性能优越的高分子电热膜及其应用

http://www.dn.hc360.com2013年11月19日09:33 来源:中国建设报T|T

    慧聪家居采暖网 近年来,伴随着电热膜辐射供暖系统技术的日臻完善以及大量案例的应用实践,电热膜电地暖系统“环保、舒适、控制灵活、用电削峰填谷、便于行为节能”等优点越来越得到社会各界的普遍认可。然而市场繁荣发展的同时难免会“泥沙俱下”,因电热膜质量问题而出现的电热膜电地暖系统电气安全及局部过热问题、供暖效果达不到设计要求、室内温度逐年降低的失败案例也并不少见。因此,保证并提高电热膜产品的安全性及使用效果,研发、生产性能优质的电热膜产品显得尤为重要。高分子电热膜产品的研发在丰富电热膜产品种类的同时,提升并扩展了电热膜产品的应用领域。

    导电高分子:电热膜发热材料的一场变革

    产品的变革往往是由生产此类产品的材料变革开始的,电热膜行业中高分子电热膜产品的研发生产也不例外。新材料导电高分子的诞生,为高分子电热膜的研发提供了材料基础与保障。

    导电高分子诞生于上世纪70年代,是高分子材料中崭新的分支体系,属于新材料领域的前沿学科,其发明者获得了2000年诺贝尔化学奖。导电高分子的电热转换原理可简单描述为:有机物质单体在聚合形成高分子的同时,可以通过不同的分子设计及有机合成工艺或嫁接或掺杂具有不同化学结构、不同基团数量、不同自由电子数的阳性、阴性或双性基团(被称为极性基团),从而形成具有不同电介和电热性能的不同结构的导电高分子。给导电高分子通电,被束缚在无数个极性基团团束中的自由电子群在狭窄的空间内逆电流方向定向移动形成电流,同时电子在移动过程中受到阻碍发生碰撞、产生摩擦撞击热,并主要以远红外辐射热的形式向外传递。

    正是因为导电高分子在导电过程中拥有上述优越的发热性能,使其成为天然的发热电阻材料(又称电热材料或发热材料)。由于不同的发热电阻材料具有不同的“电介性能、半衰期、电热转换效率、配伍性”等,因此决定了其电热膜产品具有不同的电气安全性能、热稳定性、电热转换效率包括辐射热占比、抗老化氧化能力、使用寿命等等。而应用在高分子电热膜的导电高分子,通过分子设计可以达到按需要调整电介、电热性能、耐酸碱侵蚀能力、材料配伍性能、有效控制远红外辐射波长范围和调整主峰波长及比例等,从而使得以导电高分子为发热电阻材料的高分子电热膜产品具有功率密度范围大、使用寿命长、电热转换效率高、无电磁辐射、远红外辐射热占比大和舒适性强等特点。

    众所周知,发热电阻材料是电热膜的核心,由北京新宇阳科技有限公司(以下简称“新宇阳”)研发的高分子电热膜的发热电阻材料与产品结构拥有突出的特点和优势,我国建筑工业行业标准《低温辐射电热膜》(JG/T2862010)将高分子电热膜与金属基电热膜、无机非金属基电热膜(包括碳纤维电热膜、油墨电热膜等)并称为电热膜的三大产品类别,并且该产品标准编制委员会在对众多送检样品检验报告进行综合评价后,将新宇阳高分子电热膜作为该标准唯一的技术指标验证产品。

    性能优越的高分子电热膜

    不言而喻,发热电阻材料和产品结构决定了电热膜产品的品质与性能,优异的导电高分子发热电阻材料只有与合理的产品结构相结合,才能研制生产出高效、优质的高分子电热膜产品。

