電熱材料除傳統(tǒng)的諸如鎳鉻合金（合金絲和由該絲織成的金屬布）外，新的電熱陶瓷和導(dǎo)電性高分子復(fù)合物體系已開始普及應(yīng)用。這種電熱材料的核心是一層薄薄的導(dǎo)電涂膜。將該膜做成一定的電阻，應(yīng)用絲網(wǎng)印刷或涂布的方法將其印刷或噴涂附著在適宜的基材上，連接膜上的電極并通入低電壓電流時(shí)，熱量立刻從膜內(nèi)釋放出來。這種電熱材料加工方便、無污染、安全性好、電熱轉(zhuǎn)換效率高、耗電少、節(jié)能顯著，是一種比較理想的電熱材料，已在眾多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。
電熱膜的主要特點(diǎn)
電熱膜是一種通電后能發(fā)熱的半透明聚酯薄膜，可導(dǎo)電的特制油墨、金屬截流條經(jīng)印刷，熱壓在兩層絕緣聚酯膜間，與被加熱物體有良好的熱交換接觸。它具有熱效率高（電熱膜采暖系統(tǒng)的熱效率可達(dá)90% 以上，比電爐大約節(jié)能3～4倍），自身溫度低（在煮液體的情況下，發(fā)熱膜本身的溫度僅高于液體幾十度），熱容量小，熱源開啟關(guān)斷迅速，無明火，發(fā)熱膜幾乎不占空間，使器具異常輕巧，耐水、耐酸、耐堿和機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。電熱膜自身有的是透明的，如附著在透明基體（如玻璃）上，就可將整個(gè)器具做成透明的用具。
電熱膜的種類多種多樣，若按其組成形態(tài)劃分，有電熱陶瓷和導(dǎo)電性高分子復(fù)合物兩大類。前者一般由金屬或金屬氧化物、低熔點(diǎn)玻璃等組成；后者由導(dǎo)電性金屬、非金屬或金屬包覆的無機(jī)粒子及有機(jī)高分子等組成。如果按涂膜加工成型的溫度差別和性質(zhì)變化來劃分，電熱膜可分為常溫干燥型（即非交聯(lián)型）、常溫交聯(lián)型、中溫固化型、高溫?zé)Y(jié)型（導(dǎo)電陶瓷）等四種類型。
根據(jù)電熱膜中導(dǎo)電填料和樹脂連結(jié)料性質(zhì)、形態(tài)、結(jié)構(gòu)和組成不同，成膜后的特性也有較大的差異。一般導(dǎo)電填料的性質(zhì)、形態(tài)、粒徑及其在膜中的百分含量等因素，影響電熱膜的成型性能和發(fā)熱性能。而高分子連結(jié)料的種類和結(jié)構(gòu)不同，對(duì)涂膜的干燥固化條件、成膜后的耐熱性能以及它在基材上的附著力等有直接影響。有的涂膜可在常溫下干燥，有的在常溫下卻交聯(lián)固化，有的只能通過加熱才能固化成膜，而且加熱固化溫度的高低與時(shí)間的長短也會(huì)因樹脂性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的不同而不同。
電熱膜是一種復(fù)合物，它是用導(dǎo)電填料、粘結(jié)料、添加劑及溶劑等組成的導(dǎo)電漿料，通過噴涂或絲網(wǎng)印刷方式，施工在基材上，再干燥固化而成。在不同條件下干燥固化的電熱膜，其耐熱性能也不一樣。常溫干燥的電熱膜一般僅在稍高于人體溫度以下使用，而常溫固化下的電熱膜耐熱性能要好些，通常可在100℃以內(nèi)長期使用。若需要在100℃以上使用的電熱膜，其粘結(jié)料往往應(yīng)選用熱固性酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或有機(jī)硅樹脂等。大多數(shù)電熱膜通電加熱時(shí)，溫度上升，膜的電阻變化不大，加熱時(shí)間延長，膜的發(fā)熱溫度會(huì)不斷增加，若要使其溫度恒定下來，需外加溫度控制器，因而被稱為非自控溫度型電熱膜。