一种具有稳定电阻的发热瓷砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及发热瓷砖技术领域，尤其涉及一种具有稳定电阻的发热瓷砖及其制备方法。

背景技术

发热瓷砖是指通过外部热源对瓷砖本体进行加热而本体对与之接触的外部环境传递热量从而达到空间供暖的功能性瓷砖。目前的发热瓷砖一般由以下结构组成：瓷砖基体层、带绝缘封装的发热材料及保温隔热层，发热层紧贴瓷砖背面，产生的热量直接传递到瓷砖本体，绝缘层则确保了瓷砖在通电使用过程中的安全性，保温板可以避免热量的损失。

在制备新型发热瓷砖时，考虑成本和发热面积的问题，研究出了在凹槽内印刷电阻浆料，固化后形成电阻条，从而实现瓷砖发热的方案。但上述方案在实际生产时，尽管能保证压制时所用模具的凹槽尺寸保持一致，但不同组分或不同配比的瓷砖，会存在烧成后体积变化不一致的问题，导致压制后形成的挤压凹槽尺寸也并不一致，不同尺寸大小的挤压凹槽内部容积并不一致，从而丝网印刷的电阻浆料宽度和厚度无法控制在确定范围内，制备的发热瓷砖电阻并不稳定，发热效果也无法保持在恒定范围。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种具有稳定电阻的发热瓷砖及其制备方法，旨在改善现有的不同批次发热瓷砖印刷的电阻浆料宽度和厚度无法控制在既定范围内，发热瓷砖电阻不稳定的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种具有稳定电阻的发热瓷砖的制备工艺，包括如下步骤：

S1.将瓷砖坯体在带凹槽的模具上压制成型，烧成后得到具有挤压凹槽的陶瓷基板；

S2.探测器检测挤压凹槽的宽度；

S21.若挤压凹槽的宽度与额定宽度的差值>0.4，将陶瓷基板分选出，控制器控制注胶头在挤压凹槽的侧壁涂刷填充剂直至达到额定宽度，执行步骤S3；

S22.若挤压凹槽的宽度与额定宽度的差值≤0.4，执行步骤S4；

S3.于120～150℃下第一次干燥15-30min，于280～325℃下第二次干燥10-30min，执行步骤S4；

S4.在挤压凹槽内印刷导电电阻浆料，预热30-35min，预热温度为180-200℃，预热后固化25-30min，固化温度为250-280℃；

S5.在印刷有导电电阻浆料的陶瓷基板表面施加绝缘层；

S6.将保温板与执行步骤S5后的陶瓷基板压合，得到所述具有稳定电阻的发热瓷砖。

首先，通过模具在陶瓷基板压制成型时在其背面压制出若干条平行且宽度的挤压凹槽，之后按照瓷砖的常规制造工艺烧成。烧成后陶瓷基板会产生收缩，陶瓷基板的未设置挤压凹槽的部分会由于收缩的缘故，导致挤压凹槽向两侧扩张，因此挤压凹槽较初始尺寸变大，甚至部分凹槽的内部存在略微不平整的现象，因此，本方案先通过探测器检测挤压凹槽的变形程度，当烧成后挤压凹槽变化过大，即宽度大于额定宽度时，通过控制器控制注胶头沿挤压凹槽的内壁向其内部涂刷填充剂，填充剂直接涂覆在挤压凹槽的任一内壁或者底部即可，填充剂可为聚四氟乙烯，起到隔热效果的同时也可以提高发热效率，涂刷的填充剂将挤压凹槽填充至额定宽度，如此，可保证每一批次的挤压凹槽保持在额定尺寸，由于挤压凹槽内充满导电电阻浆料，因此不同批次的导电电阻浆料的印刷尺寸也保持恒定，从而每一批次的电阻都保持在稳定的范围内，发热效果较为稳定；待填充完毕后进行两次干燥以保证填充剂较好的固化效果。本方案中导电电阻浆料的印刷长度通常为300-1000mm，0.4mm左右的改变对于长度来说整体影响较小，对电阻的影响可忽略不计；不限定深度则是由于凹槽的深度较大，比导电电阻浆料的印刷厚度要大，0.4mm左右的深度改变不会对印刷厚度造成影响，从而对电阻值也不会造成影响。

