导电发热材料及包含该导电发热材料的地板和制造方法.pdf

本发明涉及一种导电发热材料。该导电发热材料包括基材，均匀附着在基材上的导电发热层，导电发热层由导电发热涂料制成，导电发热涂料包括导电发热基体材料和粘结剂。所述的导电发热基体材料选自天然石墨、人造石墨、导电碳黑；所述的粘结剂选自丙烯酸树脂、环氧树脂、聚胺酯树脂、明胶、羧甲基纤维素和聚乙烯醇等。在一些具体实施方式中，所述的基材为纸。所述的导电发热材料可以用来制作导电发热地板。本发明中的导电发热地板在通电(220V)5分钟内，表面温度可以达到15-70℃并能长期保持温度稳定。该导电发热地板可用替代现有的地暖系统，成本低、运行可靠、节能环保、维修更换方便。

1、  一种导电发热材料，包括基材，均匀附着在基材上的导电发热层，导电发热层由导电发热涂料制成，所述的导电发热涂料包括导电发热基体材料和粘结剂，所述的基材为任意适于印刷的材料。

2、  权利要求1中的导电发热材料，其中所述的基材为塑料、牛皮纸或书写印刷用纸、工业滤纸、工业滤布、密织玻璃纤维布、无纺布、普通棉或化纤布；所述的导电发热层采用丝网印刷的方式均匀地印刷到所述的基材上。

3、  权利要求2中的导电发热材料，其中所述的导电发热层呈均匀的条格状或网格状结构。

4、  权利要求3中的导电发热材料，其中所述的导电发热基体材料选自天然石墨、人造石墨、导电碳黑；所述的粘结剂选自丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、三聚晴氨树脂、明胶、羧甲基纤维素和聚乙烯醇。

5、  权利要求4中的导电发热材料，其中所述的粘结剂用量占所述导电发热涂料主体配方总重量的15-95％；并且其中所述的导电发热基体材料的用量占导电发热涂料主体配方总重量的5-85％；导电发热涂料的主体配方为导电发热基体材料和粘结剂。

6、  权利要求5中的导电发热材料，其中所述的导电发热层的厚度为5-200微米.

7、  权利要求2中的导电发热材料，所述的基材为牛皮纸，在印刷有导电发热层的所述牛皮纸上设置有多个孔。

8、  一种导电发热地板，包括：
基材层、平衡层、热扩散层、装饰层、耐磨层中的至少一层；和
权利要求1-7任一权利要求中所述的导电发热材料。

9、  权利要求8中的导电发热地板的制造方法，包括：
准备导电发热材料；
准备地板基材并打好电极孔；
准备热扩散层、平衡层、装饰层和/或耐磨层；
在导电发热材料的两面分别涂绝缘胶，并将其置于地板基材和热扩散层之间进行复合成复合体；和
将地板基材层、导电发热材料和热扩散层的复合体与平衡层、装饰层和/或耐磨层进行复合一次成型。

10、  按照权利要求9中的制造方法制成的导电发热地板，还包括一种装配式穿刺连接电极，所述的装配式穿刺连接电极包括电极塑料件和电极针，电极针插在电极塑料件内，电极塑料件以过盈配合的方式插入预先加工的地板基材的电极孔内，电极针一端与导电发热层可靠连接，而电极针另一端的针尖则刺穿位于电极塑料件内的导线的绝缘皮并与金属导线可靠连接。

