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化纖資訊|性能優越的高分子電熱膜及其應用

伴隨著電熱膜輻射供暖系統技術的日臻完善以及大量案例的應用實踐,電熱膜電地暖系統“環保、舒適、控制靈活、用電削峰填谷、 便于行為節能”等優點越來越得到社會各界的普遍認可。然而市場繁榮發展的同時難免會“泥沙俱下”,因電熱膜質量問題而出現的電熱膜電地暖系統電氣安全及局 部過熱問題、供暖效果達不到設計要求、室內溫度逐年降低的失敗案例也并不少見。因此,保證并提高電熱膜產品的安全性及使用效果,研發、生產性能優質的電熱 膜產品顯得尤為重要。高分子電熱膜產品的研發在豐富電熱膜產品種類的同時,提升并擴展了電熱膜產品的應用領域。
導電高分子:電熱膜發熱材料的一場變革
產品的變革往往是由生產此類產品的材料變革開始的,電熱膜行業中高分子電熱膜產品的研發生產也不例外。新材料導電高分子的誕生,為高分子電熱膜的研發提供了材料基礎與保障。
導電高分子誕生于上世紀70年代,是高分子材料中嶄新的分支體系,屬于新材料領域的前沿學科,其發明者獲得了2000年諾貝爾化學獎。導電高分子的 電熱轉換原理可簡單描述為:有機物質單體在聚合形成高分子的同時,可以通過不同的分子設計及有機合成工藝或嫁接或摻雜具有不同化學結構、不同基團數量、不 同自由電子數的陽性、陰性或雙性基團(被稱為極性基團),從而形成具有不同電介和電熱性能的不同結構的導電高分子。給導電高分子通電,被束縛在無數個極性 基團團束中的自由電子群在狹窄的空間內逆電流方向定向移動形成電流,同時電子在移動過程中受到阻礙發生碰撞、產生摩擦撞擊熱,并主要以遠紅外輻射熱的形式 向外傳遞。
正是因為導電高分子在導電過程中擁有上述優越的發熱性能,使其成為天然的發熱電阻材料(又稱電熱材料或發熱材料)。由于不同的發熱電阻材料具有不同 的“電介性能、半衰期、電熱轉換效率、配伍性”等,因此決定了其電熱膜產品具有不同的電氣安全性能、熱穩定性、電熱轉換效率包括輻射熱占比、抗老化氧化能 力、使用壽命等等。而應用在高分子電熱膜的導電高分子,通過分子設計可以達到按需要調整電介、電熱性能、耐酸堿侵蝕能力、材料配伍性能、有效控制遠紅外輻 射波長范圍和調整主峰波長及比例等,從而使得以導電高分子為發熱電阻材料的高分子電熱膜產品具有功率密度范圍大、使用壽命長、電熱轉換效率高、無電磁輻 射、遠紅外輻射熱占比大和舒適性強等特點。
眾所周知,發熱電阻材料是電熱膜的核心,由北京新宇陽科技有限公司(以下簡稱“新宇陽”)研發的高分子電熱膜的發熱電阻材料與產品結構擁有突出的特 點和優勢,我國建筑工業行業標準《低溫輻射電熱膜》(JG/T2862010)將高分子電熱膜與金屬基電熱膜、無機非金屬基電熱膜(包括碳纖維電熱膜、油 墨電熱膜等)并稱為電熱膜的三大產品類別,并且該產品標準編制委員會在對眾多送檢樣品檢驗報告進行綜合評價后,將新宇陽高分子電熱膜作為該標準唯一的技術 指標驗證產品。
性能優越的高分子電熱膜
不言而喻,發熱電阻材料和產品結構決定了電熱膜產品的品質與性能,優異的導電高分子發熱電阻材料只有與合理的產品結構相結合,才能研制生產出高效、優質的高分子電熱膜產品。