探测器可为雷达探测器、红外线探测器或超声波探测器，可检测出毫米级以下的距离和间隔即可。控制器可为PLC控制器等。

制备好导电电阻浆料后，通过丝网印刷将导电电阻浆料印满挤压凹槽内部，先经过预烧，再经过固化，以确保导电电子浆料稳定附着在陶瓷基板上，并且导电电阻浆料中的有机组分彻底挥发，电阻趋于稳定，此时导电电阻浆料径固化后形成电阻发热条。绝缘层的设置可防止导电电阻浆料与外界的直接接触，避免水汽和其他污染物对瓷砖的发热效果造成影响，最后在陶瓷基板最底层再设置聚氨酯保温板，使瓷砖可维持较久的发热效果，保温板和瓷砖需要经过压合，以保证两者的稳固连接，压合后即得到具有稳定电阻的发热瓷砖。

优选地，所述步骤S2中，额定宽度为5-15mm；填充剂为聚四氟乙烯。额定宽度限定在上述范围时，可以保证导电电阻浆料的尺寸在适宜范围内，电阻较小，发热功率较大，此时发热瓷砖的发热效果最佳。

优选地，保温板上设有与挤压凹槽一一对应的凹陷部，凹陷部的深度为0.2-0.4mm。凹陷部的设置，可以改善发热瓷砖的保温效果。此处的一一对应，指凹陷部正好位于挤压凹槽竖向延长线的所在范围内，在该区域内发热瓷砖的热量最大，设置在此处的凹陷部可使保温效果最佳。

优选地，所述步骤S2中，制备导电电阻浆料，包括如下步骤：S21.按重量百分比，将石墨烯2.0-5.0％、炭黑1.0-3.0％、镍2.0-5.0％、分散剂0.2-1.2％、粘结剂0.3-1.6％、助剂0.4-1.3％和水85-95％依次放入球磨设备中，球磨分散100-150min，得到导电电阻浆料。

本方案中的导电电阻浆料主要包括石墨烯、炭黑和镍，起到导电作用，而水的加入则是作为溶剂便于各个组分的分散，此外，导电电阻浆料中还额外添加有分散剂，用于进一步促进各个组分的均匀分散，粘结剂的加入则是为了保证导电电阻浆料稳定粘结在陶瓷基板上，将上述原料依次放入行星球磨罐中球磨分散100～150min，得到液质均一的导电电阻浆料即可进行丝网印刷。

优选地，所述分散剂为聚乙二醇、聚羧酸钠盐、聚丙烯酰胺或单硬脂酸甘油酯中的至少一种；所述粘结剂为钛酸脂，助剂为硅烷偶联剂，型号为KH-550、KH-792、KH-570、Si-69。

优选地，所述步骤S4后还包括如下步骤：S42.在固化后的导电电阻浆料两端印刷导电银浆层，于280-300℃下固化降温至常温后，在导电银浆层上方覆盖导电铜箔电极，导电铜箔电极与外界电源电性连接。通过导电电阻浆料、导电银浆层和导电铜箔电极的组合实现导电，发热效果稳定。导电铜箔电极与接线端子电性连接，并采用锡焊的方式固定，接线端子与外接电源电性连接。

优选地，导电银浆层的宽度为1-10mm，导电铜箔电极的宽度为10-30mm。发热均匀，效果更佳。

优选地，所述步骤S5中，在印刷有导电电阻浆料的陶瓷基板表面施加绝缘层，包括如下步骤：S51.在印刷有导电电阻浆料的陶瓷基板表面覆盖玻璃纤维网格布，再涂覆环氧树脂，使玻璃纤维网格布浸渍于环氧树脂中，再于120-150℃下固化25-40min，得到绝缘层。

在进行步骤S23后的陶瓷基板层背面再用1～2mm厚玻璃纤维网格布覆盖，玻璃纤维网格布主要以耐碱玻纤网布为主，它采用中无碱玻纤纱(主要成份是硅酸盐、化学稳定性好)经特殊的组织结构-纱罗组织绞织而成，后经抗碱液、增强剂等高温热定型处理，此处玻璃纤维网格布的尺寸规格与陶瓷基板层一致，裸漏出导电背栓螺丝，接线端子套在背栓螺丝上，再用塑料胶套把接线端子、导电背栓螺丝上的整个结构全部包裹起来，并用环氧树脂灌封，更为稳固、防水，有效地接通发热瓷砖电路，不会产生断线、漏电或接触不良的情况。之后在玻璃纤维网格布覆盖的地方涂覆绝缘环氧树脂，使玻璃纤维网格布完全润湿浸渍，于120～150℃下固化25～40min，得到绝缘层。

