CN110248429A - 一种可透视的电热层、包括其的可透视的电热装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种可透视的电热层，所述可透视的电热层包括间隔分布的至少第一电热线条和第二电热线条；所述第一电热线条的宽度或者所述第二电热线条的宽度与所述第一电热线条和所述第二电热线条之间的间隙宽度之比为0.1～1。本申请还涉及一种包括如上所述的可透视的电热层的可透视的电热装置。本申请还涉及如上的所述的可透视的电热装置用于制造生活用品、艺术品、健康理疗设备、工程建筑或军事训练设备中的应用。本申请的电热层发热均匀，电热层导电性能稳定，使用寿命长，具有良好的透视效果。此外，本申请的可透视的电热层制作方便，且制作成本较低。
Description
技术领域
本申请涉及电加热技术领域，具体涉及一种可透视的电热层、包括该可透视的电热层的可透视的电热装置及其应用。
背景技术
电加热产品已融入人们的日常生活中，常见的电加热产品包括电热毯，电吹风，电热膜，电热地暖等。因为传统的电加热产品通常采用金属电热丝、碳纤维电热丝或电热片等作为热源，所以传统的电加热产品无法产生可透视的效果。而近几年发展起来的石墨烯薄膜电热膜采用CVD方法制作的单层或双层石墨烯薄膜具有良好的透明性和电热效果。例如，中国专利CN201520716872.8披露的石墨烯薄膜透明度高达96％。但是在现阶段由于技术限制，高透明度石墨烯价格昂贵，难以实现廉价量产，并快速被市场认可。
因此，市场上急需一种制备工艺简单且成本低廉的可透视的电热装置。
发明内容
本申请的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种发热均匀且可透视的电热层。具体来说，本申请通过调节电热层中电热线条的宽度与电热线条之间间隙宽度的比例，可实现可透视效果。
本申请之目的还在于提供一种包括如上所述的可透视的电热层的可透视的电热装置。
本申请之目的还在于提供一种如上所的可透视的电热装置用于制造生活用品、艺术品、健康理疗设备、工程建筑或军事训练设备中的应用。
为了实现本申请之目的，本申请提供以下技术方案。
在第一方面中，本申请提供一种可透视的电热层，其特征在于，所述可透视的电热层包括间隔分布的至少第一电热线条和第二电热线条；
其中所述第一电热线条的宽度与所述第一电热线条和所述第二电热线条之间的间隙宽度之比为0.1～1，优选地为0.1～0.5；以及
其中所述第二电热线条的宽度与所述第一电热线条和所述第二电热线条之间的间隙宽度之比为0.1～1，优选地为0.1～0.5。
在第一方面的一种实施方式中，所述至少第一电热线条和所述第二电热线条呈网纹状镂空结构分布和/或相互平行的条纹状结构分布。
在第一方面的一种实施方式中，所述至少第一电热线条和第二电热线条的宽度小于等于1mm。
在第一方面的一种实施方式中，所述至少第一电热线条和第二电热线条之间的间隙宽度小于等于10mm。
在第一方面的一种实施方式中，所述至少第一电热线条和第二电热线条之间的间隙宽度优选为0.1～1mm。
在第一方面的一种实施方式中，所述至少第一电热线条和第二电热线条的的材质包括石墨、导电炭黑、碳晶、纳米碳管、碳纤维、石墨烯或富勒烯中的一种或多种。
在第一方面的一种实施方式中，所述电热层通过涂布、印刷、电镀、金属刻蚀或蒸镀中的一种或多种工艺制备得到。
在第一方面的一种实施方式中，所述可透视的电热层还包括相互平行的至少两条汇流条，所述相互平行的至少两条汇流条分别设置在所述可透视的电热层相对的两端，且固定覆盖在所述可透视的电热层的电热线条之上。
在第一方面的一种实施方式中，在被汇流条覆盖的区域中，电热线条之间没有间隙。
