本發明涉及電加熱器件領域，尤其涉及一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜及其制備方法。

背景技術：

1、電熱膜是一種新興的電熱材料體系，一般由聚合物、碳材料、無機材料構成，相對于傳統的金屬類和陶瓷類電熱材料，電熱膜具有柔性、發熱面積大、電熱效率高、輕薄、對環境友好等獨特優勢。這些特性使得電熱膜在多個領域具有廣泛的應用前景，如建筑供暖、汽車座椅加熱、家用電器加熱等。

2、盡管聚合物復合電熱膜展現出良好的應用前景，但其薄片的力學性能相對較差。在生產、運輸和使用過程中，電熱膜難免會遭受外力彎折或擠壓，導致材料內部產生損傷，電熱層可能被壓延減薄，從而降低其使用壽命。此外，損傷區域的電介質常數降低可能導致電擊穿現象，引發短路和安全風險，這限制了其在實際應用中的推廣。

3、同時，電熱膜的應用還面臨著材料成本和環境影響的雙重挑戰。傳統電熱膜的原材料多為合成聚合物，這不僅使生產成本居高不下，還對環境造成了一定的負擔。根據相關數據顯示，全球每月產生的廢棄口罩可達數十億個，這些口罩中主要成分聚丙烯在環境中難以降解，進一步加劇了生態危機。這些材料需要數十年甚至數百年才能完全分解，對土壤和水體造成長期污染。大量廢棄口罩被丟棄到海洋等水域，對海洋生態系統造成了嚴重影響。口罩的外形與水母相似，容易被海洋生物誤食，導致消化道疾病甚至死亡。此外，口罩分解產生的微塑料也會進入食物鏈，對海洋生物和人類健康構成潛在威脅。因此，尋找可持續的解決方案顯得尤為迫切。

4、因此，開發具有可持續發展，成本低廉、支撐性能、安全可靠、高機械強度、發熱穩定、長壽命的電熱膜材料對新型電加熱器件的發展和應用具有重大意義。

技術實現思路

1、本發明是為了解決現有技術中不足，因此提供一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜及其制備方法；本發明的目的之一在于提供一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜，廢棄口罩中的熔噴布層具有良好的三維剛性骨架，呈現出較高的機械強度，支撐性能、耐疲勞和抗彎曲性能，降低發生電擊穿的風險；本發明的目的之二在于提供一種可持續發展方法，充分利用廢棄口罩，這不僅有助于有效降低生產成本，還能顯著減少環境負擔。

2、為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

3、第一方面，本發明提供一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜，包括復合加熱層和設置于復合加熱層兩側的封裝層；所述復合加熱層包括電熱復合膜片和設置于電熱復合膜片兩側的集流體金屬層，所述電熱復合膜片包括電熱復合膜和口罩層，所述電熱復合膜包括有機高分子聚合物，電熱材料和有機溶劑。

4、優選地，所述封裝層為環氧樹脂、聚酯、聚氨酯、有機硅樹脂、聚酰亞胺醇酸樹脂、聚酰亞胺、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯和硅橡膠中至少一種。

5、優選地，所述的集流體金屬層為銅和鋁的一種或多種。

6、優選地，所述的口罩層為廢棄口罩或口罩中的熔噴布層。

7、優選地，所述熔噴布層為聚丙烯、聚氨酯或聚乳酸的至少一種。

8、優選地，所述的有機高分子聚合物為熱塑性聚氨酯、聚偏氟乙烯、環氧樹脂、聚丙烯腈和abs樹脂中的至少一種。

9、優選地，所述電熱材料為碳材料和導電金屬材料中的至少一種。

10、優選地，所述有機溶劑為二甲基乙酰胺。

11、第二方面，本發明提供一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

12、s1：將有機高分子聚合物溶于有機溶劑中，在加熱條件下，通過機械攪拌制備高分子聚合物膠液；

13、s2：將適量的電熱材料添加到s1中制備的高分子聚合物膠液中，通過機械攪拌，使電熱材料充分與高分子聚合物膠液混合均勻，形成電熱膜漿料；

14、s3：將電熱膜漿料澆筑在廢棄口罩的熔噴布層上，正反澆筑兩次，并高溫固化；

15、s4：將雙面集流體導電膠帶黏貼于步驟s3中的電熱復合膜片表面，形成復合電熱膜加熱層；

16、s5：?利用塑封機對步驟s4所制備的復合加熱層的外表面，進行塑封，封裝層厚度為1-5?cm。

17、優選地，所述步驟s3中固化溫度為80～100℃，固化時長為10～24?h。

18、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

19、利用廢棄口罩的熔噴布層作為電熱膜的一部分，實現了資源的再利用，有助于環保和減少廢物處理成本。口罩層憑借毛細纖維之間的空隙提供了超大的表面積，可以很好地吸附高分子聚合物，電熱材料和有機溶劑，這為電熱膜提供機械支撐和熱學、化學穩定性。同時，三明治結構確保了電熱膜的穩定性和耐用性。三明治結構包含多個熱導率不同材料的層，這些層之間可以有效地阻斷熱量的傳遞路徑，從而降低熱傳導效率；三明治結構中的不同材料層還可以相互支撐，在熱力學上具有較高的穩定性，能夠抵抗外部熱應力的影響，不易發生變形或失效；同時，三明治結構通過多層材料的疊加和組合，可以在保證性能的同時實現空間和材料的節省。