优选地，所述步骤S5后，还包括如下步骤：

S52.在绝缘层上贴覆铝箔玻璃纤维布，将地线与铝箔玻璃纤维布的铝箔层电性连接，得到接地层；

S53.在接地层上覆盖1-2mm的玻璃纤维网格布，并涂覆环氧树脂得到保护层；

S54.在保护层上涂覆环氧树脂，再贴覆铝箔玻璃纤维布，得到密封层。

在绝缘层上贴覆铝箔玻璃纤维布，铝箔玻璃纤维布是用玻璃纤维为基础原材料，与铝箔层叠粘合后形成的致密膜，复合后的铝箔所在的一侧表面光滑平整，本方案中铝箔玻璃纤维布的铝箔层朝上(此处指靠近绝缘层的一侧)，玻璃纤维层朝下，之后将地线接上铝箔层，得到接地层，此处检测地线可处于导通状态即可。接地层上需要设置保护层，以防止漏电，用1～2mm的厚玻璃纤维网格布继续覆盖接地层，并在玻璃纤维网格布覆盖的地方再涂覆绝缘灌封树脂，得到保护层。在得到保护层之后，用环氧绝缘树脂打底，再贴覆铝箔玻璃纤维布，此时铝箔层朝上(此处指靠近保护层的一侧)，玻纤层朝下，得到密封层；之后用瓷砖胶贴上聚氨酯保温板，聚氨酯保温板具有与挤压凹槽一一对应的凹陷部；将贴合后的陶瓷基板和聚氨酯保温板置于压合架上，于2吨压力下压合，使保温板与陶瓷基板紧密结合，在其他实施例中，压合的压力可为1吨，3吨或4吨等。压合后即得到具有稳定电阻的发热瓷砖，对具有稳定电阻的发热瓷砖的正反面进行清洁去污处理，得到成品。

本发明还提出一种发热瓷砖，由上述任一项所述的具有稳定电阻的发热瓷砖的制备方法所制得。参照上述实施例，由于发热瓷砖采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有效果，在此不再一一赘述。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1.将导电电阻浆料印刷在瓷砖基体背面的挤压凹槽内并固化作为发热源，发热层与瓷砖基体直接接触，中间没有厚膜或者绝缘橡胶层间隔，故传热效率高，且发热电阻浆料用量少，成本造价低。探测器实时检测挤压凹槽的尺寸，即宽度，当挤压凹槽的宽度与额定宽度的差值过大时，用填充剂将过大的挤压凹槽内部填充至与额定宽度一致，保证每一批次的挤压凹槽内部容积一致，从而导电电阻浆料的印刷尺寸可以保持恒定，电阻也可以保持在恒定的范围内，发热瓷砖的发热效果较为稳定。

2.采用玻璃纤维网格布加环氧树脂灌封作为绝缘层，树脂浸湿后的玻璃纤维网格布紧贴导电电阻浆料，树脂固化后形成密封性良好的绝缘层，绝缘的同时还具有一定的保温作用。采用具有凹陷部的聚氨酯保温板，保温板上特别设置了凹陷部，其与陶瓷基板的挤压凹槽一一对应，使保护板的凹陷部所在区域与下一层之间还隔着空气层，由于空气的热导率较小，减少了热量损失，进一步增强了保温板的保温效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请提供的具有稳定电阻的发热瓷砖的结构示意图；

图2为本申请提供的具有稳定电阻的发热瓷砖的剖面结构示意图；

图3为本申请提供的保温板的结构示意图。

附图中：1-陶瓷基板、11-挤压凹槽、2-导电电阻浆料、21-导电银浆层、22-导电铜箔电极、3-绝缘层、4-保温板、41-凹陷部、5-接地层、6-保护层、7-密封层。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

一种具有稳定电阻的发热瓷砖的制备方法，包括如下步骤：

S1.将瓷砖坯体在带凹槽的模具上压制成型，烧成后得到具有挤压凹槽11的陶瓷基板1；

S2.探测器检测挤压凹槽11的宽度；

S21.若挤压凹槽11的宽度与额定宽度的差值>0.4，将陶瓷基板1分选出，控制器(图中未示出)控制注胶头(图中未示出)在挤压凹槽11的侧壁涂刷填充剂直至达到额定宽度，执行步骤S3；

