一种自限温半导体加热膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及加热膜技术领域，具体为一种自限温半导体加热膜及其制备方法。

背景技术

电热膜，又称发热膜或加热膜，电热膜有合适的电阻率，超快的加热速率，极高的导热性和快速散热能力，能迅速将热量传导到其它材料，这也是其它结构碳材料和金属材料难以达到的；但是，正式由于电热膜超快的加热速率、极高的导热性和快速散热能力，在使用过程中会出现急速升温，同时会出现发热膜温度不均匀的现象，这很大程度上限制了电热膜的适用范围。

发明内容

为解决上述的技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种自限温半导体加热膜，包括基底、设置于所述基底上的加热层和设置于所述加热层上的两个电极，所述加热层用于加热膜的加热，所述加热层包括半导体加热层和蓄热缓释层；

所述半导体加热层为ITO、AZO、FTO或GZO的一种或多种的组合；

所述蓄热缓释层由蓄热缓释浆料制成；

所述加热层的一侧设置有远红外增强涂层，所述远红外增强涂层以氧化物为主体原料配制的远红外增强涂料涂覆于所述发热层的一侧成膜状结构；

所述加热层上设置有限温层，所述限温层用于限制加热膜的温度。

作为本发明所述自限温半导体加热膜的制备方法的一种优选方案，其中：所述蓄热缓释浆料包括蓄热填料10～20份、第二树脂3～8份、溶剂10～20份、第二助剂15～30份；

所述蓄热填料为氧化铝粒子、白炭黑粒子和氧化锌粒子中的一种或多种的组合；

所述第二树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂和硅丙树脂中的一种或多种的组合；

所述第二助剂为分散剂、消泡剂、pH调节剂和增稠剂中的一种或多种的组合。

作为本发明所述自限温半导体加热膜的制备方法的一种优选方案，其中：所述氧化物为氧化锆、氧化钛、三氧化二铁、三氧化二铬、二氧化硅中的一种或多种的组合。

作为本发明所述自限温半导体加热膜的制备方法的一种优选方案，其中：所述限温层的组分包括钛酸盐和含有第一掺杂元素的物质；

所述第一掺杂元素为稀土元素；

所述稀土元素为镧、铈、钕、钇、镨和钐中的一种或多种的组合；

所述含有第一掺杂元素的物质为第一掺杂元素单质或者含有第一掺杂元素的化合物；

所述含有第一掺杂元素的物质与所述钛酸盐的质量比为0.0015～0.003。

作为本发明所述自限温半导体加热膜的制备方法的一种优选方案，其中：所述基底为聚酯薄膜或聚酰亚胺薄膜的柔性基底；

所述限温层设置在所述远红外增强涂层上；

所述限温层与红外增强涂层之间设置有阻挡层。

作为本发明所述自限温半导体加热膜的制备方法的一种优选方案，其中：所述限温层远离阻挡层的一侧设置有屏蔽层，所述屏蔽层远离限温层的一侧设置有防水层。

一种自限温半导体加热膜的制备方法，其特征在于，包括：

将含有半导体加热层和蓄热缓释层的加热层镀设在基底上；

在所述加热层的表面层涂覆以氧化物为主体原料配制的红外增强涂料，经烘干后形成远红外增强涂层；

在所述远红外增强涂层的表面或远红外增强涂层的侧边沉积含有第一掺杂元素的物质和钛酸盐的限温层；

在所述加热层上或所述限温层上设置电极，得到自限温半导体加热膜。

作为本发明所述自限温半导体加热膜的制备方法的一种优选方案，其中：

所述蓄热缓释浆料的制备方法，包括以下步骤：将蓄热填料10～20份、第二树脂3～8份和溶剂10～20份混合；然后加入第二助剂15～30份，混合形成浆料；再研磨浆料至粒径在20～50μm，即制成蓄热缓释浆料。

作为本发明所述自限温半导体加热膜的制备方法的一种优选方案，其中：所述加热层的制备方法，包括以下步骤：

将半导体加热材料镀设在基底表面，经烘干处理后形成半导体加热层；

将制备的蓄热缓释浆料镀设在半导体加热层的上方，经烘干处理后形成加热层。

借由上述技术方案，本发明提供了一种自限温半导体加热膜及其制备方法，至少具备以下有益效果：

该自限温半导体加热膜及其制备方法，通过加热层的改进，其实现了加热膜在使用过程中匀速逐步升温以及在断电后缓慢降温，同时还能够使得各处温度极为均匀，且加热膜的阻值稳定不会随电流冲击数增加而增加，能有效延长自限温电热薄膜的使用寿命，可减少特定应用场景的不必要取暖，降低能源消耗，提高了适用范围。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分：