在第一方面的一种实施方式中，被汇流条覆盖的区域中电热线条的宽度与相邻两条电热线条之间的间隙宽度之比不小于没有被汇流条覆盖的区域中电热线条的宽度与相邻两条电热线条之间的间隙宽度之比。
在第二方面中，本申请提供一种可透视的电热装置，其特征在于，其包括如第一方面所述的可透视的电热层以及透明保护层；
其中所述透明保护层设置在所述可透视的电热层的至少一侧；以及
其中所述第一电热线条和所述第二电热线条之间的间隙宽度与所述透明保护层厚度之比小于等于1。
在第二方面的一种实施方式中，所述透明保护层的厚度小于等于5mm，更优选的为0.05～0.2mm。
在第三方面中，本申请提供一种如第二方面所述的可透视电热装置用于制造生活用品、艺术品、健康理疗设备、工程建筑或军事训练设备中的应用。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于本申请的电热层发热均匀，电热层导电性能稳定，使用寿命长，具有良好的透视效果。此外，本申请的可透视的电热层制作方便，且制作成本较低。
附图说明
在附图中：
图1为实施例1中可透视的电热层的结构示意图；
图2为实施例1中可透视的电热装置的剖面结构示意图；
图3为实施例1中可透视的电热装置的透视效果示意图；
图4为实施例1中可透视的电热装置的表面温度分布示意图；
图5为实施例2中可透视的电热装置的透视效果示意图；
图6为实施例2中可透视的电热装置的表面温度分布示意图；
图7为实施例3中可透视的电热层的结构示意图；
图8为实施例3中可透视的电热装置的结构示意图；
图9为实施例3中可透视的电热装置的透视效果示意图；
图10为实施例3中可透视的电热装置的表面温度分布示意图；
图11为实施例4中可透视的电热装置的透视效果示意图；
图12为实施例4中可透视的电热装置的表面温度分布示意图；
图13为实施例5中可透视的电热层的结构示意图；
图14为实施例5中可透视的电热装置的透视效果示意图；
图15为实施例5中可透视的电热装置的表面温度分布示意图；
图16为对比例1中的电热装置的透视效果示意图；
图17为对比例1中的电热装置的表面温度分布示意图。
在附图中，1为条纹状结构电热层，2为汇流条，3为网纹状镂空结构电热层，4为PET膜，5为PI膜，6为PEN膜。
具体实施方式
除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。
以下将结合附图描述本申请的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。在不偏离本申请的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本申请的实施方式进行修改和替换，所得实施方式也在本申请的保护范围之内。
传统的电热产品采用金属电热丝、碳纤维电热丝或电热片等作为热源，通常难以实现可透视的效果。本申请之目的在于提供一种发热均匀且可透视的电热层。具体来说，本申请通过调节电热层中电热线条的宽度与电热线条之间间隙宽度的比例，可实现可透视效果。
在一种具体实施方式中，本申请提供一种可透视的电热层，所述电热层包括呈网纹状镂空结构和/或条纹状结构分布的至少两条电热线条，所述电热线条的宽度与相邻两条电热线条之间的间隙宽度之比为0.1～1。
在一种具体实施方式中，电热线条部分本身是不透明的，但是透过网纹状镂空和/或条纹状构造间的空隙部分可以看到电热层背后的物体，通过人脑内部的自动画面补充，达到透视之目的。但是当电热线条宽度比间隙宽度更宽的时候，电热线条有明显的遮挡效果，人脑难以进行画面补充。
