一種高彈電致發(fā)熱復(fù)合膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電致發(fā)熱復(fù)合膜及其制備方法。所述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，包括：步驟1：將碳納米管膜浸漬在石墨烯懸浮液中一段時(shí)間后，取出，在室溫下自然晾干，得到柔性納米導(dǎo)電膜；步驟2：將彈性膜作為彈性附著基體，并對(duì)其兩端施加一定拉力，將其拉伸到一定伸長(zhǎng)率后固定，在彈性附著基體的上表面涂覆一層液體彈性粘合劑；步驟3：將柔性納米導(dǎo)電膜壓漬在上述的液體彈性粘合劑上，在一定的條件下使粘合劑固化；步驟4：釋放施加在彈性附著基體上的拉力，使其帶動(dòng)柔性納米導(dǎo)電膜回縮，即可制得電致發(fā)熱復(fù)合膜。本發(fā)明所得到的電致發(fā)熱復(fù)合膜具有質(zhì)量輕，柔性好，彈性高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有良好的耐老化性和安全性，壽命長(zhǎng)。
【專利說明】
一種高彈電致發(fā)熱復(fù)合膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電熱膜領(lǐng)域，更具體地說，涉及高彈的電致發(fā)熱膜技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在電加熱領(lǐng)域里，有電阻加熱、電磁感應(yīng)加熱和微波加熱三種類型，其中使用最廣泛的是電阻加熱方式，電阻加熱中有各種加熱元件，最早使用金屬絲做加熱材料，后來為了提高電熱絲的壽命，又發(fā)現(xiàn)了鎢、銅、鉻、鎳等高溫難熔金屬，用這些材料制成的電熱絲，壽命提高了十幾倍。再后來，人們又發(fā)明了無機(jī)非金屬陶瓷加熱材料及具有正溫度系數(shù)特性(PTC)的材料，然而金屬電熱膜的加工工藝復(fù)雜，成本較高;無機(jī)材料導(dǎo)電膜是脆性的，只能做成剛性薄膜;基于有機(jī)材料的電熱膜因其良好的柔韌性、導(dǎo)電性及安全性成為某些應(yīng)用領(lǐng)域中其它加熱元件所不能取代的產(chǎn)品，在家用電器、電力電子、通信、能源、航空航天、智能可穿戴等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]市場(chǎng)上具有的電致發(fā)熱材料具有質(zhì)量重，體積大，不耐彎折，更不能拉伸的諸多缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了電熱材料在可穿戴領(lǐng)域或者戶外高寒防護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高彈電致發(fā)熱復(fù)合膜及其制備方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電致發(fā)熱復(fù)合膜，其特征在于，包括彈性膜以及粘合于彈性膜上側(cè)的柔性納米導(dǎo)電膜。
[0006]更優(yōu)選地，所述的柔性納米導(dǎo)電膜的上側(cè)粘合另一彈性膜。
[0007]本發(fā)明還提供了上述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，包括:
[0008]步驟1:將碳納米管膜浸漬在石墨烯懸浮液中一段時(shí)間后，取出，在室溫下自然晾干，得到柔性納米導(dǎo)電膜；
[0009]步驟2:將彈性膜作為彈性附著基體，并對(duì)其兩端施加一定拉力，將其拉伸到一定伸長(zhǎng)率后固定，在彈性附著基體的上表面涂覆一層液體彈性粘合劑；
[0010]步驟3:將柔性納米導(dǎo)電膜壓漬在上述的液體彈性粘合劑上，在一定的條件下使粘合劑固化；
[0011]步驟4:釋放施加在彈性附著基體上的拉力，使其帶動(dòng)柔性納米導(dǎo)電膜回縮，即可制得電致發(fā)熱復(fù)合膜。
[0012]優(yōu)選地，所述的步驟3中，在“使粘合劑固化”之前，先在柔性納米導(dǎo)電膜的上表面涂覆一層液體彈性粘合劑，將另一彈性膜貼附在該液體彈性粘合劑上。
