一种耐高温发热薄膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及导电发热材料，具体涉及一种耐高温发热薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、传统的导电加热技术，最常见的为电阻丝加热技术，另外还有蚀刻电路发热板、碳浆发热涂层、石墨烯发热膜层、半导体柔性发热膜等加热技术。其中，电阻丝属于线发热类型，虽然稳定性比较高，但是加热效率比较低，材料成本也比较高，并且应用时通常需用220v电压或高电压，且不适用于大面积使用。另外，蚀刻电路发热板属于面发热类型，其稳定性和加热效率一般，材料成本比较高，虽然能适配低电压，但是仅适用于小面积使用。另外，碳浆发热涂层属于面发热类型，虽然其加热效率比较高，但是稳定性比较差，在高温下无法长期使用，衰减较快，并且虽然能适配低电压，但是仅适用于小面积使用。另外，石墨烯发热膜层属于面发热类型，虽然其加热效率比较高，加热均匀性比较好，但是其柔软性和安全性较差，材料成本比较高。另外，半导体柔性发热膜属于面发热类型，虽然其发热均匀性较好，但其制备工艺复杂，一般采用磁控溅射的真空镀膜工艺，制备成本较高，导致材料成本比较高。

2、另外，现有技术中的导电加热技术，所能用的电压比较固定，难以调节和适用不同的电压，因而难以实现不同温度下均匀发热的需求。而且，现有的导电加热技术，多为高能耗的发热方式。

3、另外，现有技术中制备的多层复合导电材料存在固有衰减的问题，并且还存在很严重的良率不高的问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种耐高温发热薄膜的制备方法，该制备方法具有工艺简单、操作性强、制备成本较低，且制得的耐高温发热薄膜不但能耗较低，且能适用的电压范围广，还能实现不同温度下均匀发热，良率高，避免了固有衰减的问题。

2、本发明的第二个目的在于提供一种耐高温发热薄膜，该耐高温发热薄膜不但能耗较低，且能适用的电压范围广，还能实现不同温度下均匀发热，良率高，避免了固有衰减的问题。

3、本发明的第三个目的在于提供一种耐高温发热薄膜的应用。

4、为实现上述发明的第一个目的，本发明采用的技术方案如下：

5、本发明提供一种耐高温发热薄膜的制备方法，包括以下步骤：

6、制备绝缘层：将二元酸酐和二元胺分散至有机溶剂中，得到混合液，然后将混合液进行涂膜或喷膜在平面上，再经烘干，得到绝缘层；

7、制备绝缘导电复合层：将二元酸酐、二元胺和导电物质分散至有机溶剂中，得到第二混合液，然后将第二混合液进行涂膜或喷膜在所述绝缘层上，再经烘干，形成导电层，得到绝缘导电复合层；

8、形成电极和导电件：在所述导电层上通过印刷或电镀形成至少两道平行的电极，并用导电件与电极连接；

9、形成第二绝缘层：在导电层一侧通过覆膜或喷涂绝缘涂层的方式形成第二绝缘层，即制得所述耐高温发热薄膜。

10、本发明的一种耐高温发热薄膜的制备方法，利用二元酸酐和二元胺制得混合液，经涂膜或喷膜后，在烘干过程二元酸酐和二元胺进行聚合反应形成聚酰亚胺结构体作为绝缘层，另外，再利用二元酸酐、二元胺和导电物质制得第二混合液，在绝缘层上经涂膜或喷膜后，在烘干过程中二元酸酐和二元胺进行聚合反应形成聚酰亚胺结构体，同时导电物质也得以分散于所形成的聚酰亚胺结构体中，也即形成导电层，进而得到绝缘导电复合层。然后，形成电极和连接导电件，并通过覆膜或喷涂绝缘涂层形成第二绝缘层，进而制得耐高温发热薄膜。可见，该耐高温发热薄膜的制备方法，工艺简单，操作性强，而且聚合反应前导电物质均匀分散于二元酸酐和二元胺的混合物中，反应过程中能够使得导电物质与最终合成的聚酰亚胺结构体的结合紧密，并使得导电物质在聚酰亚胺结构体中的整体分散性更加均匀，进而使得导电均匀性优异，通过在此均匀导体薄膜上以平行电极施加电压，则该耐高温发热薄膜即具有良好的发热效应，且发热均匀性优异。另外，所制得的耐高温发热薄膜能适用的电压范围广，在引出的导电件上可以接入5v～220v电压，进而能实现不同温度下均匀发热，并且该制备工艺的良率高，避免了固有衰减的问题。另外，在导电层上通过多道电极形成并联系统，能够提高该耐高温发热薄膜的发热功率和降低电压。

