[发明专利]基于高温热塑性塑料的加热元件与基板熔融粘合的方法

说明书

相关申请的引用

本申请要求2009年10月22日提交的，标题为“基于高温热塑性塑料的加热元件与基板熔融粘合的方法”的第61/254,058号美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

发明领域

本发明涉及基于膜的加热元件及其生产方法。更具体地，本发明涉及在热塑性膜上形成的并适于与各种基板熔融粘合的电阻式加热元件。

发明背景

厚膜加热元件由于其能提供多功能设计、高功率密度、均匀加热以及快速加热和冷却而被研究已久。这些类型的元件设计通过放置厚膜元件与受加热的组件接触或当需要它们直接辐射热量至周围时而对直接加热非常有效。

通过导电轨(conductive track)或直接到达电阻厚膜将电压应用于电阻厚膜。这是所需的元件设计，因为其为轻型的，提供了快速的加热和冷却时间，提供了非常均匀的加热并在使元件操作更安全的低温下传递能量。

标题为“厚膜高温热塑性绝缘加热元件”的第12/385,889号美国专利申请描述了适于具有低熔点和/或高热膨胀系数(CTE)的基板的厚膜高温热塑性绝缘电阻加热元件和使用复合涂层合成方法生产所述电阻加热元件的方法。用于生产所述加热元件的方法包括在所选择的基板上沉积包含在溶液中的电绝缘高温热塑性聚合物和填充物粉末的介电涂料配方并在低于600°C下处理以使热塑性粉末熔融流动并形成复合介电层涂覆的基板。为了满足温度下的电绝缘要求，表明多个介电涂层沉积和处理步骤。

尽管上述方法提供了适于具有低熔融温度和高CTE的基板的厚膜加热器，但存在与所述方法相关的若干缺点。第一，沉积绝缘热塑性多层膜的方法是复杂且耗费时间的。第二，使用丝网印刷沉积厚膜加热器限制在诸如非均匀弯曲或凹陷表面的复杂形状上形成加热器。第三，溶液-沉积涂层的电绝缘值通常低于相同厚度的独立式膜，所述独立式膜通过另外的制造方法制备，诸如通过注射成型或一些其它挤压方法一起使热塑性聚合物和填充物材料熔融流动。最后，通过喷涂沉积绝缘热塑性层的方法导致明显的粗糙或散布的表面光洁度。

因此，亟需包括更简单和更快速的制造步骤的生产加热元件的方法，其适用于弯曲的和凹陷的基板表面，每单位膜厚度优选具有更大的电绝缘强度并提供提高的表面光洁度。

发明概述

本发明的实施方案通过提供用于生产基于热塑性膜的电阻厚膜加热元件的方法解决了上述问题，其包括将预制的电绝缘，任选填充高温热塑性膜与基板熔融粘合。在粘合之前热塑性膜可具有位于热塑性膜上的电阻无铅厚膜，其具有电阻使得当将电压应用于电阻无铅厚膜时，其相应地加热。或者，可在粘合步骤后在热塑性膜上沉积和处理电阻无铅厚膜。加热元件优选能够以用于消费者和工业加热元件应用的各种功率密度运行。

因此，在第一方面中，提供了用于在基板上生产加热元件的方法，其包括步骤：提供包含高温熔融流动的热塑性聚合物的电绝缘膜；将所述电绝缘膜熔融粘合至所述基板的表面上；以及将电阻膜沉积到至少部分所述电绝缘膜上；其中所述基板的熔融温度大于使所述电绝缘膜熔融粘合时所使用的温度。

使所述电绝缘膜熔融粘合的步骤包括如下步骤：放置所述电绝缘膜与所述表面接触；以及加热所述电绝缘膜以使所述绝缘膜熔融，并优选还包括当使所述电阻膜熔融粘合时施加压力的步骤。使电绝缘膜熔融粘合的步骤可包括膜层压或卷对卷(roll to roll)层压。

在所述熔融粘合步骤过程中优选将所述电绝缘膜加热至约300摄氏度-450摄氏度的温度。在熔融粘合步骤之前可能产生表面的粗糙度。

基板优选包含选自铝、铝合金、铜、铜合金以及铁素体和奥氏体等级的不锈钢的材料。

使所述电阻膜沉积的步骤包括以下步骤：沉积包含导电粉末的溶胶凝胶配方；以及在高温下烧制所述溶胶凝胶配方。

优选将包含两个或多个导电轨的导电膜沉积到至少部分所述电阻膜上。或者，在沉积所述电阻膜之前将包含两个或多个导电轨的导电膜沉积到至少部分所述电绝缘膜上。

将保护表面涂层沉积或者层压到在至少部分所述加热元件上。表面涂层优选地选自陶瓷、玻璃、高温聚合物、氟聚合物、聚四氟乙烯、硅氧烷、硅酮、聚酰亚胺和热塑性材料。

可将热传感器粘附于所述电绝缘膜的第一部分，其中当进行沉积所述电阻膜的步骤时，将所述电阻膜沉积在所述电绝缘膜的第二部分上。或者，可将热传感器沉积到包含高温熔融流动的热塑性塑料的附加膜上，并将所述附加膜熔融粘合到所述加热元件的上表面上。