有的電熱膜與非自控溫度型相反，當(dāng)電熱膜接通電源后，開始階段膜的電阻有些變化，溫度上升過程中，涂膜溫度一旦達(dá)到某一定值時(shí)，電阻陡然增至無窮大，這樣，膜的表面溫度就恒定在這一狀態(tài)下。這種自身具有溫度控制功能的電熱膜稱為自控溫度型電熱膜。電熱膜耐熱性能的好壞，不僅僅受涂膜本身的制約，而且與電熱膜成型在什么樣的基材上也有關(guān)。如果采用的基材2mm 厚的聚丙烯板，為了提高涂膜在基材上的附著力，必須對(duì)聚丙烯板表面進(jìn)行預(yù)處理。方法是先噴砂粗化，后用等離子技術(shù)氧化處理。經(jīng)預(yù)處理的基材，涂膜附著力雖然增加了，但因聚丙烯是一種熱塑性塑料，本身的耐熱性并不太好，當(dāng)電熱膜發(fā)熱至110℃時(shí)，聚丙烯板受熱發(fā)生形變，中心部位應(yīng)力集中，首先出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象。因電熱膜的膨脹系數(shù)小，而基材的膨脹系數(shù)大，故整個(gè)發(fā)熱材料的形變向有電熱膜這一面彎曲凹陷，這種形變將損壞電熱膜。因此，比較好的基材應(yīng)該是膨脹系數(shù)小，剛性好的絕緣材料，如酚醛層壓板、玻璃鋼或無機(jī)材料等。若采用無機(jī)玻璃板作電熱膜的基材，成膜后再在140℃下加熱固化2h，冷卻到常溫并做升溫發(fā)熱試驗(yàn)，可以看到，即使膜的表面溫度高達(dá)160℃，膜也不會(huì)受到絲毫的損害。
電熱膜是一種新型的發(fā)熱材料，由于它具有制作方便、節(jié)電省能、耗材少、價(jià)格低廉、無污染等許多特點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。例如，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、電子與電器、建筑建材、日常生活等領(lǐng)域，電熱膜已應(yīng)用于各種輸送管道與儲(chǔ)罐、儀器設(shè)備、溫室育苗、食品加工等所需要的加熱、保溫、化雪、防凍等方面。在飛機(jī)與高樓等玻璃窗的防露與除霜，與示溫涂料匹配的顯示裝置、住房的取暖保溫、日用保溫杯、暖水壺的加熱與保溫等的應(yīng)用上也非常廣泛。例如，電熱膜作為采暖方式，具有可控性強(qiáng)（可根據(jù)每個(gè)房間需求隨意調(diào)控室溫及系統(tǒng)的開啟，滿足了個(gè)性化需求），通過紅外電磁波的紅外線直接傳熱，沒有空氣循環(huán)，不會(huì)造成塵土飛揚(yáng)，并且投資費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。如今已研制出智能電熱膜，這種電熱膜運(yùn)用高新技術(shù)，在外加電場能的激發(fā)下，能產(chǎn)生對(duì)人體有益的特定波長紅外線。電熱膜的使用可有效地避免電磁場對(duì)人體的影響及對(duì)家用電器的干擾。近幾年興起的將電熱膜用于電熱器具，如電熱杯、電火鍋、電取暖器、電熨斗、熱水器等，市場前景都非常好。
電熱膜的網(wǎng)印制作
電熱膜的質(zhì)量除了與膜的組成有關(guān)外，其膜的成型工藝也是一個(gè)重要的影響因素。較常用的工藝方法有噴涂法和絲網(wǎng)印刷法。噴涂法由于涂膜面積大，涂層厚度小，膜厚控制困難，同一涂膜各部分的厚度誤差大，因此發(fā)熱溫度不容易達(dá)到均勻一致。而利用絲網(wǎng)印刷則涂膜厚度大，同一涂膜各部分厚度誤差小，發(fā)熱溫度比較均勻，是目前較為理想的工藝方法。