S22.若挤压凹槽11的宽度与额定宽度的差值≤0.4，执行步骤S4；额定宽度为5-15mm；

S3.于120～150℃下第一次干燥15-30min，于280～325℃下第二次干燥10-30min，执行步骤S4；

S4.在挤压凹槽11内印刷导电电阻浆料2，预热30-35min，预热温度为180-200℃，预热后固化25-30min，固化温度为250-280℃；在固化后的导电电阻浆料2两端印刷导电银浆层21，于280-300℃下固化降温至常温后，在导电银浆层21上方覆盖导电铜箔电极22，导电铜箔电极22与外界电源电性连接，导电银浆层21的宽度为1-10mm，导电铜箔电极22的宽度为10-30mm；

导电电阻浆料2的制备包括如下步骤：S41.按重量百分比，将石墨烯2.0-5.0％、炭黑1.0-3.0％、镍2.0-5.0％、分散剂0.2-1.2％、粘结剂0.3-1.6％、助剂0.4-1.3％和水85-95％依次放入球磨设备中，球磨分散100-150min，得到导电电阻浆料2；

所述分散剂为聚乙二醇、聚羧酸钠盐、聚丙烯酰胺或单硬脂酸甘油酯中的至少一种；所述粘结剂为钛酸脂，助剂为硅烷偶联剂，具体采用以下种类：KH-550、KH-792、KH-570、Si-69；

S51.在印刷有导电电阻浆料2的陶瓷基板1表面覆盖玻璃纤维网格布，再涂覆环氧树脂，使玻璃纤维网格布浸渍于环氧树脂中，再于120-150℃下固化25-40min，得到绝缘层；

S52.在绝缘层上贴覆铝箔玻璃纤维布，将地线与铝箔玻璃纤维布的铝箔层电性连接，得到接地层5；

S53.在接地层5上覆盖1-2mm的玻璃纤维网格布，并涂覆环氧树脂得到保护层6；

S54.在保护层6上涂覆环氧树脂，再贴覆铝箔玻璃纤维布，得到密封层7；

S6.将保温板4与执行步骤S54后的陶瓷基板1压合，得到所述具有稳定电阻的发热瓷砖；保温板上设有与挤压凹槽11一一对应的凹陷部41，凹陷部41的深度为0.2-0.4mm。

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种具有稳定电阻的发热瓷砖的制备方法，包括如下步骤：

S1.将瓷砖坯体在带凹槽的模具上压制成型，烧成后得到具有挤压凹槽1111的陶瓷基板1；

S2.探测器检测挤压凹槽11的宽度，挤压凹槽11的宽度(12.6mm)与额定宽度(12mm)的差值为0.6mm；将陶瓷基板1分选出，控制器控制注胶头在挤压凹槽11的侧壁涂刷填充剂直至达到额定宽度，执行步骤S3；

S3.于120℃下第一次干燥30min，于300℃下第二次干燥30min，执行步骤S4；

S4.在挤压凹槽11内印刷导电电阻浆料2，预热34min，预热温度为185℃，预热后固化28min，固化温度为270℃；在固化后的导电电阻浆料2两端印刷导电银浆层21，于300℃下固化降温至常温后，在导电银浆层21上方覆盖导电铜箔电极22，导电铜箔电极22与外界电源电性连接，导电银浆层21的宽度为8.5mm，导电铜箔电极22的宽度为22mm；

导电电阻浆料2的制备包括如下步骤：S41.按重量百分比，将石墨烯3％、炭黑1％、镍4％、聚羧酸钠盐分散剂0.8％、KH-550粘结剂1.2％和水90％依次放入球磨设备中，球磨分散135min，得到导电电阻浆料2；

S51.在印刷有导电电阻浆料2的陶瓷基板1表面覆盖玻璃纤维网格布，再涂覆环氧树脂，使玻璃纤维网格布浸渍于环氧树脂中，再于140℃下固化30min，得到绝缘层3；

S52.在绝缘层3上贴覆铝箔玻璃纤维布，将地线与铝箔玻璃纤维布的铝箔层电性连接，得到接地层5；

S53.在接地层5上覆盖2mm的玻璃纤维网格布，并涂覆环氧树脂得到保护层6；

S54.在保护层6上涂覆环氧树脂，再贴覆铝箔玻璃纤维布，得到密封层7；

S6.将保温板4与执行步骤S54后的陶瓷基板1压合，得到所述具有稳定电阻的发热瓷砖；保温板4上设有与挤压凹槽11一一对应的凹陷部41，凹陷部41的深度为0.4mm。

