、通过采用上述技术方案，可改善电热线整体的抗红外、抗紫外老化性能。

17、优选的，所述抗紫外线助剂主要是由纳米氮化硅、纳米氮化钛、uv-234、uv622、uv-944组成；所述纳米氮化硅、纳米氮化钛、uv-234、uv622、uv-944的质量比为10：(5-20)：100：(5-40)：(5-40)。

18、通过试验优化选择抗紫外线助剂种类和比例，可协同抗氧化剂组合物提升电热线整体的老化性能和抗紫外老化性，进而保证电热线具有相对优良的力学强度、柔韧性、导电性能和耐候性能。

19、优选的，所述具有智能温控功能的电热线的制备方法，包括以下步骤：s1，将烘干的基体树脂与计量准确的导电组合物、丝线用增强助剂、抗氧化剂组合物、抗紫外线助剂、分散剂置于密炼机中混合均匀后进行密炼，密炼温度160-168℃，时间280-350s；s2，将s1中所得的密炼物料置于双螺杆挤出机中进行熔融挤出、拉丝冷却造粒，得1.0-2.0mm纺丝母粒，烘干至水分低于0.1％；s3，石墨烯线为芯线，将纺丝母粒置于双螺杆挤出机中于175-200℃下挤出，所得挤出熔融物料附着于芯线外表面，水冷、热处理、烘干得成品加热线。

20、本技术中具有智能温控功能的电热线的制备方法相对简单，操作难度低，便于实现工业化生产制造，进而便于以较低价格推广于市场。

21、第二方面，本技术提供的一种利用具有智能温控功能的电热线制备的加热模组件，是通过以下技术方案得以实现的：

22、一种利用具有智能温控功能的电热线制备的加热模组件，包括加热布、连接电线、电源接头，所述连接电线连通于加热布；所述连接电线与电源接头固定连接，所述加热布、连接电线、电源接头、电源构成电流回路，所述加热布通电发热起到加热作用；所述加热布包括绝缘导热膜和位于绝缘导热膜内的加热网，加热网为平织组织，所述加热网中的经线包括编织纱线a和若干金属导电丝，所述金属导电丝与编织纱线a相互平行，所述金属导电丝位于加热网经线方向两端；所述加热网中的纬线包括编织纱线b和若干权利要求1-9中任一项所述的具有智能温控功能的电热线，所述电热线与所述编织纱线b平行，且所述电热线两端与相邻所述金属导电丝相接；所述金属导电丝一端与所述连接电线连接。

23、或者一种利用具有智能温控功能的电热线制备的加热模组件，包括加热布、连接电线、电源接头，所述连接电线连通于加热布；所述连接电线与电源接头固定连接，所述加热布、连接电线、电源接头、电源构成电流回路，所述加热布通电发热起到加热作用；所述加热布是采用喷熔工艺或者纺黏工艺制备而成；所述加热布中含有直径为0.1-1.0mm加热丝，所述加热丝包括作为芯层的权利要求1-9中任一项所述的具有智能温控功能的电热线和绝缘导热tpu保护外膜层；所述加热丝中的电热线通过所述连接电线、电源接头与电源连通形成电流回流，起到通电发热的作用；所述绝缘导热tpu保护外膜层的导热系数在1.0-3.5w/m*k。

24、本技术可应用于地毯、地垫、床垫、瑜伽垫、理疗垫、坐垫、靠垫、服饰填充料、腰带、围脖、腹带、沙发、花艺、农作物种植、家禽、加热餐包、马甲背向、硅胶加热片、加热水管、新能源汽车电池保温、石油输送管道、风电主机加热等领域，所述坐垫包括飞机坐垫、火车坐垫、高铁坐垫、汽车坐垫、公交车坐垫，所述靠垫包括飞机靠垫、火车靠垫、高铁靠垫、汽车靠垫、公交车靠垫，实现安全的智能温控功能目的。

25、优选的，所述电热线与绝缘导热tpu保护外膜层的厚度比控制在(6-8):(1-4)；所述绝缘导热tpu保护外膜层主要是由以下重量份的原料制备而成：100份邵氏硬度30-90a的tpu树脂粒料、15-25份的绝缘导热填料、1-3份的偶联剂、0.5-2份的分散剂、0.5-2份的抗氧化剂、0.3-0.8份的抗氧化助剂；所述绝缘导热填料为纳米氮化铝、纳米氮化硼、导热球形氧化铝、纳米氮化硅镁、纳米碳化硅、碳纳米管接枝氮化硼导热填料中的至少一种。

26、本技术中的绝缘导热tpu保护外膜不仅可起到较好的保护电热线的作用，且可便于电热线热量导出散热，提升整体的使用安全性能。试验过程中发现保护外膜层的导热性能较差，会导致电热线热量释放缓慢，局部热量积累后出现烧穿保护外膜的问题，易出现安全隐患问题。

27、综上所述，本技术具有以下优点：

28、1、本技术中的电热线与现有的伴热带、ptc加热线相比具有相对优良的力学强度、柔韧性、导电性能和耐候性能，使用领域更为广阔，市场前景更优。

29、2、本技术中的加热模组件用途广泛，不仅可替代现有的伴热带、ptc加热线制产品使用，而且优异的物化性能可使其应用在多个领域，充分发挥智能温控功能，提升产品竞争力。

30、3、本技术的制备方法相对简单，操作难度低，便于实现工业化生产制造。