导电发热材料及包含该导电发热材料的地板和制造方法
技术领域
本发明涉及一种导电发热材料。特别是涉及一种接通电源后可以发热的导电发热纸。所述的导电发热纸在接通电源如220V或110V电源时在5分钟内其表面温度可达到15-70℃。所述的导电发热纸可以用来制造导电发热地板，用来替代现有的地暖系统，成本低、运行可靠、节能环保、维修更换方便。
技术背景
现有的以电能为热源建筑地面采暖材料，有恒定功率发热电缆和红外碳热塑料薄膜，均为单一功能材料。其中，恒定功率发热电缆地暖的结构复杂。首先，在砼楼板上铺设25mm厚聚苯乙烯泡沫板隔热层，再铺设钢丝网，然后将恒定功率发热电缆以蛇形方式分布并绑扎在钢丝网上，浇筑30-40mm厚细石砼，砼凝固后按照常规方法铺设木地板。这种地暖结构总体较厚，尤其是恒定功率发热电缆埋在细石砼当中，产品的维修十分困难，甚至是不可能的。红外碳热薄膜用于地暖的结构也相当复杂。首先，在砼楼板上铺设25mm厚聚苯乙烯泡沫板隔热层，然后铺设嵌有电源线的红外碳热薄膜，最后在红外碳热薄膜上按照常规方法铺设木地板。虽然上述结构的总体厚度有所减小，但结构层总体仍然较厚，红外碳热薄片产生的远红外线穿透地板是不可能的。二者的共同缺点是构造复杂，减小了建筑净空高度，热损大，能耗高；热量传递路径长，且需要透过导热性能差的木地板才能传导到室内，传热慢，涉及的材料种类多，工种多。
发明内容
为了克服现有以电能为热源建筑暖通材料的缺点，本发明提供一种导电发热材料。该导电发热材料结构简单、节能、传热快，表面温度容易控制。所述的导电发热材料包括基材，附着在基材上的导电发热层；所述的导电发热层包括导电发热基体材料和粘结剂；所述的基材为任意适于印刷的材料。
所述的基材优选纸质材料，当然也可以采用适合印刷的塑料或其它材料。
所述的导电发热基体材料选自天然石墨、人造石墨、导电碳黑等；所述的粘结剂选自树脂粘结剂如丙烯酸树脂粘结剂、环氧树脂粘结剂、聚氨酯粘结剂、三聚晴氨粘结剂等，和明胶粘结剂、羧甲基纤维素粘结剂、聚乙烯醇粘结剂等。
在一个具体实施方式中，所述的导电发热层通过先制成导电发热涂料，然后将制成的导电涂料以印刷的方式实质性均匀地附着在基材上制成。
所述的导电发热涂料的主体配方为导电发热基体材料和粘结剂。所述的导电发热基体材料的含量以重量计为主体配方总重量的5-85％，优选20-80％；所述的粘结剂的含量以重量计为主体配方总重量的15-95％，优选20-80％。
在采用丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、三聚晴氨等配制导电发热涂料时，选用无水乙醇或丙酮作为溶剂，溶剂的用量为上述物质用量的100-300％。
在采用明胶、羧甲基纤维素、聚乙烯醇(PVA)等配制导电发热涂料时，选用水作为溶剂，溶剂的用量为所述物质用量的100-300％。
根据需要，在导电发热涂料中还可以加入适量的三乙醇胺、对苯二酚、偶联剂、阻燃剂、增韧剂等化学助剂。
所述的导电发热层的厚度为5-200微米，优选20-180微米。
所述的纸为任意适于印刷的纸张，优选柔韧结实，耐破度高，能承受较大拉力和压力不破裂的纸。包括但不限于牛皮纸、书写印刷纸、工业滤纸、具有较好渗透性未经处理的原纸。也可以采用工业滤布、密织玻璃纤维布、无纺布、普通棉或化纤布等。
在一个优选的具体实施方式中，所述的导电发热涂料通过丝网印刷的方式并呈条格状均匀印刷到纸上制成导电发热纸，导电发热层的厚度为40-180微米。
在又一个优选的具体实施方式中，所述的导电发热涂料通过丝网印刷的方式呈网格状均匀印刷到纸上制成导电发热纸，导电发热层的厚度为40-180微米
根据本发明制成的导电发热纸可使用正常电源(220V、110V)，在通过安装在所述导电发热材料上的电极供电时，5分钟内导电发热层表面的温度可达到15-70℃，并可长期维持在15-70℃温度范围内。