本申请的发明人经过反复摸索和实验，令人惊讶地发现当电热线条与电热线条之间的间隙宽度之比为0.1～1时，所得电热层具有良好的透视效果。
在一种具体实施方式中，所述电热线条的宽度与相邻两条电热线条之间的间隙宽度之比为0.1～0.5。
在一种具体实施方式中，所述电热线条宽度小于等于1mm。在另一种具体实施方式中，所述电热线条宽度小于等于0.2mm。在一种优选的实施方式中，可透视的电热层中所有电热线条的宽度相同。在另一种优选的实施方式中，可透视的电热层各电热线条的宽度不相同。当电热线条过宽时，电热线条有明显的遮挡效果，人脑难以进行画面补充。
在一种具体实施方式中，所述电热线条之间的间隙宽度小于等于10mm，更优选的为0.1～1mm。本申请的电热线条的宽度和相邻电热线条间隙宽度的特定比例可以实现可透视的电热层的均匀加热。
在一种具体实施方式中，本申请的电热线条的材质为导电发热材质，如银、合金、碳素材料等。在一种更具体实施方式中，所述电热线条的材质包括石墨、导电炭黑、碳晶、纳米碳管、碳纤维、石墨烯或富勒烯中的一种或多种。上述材料均为碳素材料，具有良好的热辐射效果。在一种特别优选的实施方式中，所述电热线条的材质为石墨烯。
在一种具体实施方式中，所述电热层可通过涂布、印刷、电镀、金属刻蚀或蒸镀中的一种或多种工艺制备得到。上述工艺均为常用制备手段，制作高效方便，且经济性好。
在本申请的一种优选的实施方式中，所述电热层相对的两端设有相互平行的汇流条，每条所述汇流条固定覆盖在电热层一侧表面。两条汇流条分别与电源连接，以形成电回路。设置汇流条，能保证导电的稳定性。
其中，所述汇流条的材质为铜箔。更优选的，在铜箔和电热层的接触界面上设有银浆涂层，以降低接触界面上的电阻率。
在一种具体实施方式中，在所述电热层覆盖有汇流条的区域中，相邻电热线条之间不存在间隙。在另一种具体实施方式中，被汇流条覆盖的区域中电热线条的宽度与相邻两条电热线条之间的间隙宽度之比不小于没有被汇流条覆盖的区域中电热线条的宽度与相邻两条电热线条之间的间隙宽度之比。汇流区域导电稳定，同时汇流区域与发热区域具有相同的厚度，有助于电热装置本身稳定，延长使用寿命。
在一种具体实施方式中，本申请提供一种含有如上所述的电热层的可透视的电热装置，所述电热装置还包括设置在电热层至少一侧的透明保护层，且所述相邻两条电热线条之间的间隙宽度与保护层厚度之比小于等于1。
在一种具体实施方式中，与紧贴电热线条处的透明保护层处的温度相比，在相邻电热线条间隙处未受到电热线条的直接加热，温度较低。由于保护层本身具有一定的导热作用，由电热线条产生的热量会在保护层内传播，热量在到达保护层外表面时达到均一化的效果，使得表面发热均匀。
在一种具体实施方式中，所述透明保护层的厚度小于等于5mm，更优选地小于等于0.5mm。在一种更优选的实施方式中，保护层的厚度应小于等于0.1mm。这个厚度范围的保护层可在保证发热均匀的前提下，赋予产品所需的透明度和柔软性。
在一种具体实施方式中，本申请提供一种如上所述的可透视电热装置用于制造生活用品、艺术品、健康理疗设备、工程建筑或军事训练设备中的应用。
实施例
下面将结合附图对本申请的实施例作详细说明，本实施例在以本申请技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本申请的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
该实施例涉及一种条纹状结构的可透视电热层及包括其的电热膜。
参考图1，该实施例涉及一种可透视的电热层，其包括多个平行排布的电热线条，共同构成条纹状结构的电热层1。该实施例的可透视的电热层还包括覆盖在条纹状结构电热层1两端电热线条之上的汇流条2。在图1所示的实施方式中，汇流条2的延伸方向与电热线条长度方向垂直。