图1为本发明实施例中自限温半导体加热膜的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中自限温半导体加热膜的第一种结构示意图；

图3为本发明实施例中自限温半导体加热膜的第二种结构示意图；

图4为本发明实施例中自限温半导体加热膜的第三种结构示意图。

图中：1、基底；2、加热层；21、电极；3、远红外增强涂层；4、阻挡层；5、限温层；6、屏蔽层；7、防水层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。

实施例一：

本发明实施例的自限温半导体加热膜，如图1、图2、图3和图4所示，一种自限温半导体加热膜，包括基底1、设置于基底1上的加热层2和设置于加热层2上的两个电极21，基底1为聚酯薄膜或聚酰亚胺薄膜的柔性基底，加热层2用于加热膜的加热，加热层2包括半导体加热层和蓄热缓释层。

本发明实施例中，半导体加热层为ITO、AZO、FTO或GZO的一种或多种的组合。

本发明实施例中，蓄热缓释层由蓄热缓释浆料制成，蓄热缓释浆料包括蓄热填料10份、第二树脂3份、溶剂10份、第二助剂15份；

蓄热填料为氧化铝粒子、白炭黑粒子和氧化锌粒子中的一种或多种的组合，第二树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂和硅丙树脂中的一种或多种的组合，第二助剂为分散剂、消泡剂、pH调节剂和增稠剂中的一种或多种的组合。

蓄热缓释浆料的制备方法，包括以下步骤：将蓄热填料10份、第二树脂3份和溶剂10份混合；然后加入第二助剂15份，混合形成浆料；再研磨浆料至粒径在20μm，即制成蓄热缓释浆料。

本发明实施例中，加热层2的一侧设置有远红外增强涂层3，远红外增强涂层以氧化物为主体原料配制的远红外增强涂料涂覆于发热层的一侧成膜状结构；

氧化物为氧化锆、氧化钛、三氧化二铁、三氧化二铬、二氧化硅中的一种或多种的组合。

远红外增强涂料包括氧化物30份，水性聚氨酯乳液20份，成膜助剂2份，流平剂3份，分散剂0.2份，增稠剂5份，表面张力调节剂3份。

远红外增强涂料制备方法包括如下步骤：按照氧化物30份，水性聚氨酯乳液20份，成膜助剂2份，流平剂3份，分散剂0.2份，增稠剂5份，表面张力调节剂3份的原料组成进行配料，放入搅拌器中进行搅拌均匀，搅拌机转速1000r/min，搅拌时间1小时，最后通过100目的滤网对搅拌后得到的远红外增强涂料进行过滤。

本发明实施例中，加热层2上设置有限温层5，限温层5用于限制加热膜的温度。

限温层的组分包括钛酸盐和含有第一掺杂元素的物质；

第一掺杂元素为稀土元素，稀土元素为镧、铈、钕、钇、镨和钐中的一种或多种的组合。

含有第一掺杂元素的物质为第一掺杂元素单质或者含有第一掺杂元素的化合物，含有第一掺杂元素的物质与钛酸盐的质量比为0.0015～0.003。

限温层5设置在远红外增强涂层3上；限温层5与红外增强涂层3之间设置有阻挡层4，限温层5远离阻挡层4的一侧设置有屏蔽层6，屏蔽层6远离限温层5的一侧设置有防水层7。

实施例二：

本发明实施例的自限温半导体加热膜，如图1、图2、图3和图4所示，一种自限温半导体加热膜，包括基底1、设置于基底1上的加热层2和设置于加热层2上的两个电极21，基底1为聚酯薄膜或聚酰亚胺薄膜的柔性基底，加热层2用于加热膜的加热，加热层2包括半导体加热层和蓄热缓释层。

本发明实施例中，半导体加热层为ITO、AZO、FTO或GZO的一种或多种的组合。

本发明实施例中，蓄热缓释层由蓄热缓释浆料制成，蓄热缓释浆料包括蓄热填料15份、第二树脂6份、溶剂15份、第二助剂22份；

蓄热填料为氧化铝粒子、白炭黑粒子和氧化锌粒子中的一种或多种的组合，第二树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂和硅丙树脂中的一种或多种的组合，第二助剂为分散剂、消泡剂、pH调节剂和增稠剂中的一种或多种的组合。

