專利名稱：具有撓性及恒溫特性的復(fù)合型導(dǎo)電高分子電發(fā)熱體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電發(fā)熱體材料及結(jié)構(gòu)技術(shù)，涉及用復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料作具有恒溫及柔性特性的電發(fā)熱體的結(jié)構(gòu)及制造工藝。
電加熱技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V，能作為電熱材料的有金屬、合金及金屬化合物電熱材料和非金屬電熱材料，目前使用的上述電熱材料除PTC陶瓷能制成恒溫發(fā)熱體外，其余材料均不具有恒溫特性，以上材料均沒有撓性，要制造大面積和任意形狀的兼具有恒溫、柔性的電發(fā)熱體是困難的。美國專利US4247756提出一種由上下橡膠層和中間的碳黑導(dǎo)電橡膠發(fā)熱單元層一起硫化構(gòu)成的發(fā)熱地板的技術(shù)方案，其橡膠導(dǎo)電發(fā)熱單元具有一定的柔性，但由于材料配方構(gòu)成的原因，不具有恒溫特性，因而該發(fā)熱地板需要另裝溫控器，才能使發(fā)熱地板具有恒溫功能。
本發(fā)明的目的是提出一種自身具有恒溫特性和撓性的復(fù)合型導(dǎo)電高分子(或稱高分子復(fù)合體)材料構(gòu)成的新型電發(fā)熱體，使其直接應(yīng)用于各種恒溫電熱器具時(shí)可以去除或簡化專用的自動控溫設(shè)備。
本發(fā)明采用下列技術(shù)方案電發(fā)熱體根據(jù)應(yīng)用對象的需要可制成板狀或膜狀或塊狀，形成恒溫電熱板、恒溫電熱膜或恒溫電熱塊，其中的發(fā)熱電阻層封接有導(dǎo)電電極，電發(fā)熱體可復(fù)蓋絕緣外層，也可不復(fù)蓋絕緣外層，一般當(dāng)供電電壓在50V以上時(shí)復(fù)蓋絕緣外層，50V以下時(shí)可不復(fù)蓋絕緣外層，發(fā)熱電阻層采用復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料(或稱高分子復(fù)合體)，該材料以高聚物為基體，內(nèi)含導(dǎo)電填充劑，其成分構(gòu)成比例是導(dǎo)電填充劑占高聚物基體材料的15%-60%(重量百分比)。將上述高聚物基體材料和導(dǎo)電填充劑配以適當(dāng)助劑，或(和)偶聯(lián)劑經(jīng)混煉、壓型、成型、硫化(或固化)即形成所需的具有撓性和恒溫特性的復(fù)合型高分子電阻層。
上述復(fù)合型高分子材料的配方范圍是決定材料機(jī)械性能和電性能的關(guān)鍵，當(dāng)導(dǎo)電填充劑的含量小于高聚物基體材料的15%(重量百分比)時(shí)，高分子復(fù)合體的電阻率過高，因而功率也太低，當(dāng)導(dǎo)電填充劑含量大于高聚物材料60%(重量百分比)時(shí)，高分子復(fù)合體電阻率太低，而且材料恒溫特性消失，機(jī)械強(qiáng)度降低。實(shí)際使用時(shí)以導(dǎo)電填充劑的含量占高聚物基體材料的20%-50%時(shí)，所獲得的高分子復(fù)合體的機(jī)械和電性能最為適宜。
在本發(fā)明的高分子復(fù)合體材料配方中加入適量的低分子有機(jī)物增塑劑，可使材料獲得更為明顯的恒溫特性，一般低分子有機(jī)物的用量占高聚物基體的2-20%，而以6-12%(均為重量百分比)最優(yōu)。所用的低分子有機(jī)物可是石油系增塑劑，如機(jī)油、錠子油、變壓器油、柴油、重油、煉油廠的分鎦油、瀝青、石蠟、石油樹脂、工業(yè)脂等，也可是煤焦油系增塑劑，如煤焦油、古馬隆樹脂等;也可是松油系增塑劑，如松焦油、松香、歧化松香等，也可是脂肪油系增塑劑如油膏、甘油、各種動植物油及其改性產(chǎn)物、硬脂酸、油酸等;也可是合成增塑劑如各種合成脂。