在本实施例中，电热线条的宽度为1mm，相邻两条电热线条之间的间隙宽度为5mm，电热线条的材质为石墨烯，汇流条的2的材质为铜箔，在使用时，两条汇流条2通以220V的交流电压。
将上述电热层用于制作电热膜，具体步骤如下：
(1)取一张5mm厚的PET膜4，清洗干燥后待用；
(2)以石墨烯为导电油墨(购自宁波墨西科技有限公司，型号为G-ink)，通过凹版印刷的方式在上述PET膜4上进行印刷，形成条纹状结构电热层1；
(3)在条纹状结构电热层1两端的一侧表面覆盖汇流条2，得到可透视电热层，其剖面结构图如图2所示；
(4)再在条纹状结构电热层1上表面覆盖PEN膜，得到可透视电热膜。
在本实施例中，凹版印刷机选用宁波欣达机械有限公司定制生产的印刷设备。该印刷设备包括放卷部分、印刷部分、烘道和收卷部分。在该印刷设备中，放卷部分用于放出PET薄膜卷材以进行印刷。印刷部分主要使用凹版版辊印刷。烘道包括20米烘道，60-120℃阶梯升温烘干水分。收卷部分用于在印刷完成后将薄膜收成一大卷。
将上述可透视电热膜放置在带有图案的白纸之上，其效果图如图3所示。从图3中可以发现，该电热膜能较为清晰的将白纸上的图像显现出来，因此可以证明本实施例的电热膜具有良好的可透视性能。
将上述可透视电热膜的两条汇流条通以220V交流电压，通过热成像仪(具体型号为testo公司的865型号的热成像仪)测量电热膜表面温度分布，其结果如图4所示，从图4中可以发现，该电热膜表面温度分布均匀。
实施例2
该实施例涉及一种条纹状结构的可透视电热层及包括其的电热膜。
采用与实施例1类似的方法来制备具有类似结构的可透视的电热层，并制作与实施例1类似结构的电热膜，不同之处如下：
(1)采用银浆导电油墨(佛山市瑞福物联科技有限公司，1000目，导电银浆)，通过圆网印刷的方式在PEN膜上进行印刷，其中，圆网孔洞为200目，PEN膜的厚度为5mm；
(2)电热线条的宽度为0.5mm，两条相邻电热线条之间的间隙宽度为0.5mm。
将上述电热膜放置在带有图案的白纸之上，其效果图如图5所示。从图5中可以发现，该电热膜能较为清晰的将白纸上的图像显现出来，因此可以证明本实施例的电热膜具有良好的可透视性能。
将上述电热膜的两条汇流条通以5V直流电压，通过热成像仪(具体型号为testo公司的865型号的热成像仪)测量电热膜表面温度分布，其结果如图6所示，从图6中可以发现，该电热膜表面温度分布均匀。
实施例3
该实施例涉及一种网纹状结构的可透视电热层及包括其的电热块。
本实施例的可透视的电热层包括多个斜向交叉布置的电热线条，共同构成网纹状镂空结构电热层3，并在网纹状镂空结构电热层3两端的一侧表面覆盖汇流条2，具体结构如图7所示。
在本实施例中，电热线条的宽度为0.2mm，平行的两条相邻电热线条之间的间隙宽度为0.4mm，电热线条的材质为水性油墨，汇流条的2的材质为铜箔，在使用时，两条汇流条2通以220V的交流电压。
在本实施例中，水性油墨通过如下过程来制备：
(1)将PVP-k30，PVA-0588和PEG-400聚合物以1：2：4的比例与水混合，配成10％聚合物分散溶液；
(2)以5kg：50g：100g：1kg比例混合石墨烯浆料、高导石墨粉、导电炭黑和纳米碳管；
(3)，再分别加入10g的KH-550和5g的KH-560作为分散剂，加入聚合物分散溶液250ml，使用高速分散机在4000rpm分散2小时；
(4)加入2kg水性丙烯酸树脂乳液GL-508C，使用低速搅拌机在500rpm混合均匀。