據介紹,高分子電熱膜的研發生產需要根據電熱膜的應用領域、電介性能及功能性要求合成導電高分子及復合導電高分子,將經過特殊處理的金屬絲作電極, 與玻纖、化纖、棉線等一起,針織或紡織成帶有金屬電極的基材,分別用于不同性能要求的電熱膜,然后通過“傻瓜式”涂布工藝,按照不同電壓下的功率密度要求 將復合導電高分子材料涂覆在基材上,形成裸體電熱膜,再根據使用要求將裸體電熱膜外敷不同的絕緣材料,最后裁剪、連接接線端子、焊接引出導線,將成品進行 檢測檢驗。
經過上述生產工藝生產出來的高分子電熱膜具有以下三大特點:
1.高分子電熱膜是具有基材的電熱膜。大部分電熱膜均沒有基材,直接將電熱材料被覆于兩層絕緣薄膜之間。這種結構的電熱膜有效發熱面積小、同等功率 電熱膜的功率密度大,容易出現局部過熱現象。無基材的電熱膜一旦過熱,電熱材料會出現龜裂電阻變大、電極開裂、絕緣電阻變小甚至漏電,用戶在使用過程中會 出現跳閘、室溫逐漸降低、地面坍塌等現象,嚴重時會發生著火、觸電等事故。
與無基材的電熱膜相比,高分子電熱膜的電熱材料——導電高分子通過連接料與基材和電極緊密結合成為一體,克服了無基材電熱膜的弊端,且柔韌性好、抗 老化裂化能力大大提高,外敷絕緣材料的選擇范圍廣;同時可以根據后續產品的開發設計要求改變基材材質、疏密度、電極間距,生產各種功能的裸體電熱膜,如: 透氣性電熱膜、耐高溫電熱膜、柔性電熱膜、特殊功能性電熱膜,可應用于各個領域的電熱產品開發。
2.高分子電熱膜是以金屬絲為電極的電熱膜。無機非金屬基電熱膜通常是以銅片作為電極,電極與電熱材料斷面接觸。銅片電極很難與電熱材料連續、緊密 結合,且怕折彎,這也是這類電熱膜通電后容易出現打火現象的主要原因之一。而高分子電熱膜的電極由經過特殊處理的若干組超細金屬絲組成,不僅在基材的編織 過程中與其他纖維形成整體,涂覆導電高分子后完全被電熱材料包裹,不僅與電熱材料結合緊密,電氣性能穩定、柔韌性好,電極的抗氧化老化能力也大大加強。
3.高分子電熱膜是功率密度可以任意調整的電熱膜。功率密度是指單位有效發熱面積上的電功率(單位:w/m2)。由于導電高分子的導電性能、植入電 極的基材、自動化涂覆工藝以及外敷絕緣材料的選擇等均具有靈活性,所以高分子電熱膜的功率密度可以任意設計。加上易于加工成具有柔韌性、功能性的電熱膜, 所以高分子電熱膜與其他類型的電熱膜相比,具有更廣泛的用途。
應用廣泛的高分子電熱膜
高分子電熱膜具有的上述諸多特點使得其在電熱膜界享有盛名,而其“任意幅寬和形狀、任意使用電壓、任意功率密度”等三個任意的特點和可以賦予其特殊功能性的優勢,使得高分子電熱膜后續產品的開發空間更大、應用領域更廣。
在傳統的建筑供暖應用方面,新宇陽于2002年在北京市海淀區圓明園花園鋪裝了國內第一個電熱膜電地暖工程,開啟了國內電熱膜用于地暖的先河。截至 目前,新宇陽的高分子電熱膜“電地暖、電熱墻暖、電熱頂棚供暖、輻射電熱板”供暖系統已大面積應用于居民及公共建筑、農業大棚、農村煤改電工程。為保證其 電熱膜電地暖系統的安全,新宇陽還先后開發了過熱保護裝置、泄漏電流屏蔽膜及電熱膜等專利技術,是國內為數不多擁有多項發明專利技術的電熱膜生產企業。
在已經投入的衛星接收天線融雪化冰、道路及屋頂融雪、理療保健、農業畜牧業、工業設備及管道伴熱等領域,新宇陽高分子電熱膜也取得了良好的使用效果 與不俗的市場回報。在新開發的風力發電機葉片融雪化冰、航天工業應用、設備偽裝、遠紅外治療設備以及其他方面的應用領域,新宇陽也在積極探索高分子電熱膜 的應用之路。

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