本發(fā)明所用的高聚物基體材料可采用橡膠、或橡膠的化學(xué)改性物，也可是橡膠與塑料的共混物或熱塑彈性體，所說的橡膠材料可為合成橡膠或(和)天然橡膠或(和)再生膠，也可為橡膠(包括合成橡膠、天然橡膠、再生膠。下同)的化學(xué)改性物，也可是橡膠或(和)橡膠的化學(xué)改性物與塑料(包括樹脂。下同)等聚合物的共混物或熱膜彈性體。所說的化學(xué)改性包括氯磺化、鹵化、硝化、接枝等。
上述所說的制造復(fù)合型高分子電發(fā)熱體的高聚物基體的橡膠材料可為固體橡膠或液體橡膠或橡膠類似物，尤其是合成膠或其膠乳，特別是氯丁膠、氯丁膠乳、氯丁膠漿、硅橡膠或液體硅橡膠。
本發(fā)明所采用的導(dǎo)電填充劑可是粒度為100目-500目的導(dǎo)電粒子或(和)長度為0.2-10mm，直徑為5-200μm，長徑比在80以下的導(dǎo)電纖維，所說的導(dǎo)電粒子材料可為碳黑、合成石墨、天然石墨、改性石墨、金屬粉、合金粉、金屬復(fù)合物粉、金屬與非金屬復(fù)合物粉、金屬與化合物復(fù)合物粉、非金屬化合物粉、有機(jī)金屬化合物粉中的單一種或多種導(dǎo)電粒子的混合物，所說的導(dǎo)電纖維可為碳纖維、石墨纖維、金屬纖維、合金纖維中的單一種或多種導(dǎo)電纖維的混合物。上述所說的金屬粉、金屬纖維可是銀粉、鎳粉、銅粉及其纖維絲，所說的合金粉、合金纖維可是鎳基、銅基、鐵基合金粉及其纖維絲;所說的金屬復(fù)合物粉可是鎳包鋁粉;所說的金屬與非金屬復(fù)合物粉可是鎳包石墨粉;所說的金屬與化合物復(fù)合物粉可是鎳包氧化鋁粉、鎳包硅藻土粉、鎳包氧化鋯粉、鎳包碳化鎢粉、鎳包氟化鈣粉、鎳包二硫化鉬粉;所說的非金屬化合物粉可是重?fù)桨雽?dǎo)體硅粉、碳化硅粉;所說的金屬化合物粉可是碳化鎢粉;所說的有機(jī)金屬化合物粉可是羰基鎳粉。
本發(fā)明的高分子復(fù)合體可采用各種常規(guī)方法制造，常用的方法有(1)將橡膠塑煉后或橡膠與塑料共混后，混入導(dǎo)電填充劑、低分子有機(jī)物增塑劑和其他適當(dāng)?shù)闹鷦?，混煉后壓延或壓出、成型、硫?(2)將橡膠塑煉后或橡膠與塑料共混后，混入導(dǎo)電填充劑，低分子有機(jī)物增塑劑和其他助劑，混煉后出片，再用溶劑打膠漿，然后澆鑄成型，或刮漿、或刷漿、或噴涂，待溶劑揮發(fā)后硫化;(3)液態(tài)橡膠加入各類助劑、導(dǎo)電填充劑，混合均勻后澆鑄成型，或刮涂、或噴涂或刷涂后固化而成。上述三種制法都可在橡膠混煉時(shí)加入導(dǎo)電填充劑，低分子有機(jī)物增塑劑和各種助劑的同時(shí)加入偶聯(lián)劑，或者將導(dǎo)電填充劑先用偶聯(lián)劑進(jìn)行預(yù)處理，再混到橡膠或橡塑共混物基體中。
在高分子復(fù)合體制造過程中所用的助劑是一般橡膠和塑料工業(yè)中常規(guī)采用的硫化劑、硫化促進(jìn)劑、硫化促進(jìn)助劑、軟化分散劑、補(bǔ)強(qiáng)填充劑、防老劑、抗氧劑、穩(wěn)定劑、擴(kuò)鏈劑等，偶聯(lián)劑也為工業(yè)常規(guī)所用的偶聯(lián)劑。各種助劑和偶聯(lián)劑的用量可按工業(yè)常規(guī)用量加入。
本發(fā)明的電發(fā)熱體的電阻層可以作成一層或多層，多層電阻層的層間應(yīng)有絕緣層。其導(dǎo)電電極可以這樣封接在電阻層上，一是在電發(fā)熱體制造中當(dāng)高分子復(fù)合體電阻層固化前粘貼在其中，一是在高分子復(fù)合體電阻層固化后用導(dǎo)電粘合劑將電極粘在其上。所用的電極可以采用導(dǎo)電金屬片或金屬線或金屬網(wǎng)。
本發(fā)明為加強(qiáng)所制成的電發(fā)熱體的強(qiáng)度，可以在電發(fā)熱體的表面或內(nèi)部設(shè)置骨架層，所說的骨架層可由纖維或纖維織物構(gòu)成，其纖維或纖維織物包括天然纖維及其織物，化學(xué)纖維及其織物。