[0013]優(yōu)選地，所述的步驟I中還包括在柔性納米導(dǎo)電膜的端部通過導(dǎo)電銀膠粘附電極，或者，所述的步驟3中，將柔性納米導(dǎo)電膜壓漬在上述的液體彈性粘合劑上后，在柔性納米導(dǎo)電膜的端部通過導(dǎo)電銀膠粘附電極。
[0014]更優(yōu)選地，所述的電極為銅片、銅絲或碳納米管紗線。
[0015]優(yōu)選地，所述的碳納米管膜由單壁或多壁碳納米管制得，碳納米管直徑為1nm-lOOnm，膜厚度為10μπι-50μπι，孔隙率為35%-75%，拉伸強(qiáng)度為100MPa_500MPa，電導(dǎo)率為104-105S/mo
[0016]更優(yōu)選地，所述的碳納米管膜的尺寸與拉伸后的彈性膜相同。
[00?7]優(yōu)選地，所述的石墨稀懸浮液的濃度為lmg/ml-50mg/ml，浸漬時(shí)間l_5h，浸漬次數(shù)為1-3次，可根據(jù)需要設(shè)計(jì)選擇。
[0018]優(yōu)選地，所述的彈性膜為聚二甲基硅氧烷薄膜、丙烯酸薄膜、聚氨酯薄膜或高彈橡膠薄膜。
[0019]優(yōu)選地，所述的液體彈性粘合劑為聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯和丙烯酸粘合劑中的至少一種。
[0020]優(yōu)選地，所述的步驟2中的伸長(zhǎng)率為彈性膜的斷裂伸長(zhǎng)率的5?50%。施加在彈性附著基體兩端的拉力由選擇的彈性附著基體材料決定。
[0021]優(yōu)選地，所述的步驟2中的伸長(zhǎng)率為50%_100%。
[0022]所述的固化時(shí)間、溫度、壓力等條件由所選擇的粘合劑決定。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0024]1.本發(fā)明采用了有機(jī)彈性附著基體，并以高導(dǎo)通性的納米導(dǎo)電膜作為電致發(fā)熱介質(zhì)，采用相關(guān)的粘結(jié)復(fù)合工藝，得到拉伸性能和柔韌性好、電熱性能穩(wěn)定的電致發(fā)熱材復(fù)合膜。本發(fā)明所得到的電致發(fā)熱復(fù)合膜具有質(zhì)量輕，柔性好，彈性高(伸長(zhǎng)率可達(dá)50%，在40%的伸長(zhǎng)下可反復(fù)拉伸10000次以上)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有良好的耐老化性和安全性，壽命長(zhǎng)。
[0025]2.本發(fā)明采用納米導(dǎo)電膜材料為浸漬有石墨稀顆粒的超薄(10μηι-50μηι)碳納米管膜材料，電導(dǎo)率可達(dá)1.5*105s/m，一方面其熱轉(zhuǎn)化率高，發(fā)熱穩(wěn)定均勻，安全可靠，節(jié)省能源;另一方面其柔韌輕薄，具有遠(yuǎn)紅外效應(yīng)，可用于理療保健。
[0026]3.本發(fā)明的電熱膜可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可選用彈性基體的種類和預(yù)拉伸程度對(duì)電熱復(fù)合膜的彈性進(jìn)行調(diào)控，也可以通過納米導(dǎo)電膜的裁剪和設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)熱性能進(jìn)行調(diào)控，從而滿足市場(chǎng)多種需求，適用范圍更為廣泛。
[0027]4.本發(fā)明的彈性附著基體、納米導(dǎo)電膜和電極緊密結(jié)合成為一體，可反復(fù)拉升10000次以上，有效防止電極開裂、老化、疲勞等問題。
[0028]5.本發(fā)明可應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的電熱產(chǎn)品開發(fā)，可作為登山服中的電熱材料應(yīng)用智能可穿戴領(lǐng)域，因該電熱膜可彎曲和折疊，也可作為管道伴熱應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域等，在智能可穿戴、管道伴熱、家用電器、電力電子、通信、能源、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0029]圖1為實(shí)施例1中的電致發(fā)熱復(fù)合膜側(cè)視圖；