(5)加入3g润湿剂BYK-333，3g消泡剂BYK-011以及增稠剂OPTIFLO-H7625VF调节粘度至蔡恩3号杯13秒粘度，制得水性导电油墨。
将上述电热层用于制作电热块，具体步骤如下：
(1)取一张0.8mm厚的PI膜5，清洗干燥后待用；
(2)采用上述水性导电油墨，通过凹版印刷的方式在PI膜5上进行印刷，形成网纹状镂空结构电热层3；
(3)在网纹状镂空结构电热层3两端的一侧表面覆盖汇流条2；
(4)再在网纹状镂空结构电热层3上表面覆盖PEN膜6，得到可透视的电热块，产品结构如图8所示。
将上述电热块放置在带有图案的白纸之上，其效果图如图9所示，从中可以发现，该电热块能较为清晰的将白纸上的图像显现出来，因此可以证明本实施例的电热块具有良好的可透视性能。
将上述电热块的两条汇流条通以220V交流电压，通过热成像仪(具体型号为testo公司的865型号的热成像仪)测量电热膜表面温度分布，其结果如图10所示，从图10中可以发现，该电热块表面温度分布均匀。
实施例4
该实施例涉及一种网纹状结构的可透视电热层及包括其的电热块。
本实施例采用与实施例3类似结构的电热层来制作电热膜，不同之处如下：
(1)在使用粘结剂将镍合金箔(深圳森辉金属材料有限公司，0.05mm，镍箔)复合在PEN膜上，在其表面印刷上斜十字纹保护层，在质量分数为40％的稀硫酸中腐蚀2分钟后获得电热膜，PEN膜的厚度为3mm；
(2)电热线条的宽度为0.5mm，平行的两条相邻电热线条之间的间隙宽度为1mm；
(3)覆盖在电热层上的PEN膜的厚度为2mm。
将上述电热布放置在带有图案的白纸之上，其效果图如图11所示，从中可以发现，该电热膜能较为清晰的将白纸上的图像显现出来，因此可以证明本实施例的电热膜具有良好的可透视性能。
将上述电热布的两条汇流条通以5V直流电压，通过热成像仪(具体型号为testo公司的865型号的热成像仪)测量电热膜表面温度分布，其结果如图12所示，从图12中可以发现，该电热膜表面温度分布均匀。
实施例5
该实施例涉及一种网纹状结构的可透视电热层及包括其的电热块。
本实施例的可透视的电热层包括多个斜向交叉布置的电热线条，共同构成六边形网纹状镂空结构电热层3，并在网纹状镂空结构电热层3两端的一侧表面覆盖汇流条2，具体结构如图13所示。
在本实施例中，电热线条的宽度为0.2mm，平行的两条相邻电热线条之间的间隙宽度为0.2mm，电热线条的材质为水性油墨，汇流条的2的材质为铜箔，在使用时，两条汇流条2通以220V的交流电压。
在本实施例中，水性油墨通过如下过程来制备：
(1)将PVP-k30，PVA-0588和PEG-400聚合物以1：2：4的比例与水混合，配成10％聚合物分散溶液；
(2)以5kg：50g：100g：1kg比例混合石墨烯浆料、高导石墨粉、导电炭黑和纳米碳管；
(3)，再分别加入10g的KH-550和5g的KH-560作为分散剂，加入聚合物分散溶液250ml，使用高速分散机在3000rpm分散4小时；
(4)加入2kg水性丙烯酸树脂乳液GL-508C，使用低速搅拌机在400rpm混合均匀。
(5)加入2g润湿剂BYK-333，3g消泡剂BYK-011以及增稠剂OPTIFLO-H7625VF调节粘度至蔡恩3号杯16秒粘度，制得水性导电油墨。
将上述电热层用于制作电热膜，具体步骤如下：
(1)取一张0.2mm厚的PET膜4，清洗干燥后待用；
(2)采用上述水性导电油墨，通过凹版印刷的方式在PET膜4上进行印刷，形成六角形网纹状镂空结构电热层3；
(3)在网纹状镂空结构电热层3两端的一侧表面覆盖汇流条2；
(4)再在网纹状镂空结构电热层3上表面覆盖PET膜4，得到可透视的电热块，产品结构与图8所示的结构相似，但电热层3的电热线条构成六边形网纹状镂空结构。