所述的导电发热纸可以用来制成导电发热地板。该导电发热地板除了导电发热材料层外，还包括基材层、平衡层、热扩散层、装饰层、耐磨层中的至少一层。为了提高地板在导电发热材料层面上的剥离强度与抗拉强度，还可以在所述的导电发热纸上打孔或者采用工业滤纸、工业滤布、具有较好渗透性未经处理的原纸，以便绝缘树脂胶透过并与导电发材料相邻的结构层粘合牢固。
为了提高上述的导电发热地板的强度和抗变形能力，还可以在所述导电发热地板的表层与相邻层之间和/或底层与其相邻层之间分别放置至少一层纤维增强层。所述的纤维增强层采用断裂强度高、伸长率小的材料，例如但不限于玻璃纤维网或碳纤维网。
本发明还具体公开了一种上述导电发热地板的专用电极及上述的导电发热纸、导电发热地板的制造方法。
附图说明
图1为本发明一种导电发热纸的结构示意图；
图2为本发明又一种导电发热纸的结构示意图；
图3为本发明再一种导电发热纸的结构示意图；
图4为本发明再一种导电发热纸的结构示意图；
图5为本发明再一种导电发热纸的结构示意图；
图6为本发明再一种导电发热纸的结构示意图；
图7为包含本发明导电发热纸的一种导电发热地板的结构分解图；
图8为图7中导电发热地板一种电极的A-A剖视图；
图9为本发明导电发热地板再一种电极的安装示意剖视图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。应该清楚，附图中所描述的本发明的具体实施方式仅为说明本发明用，并不构成对本发明的限制。本发明的保护范围由所附的权利要求书进行限定。
图1为本发明一种导电发热纸的结构示意图。如图1所示，该导电发热纸10包括纸层1和附着在纸层1上的导电发热层2。所述的纸层1选用40-120g/m2的牛皮纸；导电发热层2包含导电发热基体材料和粘结剂。
所述的导电发热层通过先制成导电发热涂料，然后将制成的导电发热涂料以丝网印刷的方式实质性均匀地附着在基材上制成。
所述的导电发热层2应能保证在接通220伏的直流或交流电源时，导电发热层能够很快均匀发热且不致产生过高的温度(＞70℃)。为达到这一目的，本发明采用的导电发热基体材料选自天然石墨、人造石墨、导电碳黑等材料。所述的粘结剂选自树脂粘结剂如丙烯酸树脂粘结剂、环氧树脂粘结剂、聚胺酯树脂粘结剂、三聚晴氨粘结剂，和明胶粘结剂、羧甲基纤维素粘结剂和聚乙烯醇粘结剂等，但并不局限于此。
所述的导电发热基体材料的用量占导电发热涂料主体配方总重量的5-85％。导电发热涂料的主体配方为导电发热基体材料和粘结剂。
用来使所述导电发热材料粘结起来的粘结剂采用丙烯酸树脂、环氧树脂、聚胺酯树脂、三聚晴氨等树脂粘结剂或明胶、羧甲基纤维素和聚乙烯醇等粘结剂。所述粘结剂的用量占导电发热涂料主体配方总重量的15-95％。
为调节上述导电发热材料的导电发热性能，根据需要，还可以在主体配方中进一步加入碳化硅微粉或煅焦粉，其存在量占导电发热涂料主体配方总重量的0-20％。
为了改善导电发热层涂料的性能，还可以针对不同的导电发热基体材料和粘结剂加入适量的三乙醇胺、对苯二酚、偶联剂、阻燃剂、增韧剂等化学助剂。所述的偶联剂可以从市场上购买，例如但不限于从山东曲阜市华荣化工公司购买的型号为KH-550的偶联剂；阻燃剂可采用例如但不限于从济南湘蒙阻燃材料公司购买的三氧化二锑及其类似物；增韧剂可采用例如但不限于从齐鲁增塑剂公司购买的邻苯二甲酸二辛酯及其类似物。如果需要，适宜的偶联剂的外加量为基于导电发热涂料主体配方总重量的大约0.5-1.0％；适宜的阻燃剂的外加量为基于导电发热涂料主体配方总重量的大约2-5％；适宜的增韧剂的外加量为基于导电发热涂料主体配方总重量的大约2-5％；适宜的三乙醇胺的外加量为基于导电发热涂料主体配方总重量的大约3-7％；适宜的对苯二酚的外加量为基于导电发热涂料主体配方总重量的大约2-5％。
