本实用新型属于电加热材料技术领域，特别涉及一种防短路高安全性复合电热膜。
背景技术：
相比于传统金属丝加热元件以及陶瓷加热元件，复合电热膜不仅具有制备简便，不含铬、镍等贵金属，电热转换效率高，节能环保，成本低廉等优点，同时因其优异的柔韧性和加工性，使其广泛应用于柔性穿戴设备和轻薄型加热器件等领域，是一类新型高性能加热元件。
虽然复合电热膜的应用前景广泛，但受制备工艺条件限制，当前复合电热膜存在驱动电压高、电阻值偏差大、一致性不好等缺点，极易造成电击穿和发热均匀性差等问题，进而引发安全事故。鉴于此，“三明治”结构，即将电极、电热层、电极进行层层组装，不仅可以方便地调控膜电阻，获得极小的电阻，有效降低工作电压，同时由于电极分布于电热层表面，可大幅缩短电流传输距离，实现速热功能，且由于电极材料也是优良的导热体，可以加快热量从电热层内部传出，改善其发热不均匀性，因而有望解决上述难题。
普通“三明治”结构复合电热膜在制备过程中需要将电极与电热层进行复合，使电极与电热层材料紧密接触。但是，当电热层材料机械性能较差或电热层厚度较小时，由于机械力作用，极易造成电热层被压延减薄，导致两侧电极直接接触，在工作时引发短路；且在使用过程中，当其受到外力作用发生挤压或弯曲时，同样也可能造成两侧电极接触，导致其内部发生短路。因而，普通“三明治”结构复合电热膜存在严重的安全风险。
技术实现要素：
针对现有技术存在的以上缺点，本实用新型的目的之一在于解决上述技术问题，提供一种防短路复合电热膜，所述复合电热膜包括下电极1、若干绝缘导热变色体2、电热层3和上电极层4。较普通复合电热膜相比，引入的绝缘导热变色体不仅可以起到柱撑作用，防止复合电热膜在制备和使用过程中因外力导致的电极短路问题，并且由于绝缘导热变色体自身具有优异的导热特性，可加快热量在复合电热膜内部传导，使其具有比普通复合电热膜更好的发热均匀性；同时由于绝缘导热变色体自身具有的感温变色功能，使得其相比于普通电热膜具备实时检测复合电热膜工作状态的功能。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高安全性复合电热膜，包括下电极层、若干绝缘导热变色体、电热层和上电极层，所述电热层设置在上电极层与下电极层之间，任一所述绝缘导热变色体贴合设于下电极层的上表面，任一所述绝缘导热变色体嵌设于电热层内。
作为优选，所述下电极层的上表面为导电面，并与绝缘导热变色体、电热层接触；所述上电极层的下表面为导电面，并与电热层接触。
作为优选，任一所述绝缘导热变色体为设置在下电极层上表面的凸起，相邻的绝缘导热变色体之间具有间隙，若干绝缘导热变色体构成预设形状，所述预设形状自定义设置，包括各种常见形状，如卡通形状、阵列形状、文字形状、创作形状等。
作为优选，所述绝缘导热变色体之间的间隙距离为10-1000μm。
作为优选，所述绝缘导热变色体呈阵列均匀分布在下电极层上表面，所述阵列包括圆柱和/或方柱阵列、条状阵列、网络状阵列、同心圆环阵列等常见的具有一定间距的阵列图形。
作为优选，所述绝缘导热变色体的厚度为10～150μm，任意两个绝缘导热变色体的厚度可以相同也可以不同，起到支撑内部结构和促进热量沿各个方向传导的作用。
作为优选，所述电热层的厚度为10～500μm，且不小于任一所述绝缘导热变色体的厚度；所述电热层的厚度是指电热层从与下电极层上表面接触一端至与上电极层下表面接触一端的距离；所述不小于是指，电热层的厚度可以大于绝缘导热变色体的厚度，也可以与绝缘导热变色体的厚度相等，当厚度相等时电热层仅是填充绝缘导热变色体的间隙，而不覆盖于绝缘导热变色体的上表面，则电热层和绝缘导热变色体均与下电极层和上电极层接触。