[0030]圖2為實(shí)施例2中的電致發(fā)熱復(fù)合膜側(cè)視圖；
[0031]圖3為實(shí)施例3中的電致發(fā)熱復(fù)合膜側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0033]本發(fā)明中的伸長(zhǎng)率是指試樣伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與原來長(zhǎng)度的百分比。
[0034]實(shí)施例1:服裝內(nèi)襯彈性膜
[0035]如圖1所示，一種電致發(fā)熱復(fù)合膜，包括彈性膜I以及通過粘合劑2粘合于彈性膜I上側(cè)的柔性納米導(dǎo)電膜3，所述的柔性納米導(dǎo)電膜3的上側(cè)通過粘合劑2粘合另一彈性膜I。
[0036]上述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，具體步驟為:
[0037]步驟1:將碳納米管膜浸漬在石墨烯懸浮液中3h后，取出，在室溫下自然晾干，得到柔性納米導(dǎo)電膜，在柔性納米導(dǎo)電膜的兩端涂覆導(dǎo)電銀膠，將銅絲電極插入到導(dǎo)電銀膠內(nèi)，通過導(dǎo)電銀膠粘附銅絲電極；
[0038]所述的碳納米管膜選用尺寸為40*40mm2的碳納米管膜(中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所)，由多壁碳納米管制得，碳納米管直徑為10-50nm，膜厚度為ΙΟμπι，孔隙率為75%，拉伸強(qiáng)度為150MPa，電導(dǎo)率為104S/m。所述的石墨烯懸浮液的濃度為2mg/ml，浸漬時(shí)間3h，浸漬次數(shù)為I次。
[0039]步驟2:將彈性膜作為彈性附著基體，并對(duì)其兩端施加一定拉力，將其拉伸到50%的伸長(zhǎng)率后固定，在彈性附著基體的上表面涂覆一層液體彈性粘合劑；
[0040]步驟3:將柔性納米導(dǎo)電膜壓漬在上述的液體彈性粘合劑上，在柔性納米導(dǎo)電膜的上表面涂覆一層液體彈性粘合劑，將另一彈性膜貼附在該液體彈性粘合劑上，保持彈性附著基體的拉伸狀態(tài)，在100°C烘箱中烘35分鐘使粘合劑固化；
[0041 ]所述的步驟2和3中的彈性膜為PDMS膜，選用道康寧公司生產(chǎn)的SYLGARD 184型號(hào)的有機(jī)硅灌封膠(雙組分液體)，A組分為PDMS溶液，B組分為固化劑，按照A: B為1:1的比例進(jìn)行充分混合，得到混合液C，在100 °C烘箱中固化35分鐘，形成PDMS膜，厚度為0.5mm，將其裁剪成長(zhǎng)寬均為40mm的片層;所述的步驟2和3中的液體彈性粘合劑為PDMS粘合劑(即上述的混合液C)。
[0042]步驟4:釋放施加在彈性附著基體上的拉力，使其帶動(dòng)柔性納米導(dǎo)電膜回縮，即可制得電致發(fā)熱復(fù)合膜。
[0043]該電致發(fā)熱復(fù)合膜通過連接小型3.7V鋰離子電池(大佳滿益科技有限公司)以及溫控開關(guān)(江蘇潤(rùn)紅電熱儀表有限公司)，對(duì)該彈性電熱膜的測(cè)試顯示，4cmX4cm樣品的溫度可在5秒內(nèi)上升到40-51°C，可以調(diào)節(jié)溫控開關(guān)，使溫度維持在人體舒適溫度，因此該電致發(fā)熱復(fù)合膜可作為服裝內(nèi)襯膜材料使用，為寒冷條件下工作的人群提供保暖。
[0044]實(shí)施例2:供熱管道彈性保溫膜
[0045]如圖2所示，一種電致發(fā)熱復(fù)合膜，包括彈性膜I以及通過粘合劑2粘合于彈性膜I上側(cè)的柔性納米導(dǎo)電膜3，所述的柔性納米導(dǎo)電膜3的上側(cè)通過粘合劑2粘合另一彈性膜I。所述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的首尾兩端粘合成環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0046]上述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，具體步驟為:
[0047]步驟1:將碳納米管膜浸漬在石墨烯懸浮液中3h后，取出，在室溫下自然晾干，得到柔性納米導(dǎo)電膜；
[0048]所述的碳納米管膜同實(shí)施例1。所述的石墨烯懸浮液的濃度為2mg/ml，浸漬時(shí)間3h，浸漬次數(shù)為I次。
