[发明专利]平面高分子复合材料发热片及其发热基材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种平面高分子复合材料发热片及其发热基材的制备方法，属于具有正温度系数特征的自控温发热体作为供暖材料。

背景技术

近年来国内采用具有正温度系数特征的自控温发热体作为供暖材料，已非常普及，其主要形式以发热电缆一类非平面发热体为主。采用平面发热体的供暖材料主要以导电油墨和碳纤维为发热基材，但都不具有正温度系数特征。具有正温度系数特征的自控温平面发热体之所以稀少，其主要原因在于，面状聚合物复合材料，其导电通路是由分子链缠绕的碳链构成，当对两电极间施加电压V时，两电极之间电流通过的区间处于一组串联电路下，电流通过具有电阻率正温度系数特征的平面复合材料时，随温度上升同时电阻增大，电流减少，但是由碳链组成各种电路其电阻率不同，在串联电路中电阻大的位置电压分配高，而电流相同的条件下，电阻大的位置热输出功率就大，升温就快，由于正温度系数特征的聚合物复合材料的电阻率对温度有高度依赖性，升温越快的位置，电压叠加的越高，当局部热输出功率集结到温度接近基体熔点温度时，就形成为热崩溃。

现有的解决方法，大都从复合材料本身对热冲击抵抗能力进行改进，一种是在原料中添加相应的助剂对复合材料进行改性，提高材料抗热冲击能力。另一种是提高复合材料交联度的凝胶率，用提高材料的稳定性，舒缓热冲击强度。

现有技术方案的不足之处在于：对材料基体的改性和交联度提高，增强材料的抗热冲击能力，但不能避免和控制因局部电阻增大的不均匀性，引起电压的集中冲击，导致热输出集结形成热崩溃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平面高分子复合材料发热片及其发热基材的制备方法，可防止局部过热，避免受到热冲击的平面发热片。

本发明所述的平面高分子复合材料发热片，包括发热基材、电极、辅助电极和保护绝缘层，其中发热基材采用呈正温度系数特征的材料制成片状矩形，在其两侧分别设置相互平行的正负电极，且该正负电极通过电线连接电源，在覆盖了平行正负电极的发热基材区间再覆盖两条或两条以上的辅助电极，该等辅助电极平行于正负电极并且等分正负电极间的区域。在设有N条辅助电极，且正负电极间施加电压V时，等分区域间电压等于或接近V/N。所述的保护绝缘层包覆在具有电极和辅助电极的发热基材的外层。

在本发明所述的平面高分子复合材料发热片的正负电极间施加电压时，有电流通过发热基材，同时电阻增大，该特征要符合电阻率正温度系数变化参数范围。

正负电极间的电气回路应视为整体的串联电路，被等分的多个区间形成多个串联电路中的串联电路，将总电压等分为若干均等的低电压可以充分限制电压冲击强度，同时也限制了电压转移速度，缩小了的区域的跨度，缩小散热不均匀性的范围，使升温状态处于基材软化点与熔融点之间，避免堆积温度升入基材的熔融点。通过上述措施的矩形发热片，在通电加热时发热平面多点经测试其温差不超过10％。

所述保护绝缘层可以采用聚对苯二钾基乙二醇脂/聚乙烯复合薄膜，复合薄膜的聚乙烯面与具有电极和辅助电极的发热基材贴合，经双辊高温复合机于100-110℃滚压复合。经过包裹保护绝缘层的平面高分子复合材料发热片具有电绝缘性能。

所述保护绝缘层有一个平面以铝箔/聚对苯二钾基乙二醇脂/聚乙烯复合薄膜，复合薄膜的聚乙烯面与具有电极和辅助电极的发热基材表面贴合，经双辊高温复合机于100-110℃滚压复合。经过包裹保护绝缘层的平面高分子复合材料发热片具有电绝缘性能。同时，在保护绝缘层外层贴合的铝箔可以在发热片受到点状热冲击时及时分散聚集在一起的热量。配合辅助电极分散点状集热，而辅助电极分散局部集热，以上组合构成发热片的均衡散热装置。可以克服电阻率正温度系数特征中因电阻率变化不一致产生的热冲击弊病。

本发明所述的发热基材的制备方法如正：

1、发热基材由下列重量份原料制成：

低密度直锁聚乙烯        35-40份

茂金属聚乙烯            25-35份

导电碳黑                25-35份

抗氧剂                  1-2份

复合型纳米极氧化钛      1-2份

2、采用上述比例配置的原料，由双辊混炼机混炼后粉碎，经单螺杆挤出机挤出造粒，制成混合母粒。

3、上述混合母粒，再经双螺杆挤出机于160-180℃状态下混熔、分散、塑化。

4、直接进入单螺杆挤出机，于150-170℃状态下经片材成型模具挤出，模口挤出温度确保155-163℃之间。

5、挤出的片材经三辊压光机定型为片材。