電熱膜使用中，在膜上附上電極是不可缺少的。電極的加工可以采用鋼箔粘貼上去，但一般都采用導(dǎo)電銀漿絲網(wǎng)印刷生成。如果僅從引線的焊接角度看，貼銅箔法為好。但這種粘貼過程既復(fù)雜又麻煩，可靠性差。而在電熱膜上用絲網(wǎng)印刷制成的電極其質(zhì)量優(yōu)良，尤其是近年來利用新開發(fā)的耐熱性優(yōu)良的銀漿，用絲網(wǎng)印刷電極后再加熱固化，引線的焊接已非常牢固。這種網(wǎng)印電極的質(zhì)量高、作業(yè)性好、安全可靠，是比較常用的工藝方法。
雖然絲網(wǎng)印刷的電熱膜整體效果好，膜上各部分發(fā)熱均勻。但就目前的導(dǎo)電漿而言，采用絲網(wǎng)印刷電熱膜時(shí)，有些工序的作業(yè)還要十分注意，技術(shù)水平還有待加強(qiáng)。如對(duì)印后的洗網(wǎng)、溶劑的選擇、漿料濃度的調(diào)節(jié)等都有特定嚴(yán)格的要求。
另外，配制導(dǎo)電漿料時(shí)，究竟選用多少目數(shù)的導(dǎo)電填料粒子為好，到目前為止還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)同一種填料來說，粒徑越小，表面積越大，導(dǎo)電性能越好，印刷質(zhì)量也更為理想。但是，粒徑越小，耐熱性越差，在加熱條件下的熱穩(wěn)定性就會(huì)有問題。由這種填料制得的電熱膜往往經(jīng)不起長期發(fā)熱升溫的考驗(yàn)。所以這些都必須在應(yīng)用實(shí)踐中充分觀察總結(jié)，以找到最佳的方案。導(dǎo)電填料在涂膜中的分散狀態(tài)對(duì)電熱膜發(fā)熱特性的影響也不可忽視。分散狀態(tài)好，膜的發(fā)熱均勻，反之則不然。了防止填料在涂膜中的沉降，在導(dǎo)電漿料的制作過程中選用什么樣的表面活性劑等尤為重要。特別是對(duì)密度大的金屬填料來說，絲網(wǎng)印刷時(shí)涂膜的厚度越大，填料粒子在涂膜干燥固化過程中就越容易沉降，填料粒子沉降后，涂膜下層比上層的粒子堆積密度更大，所以厚度大的比厚度小的膜測出的體積電阻要低。如對(duì)涂層厚的電熱膜做剖面圖進(jìn)行仔細(xì)觀察，可以立即看到，該膜上下層中的粒子分布密度有較大的差異。就同一涂膜來說，各部分厚度是不均勻的，涂膜薄的地方電阻值高，厚的地方電阻值低。當(dāng)對(duì)不均勻的涂層通電后，膜層薄的地方周邊溫度過高，電氣回路很容易被燒壞。用絲網(wǎng)印刷的電熱膜，可以認(rèn)為是相當(dāng)均勻的。如果電熱膜表面發(fā)熱溫度為60℃，可測出該膜各部分的溫度差在5～10℃之間，這在應(yīng)用中屬于允許范圍，也說明電熱膜的厚度是比較均勻的。為提高質(zhì)量，使其更加穩(wěn)定，在絲網(wǎng)印刷時(shí)對(duì)金屬漿料的濃度、印刷時(shí)的墨量大小都要嚴(yán)格控制。
對(duì)非自控溫度型的電熱膜來說，控溫傳感器安裝在電熱膜的什么部位也是十分重要的事情，如果安裝的部位不恰當(dāng)，就不可能準(zhǔn)確反映電熱膜的表面溫度。為了使電熱膜產(chǎn)生的熱能均勻地?cái)U(kuò)散開來，選擇導(dǎo)熱性好的金屬板作基材是有用的。為此，要給電熱膜通電發(fā)熱，就必須設(shè)置電極。這種電極選用什么材料，做成什么形狀，線端如何連接，溫度怎么控制都是一些技術(shù)性很強(qiáng)的工作，并且為了防止溫度過度升高，開關(guān)的設(shè)置、保險(xiǎn)部件的安裝等都是關(guān)鍵。若想獲得高溫條件下使用的電熱膜，而且在柔性材料上也能使用，就必須選擇適宜的高分子融結(jié)料和耐熱性好的基材，對(duì)填料粒徑的大小也需做進(jìn)一步的探討研究。
作者/齊成 信息來源：網(wǎng)印工業(yè)
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