電發(fā)熱體的絕緣層(包括外絕緣層、多層電阻層的層間絕緣層)可以采用橡膠絕緣層，也可以用橡塑并用絕緣層，也可以用熱塑彈性體絕緣層，也可以用塑料絕緣層。所說的絕緣層可以和電阻層一起硫化或固化而成一整體。
應(yīng)用本發(fā)明制造的電發(fā)熱體的優(yōu)點(diǎn)是明顯的，不但材料本身具有優(yōu)良的曲撓性能而且在使用過程中本身具有恒溫特性，整機(jī)不必另加控溫器，這就大大簡化了整機(jī)的結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明提供的范圍內(nèi)根據(jù)高分子材料基體，導(dǎo)電填充劑，低分子有機(jī)物增塑劑的種類，用量的配方以及電發(fā)熱體的厚度，面積設(shè)計(jì)，可以形成所需的電功率和恒溫點(diǎn)等電性能和機(jī)械性能，本發(fā)明的電發(fā)熱體還具有易于加工成型，可制成大面積和任意形狀，傳熱效果好、重量輕、耐腐蝕、成本低等優(yōu)良的綜合性能。
本發(fā)明可以在各種恒溫電熱器具中廣泛使用，包括在家用的恒溫保暖箱，恒溫保暖的電熱服裝、電熱鞋、電熱帽、電熱床墊、動植物(包括嬰兒)的恒溫保育箱、理療用恒溫電熱器、電熱驅(qū)蚊器等應(yīng)用，還可做為防霧鏡、防霧玻璃等的恒溫電熱器件。


圖1至圖4為四種電發(fā)熱體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中(1)為復(fù)合型高分子電阻層，(2)為電極，(3)為骨架層，(4)為絕緣層。
以下是本發(fā)明的幾個(gè)高分子復(fù)合體的構(gòu)成配方實(shí)施例(各成分均以重量份計(jì)算)實(shí)施例一氯丁橡膠(通用型) 100份碳黑 40-60份硬脂酸(分散劑) 2份石蠟(增塑劑) 2-12份氧化鋅(硫化劑) 5份輕質(zhì)氧化鎂(硫化劑) 4份實(shí)施例二氯丁橡膠(通用型) 100份銅纖維 15-40份硬脂酸(分散劑) 2份石蠟(增塑劑) 2-12份氧化鋅(硫化劑) 5份輕質(zhì)氧化鎂(硫化劑) 4份實(shí)施例三硅橡膠 100份羰基鎳粉 50份DCP偶聯(lián)劑 10-20份實(shí)施例四氯丁膠漿(自然硫化) 100份鎳包氧化鋯粉 40-60份實(shí)施例五順丁膠 80份天然膠 20份聚氯乙烯 30份碳黑 50-75份硬脂酸(增塑劑) 2份石蠟(增塑劑) 10份DCP偶聯(lián)劑 0.5份硫(硫化劑) 2份促進(jìn)劑CE 1.5份氧化鋅(促進(jìn)助劑) 5份硬脂酸欽(穩(wěn)定劑) 0.36份硬脂酸鎘(穩(wěn)定劑) 0.24份實(shí)施例六羥端基聚丁二烯(液態(tài)膠) 100份石墨 40-50份碳黑 5-10份TDI(2.4甲苯二異腈酸酯)(偶聯(lián)劑) 16.8份辛酸亞錫(偶聯(lián)劑) 0.5份抗氧劑 1份擴(kuò)鏈劑N，N′-＝(2-羥基丙基)苯胺 18.4份
權(quán)利要求
1.一種電發(fā)熱體，可為板狀或膜狀或塊狀，具有一層或多層封接有電極的電阻層，多層電阻層的層間隔有絕緣層，電發(fā)熱體復(fù)蓋有絕緣外層，也可不復(fù)蓋絕緣層，其特征在于電阻層是由以高聚物為基體，內(nèi)含導(dǎo)電填充劑的復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料構(gòu)成，導(dǎo)電填充劑含量占高聚物基體材料的15%-60%(重量百分比)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于復(fù)合型導(dǎo)電高分子是高聚物基體和導(dǎo)電填充劑配以助劑或(和)偶聯(lián)劑經(jīng)混煉、壓型、成型、硫化(或固化)而成。
3.按權(quán)利要求1或2所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說的高聚物基體中還加有低分子有機(jī)物增塑劑，低分子有機(jī)物增塑劑含量占高聚物基體材料的2-20%(重量百分比)。
