一种柔性发热膜、发热组件及发热装置

技术领域

本发明涉及电热技术领域，具体涉及一种柔性发热膜、发热组件及发热装置。

背景技术

柔性发热膜是一种具有良好柔韧性的发热体，通过供电时间加热效果，其具有发热速度快、安全系数高、使用便捷可靠、实用寿命长等优点，从而被广泛推广和运用。

柔性发热膜在被使用发热前，需要进行有效的封装，形成发热组件才能够被运用，在制备时，通常在发热膜的上、下两个表面分别设置绝缘膜包覆，为了使得在使用时具有较好的可靠性，在发热膜与上下绝缘膜之间分别加胶膜粘结，能够保证使用时，发热膜与绝缘膜之间不分离、不起泡，但是此处的不分离和不起泡是相对的，例如在长时间使用且温度超过180度的过程中，极容易出现热胀冷缩引起的气泡的问题及膜层分离的问题。

为了解决气泡和分层问题，现有的解决方案是在发热膜上开小孔(圆孔、方形孔、条形孔等)以缓解热胀冷缩引起的气泡的问题及膜层分离的问题；但上述的方法在发热膜冷、热变化范围大(-40℃---300℃以上)、急冷即热的场合使用或者在潮湿的环境时，由于外层绝缘膜与内层发热膜的温度不同、发热膜与绝缘膜、胶膜的热胀系数不同，发热膜与绝缘膜之间的气泡、分离等问题还是存在，且不可避免；再者，因分离和气泡从而还影响发热膜的传热，气泡本身的隔热及分离层对气泡处发热膜发射的红外线进行反射，对以红外辐射发热为主要发热方式的发热膜，小型的气泡及局部分离处会出现局部温度过高，从而造成烧毁，电极处的气泡和分离则会影响电极的连接，从而影响产品的寿命。

发明内容

本发明要解决上述技术问题并提供一种柔性发热膜、发热组件及发热装置，可以在湿冷的环境使用，适应瞬间的冷热变化，迅速升降温，并具有“环境温度”至320℃范围内较宽的温度区间内长时间连续工作的能力，不易开裂分层，极大提高产品品质、使用稳定性和安全性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性发热膜，包括膜层本体，所述膜层本体沿着电流方向设置有若干分切缝，制备分切缝时，不去除膜层本体的材料。

进一步的，所述分切缝由若干条形切缝依次排列组成，在每条分切缝中，相邻的条形切缝之间具有间隙，多条分切缝平行设置。

进一步的，在相邻两个分切缝之间，且相邻的三个条形切缝成品字形排布；在每条分切缝中，每条条形切缝均沿同一直线方向裁切。

进一步的，条形切缝的长度为a；在每条分切缝中，相邻的条形切缝之间的间隙为c；相邻分切缝之间的间距为b；其中，a＞b,a＞c。

进一步的，所述发热膜沿电流方向的两端均设置有电极，所述电极包括银浆层和外接导电层，所述外接导电层为铜箔和/或碳纳米管膜，所述银浆层涂覆在发热膜上并固化，该固化条件可以是高温120-200℃固化，也可以是中温60—120℃固化。

进一步的，当外接导电层为铜箔时，所述铜箔与银浆层通过高温压合连接；当外接导电层为碳纳米管膜时，所述碳纳米管膜压入银浆层上在高温(或中温)条件下固化为一体的网状结构，该结构降低了固化后的银浆层脆性、加强银浆层的韧性和强度；当外接导电层为铜箔和碳纳米管膜时，所述碳纳米管膜压入银浆层上且在高温(或中温)条件下固化为一体的网状结构，所述铜箔与网状结构通过高温压合连接。

进一步的，所述铜箔的厚度为5-12um，所述碳纳米管膜的厚度为5-12um；所述铜箔距离银浆层靠近发热膜的边沿的缩进距离为0.5-5mm，所述铜箔距离银浆层远离发热膜的边沿的超出距离为0.5-5mm。

一种发热组件，包括上述任意一项所述的柔性发热膜。

进一步的，所述柔性发热膜的两个表面上均设置有绝缘膜，所述柔性发热膜与其中一层绝缘膜之间设置有胶层，所述柔性发热膜的发热区与另一层绝缘膜之间不设置胶层。

一种发热装置，采用上述任意一项所述的发热膜或者采用上述所述的发热组件。

本发明的有益效果：

1、由于分切缝的设置，使得发热膜本身的整体强度降低，从而能够增强发热膜对粘固的绝缘膜的跟形性能，使其一体化后与绝缘膜不易分离；

2、分切缝是朝向电流方向开设的，其能够保证切缝前后的导电阻值不变，即保证了发热效率，不会因设置分切缝而导致功率下降；

3、对于2层绝缘膜，其中只有一层绝缘膜带有胶层和发热膜粘结在一起，又由于发热膜上设置的分切缝，使得发热膜急剧冷热变化时，能够对带胶膜绝缘膜产生较小的撕扯力，降低开裂的几率；并且使得加热膜和胶合的绝缘膜之间复合好，不易开裂，即使急冷即热+潮湿的环境条件下也能保证品质。