11、进一步的，所述制备绝缘层和制备绝缘导电复合层步骤中，二元酸酐和二元胺的摩尔比为1:1。该摩尔比的二元酸酐和二元胺能够恰好合成聚酰亚胺结构体，而不浪费材料。

12、进一步的，二元酸酐包括芳香族二元酸酐、半芳香族二元酸酐或脂肪族二元酸酐；进一步的，二元酸酐包括丁二酸酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐或戊二酸酐。

13、进一步的，二元胺包括芳香族二元胺、半芳香族二元胺或脂肪族二元胺，进一步的，二元胺包括乙二胺、丙二胺、己二胺或对苯二胺。

14、其中，二元酸酐和二元胺，均具有原料来源广的优点，所合成的聚酰亚胺结构体不但耐高温，而且结构稳定，机械性能优良。

15、进一步的，所述制备绝缘导电复合层步骤中，所述二元酸酐、二元胺和导电物质的质量比为2：2：(1～3)。该二元酸酐、二元胺和导电物质的质量比，一方面保证了最终形成的导电层的整体导电性较好，另一方面也保证了能够形成结构稳定的聚酰亚胺结构体。

16、进一步，所述制备绝缘导电复合层步骤中，所述导电物质包括以下重量份数的组分：

17、碳纳米管     1～2份

18、石墨烯       0～1份

19、导电炭黑     0～2份。

20、其中，碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料，具有很高的导电性能和高热导率，并且碳纳米管的硬度、强度和柔韧性都比较高，非常时候用于制备耐高温发热薄膜。另外，碳纳米管搭配使用石墨烯，能够提高导电层的导电性、散热性和稳定性。另外，搭配使用导电炭黑，由于导电炭黑具有高导电性和高比表面积，能够进一步提高该耐高温发热薄膜的导电性和能量密度。

21、另外，同时使用碳纳米管、石墨烯和导电炭黑作为导电物质时，由于碳纳米管是呈管状的，石墨烯是呈层状的，导电炭黑是呈球状的，能够协同三种导电物质的微观形态，更好地形成稳定的导电网络，使得制备的耐高温发热薄膜的导电性能更好，并且三种导电物质的协同使用能够提升第二混合液的流动性，增强了材料的加工性能，利于涂膜或喷膜的操作，进而更好地合成导电层。

22、进一步的，所述制备绝缘层和制备绝缘导电复合层步骤中，所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺或n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。其中，上述有机溶剂均属于高沸点有机溶剂，适合用于高温合成反应。

23、进一步的，所述制备绝缘层步骤中，将混合液进行涂膜或喷膜前，进行搅拌均匀；其中，对混合液搅拌均匀后再进行涂膜或喷膜，便于二元酸酐和二元胺均匀分散进而使合成反应均匀顺利进行，使得制备的绝缘层结构紧密稳定。

24、进一步的，将混合液进行涂膜或喷膜在平面上的厚度为0.02mm～0.2mm；其中，该厚度的涂膜或喷膜所形成的绝缘层具有较好的绝缘性能，而又不浪费材料。

25、进一步的，烘干的温度为150℃～250℃，烘干的时间为5min～30min。该烘干温度和烘干时间能够使得二元酸酐和二元胺很好地合成聚酰亚胺结构体，并且使得有机溶剂完全挥发掉，进而形成结构紧密的绝缘层。

26、进一步的，所述制备绝缘导电复合层步骤中，将第二混合液进行涂膜或喷膜前，进行搅拌均匀；其中，对第二混合液搅拌均匀后再进行涂膜或喷膜，一方面便于导电物质的均匀分散，进而使得导电层的整体导电性均匀，另一方面，便于二元酸酐和二元胺均匀分散进而使合成反应均匀顺利进行，使得制备的绝缘层结构紧密稳定。