[0049]步驟2:將彈性膜作為彈性附著基體，并對(duì)其兩端施加一定拉力，將其拉伸到100 %的伸長(zhǎng)率后固定，在彈性附著基體的上表面涂覆一層液體彈性粘合劑；
[0050]步驟3:將柔性納米導(dǎo)電膜壓漬在上述的液體彈性粘合劑上，在柔性納米導(dǎo)電膜的兩端涂覆導(dǎo)電銀膠，將銅絲電極插入到導(dǎo)電銀膠內(nèi)，通過導(dǎo)電銀膠粘附銅絲電極，在柔性納米導(dǎo)電膜的上表面涂覆一層液體彈性粘合劑，將另一彈性膜貼附在該液體彈性粘合劑上，保持彈性附著基體的拉伸狀態(tài)，在60°C烘箱中烘12小時(shí)使粘合劑固化；
[0051]所述的步驟2和3中的彈性膜為聚氨酯膜，選用水性聚氨酯樹脂PU-3011(廣州冠志新材料科技有限公司研發(fā)生產(chǎn))在60°C固化12個(gè)小時(shí)得到聚氨酯膜，其厚度為0.4mm，裁剪成320*2mm2的片層;所述的步驟2和3中的液體彈性粘合劑為水性聚氨酯樹脂PU-3011;所述的步驟2和3中的導(dǎo)電銀膠(東莞市創(chuàng)成膠粘制品有限公司)方阻<0.1onmS/Sq。
[0052]步驟4:釋放施加在彈性附著基體上的拉力，使其帶動(dòng)柔性納米導(dǎo)電膜回縮，即可制得電致發(fā)熱復(fù)合膜。將上述電致發(fā)熱復(fù)合膜的首尾兩端用液態(tài)的水性聚氨酯樹脂PU-3011粘合后，在60攝氏度烘箱中固化12個(gè)小時(shí)成環(huán)形，如圖2所示。
[0053]本實(shí)施例的聚氨酯膜成本低、無公害、易處理、粘合效果好，耐腐蝕性強(qiáng)，設(shè)計(jì)成環(huán)形結(jié)構(gòu)，可包裹在管道外圍，因此可用于供熱管道的保溫加熱，減少供熱介質(zhì)在輸送過程中的熱量損失，節(jié)約燃料，保證供熱質(zhì)量，以滿足用戶的需要。
[0054]實(shí)施例3:衛(wèi)浴鏡子防霧膜
[0055]如圖3所示，一種電致發(fā)熱復(fù)合膜，包括彈性膜I以及通過粘合劑2粘合于彈性膜I上側(cè)的柔性納米導(dǎo)電膜3，所述的柔性納米導(dǎo)電膜3的上側(cè)通過粘合劑2粘合另一彈性膜I。
[0056]上述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，具體步驟為:
[0057]步驟1:將碳納米管膜浸漬在石墨烯懸浮液中3h后，取出，在室溫下自然晾干，得到柔性納米導(dǎo)電膜；
[0058]所述的碳納米管膜選用尺寸為的碳納米管膜(中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所)，由多壁碳納米管制得，碳納米管直徑為10-50nm，膜厚度為20μπι，孔隙率為75%，拉伸強(qiáng)度為150MPa，電導(dǎo)率為1.5*105s/m。所述的石墨烯懸浮液的濃度為2mg/ml，浸漬時(shí)間3h，浸漬次數(shù)為I次。
[0059]步驟2:將彈性膜作為彈性附著基體，并對(duì)其兩端施加一定拉力，將其拉伸到50%的伸長(zhǎng)率后固定，在彈性附著基體的上表面涂覆一層液體彈性粘合劑；
[0060]步驟3:將7片柔性納米導(dǎo)電膜間隔為2mm平行排列并壓漬在上述的液體彈性粘合劑上，在柔性納米導(dǎo)電膜的兩端涂覆導(dǎo)電銀膠，將銅絲電極插入到導(dǎo)電銀膠內(nèi)，通過導(dǎo)電銀膠粘附銅絲電極，在柔性納米導(dǎo)電膜的上表面涂覆一層液體彈性粘合劑，將另一彈性膜貼附在該液體彈性粘合劑上，保持彈性附著基體的拉伸狀態(tài)，在100°c烘箱中烘35分鐘使粘合劑固化；
[0061 ]所述的步驟2和3中的彈性膜為PDMS膜，選用道康寧公司生產(chǎn)的SYLGARD 184型號(hào)的有機(jī)硅灌封膠(雙組分液體)，A組分為PDMS溶液，B組分為固化劑，按照A: B為1:1的比例進(jìn)行充分混合，得到混合液C，在100 °C烘箱中固化35分鐘，形成PDMS膜，厚度為0.5mm，將其裁剪成lm* Im的片層;所述的步驟2和3中的液體彈性粘合劑為PDMS粘合劑(即上述的混合液C);所述的步驟3中的導(dǎo)電銀膠(東莞市創(chuàng)成膠粘制品有限公司)方阻<0.1onmS/Sq。