    据介绍,高分子电热膜的研发生产需要根据电热膜的应用领域、电介性能及功能性要求合成导电高分子及复合导电高分子,将经过特殊处理的金属丝作电极,与玻纤、化纤、棉线等一起,针织或纺织成带有金属电极的基材,分别用于不同性能要求的电热膜,然后通过“傻瓜式”涂布工艺,按照不同电压下的功率密度要求将复合导电高分子材料涂覆在基材上,形成裸体电热膜,再根据使用要求将裸体电热膜外敷不同的绝缘材料,最后裁剪、连接接线端子、焊接引出导线,将成品进行检测检验。

    经过上述生产工艺生产出来的高分子电热膜具有以下三大特点:

    1.高分子电热膜是具有基材的电热膜。大部分电热膜均没有基材,直接将电热材料被覆于两层绝缘薄膜之间。这种结构的电热膜有效发热面积小、同等功率电热膜的功率密度大,容易出现局部过热现象。无基材的电热膜一旦过热,电热材料会出现龟裂电阻变大、电极开裂、绝缘电阻变小甚至漏电,用户在使用过程中会出现跳闸、室温逐渐降低、地面坍塌等现象,严重时会发生着火、触电等事故。

    与无基材的电热膜相比,高分子电热膜的电热材料——导电高分子通过连接料与基材和电极紧密结合成为一体,克服了无基材电热膜的弊端,且柔韧性好、抗老化裂化能力大大提高,外敷绝缘材料的选择范围广;同时可以根据后续产品的开发设计要求改变基材材质、疏密度、电极间距,生产各种功能的裸体电热膜,如:透气性电热膜、耐高温电热膜、柔性电热膜、特殊功能性电热膜,可应用于各个领域的电热产品开发。

    2.高分子电热膜是以金属丝为电极的电热膜。无机非金属基电热膜通常是以铜片作为电极,电极与电热材料断面接触。铜片电极很难与电热材料连续、紧密结合,且怕折弯,这也是这类电热膜通电后容易出现打火现象的主要原因之一。而高分子电热膜的电极由经过特殊处理的若干组超细金属丝组成,不仅在基材的编织过程中与其他纤维形成整体,涂覆导电高分子后完全被电热材料包裹,不仅与电热材料结合紧密,电气性能稳定、柔韧性好,电极的抗氧化老化能力也大大加强。

    3.高分子电热膜是功率密度可以任意调整的电热膜。功率密度是指单位有效发热面积上的电功率(单位:w/m2)。由于导电高分子的导电性能、植入电极的基材、自动化涂覆工艺以及外敷绝缘材料的选择等均具有灵活性,所以高分子电热膜的功率密度可以任意设计。加上易于加工成具有柔韧性、功能性的电热膜,所以高分子电热膜与其他类型的电热膜相比,具有更广泛的用途。

    应用广泛的高分子电热膜

    高分子电热膜具有的上述诸多特点使得其在电热膜界享有盛名,而其“任意幅宽和形状、任意使用电压、任意功率密度”等三个任意的特点和可以赋予其特殊功能性的优势,使得高分子电热膜后续产品的开发空间更大、应用领域更广。

    在传统的建筑供暖应用方面,新宇阳于2002年在北京市海淀区圆明园花园铺装了国内第一个电热膜电地暖工程,开启了国内电热膜用于地暖的先河。截至目前,新宇阳的高分子电热膜“电地暖、电热墙暖、电热顶棚供暖、辐射电热板”供暖系统已大面积应用于居民及公共建筑、农业大棚、农村煤改电工程。为保证其电热膜电地暖系统的安全,新宇阳还先后开发了过热保护装置、泄漏电流屏蔽膜及电热膜等专利技术,是国内为数不多拥有多项发明专利技术的电热膜生产企业。

    在已经投入的卫星接收天线融雪化冰、道路及屋顶融雪、理疗保健、农业畜牧业、工业设备及管道伴热等领域,新宇阳高分子电热膜也取得了良好的使用效果与不俗的市场回报。在新开发的风力发电机叶片融雪化冰、航天工业应用、设备伪装、远红外治疗设备以及其他方面的应用领域,新宇阳也在积极探索高分子电热膜的应用之路。

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