4、虽然发热膜与绝缘膜和胶层的材料不同、热胀系数不同，在大的温差下以及极端潮湿环境下长时间使用时，也不易出现气泡、也不会引起膜片间分离，从而大大提高了产品的工作温度，产品品质也得到有效提高。

附图说明

图1是本发明具有分切缝的发热膜结构示意图；

图2是本发明由若干条形切缝形成的分切缝的发热膜结构示意图；

图3是本发明图2中部分结构放大示意图；

图4是本发明一实施例中的发热膜结构示意图；

图5是本发明的发热组件结构示意图；

图6是本发明的图5中部分结构放大示意图；

图7是本发明图5的爆炸结构示意图。

图中标号说明：1、膜层本体；2、分切缝；3、条形切缝；4、下绝缘膜；5、上绝缘膜；6、电极；7、银浆层；8、铜箔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的柔性发热膜的一实施例，包括膜层本体1，膜层本体1采用PI石墨烯或芳纶石墨烯膜，膜层本体1表面沿着电流方向设置有分切缝2，分切缝2贯通膜层本体1的两个表面，由于分切缝2是沿着电流方向切割得到的，因此不会阻碍或者极少阻碍电流流动。并且制备分切缝2时，不去除膜层本体1的材料，只做切割切断动作，因此不会改变导电阻值，在裁切后还可以保证结构的功率性能不下降或者下降可以忽略不计。

通过分切缝2的设置，使得发热膜本身的整体强度降低，从而大大增强了发热膜对粘固的绝缘膜的跟形性能，使膜层本体1与绝缘膜在高温下不易分离，不易产生气泡，从而满足在210度以上的工作温度下长时间使用。

参照图2和图3所示，分切缝2由若干条形切缝3依次间隔排列组成，在同一个分切缝2上的多个条形切缝3也与电流方向一致，且在一直线上，即不会改变导电阻值，在裁切后还可以保证结构的功率性能不下降；并且相邻两个分切缝2之间，且相邻的三个条形切缝3成品字形排布，即两条分切缝2进行错位切缝，使得发热膜本身的整体强度降低，但又不会出现整体无形的问题，整体性好，便于制备，也大大增加了发热膜对粘固位置处的跟形性能。

具体的，为了更好的发挥条形切缝3的性能，参照图2所示，将条形切缝3的长度定义为a；每条分切缝2中，相邻的条形切缝3之间的间距定义为c；相邻的分切缝2的间距定义为b，分切缝2都是沿着电流方向裁切的，因此相邻两条风切缝任意位置的间距均是相等的；其中，a＞b,a＞c，最佳值范围是a:10-50mm，b:2-5mm；c:2-5mm，通过上述取值，能够保证条形切缝3裁切后的膜层本体1的整体性能稳定，跟形性能优越和整体强度良好，并且还能够减少裁切次数，提高生产效率。上述的横向间隔的位置在纵向间隔方向上与相邻分切缝2的条形切缝3相对应。

在一实施例中，参照图4所示，与上述实施例相比，柔性发热膜是扇形结构，电极6设置在扇形结构的两个弧形边上，因此在同一个分切缝2上的多个条形切缝3的切割方向一致，但不同分切缝上的条形切缝朝向不一致，不同分切缝上的多个条形切缝3的切割方向与电流方向同向布置，从而形成分切缝，这样的布置方式也能够满足提高发热膜对粘固位置处的跟形性能的要求，并且不会阻碍或者极少阻碍电流流动。

在一实施例中，参照图5至图7所示，一种发热组件，采用上述所述的柔性发热膜作为发热部件，发热膜通过表面切缝的设计，使得在使用时，具有良好的跟随形变效果，降低分层气泡等问题的出现，发热膜通过两层绝缘膜包覆，以满足发热部件工作条件。

具体的，为了使得发热组件满足高功率下的长时间使用，还对其两层绝缘膜进行设计改进，在发热膜背面和正面分别设置有上绝缘膜5和下绝缘膜4，上绝缘膜5和下绝缘膜4将发热膜包覆并高温压合为一体，上绝缘膜5与发热膜之间或者下绝缘膜4与发热膜之间设置有胶层，即只有一层绝缘膜与发热膜进行胶合，另外一侧则是贴合设置，这样的设计配合切缝设计，形成了一种良好的舒缓手段，其通过单面粘固，在绝缘膜热胀冷缩的形变过程中，发热膜也只受到单层绝缘膜的牵制，不存在双面受力的问题，因此发热膜的形变适应能力得到提高；加之发热膜的条形切缝3，其能够进一步提高形变适应能力；并且由于条形切缝3不是孔洞，因此黏胶不会透过条形切缝3与另一层绝缘膜连接固定，从而保证另一层绝缘膜在发热区域内与发热组件无连接、与相对应的绝缘膜无连接。