作为优选，所述绝缘导热变色体是通过将绝缘导热变色体浆料涂覆于下电极层上表面后固化获得，所述电热层是通过将电热层浆料涂覆于所述绝缘导热变色体与下电极层上表面的复合面后固化获得，所述复合面是指若干绝缘导热变色体固化在下电极层上表面后共同形成的凹凸不平的上表面；即当电热层和绝缘导热变色体的厚度相同时，所述电热层浆料涂覆于所述绝缘导热变色体的间隙处，并与下电极层的上表面接触；当电热层的厚度大于绝缘导热变色体的厚度时，电热层涂覆于所述绝缘导热变色体的间隙处和上表面，使其均匀覆盖在若干绝缘导热变色体的上表面，并填充于若干绝缘导热变色体的间隙处，同时覆盖在相应的下电极层上表面，间隙处的电热层浆料与下电极层的上表面接触；所述上电极层与电热层贴合设置，通过机械力热压作用与电热层压合。
作为优选，所述绝缘导热变色体浆料由高分子树脂、溶剂、感温变色胶囊粉末和高导热系数无机材料粉末组成，所述绝缘导热变色体浆料由下述重量份的组分制成：5～20重量份的高分子树脂、1～20重量份的感温变色胶囊粉末、1～20重量份的高导热系数无机材料粉末和40～90重量份的溶剂。
作为优选，所述下电极层和上电极层均为复合导电透明膜，所述复合导电透明膜为pet-ito、pet-cnt、pet-graphene、pet-cu、pi-ito、pi-cnt、pi-graphene、pi-cu、pvc-ito、pvc-cnt、pvc-graphene或pvc-cu等复合导电透明膜中任意一种。
作为优选，所述绝缘导热变色体浆料中高分子树脂组分为聚酰亚胺(pi)、聚醚砜树脂(pes)、聚苯并咪唑(pbi)、聚氨酯(pu)中的任意一种。
作为优选，所述绝缘导热变色体浆料中溶剂为n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基甲酰胺(dmac)、二甲基乙酰胺(dmf)、乙腈的任意一种或多种组合。
作为优选，所述绝缘导热变色体浆料中感温变色胶囊粉末是一种常温下不显色，到达特定温度后显特定颜色的材料。
作为优选，所述绝缘导热变色体浆料中高导热系数无机材料粉末为氮化铝(aln)、氮化硅(si3n4)、氮化硼(bn)、碳化硅(sic)、碳化硼(b4c)、金刚石、氧化铝(al2o3)、氧化镁(mgo)、氧化硅(sio2)的任意一种或多种组合。
一种上述高安全性复合电热膜的制备方法，包括以下步骤：
s1、制备绝缘导热变色体浆料：将相应的高分子树脂溶于溶剂中，通过机械搅拌，制备胶液，将适量的高导热系数无机材料粉末和感温变色胶囊粉末添加到所述胶液中，通过机械搅拌，使高导热系数无机材料粉末和感温变色胶囊粉末与胶液混合均匀，形成绝缘导热变色体浆料；
s2、将步骤s1中制备的绝缘导热变色体浆料按预设形状涂覆于下电极层上表面，经固化后获得若干绝缘导热变色体；
s3、将电热层浆料涂覆在步骤s2得到的若干绝缘导热变色体与下电极层上表面的复合面，经固化后获得电热层，形成若干绝缘导热变色体嵌设于电热层的结构，且电热层与下电极层上表面接触；
s4、上电极层在机械力热压作用下与步骤s3制备的电热层压合，获得高安全性复合电热膜。
作为优选，所述步骤s2的固化温度为60～300℃，步骤s3的固化温度为60～300℃。
作为优选，所述步骤s4中的压力为0.2～10mpa。
作为优选，所述步骤s4中的热压温度为40～250℃。
与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：
(1)本实用新型中由于设置有若干绝缘导热变色体，从而对内部结构起支撑作用，可防止上下两个电极直接接触，极大程度降低了短路风险，从而提高了电热膜的安全性能。
