CN111418906A - 一种柔性发热元件、其制备方法及用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性发热元件，其顺序包括基层(A)，发热层(B)和保护层(C)。本发明还公开了所述柔性发热元件及用于加热不燃烧卷烟的用途。本发明的柔性发热元件制备方法简单，用于加热不燃烧卷烟可避免其与烟草的直接接触，增加其使用寿命。

Description

一种柔性发热元件、其制备方法及用途

技术领域

本发明属于新型烟草领域，具体涉及一种柔性发热元件、其制备方法及用途。

背景技术

发热元件是加热不燃烧卷烟领域里极其重要的部分，发热元件作为加热不燃烧卷烟的热源，直接影响着卷烟的加热温度以及抽吸口感。目前，市面上常见的发热元件大多是通过印刷线路的方式，将发热线路印刷在基底材料上，最后通过高温烧结形成发热片或发热管。这种形式的发热元件因其有一定的优势，目前受到了行业内广泛的关注，但由于其发热效果受限于印刷线路的设计，对烟丝的加热效果不够理想。由于现有的发热元件多采用刚性材料，在使用过程中往往受到外力容易损坏导致使用寿命短。目前公开的专利中使用的加热元件分别有着加热效率不高、稳定性不好、均匀性不够、易损坏等缺点。因此需要一种新型的发热元件，能够稳定均匀的发热，提升吸收体验。

碳纳米材料是一种带有均匀纳米孔的薄膜状或片状的新型发热材料，具有轻质、柔性、导电、导热、比表面积高、稳定性好等结构性能特点，碳纳米材料具有升降温速率快，发热均匀稳定，是作为发热源的绝佳选择。但是由于碳纳米材料轻质，柔性，不加以处理很难将其直接用于发热，这将极大的限制了碳纳米材料作为发热元件发挥其优越性能。

本发明摒弃以往的线路印刷的方式，以一种发热更稳定更均匀的材质替代现有发热元件，改善发热效果。通过改变现有的发热元件材质和属性，使发热源在使用过程中有足够的韧性能够接受外力冲击，提高使用寿命。提升碳纳米材料的强度，将其应用于加热不燃烧卷烟领域为首次公开。

发明内容

本发明第一方面公开了一种柔性发热元件，其顺序包括基层A，发热层B和保护层C。

优选地，所述基层A为PCB软板1，其一面镀有导电金属，在镀有导电金属的中间有一蚀刻区域2，剩余未蚀刻的区域为导电电极3。

优选地，所述发热层B为导电导热的碳纳米材料层4；所述保护层C为绝缘耐温耐腐蚀的柔性保护膜层7。

优选地，其还包括引脚6，其与所述导电电极3通过沉铜焊点5连接。引脚6用于外接电源。

本发明第二方面公开了所述的柔性发热元件的制备方法，包括如下步骤：

①对镀有导电金属的PCB软板1的面的中间区域进行蚀刻形成蚀刻区域2，剩余未蚀刻的区域为导电电极3；PCB软板1为绝缘体，蚀刻区域2形成绝缘区域，剩余未蚀刻的区域为导电电极3为导电区。

②在步骤①有蚀刻区域2的PCB软板1面上顺序覆盖碳纳米材料层4和柔性保护膜层7，然后在高温下进行压合；

③在步骤②得到的复合层，从导电电极3引出引脚6；即得到所述的柔性发热元件。

优选地，步骤①镀有的导电金属为银、铜和铝之一，使用的蚀刻剂为酸性或碱性氯化铜溶液、氯化铁溶液或过硫酸铵溶液之一，这些溶液有强腐蚀性，优选为酸性氯化铜溶液；软板PCB1的面积为S₁，蚀刻区域2的面积为S₂，导电电极3面积为S₃，则S₂<S₁，S₃＝S₁-S₂，且S₁/4≦S₃≦S₁/3；导电电极3为未接触化学溶液使表面的导电金属得以保留，形成导电区域，具有导电性好，电阻极小的特性。

其中碳纳米材料层4的面积为S₄，柔性保护膜层7的面积为S₅，则3S₁/4<S₄<S₁，S₅＝S₁。碳纳米材料层4具有轻质、柔性、导电、导热、比表面积高、稳定性好等结构性能特点；柔性保护膜层7具有较好的绝缘性，耐高温耐腐蚀性。

优选地，步骤②所述的高温为250-350℃。

优选地，步骤③从导电电极3引出引脚6步骤为：在步骤②得到的复合层的覆盖在导电电极3的区域的纳米材料层4和柔性保护膜层7打孔，用沉铜焊点5将引脚6与导电电极3连接。

本发明第三方面公开所述的柔性发热元件用于加热不燃烧卷烟领域的用途。

优选地，所述柔性发热元件与支撑体8一起使用，所述支撑体8为刚性且导热。支撑体8可以为具有较好导热性及耐腐蚀性的金属(如铜、铁、不锈钢等)或非金属(如陶瓷、玻璃等)材料等制成，其可以为杯状、筒状、片状等，柔性发热元件可以以外围柱体环绕支撑体8，或附着在杯状、筒状等支撑体8内壁。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明将碳纳米材料制备成一种柔性发热元件，为了增强发热体强度，其中基层采用蚀刻工艺使软板PCB既作为基层保护层，同时又可作为使碳纳米材料导电的电极，一举两得。