[0062]步驟4:釋放施加在彈性附著基體上的拉力，使其帶動(dòng)柔性納米導(dǎo)電膜回縮，即可制得電致發(fā)熱復(fù)合膜。
[0063]本實(shí)施例制得的電致發(fā)熱膜在100%的伸長(zhǎng)應(yīng)變下電阻變化率在I%以內(nèi)，在1.5V電壓下，通電I分鐘，該發(fā)熱膜的溫度即可達(dá)到20攝氏度，從而達(dá)到消除水霧的目的。
[0064]PDMS膜的一面通過玻璃粘合劑(深圳市奧斯邦有限公司)與玻璃粘合可作為衛(wèi)浴鏡子防霧膜使用。該防霧膜外層PDMS膜，具有疏水性，耐腐蝕，耐高溫，高透明等優(yōu)點(diǎn)，所選用的碳納米管膜與市場(chǎng)上電阻絲或者碳纖維等發(fā)熱材料相比，熱轉(zhuǎn)化效率高，發(fā)熱穩(wěn)定均勻，不易折斷，安全可靠。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電致發(fā)熱復(fù)合膜，其特征在于，包括彈性膜以及粘合于彈性膜上側(cè)的柔性納米導(dǎo)電膜。2.如權(quán)利要求1所述的電致發(fā)熱復(fù)合膜，其特征在于，所述的柔性納米導(dǎo)電膜的上側(cè)粘合另一彈性膜。3.權(quán)利要求1或2所述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，包括: 步驟1:將碳納米管膜浸漬在石墨烯懸浮液中一段時(shí)間后，取出，在室溫下自然晾干，得到柔性納米導(dǎo)電膜； 步驟2:將彈性膜作為彈性附著基體，并對(duì)其兩端施加一定拉力，將其拉伸到一定伸長(zhǎng)率后固定，在彈性附著基體的上表面涂覆一層液體彈性粘合劑； 步驟3:將柔性納米導(dǎo)電膜壓漬在上述的液體彈性粘合劑上，在一定的條件下使粘合劑固化； 步驟4:釋放施加在彈性附著基體上的拉力，使其帶動(dòng)柔性納米導(dǎo)電膜回縮，即可制得電致發(fā)熱復(fù)合膜。4.如權(quán)利要求3所述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中，在“使粘合劑固化”之前，先在柔性納米導(dǎo)電膜的上表面涂覆一層液體彈性粘合劑，將另一彈性膜貼附在該液體彈性粘合劑上。5.如權(quán)利要求3所述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟I中還包括在柔性納米導(dǎo)電膜的端部通過導(dǎo)電銀膠粘附電極，或者，所述的步驟3中，將柔性納米導(dǎo)電膜壓漬在上述的液體彈性粘合劑上后，在柔性納米導(dǎo)電膜的端部通過導(dǎo)電銀膠粘附電極。6.如權(quán)利要求3所述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，所述的碳納米管膜由單壁或多壁碳納米管制得，碳納米管直徑為lOnm-lOOnm，膜厚度為10μπι-50μπι，孔隙率為35%-75%，拉伸強(qiáng)度為 100MPa-500MPa，電導(dǎo)率為 104-105S/m。7.如權(quán)利要求3所述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，所述的石墨烯懸浮液的濃度為lmg/ml-50mg/ml，浸漬時(shí)間I_5h，浸漬次數(shù)為I_3次。8.如權(quán)利要求3所述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，所述的彈性膜為聚二甲基硅氧烷薄膜、丙烯酸薄膜、聚氨酯薄膜或高彈橡膠薄膜。9.如權(quán)利要求3所述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，所述的液體彈性粘合劑為聚二甲基硅氧烷、聚氨酯和丙烯酸粘合劑中的至少一種。10.如權(quán)利要求3所述的電致發(fā)熱復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟2中的伸長(zhǎng)率為為50%-100%。
【文檔編號(hào)】B32B33/00GK106003889SQ201610353437
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】許福軍, 謝惺, 高揚(yáng)
【申請(qǐng)人】東華大學(xué)