(2)本实用新型中由于绝缘导热变色体中高导热系数无机材料粉末具有良好的导热系数，从而促进了热量在电热膜中的传导，改善了电热膜发热不均匀的现象。
(3)本实用新型中由于绝缘导热变色体中感温变色胶囊粉末能够随着电热层温度的变化而改变颜色，这使得其相比于普通电热膜具备实时检测复合电热膜工作状态的功能。
(4)本实用新型制备工艺简单，成本低廉，可靠性强，适用范围广，适用于低、高温异形加热元件领域。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的高安全性复合电热膜结构示意图；
图2为本实用新型实施例1的高安全性复合电热膜剖面结构图；
图3为实施例1的绝缘导热变色体构成形状俯视图；
图4为实施例2的绝缘导热变色体构成形状俯视图；
图5为实施例3的绝缘导热变色体构成形状俯视图；
图6为实施例1的高安全性复合电热膜在反复弯折状态下的电热性能和电阻变化情况。
图中：①下电极层1、②绝缘导热变色体2、③电热层3、④上电极层4。
具体实施方式
下面通过具体实施例，结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体说明，但本实用新型的保护范围不限于此。
本实用新型中，电热层浆料和感温变色胶囊粉末为本领域的公知常识，可由本领域人员根据实际需要通过自制或购买等途径获得，而不限于本实用新型中所用材料。
本实用新型中所述电热层浆料由下述重量份的组分制成：
5～10重量份的聚苯并咪唑粉末、1～5重量份的导电炭黑和80～90重量份的n-n二甲基乙酰胺溶液。其制备方法，包括以下步骤：
s1、将聚苯并咪唑粉末溶于n-n二甲基乙酰胺溶液中，在加热条件下，通过机械搅拌制备pbi-dmac胶液；
s2、将适量的导电炭黑添加到步骤s1中制备的pbi-dmac胶液中，通过机械搅拌，使导电炭黑充分与pbi-dmac胶液混合均匀，形成电热膜浆料；
所述感温变色胶囊粉末为市售感温变色胶囊粉末，具体为深圳市金添利新材料科技有限公司所售的chameleont无色变有色系列的感温变色微胶囊产品。
实施例1：
将pi高分子树脂溶于nmp溶剂中，通过机械搅拌，制备pi-nmp胶液，随后将适量的氮化硼(bn)粉末和感温变色胶囊粉末添加到上述制备的胶液中，通过机械搅拌，使两种粉末与pi-nmp胶液混合均匀，形成绝缘导热变色体浆料。该绝缘导热变色体浆料的重量配比为：20重量份的pi树脂、5重量份的氮化硼、5重量份市售感温变色胶囊粉末和70重量份的nmp溶液。
将上述制备的绝缘导热变色体浆料按互不相连的圆柱阵列形状涂覆于下电极层1pi-ito导电侧，经120℃高温固化后获得120μm厚绝缘导热变色体2，得到附图3所示圆柱阵列结构。
将电热层浆料均匀涂覆在上述制备的绝缘导热变色体2的上表面和间隙处，使其均匀覆盖在绝缘导热变色体2的上表面，并填充于绝缘导热变色体2的间隙处，同时覆盖在相应的下电极层1pi-ito上表面，经120℃高温固化后即可获得180μm厚电热层3，形成绝缘导热变色体2嵌设于电热层3的结构，且电热层3与下电极层1pi-ito上表面接触。
最后将上电极层4pi-ito在150℃和2mpa的机械力热压作用下与上述制备的电热层3紧密压合，获得高安全性复合电热膜。如图6所示，本实施例的高安全性复合电热膜在反复弯折条件下，分别采用3v、4v和5v电压可均能使该电热膜稳定工作，其电阻无明显波动，无短路情况出现。
实施例2：
将pes高分子树脂溶于dmf溶剂中，通过机械搅拌，制备pes-nmp胶液，随后将适量的氮化硅(si3n4)粉末和感温变色胶囊粉末添加到上述制备的胶液中，通过机械搅拌，使两种粉末与pes-nmp胶液混合均匀，形成绝缘导热变色体浆料。该绝缘导热变色体浆料的重量配比为：15重量份的pes树脂、10重量份的氮化硅、5重量份感温变色胶囊粉末和70重量份的dmf溶液。