将上述电热块放置在带有图案的白纸之上，其透视效果图如图14所示，从中可以发现，该电热膜能较为清晰的将白纸上的图像显现出来，因此可以证明本实施例的电热块具有良好的可透视性能。
将上述电热块的两条汇流条通以220V交流电压，通过热成像仪(具体型号为testo公司的865型号的热成像仪)测量电热块表面温度分布，其结果如图15所示，从图15中可以发现，该电热膜表面温度分布均匀。
对比例1
该对比例1的实验过程和原料与实施例1相同，得到条纹状可透视电热膜。但对比例1的条纹状可透视电热膜的加热条纹宽度为6mm，间隙宽度为4mm，加热条条纹宽度与间隙宽度之比为1.5。
将对比例1得到的可透视电热膜放置在带有图案的白纸之上，其效果图如图16所示。从图16中可以发现，该电热膜能不能清晰的将白纸上的图像显现出来，因此表明对比例1的电热膜不具有可透视性能。
将对比例1的可透视电热膜的两条汇流条通以220V交流电压，通过热成像仪(具体型号为testo公司的865型号的热成像仪)测量电热膜表面温度分布，其结果如图17所示。从图17中可以发现，该电热膜表面温度分布不均匀。
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。
Claims (10)
1.一种可透视的电热层，其特征在于，所述可透视的电热层包括间隔分布的至少第一电热线条和第二电热线条；
其中所述第一电热线条的宽度与所述第一电热线条和所述第二电热线条之间的间隙宽度之比为0.1～1，优选地为0.1～0.5；以及
其中所述第二电热线条的宽度与所述第一电热线条和所述第二电热线条之间的间隙宽度之比为0.1～1，优选地为0.1～0.5。
2.如权利要求1所述的可透视的电热层，其特征在于，所述至少第一电热线条和第二电热线条呈网纹状镂空结构分布和/或相互平行的条纹状结构分布。
3.如权利要求1所述的可透视的电热层，其特征在于，所述至少第一电热线条和第二电热线条的宽度小于等于1mm。
4.如权利要求3所述的可透视的电热层，其特征在于，所述第一电热线条和第二电热线条之间的间隙宽度为0.1～1mm。
5.如权利要求1所述的可透视的电热层，其特征在于，所述至少第一电热线条和第二电热线条的材质包括石墨、导电炭黑、碳晶、纳米碳管、碳纤维、石墨烯或富勒烯中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的可透视的电热层，其特征在于，所述电热层通过涂布、印刷、电镀、金属刻蚀或蒸镀中的一种或多种工艺制备得到。
7.如权利要求1所述的可透视的电热层，其特征在于，在可透视的电热层相对的两端覆盖有相互平行的两条汇流条，且
在被汇流条覆盖的区域中，电热线条之间没有间隙；或者
被汇流条覆盖的区域中电热线条的宽度与相邻两条电热线条之间的间隙宽度之比不小于没有被汇流条覆盖的区域中电热线条的宽度与相邻两条电热线条之间的间隙宽度之比。
8.一种可透视的电热装置，其特征在于，其包括如权利要求1～7中任一项所述的可透视的电热层以及透明保护层；
其中所述透明保护层设置在所述可透视的电热层的至少一侧；以及
其中所述第一电热线条和所述第二电热线条之间的间隙宽度与所述透明保护层厚度之比小于等于1。
9.如权利要求8所述的可透视的电热装置，其特征在于，所述透明保护层的厚度小于等于5mm，优选为0.05～0.2mm。
10.一种如权利要求8所述的可透视的电热装置用于制造生活用品、艺术品、健康理疗设备、工程建筑或军事训练设备中的应用。
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