蓄热缓释浆料的制备方法，包括以下步骤：将蓄热填料15份、第二树脂6份和溶剂15份混合；然后加入第二助剂22份，混合形成浆料；再研磨浆料至粒径在20～50μm，即制成蓄热缓释浆料。

本发明实施例中，加热层2的一侧设置有远红外增强涂层3，远红外增强涂层以氧化物为主体原料配制的远红外增强涂料涂覆于发热层的一侧成膜状结构；

氧化物为氧化锆、氧化钛、三氧化二铁、三氧化二铬、二氧化硅中的一种或多种的组合。

远红外增强涂料包括：氧化物35份，水性聚氨酯乳液23份，成膜助剂2份，流平剂4份，分散剂0.3份，增稠剂7份，表面张力调节剂4份。

远红外增强涂料制备方法包括如下步骤：按照氧化物35份，水性聚氨酯乳液23份，成膜助剂2份，流平剂4份，分散剂0.3份，增稠剂7份，表面张力调节剂4份的原料组成进行配料，放入搅拌器中进行搅拌均匀，搅拌机转速2000r/min，搅拌时间2小时，最后通过200目的滤网对搅拌后得到的远红外增强涂料进行过滤。

本发明实施例中，加热层2上设置有限温层5，限温层5用于限制加热膜的温度。

限温层的组分包括钛酸盐和含有第一掺杂元素的物质；

第一掺杂元素为稀土元素，稀土元素为镧、铈、钕、钇、镨和钐中的一种或多种的组合，含有第一掺杂元素的物质为第一掺杂元素单质或者含有第一掺杂元素的化合物，含有第一掺杂元素的物质与钛酸盐的质量比为0.0015～0.003。

限温层5设置在远红外增强涂层3上，限温层5与红外增强涂层3之间设置有阻挡层4，限温层5远离阻挡层4的一侧设置有屏蔽层6，屏蔽层6远离限温层5的一侧设置有防水层7。

实施例三：

本发明实施例的自限温半导体加热膜，如图1、图2、图3和图4所示，一种自限温半导体加热膜，包括基底1、设置于基底1上的加热层2和设置于加热层2上的两个电极21，基底1为聚酯薄膜或聚酰亚胺薄膜的柔性基底，加热层2用于加热膜的加热，加热层2包括半导体加热层和蓄热缓释层。

本发明实施例中，半导体加热层为ITO、AZO、FTO或GZO的一种或多种的组合。

本发明实施例中，蓄热缓释层由蓄热缓释浆料制成，蓄热缓释浆料包括蓄热填料20份、第二树脂8份、溶剂20份、第二助剂30份；

蓄热填料为氧化铝粒子、白炭黑粒子和氧化锌粒子中的一种或多种的组合，第二树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂和硅丙树脂中的一种或多种的组合，第二助剂为分散剂、消泡剂、pH调节剂和增稠剂中的一种或多种的组合。

蓄热缓释浆料的制备方法，包括以下步骤：将蓄热填料20份、第二树脂8份和溶剂20份混合；然后加入第二助剂30份，混合形成浆料，再研磨浆料至粒径在50μm，即制成蓄热缓释浆料。

本发明实施例中，加热层2的一侧设置有远红外增强涂层3，远红外增强涂层以氧化物为主体原料配制的远红外增强涂料涂覆于发热层的一侧成膜状结构，氧化物为氧化锆、氧化钛、三氧化二铁、三氧化二铬、二氧化硅中的一种或多种的组合。

远红外增强涂料包括：氧化物40份，水性聚氨酯乳液25份，成膜助剂3份，流平剂5份，分散剂0.5份，增稠剂8份，表面张力调节剂5份。

远红外增强涂料制备方法包括如下步骤：按照氧化物40份，水性聚氨酯乳液25份，成膜助剂3份，流平剂5份，分散剂0.5份，增稠剂8份，表面张力调节剂5份的原料组成进行配料，放入搅拌器中进行搅拌均匀，搅拌机转速2000r/min，搅拌时间3小时，最后通过300目的滤网对搅拌后得到的远红外增强涂料进行过滤。