20、進一步，環氧樹脂、聚酯等材料具有良好的絕緣性、耐熱性和耐腐蝕性，可以保護電熱膜免受外界環境的損害，提高電熱膜的使用壽命。

21、進一步，銅和鋁等金屬具有良好的導電性和熱傳導性，可以有效地將電能轉化為熱能，同時保證電熱膜的均勻加熱。

22、進一步，廢棄口罩或其中的熔噴布層作為電熱膜的一部分，不僅實現了廢物利用，而且熔噴布層具有一定的過濾和阻隔性能，可以增強電熱膜的功能性。

23、進一步，聚丙烯、聚氨酯或聚乳酸等材料具有良好的機械性能和熱穩定性，纖維直徑小，可以提高電熱膜的加熱效率和均勻性。

24、進一步，熱塑性聚氨酯、聚偏氟乙烯等材料具有良好的粘附性和成型性，可以與電熱材料形成良好的結合，同時具有一定的熱穩定性和電絕緣性。

25、進一步，碳材料和導電金屬材料如石墨、銀等，具有良好的導電性和熱輻射性能，可以將電能高效地轉化為熱能，提高電熱膜的加熱效率。

26、進一步，二甲基乙酰胺作為溶劑可以有效地溶解有機高分子聚合物，形成均勻的膠液，有助于電熱膜漿料的制備和電熱膜的性能優化。

27、另一方面，從制備方法的角度看，本發明通過將有機高分子聚合物、電熱材料和有機溶劑混合制備電熱膜漿料，再將其澆筑在熔噴布層上并固化，最后粘貼集流體金屬層和封裝層，形成三明治結構的電熱膜。該方法簡單易行，可以有效地制備出性能優良的電熱膜。

28、進一步，適當的固化溫度和時長可以確保電熱膜漿料中的有機高分子聚合物充分交聯固化，形成穩定的結構，同時避免過熱導致材料性能下降。這有助于提高電熱膜的耐熱性、穩定性和使用壽命。

技術特征：

1.一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜，其特征在于，包括復合加熱層和設置于復合加熱層兩側的封裝層（1）；所述復合加熱層包括電熱復合膜片（3）和設置于電熱復合膜片（3）兩側的集流體金屬層（2），所述電熱復合膜片（3）包括電熱復合膜（5）和口罩層（4），所述電熱復合膜（5）包括有機高分子聚合物，電熱材料和有機溶劑。

2.根據權利要求1所述的一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜，其特征在于，所述封裝層（1）為環氧樹脂、聚酯、聚氨酯、有機硅樹脂、聚酰亞胺醇酸樹脂、聚酰亞胺、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯和硅橡膠中至少一種。

3.根據權利要求1所述的一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜，其特征在于，所述的集流體金屬層（2）為銅和鋁的一種或多種。

4.根據權利要求1所述的一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜，其特征在于，所述的口罩層（4）為廢棄口罩或口罩中的熔噴布層。

5.根據權利要求4所述的一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜，其特征在于，所述熔噴布層為聚丙烯、聚氨酯或聚乳酸的至少一種。

6.根據權利要求1所述的一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜，其特征在于，所述的有機高分子聚合物為熱塑性聚氨酯、聚偏氟乙烯、環氧樹脂、聚丙烯腈和abs樹脂中的至少一種。

7.根據權利要求1所述的一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜，其特征在于，所述電熱材料為碳材料和導電金屬材料中的至少一種。

8.根據權利要求1所述的一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜，其特征在于，所述有機溶劑為二甲基乙酰胺。

9.根據權利要求1-8中任一項所述的一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據權利要求9中所述的一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中固化溫度為80～100℃，固化時長為10～24?h。

技術總結
本發明涉及電加熱器件領域，公開了一種可利用廢棄口罩的三明治結構電熱膜，包括復合加熱層和設置于復合加熱層兩側的封裝層；所述復合加熱層包括電熱復合膜片和設置于電熱復合膜片兩側的集流體金屬層，所述電熱復合膜片包括電熱復合膜和口罩層，所述電熱復合膜包括有機高分子聚合物，電熱材料和有機溶劑。本發明公開的三明治結構電熱膜具有多孔的三維骨架，具有良好的導電網絡，呈現出良好的韌性、剛性、支撐性和機械強度，降低短路風險，提高了安全性和使用壽命。相比傳統的電熱膜來說，由于利用廢棄口罩作為原材料，減少了對環境的污染，有助于緩解塑料廢棄物對生態環境的負面影響，符合可持續發展的理念，具有較高的實用價值和廣泛的應用前景。

技術研發人員：張麗輝,王冰佳,許世森,張齊齊,李瑤瑤,黃全,樊其龍,牟真松,魏秋竹,陳向東,王藺,蔣團長,孟鵬飛
受保護的技術使用者：華能赫章風力發電有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24