将上述制备的绝缘导热变色体浆料按网络状阵列形状涂覆于下电极层1pet-cu导电侧，经120℃高温固化后获得60μm厚绝缘导热变色体2，得到附图4所示网络状阵列结构。
将电热层浆料均匀涂覆在上述制备的绝缘导热变色体2的上表面和间隙处，使其均匀覆盖在绝缘导热变色体2的上表面，并填充于绝缘导热变色体2的间隙处，同时覆盖在相应的下电极层1pet-cu上表面，经60℃高温固化后即可获得100μm厚电热层3，形成绝缘导热变色体2嵌设于电热层3的结构，且电热层3与下电极层1pet-cu上表面接触。
最后将上电极层4pet-cu在60℃和1mpa机械力热压作用下与上述制备的电热层紧密压合，获得高安全性复合电热膜。
实施例3：
将热塑性聚氨酯(tpu)高分子树脂溶于nmp溶剂中，通过机械搅拌，制备tpu-nmp胶液，随后将适量的氮化铝(aln)粉末和感温变色胶囊粉末添加到上述制备的胶液中，通过机械搅拌，使两种粉末与tpu-nmp胶液混合均匀，形成绝缘导热变色体浆料。该绝缘导热变色体浆料的重量配比为：20重量份的tpu树脂、5重量份的氮化铝(aln)、5重量份感温变色胶囊粉末和70重量份的nmp溶液。
将上述制备的绝缘导热变色体浆料按同心圆环阵列形状涂覆于下电极层1pvc-graphene导电侧，经120℃高温固化后获得40μm厚绝缘导热变色体2，得到附图5所示同心圆环阵列结构。
将电热层浆料均匀涂覆在上述制备的绝缘导热变色体2的上表面和间隙处，使其均匀覆盖在绝缘导热变色体2的上表面，并填充于绝缘导热变色体2的间隙处，同时覆盖在相应的下电极层1pvc-graphene上表面，经80℃高温固化后即可获得80μm厚电热层3，形成绝缘导热变色体2嵌设于电热层3的结构，且电热层3与下电极层1pvc-graphene上表面接触。
最后将上电极层4pvc-graphene在90℃和2mpa机械力热压作用下与上述制备的电热层紧密压合，获得高安全性复合电热膜。
应当加以说明的是，以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
1.一种高安全性复合电热膜，其特征在于，包括下电极层、若干绝缘导热变色体、电热层和上电极层，所述电热层设置在上电极层与下电极层之间，任一所述绝缘导热变色体配合设于下电极层的上表面，任一所述绝缘导热变色体嵌设于电热层内。
2.根据权利要求1所述的一种高安全性复合电热膜，其特征在于：任一所述绝缘导热变色体为设置在下电极层上表面的凸起。
3.根据权利要求2所述的一种高安全性复合电热膜，其特征在于：相邻的所述绝缘导热变色体之间具有间隙，间隙距离为10-1000μm。
4.根据权利要求2所述的一种高安全性复合电热膜，其特征在于：若干所述绝缘导热变色体构成预设形状。
5.根据权利要求4所述的一种高安全性复合电热膜，其特征在于：若干所述绝缘导热变色体呈阵列均匀分布在下电极层上表面。
6.根据权利要求1所述的一种高安全性复合电热膜，其特征在于：所述绝缘导热变色体与所述下电极层上表面固化连接。
7.根据权利要求6所述的一种高安全性复合电热膜，其特征在于：所述电热层与所述绝缘导热变色体和下电极层上表面的复合面固化连接。
8.根据权利要求7所述的一种高安全性复合电热膜，其特征在于：所述上电极层贴合设置在电热层上。
9.根据权利要求1所述的一种高安全性复合电热膜，其特征在于：任一所述绝缘导热变色体的厚度为10～150μm。
10.根据权利要求9所述的一种高安全性复合电热膜，其特征在于：所述电热层的厚度为10～500μm，且不小于任一所述绝缘导热变色体的厚度。
技术总结