为了获得导电发热层，首先制备导电发热涂料。在使用丙烯酸树脂、环氧树脂、聚胺酯树脂、三聚晴氨等树脂粘结剂时，将树脂和无水乙醇或丙酮溶剂混合均匀，溶剂的用量为树脂用量的100-300％，然后加入导电发热材料或根据需要选择加入适量三乙醇胺、对苯二酚、偶联剂、阻燃剂、增韧剂等化学助剂及碳化硅微粉或煅焦粉，混合均匀。最后将混合均匀的导电发热涂料采用丝网印刷的方式均匀附着在所述的基材如纸张上。
使用明胶、羧甲基纤维素和聚乙烯醇等水溶性粘结剂时，将所述物质加水充分溶解，水的用量为所述物质用量的100-300％，然后加入导电发热材料或根据需要选择加入适量三乙醇胺、对苯二酚、偶联剂、阻燃剂、增韧剂等化学助剂及碳化硅微粉或煅焦粉，混合均匀。最后将混合均匀的导电发热涂料采用丝网印刷的方式均匀附着在所述的纸张上。如图1所示，为了使导电发热纸发热均匀，所述的导电发热涂料呈条格状被均匀地印刷到具有足够强度和韧性的纸上。
所述的导电发热层2固化后，安装电极，使电极与导电发热层2充分接触并连接到外部电源上即可发热。当然，也可以通过本领域技术人员熟知的其它方式将导电发热层2连接到外部电源上。外部电源可为直流电源或交流电源，电压可为220V，也可以采用其它电压。
所述的导电发热层2的厚度为5-200微米，优选20-180微米。
图2为本发明又一种导电发热纸的结构示意图。图2中的导电发热层2对图1中的导电发热层进一步作了改进。为了使导电发热层在整个纸面上发热区域的各个部分获得更加均匀的电阻值，图中的导电发热层采用网格状结构，用丝网印刷的方式将导电发热层2印刷到纸上。
图3为本发明再一种导电发热纸的结构示意图，与图2中的导电发热纸不同的是，纸张采用的是工业滤纸。在制作导电发热地板时，树脂胶可透过所述滤纸将所述导电发热纸1与其相邻层粘合牢固
图4为本发明再一种导电发热纸的结构示意图。如图4所示，在所述的导电发热纸1上设置多个孔3，不但可以在整个纸面上发热区域的各个部分获得更加均匀的电阻值，而且在制作导电发热地板时，树脂胶可透过孔3将所述导电发热纸1与其相邻层粘合牢固
图5为本发明再一种导电发热纸的结构示意图。与图2中的导电发热纸不同的是，在安装电极部位还粘贴有一层电的良好导体4，如铝箔或铜箔等，以增加电极与所述的导电发热涂料层的接触面积，减小接触电阻，避免电极与导电发热涂层接触部位过热或烧焦。
图6为本发明再一种导电发热纸的结构示意图。与图2中的导电发热纸不同的是，在安装电极部位还印有一层导电良好的金属油墨6，如导电银浆、铝浆，减小接触电阻，避免电极与导电发热涂层接触部位过热或烧焦。
本发明中的导电发热纸便于实现工业化大量生产，具有成本优势，并可以作为商品单独出售。
图7为采用本发明的导电发热纸制成的一种导电发热地板的结构分解图。从图中可以看出，所述的导电发热地板包括一种图1，2、3、4、5、或6中所述的导电发热纸101，基材层102，电极109及平衡层103、热扩散层104、装饰层105、耐磨层106中的至少一层。
制作图7中的导电发热地板时，将所述的导电发热纸101的两面分别均匀涂上树脂胶，然后与打好电极孔108的基材102、热扩散层104复合，再将平衡层103、导电发热纸101与基材层102和热扩散层104的复合体、装饰层105和耐磨层106依次排列，一次复合成型，切片、开槽、检验、包装、成品入库。
所述的树脂胶选自改性脲醛树脂、改性酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、三聚晴胺树脂等。
所述的基材层102和热扩散层104优选中密度或高密度木质纤维板，但也可选用本领域常用的其它木质材料。所述的平衡层103、装饰层105和耐磨层106优选三聚氰胺浸渍纸，但也可选用本领域常用的其它材料。