本发明实施例中，加热层2上设置有限温层5，限温层5用于限制加热膜的温度。

限温层的组分包括钛酸盐和含有第一掺杂元素的物质，第一掺杂元素为稀土元素，稀土元素为镧、铈、钕、钇、镨和钐中的一种或多种的组合；

含有第一掺杂元素的物质为第一掺杂元素单质或者含有第一掺杂元素的化合物，含有第一掺杂元素的物质与钛酸盐的质量比为0.0015～0.003。

限温层5设置在远红外增强涂层3上；限温层5与红外增强涂层3之间设置有阻挡层4，限温层5远离阻挡层4的一侧设置有屏蔽层6，屏蔽层6远离限温层5的一侧设置有防水层7。

实施例四：

本发明实施例的自限温半导体加热膜，如图1、图2、图3和图4所示，一种自限温半导体加热膜，包括基底1、设置于基底1上的加热层2和设置于加热层2上的两个电极21，基底1为聚酯薄膜或聚酰亚胺薄膜的柔性基底，加热层2用于加热膜的加热，加热层2包括半导体加热层和蓄热缓释层。

本发明实施例中，半导体加热层由石墨烯导电油墨制成，石墨烯导电油墨包括石墨烯浆料60份、第一树脂30份和第一助剂8份，其中石墨烯浆料为大于五层的薄层石墨烯分散于水中而制成的水性浆料。

第一树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂或硅丙树脂中的一种或多种的组合，第一助剂为自分散剂、消泡剂、PH调节剂和增稠剂中的一种或多种的组合。

石墨烯导电油墨的制备方法，包括以下步骤：

将石墨烯浆料60份和第一树脂30份混合后搅拌均匀，然后加入第一助剂1～8份混合后形成油墨基体。

油墨基体再经过反复滚轧、分散、研磨至粒径在50μm，制成石墨烯导电油墨。

本发明实施例中，蓄热缓释层由蓄热缓释浆料制成，蓄热缓释浆料包括蓄热填料20份、第二树脂8份、溶剂20份、第二助剂30份；

蓄热填料为氧化铝粒子、白炭黑粒子和氧化锌粒子中的一种或多种的组合，第二树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂和硅丙树脂中的一种或多种的组合，第二助剂为分散剂、消泡剂、pH调节剂和增稠剂中的一种或多种的组合。

蓄热缓释浆料的制备方法，包括以下步骤：将蓄热填料20份、第二树脂8份和溶剂20份混合；然后加入第二助剂30份，混合形成浆料，再研磨浆料至粒径在50μm，即制成蓄热缓释浆料。

本发明实施例中，加热层2的一侧设置有远红外增强涂层3，远红外增强涂层以氧化物为主体原料配制的远红外增强涂料涂覆于发热层的一侧成膜状结构，氧化物为氧化锆、氧化钛、三氧化二铁、三氧化二铬、二氧化硅中的一种或多种的组合。

远红外增强涂料包括：氧化物40份，水性聚氨酯乳液25份，成膜助剂3份，流平剂5份，分散剂0.5份，增稠剂8份，表面张力调节剂5份。

远红外增强涂料制备方法包括如下步骤：按照氧化物40份，水性聚氨酯乳液25份，成膜助剂3份，流平剂5份，分散剂0.5份，增稠剂8份，表面张力调节剂5份的原料组成进行配料，放入搅拌器中进行搅拌均匀，搅拌机转速2000r/min，搅拌时间3小时，最后通过300目的滤网对搅拌后得到的远红外增强涂料进行过滤。

本发明实施例中，加热层2上设置有限温层5，限温层5用于限制加热膜的温度。

限温层的组分包括钛酸盐和含有第一掺杂元素的物质，第一掺杂元素为稀土元素，稀土元素为镧、铈、钕、钇、镨和钐中的一种或多种的组合；

含有第一掺杂元素的物质为第一掺杂元素单质或者含有第一掺杂元素的化合物，含有第一掺杂元素的物质与钛酸盐的质量比为0.0015～0.003。

限温层5设置在远红外增强涂层3上；限温层5与红外增强涂层3之间设置有阻挡层4，限温层5远离阻挡层4的一侧设置有屏蔽层6，屏蔽层6远离限温层5的一侧设置有防水层7。