2、其次本发明碳纳米材料的面积小于基层和柔性保护膜层7可保证碳纳米材料被完全保护在上下两层之中，加上300℃左右的高温压合可使得三层一体化的结构更加牢固；对焊点采用沉铜工艺从基层导电电极上引出可使得焊点更加牢固不易脱落。

3、本发明利用发热元件柔性的特征将其卷裹在热传导率较高的支撑体上或嵌入刚性支撑体中可避免发热元件与烟草的直接接触，增加其使用寿命。

4、本发明通过对碳纳米材料进行封装处理增强了其强度，提高发热元件使用寿命；同时应用其升降温速率快，发热稳定均匀的特性，将其作为发热元件应用于加热不燃烧烟草领域，可增强用户抽吸体验。

附图说明

图1为本发明的柔性发热元件的封装结构。

图2为本发明的柔性发热元件的剖面图。

图3柔性发热元件与支撑体一起用加热不燃烧卷烟的结构图。

附图说明：A-基层，B-发热层，C-保护层；1-PCB软板层，2-蚀刻区域，3-导电电极，4-碳纳米材料层，5-沉铜焊点，6-引脚，7-柔性保护膜层，8-支撑体，9-加热不燃烧卷烟。

具体实施方式

下面通过实施例及附图进一步阐述本发明，目的仅在于更好地理解本发明内容，而不是对本发明的限制。

如图3所示，本发明的一种柔性发热元件绕在不锈钢筒状支撑体8外围。发热元件顺序包括基层A，发热层B和保护层C；基层A为PCB软板1，其一面镀有导电金属，在镀有导电金属的中间有一蚀刻区域，剩余未蚀刻的区域为导电电极3；发热层B为导电导热的碳纳米材料层4；保护层C为绝缘耐温耐腐蚀的柔性保护膜层7；软板PCB1的面积为S₁，蚀刻区域2的面积为S₂，导电电极3面积为S₃，则S₂<S₁，S₃＝S₁-S₂，且S₁/4≦S₃≦S₁/3。引脚6，与导电电极3通过沉铜焊点5连接。

将加热不燃烧卷烟9放入筒状支撑体8内，引脚6外接电源，则发热元件发热加热不燃烧卷烟9产生烟雾供抽吸者抽吸。

Claims (10)

1.一种柔性发热元件，其特征在于，其顺序包括基层(A)，发热层(B)和保护层(C)。

2.根据权利要求1所述的柔性发热元件，其特征在于，所述基层(A)为PCB软板层(1)，其一面镀有导电金属，在镀有导电金属的中间有一蚀刻区域(2)，剩余未蚀刻的区域为导电电极(3)。

3.根据权利要求1所述的柔性发热元件，其特征在于，所述发热层(B)为导电导热的碳纳米材料层(4)；所述保护层(C)为绝缘耐温耐腐蚀的柔性保护膜层(7)。

4.根据权利要求2所述的柔性发热元件，其特征在于，其还包括引脚(6)，其与所述导电电极(3)连接。

5.一种根据权利要求1-4所述的柔性发热元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

①对镀有导电金属的PCB软板层(1)的面的中间区域进行蚀刻形成蚀刻区域(2)，剩余未蚀刻的区域为导电电极(3)；

②在步骤①有蚀刻区域(2)的PCB软板层(1)面上顺序覆盖碳纳米材料层(4)和柔性保护膜层(7)，然后在高温下进行压合；

③在步骤②得到的复合层，从其导电电极(3)引出引脚(6)；即得到所述的柔性发热元件。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤①镀有的导电金属为银、铜和铝之一，使用的蚀刻剂为酸性或碱性氯化铜溶液、氯化铁溶液或过硫酸铵溶液之一；软板PCB层(1)的面积为S₁，蚀刻区域(2)的面积为S₂，导电电极(3)面积为S₃，则S₂<S₁，S₃＝S₁-S₂，且S₁/4≦S₃≦S₁/3；

其中碳纳米材料层(4)的面积为S₄，柔性保护膜层(7)的面积为S₅，则3S₁/4<S₄<S₁，S₅＝S₁。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤②所述的高温为250-350℃。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤③从导电电极(3)引出引脚(6)步骤为：在步骤②得到的复合层的覆盖在导电电极(3)区域的纳米材料层(4)和柔性保护膜层(7)打孔，用沉铜焊点(5)将引脚(6)与导电电极(3)连接。

9.根据权利要求1-4任一所述的柔性发热元件用于加热不燃烧卷烟的用途。

10.根据权利要求9所述的用途，所述柔性发热元件与支撑体(8)一起使用，所述支撑体(8)为刚性且导热。

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