图7中的电极109为专门为本发明中的导电发热地板设计的一种装配式穿刺连接电极，所述的电极可以在现场方便安装。所述的电极109主要由电极塑料件和电极针构成。电极针插在电极塑料件内，电极塑料件插入预先在木地板上加工的电极孔内，电极针一端的针尖刺入导电发热纸并与导电发热层可靠连接，而电极针另一端的针尖则刺穿位于电极塑料件导线穿孔内的导线的绝缘层并与金属导线110可靠连接。
图8为图7中的导电发热地板在A-A方向的剖视图，其中的剖面穿越已安装好的穿刺连接电极109。从图8中可以看出，装配式穿刺连接电极109主要由电极塑料件1091和导电金属针1092组成，所述的电极塑料件1091带有导电金属针1092插孔，插孔两侧优选设有导胶槽(图中未示出)，以便安装地板时滴入地板电极孔内的绝缘胶能够沿着导胶槽渗流到电极针与导线接触部位，并经导线穿孔溢出，达到封闭防水目的。导电金属针1092插入导电金属针插孔并在其两端都带有针尖。安装好的穿刺连接电极的导电金属针1092已经刺穿导电发热纸101的导电发热层并与导电发热层可靠连接。同时，导电金属针1092的下端针尖也已经刺穿位于导线穿孔内的导线110的绝缘层并与导线金属丝可靠连接。还有，此时绝缘胶1093已经充满电极塑料件1091内部的所有间隙，包括导线穿孔的间隙。从图8中还可以看出，导电金属针上端靠近针尖的根部可带有一台阶，该台阶到针尖的距离可以根据导电发热层的厚度进行确定，设置台阶的目的是不但可以增加导电金属针1092与导电发热层103的接触面积，而且可以起到限位作用，防止导电金属针1092穿过导电发热层并穿破热扩散层104而破坏导电发热地板。
图8中的导电发热地板可采用图5或图6方法制作的导电发热纸，使导电金属针1092与金属箔4或金属油墨涂层6直接接触，增大电极和导电发热层的接触面积，减小接触电阻，从而避免产生局部过热的可能性。
图9为本发明又一种装配式穿刺连接电极安装示意剖视图。为进一步提高装配式穿刺连接电极与导电发热层连接可靠性，将图8中的导电金属针1092的形状改为图9中导电金属针1094。所述的导电金属针1094的一端带有针尖，该针尖用于刺穿位于导线穿孔内的导线110的绝缘层并与导线金属丝可靠连接。而导电金属针1094的另一端呈平面状。在导电金属针1094的所述一端平面与导电发热纸之间，设置柔软、耐温、耐老化的导电橡胶1095，以增加电极与导电发热纸的接触面积并提高装配式穿刺连接电极与导电发热层连接可靠性，防止图8中因热扩散层104薄而被导电金属针1092刺穿情况发生。所述的导电橡胶可以采用但不限于硅橡胶。也可采用其它任意软质导电材料。。
所述的穿刺连接电极具有以下优点：1、在现场安装非常方便；2、可以充分保证导电发热地板的绝缘性能；3、连接安全牢靠。
当然，图5中的导电发热地板也可以采用其它的电极方式，只要能够满足向导电发热纸上导电发热层供电。
图7中所示的导电发热地板采用常规的方法进行铺设安装。在铺设安装时，可以对房间的整个地面都铺设本发明中的导电发热地板，也可以在房间的局部如客厅的沙发附近、卧室的床附近的地面等进行铺设从而达到局部采暖的目的。所述的导电发热地板还可以配置智能温度控制器，该智能温度控制器可为但不限于双控温控制器，通过设定地板温度和室内空气温度控制值，自动实现温度控制和调节。
图7中所示的导电发热地板可以在通电后的短时间内(5分钟内)，使地板上表面温度达到15-70℃，在通电后5、10、30、60、120分钟后，地板表面的温度分别维持在15-70℃范围内，特别是通过丝网印刷方式均匀附着网格状导电发热层的导电发热地板在地板表面不同点的温度差别小，温度分布均匀，不易产生局部过热现象。
图7中的导电发热地板相比空调和电暖器节电35％以上，节能显著；特别是它将采暖和装饰融为一体，可广泛地应用于家庭、宾馆、饭店及其它公共场合。
实施例1
导电发热纸的纸张采用80g/m²的牛皮纸。导电发热涂料的具体配方如下：