通过现有发热组件和本发明的发热组件进行实验对比，结果如下：

在本发明的发热组件制备时，绝缘膜可以采用柔性的PI膜，粘合用的固定胶可以采用耐高温的PI胶或环氧胶。先按照设计尺寸裁切各发热膜、绝缘膜等，绝缘膜的外形尺寸比发热膜的尺寸单边大出15mm，电极6则采用7um厚、宽为12mm的铜箔，银浆采用耐高温银浆，胶膜为热塑性材料制作的耐高温银浆。当然，柔性发热膜和电极6之间可以制备形成独立产品或半成品进行出售、使用等，电极的银浆层和外接导电层可以单独制备连接，也可以和绝缘膜一并制备。

先对发热膜印刷银浆，然后将发热膜和银浆在100度以上烧结到一起，形成银浆层7，随后对发热膜进行错位切缝，得到带有分切缝2的发热膜，随后将下绝缘膜4、发热膜、铜箔、上绝缘膜5进行定位组装到一起，此处的上绝缘膜5或者上绝缘膜5为带胶膜，且只有一层带胶，带胶膜层的位置不做限定，此处以下绝缘膜4带胶为例。

随后把上述定位组装的层结构对位放置到压机平台上，在高温压机的压力下可以有效的排出空气，把带胶的下绝缘膜4和发热膜结合到一起；把不带胶的上绝缘膜5和、箔、及带胶层的下绝缘膜4的周边(非发热区)压合到一起；(发热膜的整体尺寸小于下绝缘膜4和上绝缘膜5)压合温度200度以上，时间不低于3分钟。随后可以接引线：引出点距离发热膜边沿小于10mm，发热膜制作完成检测合格即可入库。

通过上述的设计改进，本发明所述的发热组件使用温度可以达到350摄氏度左右，并且还能够长时间使用，为了保证在高温工作装下的稳定性，还对发热膜沿电流方向的两端的电极6进行了改进设计，电极6包括银浆层7和铜箔8，银浆层7涂覆在发热膜上并烧结固化，铜箔8与银浆层7通过高温压合连接，在高温压合过程中，铜箔8与银浆层7之间的空气被排出，铜箔8能够与银浆层7吸附，在高温和压力的作用下，结合为一体。

此处的铜箔8厚度只需要5-12um，该厚度的铜箔8满足了导电需要，并且由于铜箔厚度较小，使得铜箔的形变能力强，能够提高铜箔与银浆层7之间的结合效果。

并且铜箔8和银浆层7的组合连接设计中，铜箔8的宽度为f：3-30mm，银浆层7的宽度为e：3-30mm，银浆层7和铜箔8均根据电流大小选择合适宽度，将铜箔8距离银浆层7靠近发热膜的边沿的缩进距离为d：0.5-5mm，通过缩进设计，使得铜箔8边缘能够在压合过程中与银浆层7之间的结合效果更加，避免出现铜箔8边缘上的毛刺等导致的供电不良或者产生火花等问题，铜箔8距离银浆层7远离发热膜的边沿的超出距离为h：0.5-5mm，铜箔8还能够与上绝缘膜5和下绝缘膜4之间形成有效的连接，进一步提高铜箔8的连接牢固度。

在一实施例中，还可以将铜箔替换为碳纳米管膜来实现导电功能，具体为碳纳米管膜设置在银浆层7内且固化为一体的网状结构，碳纳米管膜厚度为5-12mm。

在一实施例中，还可以在使用铜箔的情况下配合实用碳纳米管膜，具体的，在制备过程中，与上述多个实施例的区别在于：

先对发热膜印刷银浆，然后将碳纳米管膜放置在银浆上，并对碳纳米管膜加压，使得银浆渗透出碳纳米管膜，最后再将发热膜+银浆+碳纳米管膜固化到一起，使得碳纳米管膜和银浆成为网状结构，这样的结构使得银浆层7的韧性和强度提高，由于一般固化后的银浆层7具有的脆性，在使用过程中容易发生开裂，开裂影响电极6的使用，而当具有碳纳米管膜时，其一能够提高韧性和强度以及大大降低银浆层7的开裂问题，其二还能够在银浆层7开裂后起到导通连接的效果，保证了整体结构通路的完整性。

在一实施例中，本发明还公开了一种发热装置，采用上述任意一项的发热膜或发热组件，具有较宽的工作温度区间，使用性能稳定可靠，使用寿命长，安全性能佳。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。