27、进一步的，将第二混合液进行涂膜或喷膜在所述绝缘层上的厚度为0.02mm～0.2mm；其中，该厚度的涂膜或喷膜所形成的导电层具有较好的导电性能，而又不浪费材料。

28、进一步的，烘干的温度为150℃～250℃，烘干的时间为5min～30min。该烘干温度和烘干时间能够使得二元酸酐和二元胺很好地合成聚酰亚胺结构体，并且使得有机溶剂完全挥发掉，进而形成结构紧密的导电层。

29、进一步的，所述导电件包括至少两条导线，每条导线分别与每道电极电性连接，且每条导线均延伸于所述导电层外；其中，导线可采用柔性fpc软线，并通过导电胶将每条导线分别粘贴在每道电极的端部，延伸于导电层外的导线的端部可以用于焊接或者通过电线快速接头与其他导电件(如插头)连接。

30、进一步的，所述导电件包括无线充电模块，所述无线充电模块分别与每道电极电性连接并包覆于所述第二绝缘层内。其中，无线充电模块能够使得每道电极通电，进而使得导电层发热。由于导电件为无线充电模块，且无线充电模块完全封装于第二绝缘层的内部，进而使得整个耐高温发热薄膜完全绝缘和完全防水，因此绝缘性能和防水性能非常优异。

31、为实现上述发明的第二个目的，本发明采用的技术方案如下：

32、本发明提供一种耐高温发热薄膜，是由上述所述的一种耐高温发热薄膜的制备方法制得。

33、本发明的一种耐高温发热薄膜，能适用的电压范围广，在引出的导电件上可以接入5v～220v电压，进而能实现不同温度下均匀发热，发热温度区间为20℃～400℃。另外，该耐高温发热薄膜相较于电阻丝等发热方式，能够显著降低能耗。而且具有产品良率高，导电性稳定的优点，且避免了固有衰减的问题。

34、为实现上述发明的第三个目的，本发明采用的技术方案如下：

35、本发明提供一种耐高温发热薄膜的应用，所述耐高温发热薄膜应用于制备家用电器；

36、所述家用电器包括烤盘、电熨斗、电暖器、电吹风、电热壶。

37、其中，由于本发明制得的一种耐高温发热薄膜具有适用的电压范围广，发热温度区间(20℃～400℃)范围大，能够广泛应用于不同温度要求的家用电器。最大发热温度能够做到400℃，具有发热均匀性好，发热效率高，生产成本低的优点。

38、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

39、(1)本发明的一种耐高温发热薄膜的制备方法，利用二元酸酐和二元胺作为绝缘层和导电层的反应物，利用二元酸酐、二元胺和导电物质作为原料直接形成导电层，不但工艺简单，操作性强，而且反应前导电物质均匀分散于二元酸酐和二元胺的混合物中，反应过程中能够使得导电物质与最终合成的聚酰亚胺结构体的结合紧密，并使得导电物质在聚酰亚胺结构体中的整体分散性更加均匀，进而使得导电均匀性优异，通过在此均匀导体薄膜上以平行电极施加电压，则该耐高温发热薄膜即具有良好的发热效应，且发热均匀性优异。另外，所制得的耐高温发热薄膜能适用的电压范围广，在引出的导电件上可以接入5v～220v电压，进而能实现不同温度下均匀发热，发热温度区间为20℃～400℃，并且该制备工艺的良率高，避免了固有衰减的问题。

40、(2)本发明的一种耐高温发热薄膜的制备方法，具有生产成本低，并能适合于大规模生产的特点。

41、(3)本发明的一种耐高温发热薄膜，能适用的电压范围广，在引出的导电件上可以接入5v～220v电压，进而能实现不同温度下均匀发热，发热温度区间为20℃～400℃。另外，该耐高温发热薄膜相较于电阻丝等发热方式，能够显著降低能耗。而且具有产品良率高，导电性稳定的优点，且避免了固有衰减的问题。

42、(4)本发明的一种耐高温发热薄膜的应用，由于本发明制得的一种耐高温发热薄膜具有适用的电压范围广，发热温度区间(20℃～400℃)范围大，能够广泛应用于不同温度要求的家用电器。最大发热温度能够做到400℃，具有发热均匀性好，发热效率高，生产成本低的优点。