4.按權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說的高聚物基體材料可是橡膠或橡膠的化學(xué)改性物或再生膠，也可是橡膠和塑料共混物或熱塑彈性體。
5.按權(quán)利要求1或2所述的電發(fā)熱體，其特征是制造復(fù)合型高分子電發(fā)熱體的高聚物基體材料可為固體橡膠或液體橡膠或橡膠類似物，尤其是合成膠或其膠乳，特別是氯丁膠、氯丁膠乳、氯丁膠漿、硅橡膠或液體硅橡膠。
6.按權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說的導(dǎo)電填充劑可是粒度為100目-500目的導(dǎo)電粒子或(和)長度為0.2-10mm，直徑為5-200μm，長徑比在80以下的導(dǎo)電纖維，所說的導(dǎo)電粒子材料可為碳黑、合成石墨、天然石墨、改性石墨、金屬粉、合金粉、金屬復(fù)合物粉、金屬與非金屬復(fù)合物粉、金屬與化合物復(fù)合物粉、非金屬化合物粉、有機(jī)金屬化合物粉中的單一種或多種導(dǎo)電粒子的混合物，所說的導(dǎo)電纖維可為碳纖維、石墨纖維、金屬纖維、合金纖維中的單一種或多種導(dǎo)電纖維的混合物。
7.按權(quán)利要求6所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說的導(dǎo)電粒子和導(dǎo)電纖維材料可為銀粉、鎳粉、銅粉及其纖維絲、鎳基、銅基、鐵基合金粉及其纖維絲、羰基鎳粉、鎳包鋁粉、鎳包石墨粉、鎳包氧化鋁粉、鎳包硅藻土粉、鎳包氧化鋯粉、鎳包碳化鎢粉、鎳包氟化鈣粉、鎳包二硫化鉬粉、重?fù)桨雽?dǎo)體硅粉、碳化硅粉、碳化鎢粉。
8.按權(quán)利要求3所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說的低分子有機(jī)物增塑劑可為石油系增塑劑，可為煤焦油系增塑劑，可為松油系增塑劑，可為脂肪油系增塑劑，也可為合成酯增塑劑。
9.按權(quán)利要求8所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說的低分子有機(jī)物增塑劑可為機(jī)油、錠子油、變壓器油、柴油、重油、煉油廠的分鎦油、瀝青、石蠟、石油樹脂、工業(yè)脂、煤焦油、古馬隆樹脂、松焦油、松香、歧化松香、油膏、甘油、硬脂酸、油酸、合成酯。
10.按權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說的絕緣層可為橡膠或橡膠改性物或塑料，也可為橡塑共混物或熱塑彈性體。
11.按權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于該發(fā)熱體的表面或內(nèi)部可設(shè)置纖維或纖維織物骨架層。
全文摘要
一種具有撓性及恒溫特性的復(fù)合型導(dǎo)電高分子電發(fā)熱體，該電發(fā)熱體采用一種復(fù)合型高分子材料作電阻層，根據(jù)需要可在電阻層下上覆蓋絕緣層，在發(fā)熱體的表面或內(nèi)部加骨架層。本發(fā)明的電阻層材料主要是以高聚物基體材料加15％-60％的導(dǎo)電填充劑經(jīng)硫化(或固化)而形成，制成的恒溫電熱板，恒溫電熱膜，恒溫電熱塊用于各種恒溫電熱電器時(shí)，可去除或簡化專用的自動控溫設(shè)備，并具有易加工成型，可制成大面積和任意形狀，傳熱效果好，重量輕、成本低等優(yōu)良的綜合性能。
文檔編號H05B3/10GK1056393SQ9010275
公開日1991年11月20日 申請日期1990年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月8日
發(fā)明者霍玉云, 曾憲富 申請人:廣州市華遠(yuǎn)電熱電器廠