对比例1

本对比例的各项参数均与实施例1保持一致，区别仅在于：不执行步骤S2-S3，即不进行检测及涂刷填充剂步骤，此时的挤压凹槽11的宽度为12.6mm。

实施例2

本实施例的各项参数均与实施例1保持一致，区别仅在于：

S2.探测器检测挤压凹槽11的宽度，挤压凹槽11的宽度(12.2mm)与额定宽度(12mm)的差值为0.2mm，执行步骤S4；

将实施例1-2及对比例1进行性能测试，测试结果如下表：

表1性能测试结果

从表1的测试结果可以看出，本发明的具有稳定电阻的发热瓷砖具有较为稳定的电阻，在挤压凹槽的尺寸参数在限定范围内调整时，电阻值不会产生过大的变化。

实施例3

一种具有稳定电阻的发热瓷砖的制备方法，包括如下步骤：

S1.将瓷砖坯体在带凹槽的模具上压制成型，烧成后得到具有挤压凹槽11的陶瓷基板1；

S2.探测器检测挤压凹槽11的宽度，挤压凹槽11的宽度(12.5mm)与额定宽度(12mm)的差值为0.5mm；将陶瓷基板1分选出，控制器控制注胶头在挤压凹槽11的侧壁涂刷填充剂直至达到额定宽度，执行步骤S3；

S3.于130℃下第一次干燥25min，于310℃下第二次干燥25min，执行步骤S4；

S4.在挤压凹槽11内印刷导电电阻浆料2，预热33min，预热温度为200℃，预热后固化25min，固化温度为260℃；在固化后的导电电阻浆料2两端印刷导电银浆层21，于280℃下固化降温至常温后，在导电银浆层21上方覆盖导电铜箔电极22，导电铜箔电极22与外界电源电性连接，导电银浆层21的宽度为3mm，导电铜箔电极22的宽度为30mm；

导电电阻浆料2的制备包括如下步骤：S41.按重量百分比，将石墨烯2％、炭黑3％、镍5％、聚羧酸钠盐分散剂1％、KH-550粘结剂1％和水88％依次放入球磨设备中，球磨分散150min，得到导电电阻浆料2；

S51.在印刷有导电电阻浆料2的陶瓷基板1表面覆盖玻璃纤维网格布，再涂覆环氧树脂，使玻璃纤维网格布浸渍于环氧树脂中，再于120℃下固化30min，得到绝缘层3；

S52.在绝缘层3上贴覆铝箔玻璃纤维布，将地线与铝箔玻璃纤维布的铝箔层电性连接，得到接地层5；

S53.在接地层5上覆盖1mm的玻璃纤维网格布，并涂覆环氧树脂得到保护层6；

S54.在保护层6上涂覆环氧树脂，再贴覆铝箔玻璃纤维布，得到密封层7；

S6.将保温板4与执行步骤S54后的陶瓷基板1压合，得到所述具有稳定电阻的发热瓷砖；保温板4上设有与挤压凹槽11一一对应的凹陷部41，保温板4与陶瓷基板1压合后，凹陷部41与挤压凹槽11之间具有高度为0.3mm的间隙。

实施例4

本实施例的各项参数均与实施例3保持一致，区别仅在于：

S2.探测器检测挤压凹槽11的宽度，挤压凹槽11的宽度(12.15mm)与额定宽度(12mm)的差值为0.15mm；执行步骤S4。

对比例2

本对比例的各项参数均与实施例3保持一致，区别仅在于：保温板4不设置凹陷部41。

将实施例3-4及对比例2进行性能测试，测试结果如下表：

表2性能测试结果

其中，保温时间的检测是将制备得到的所有瓷砖接通电源并持续发热40min后，检测瓷砖在密闭空间内自然降温至常温(25℃)所需的时间。

从表2的测试结果可以看出，本发明的具有稳定电阻的发热瓷砖具有较为稳定的电阻，在其他参数发生调整时，电阻值不会有过大的变化。此外，该发热瓷砖还具有较为优异的保温效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。