本发明实施例中的自限温半导体加热膜可以有多种结构，本实施例仅列举出其中三种结构。

本发明提供了第一种自限温半导体加热膜的制备方法，包括：

步骤一：将含有半导体加热材料和蓄热缓释层的加热层2镀设在基底1上。

具体地，在真空条件下，将半导体加热材料镀设在基底1表面，经烘干处理后形成半导体加热层；将制备的蓄热缓释浆料镀设在半导体加热层的上方，经烘干处理后形成加热层2。

步骤二：在加热层2的表面镀一层阻挡层4，阻挡层4可以避免加热过程中，加热层2和限温层5之间相互作用，影响各自的性能，阻挡层4的材质优选为二氧化硅。

步骤三：在阻挡层4的表面沉积含有第一掺杂元素的物质和钛酸盐的限温层5。

具体地，在真空条件下，将含有第一掺杂元素的单质或化合物和钛酸盐沉积于阻挡层4上制备限温层5。

步骤五：在限温层5远离阻挡层4的一侧涂覆有屏蔽层6，屏蔽层6起电磁屏蔽作用，用于降低加热膜泄漏电流的效果，减少大面积铺装跳闸现象的发生。

步骤六：在加热层2上或限温层5上设置电极21，得到自限温半导体加热膜。

具体地，在加热层2上或限温层5上印刷银浆，银浆干燥后贴铜带制作电极21。

本发明提供了第二种自限温半导体加热膜的制备方法，包括：

步骤一：将含有半导体加热材料和蓄热缓释层的加热层2镀设在基底1上。

具体地，在真空条件下，将半导体加热材料镀设在基底1表面，经烘干处理后形成半导体加热层；将制备的蓄热缓释浆料镀设在半导体加热层的上方，经烘干处理后形成加热层2。

步骤二：在加热层2的表面镀一层阻挡层4，阻挡层4可以避免加热过程中，加热层2和限温层5之间相互作用，影响各自的性能，阻挡层4的材质优选为二氧化硅。

步骤三：在远红外增强涂层3的表面或远红外增强涂层3的侧边沉积含有第一掺杂元素的物质和钛酸盐的限温层5。

具体地，在真空条件下，将含有第一掺杂元素的单质或化合物和钛酸盐沉积于远红外增强涂层3上制备限温层5。

步骤四：在限温层5远离阻挡层4的一侧涂覆有屏蔽层6，屏蔽层6起电磁屏蔽作用，用于降低加热膜泄漏电流的效果，减少大面积铺装跳闸现象的发生。

步骤五：在屏蔽层6的表面涂覆有防水层7，提高了加热膜的绝缘和防水效果。

步骤六：在加热层2上或限温层5上设置电极21，得到自限温半导体加热膜。

具体地，在加热层2上或限温层5上印刷银浆，银浆干燥后贴铜带制作电极21。

本发明提供了第三种自限温半导体加热膜的制备方法，包括：

步骤一：将含有半导体加热材料和蓄热缓释层的加热层2镀设在基底1上。

具体地，在真空条件下，将半导体加热材料镀设在基底1表面，经烘干处理后形成半导体加热层；将制备的蓄热缓释浆料镀设在半导体加热层的上方，经烘干处理后形成加热层2。

步骤二：在加热层2的表面层涂覆以氧化物为主体原料配制的红外增强涂料，经烘干后形成远红外增强涂层3。

具体地，红外增强涂料通过丝印和线棒涂覆等方式，均匀的涂覆于加热层2的表面层。

步骤三：在红外增强涂料远离加热层2的表面镀一层阻挡层4，阻挡层4可以避免加热过程中，加热层2和限温层5之间相互作用，影响各自的性能，阻挡层4的材质优选为二氧化硅。

步骤四：在远红外增强涂层3的表面或远红外增强涂层3的侧边沉积含有第一掺杂元素的物质和钛酸盐的限温层5。

具体地，在真空条件下，将含有第一掺杂元素的单质或化合物和钛酸盐沉积于远红外增强涂层3上制备限温层5。

步骤五：在限温层5远离阻挡层4的一侧涂覆有屏蔽层6，屏蔽层6起电磁屏蔽作用，用于降低加热膜泄漏电流的效果，减少大面积铺装跳闸现象的发生。

步骤六：在屏蔽层6的表面涂覆有防水层7，提高了加热膜的绝缘和防水效果。

步骤七：在加热层2上或限温层5上设置电极21，得到自限温半导体加热膜。

具体地，在加热层2上或限温层5上印刷银浆，银浆干燥后贴铜带制作电极21。

本发明制得的自限温半导体加热膜，在使用过程中匀速逐步升温以及在断电后缓慢降温，同时还能够使得各处温度极为均匀，且加热膜的阻值稳定不会随电流冲击数增加而增加，能有效延长自限温电热薄膜的使用寿命，可减少特定应用场景的不必要取暖，降低能源消耗，提高了适用范围。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。