[发明专利]可挠式正温度系数发热元件以及其制造方法与运用

说明书

技术领域

本发明涉及一种发热元件，特别是一种可挠式正温度系数(PositiveTemperature Coefficient，简称PTC)发热元件。

背景技术

为了适应寒冷的气候，人类发展出许多不同的技术与设备来提供保暖的效果。在大型的空间中，当然可利用空调设备来提供暖气；但就个人使用者的角度而言，可携式的保暖装置或是其它与人体接触较为密切的保暖用品，在使用上较为实际。

举例来说，市面上有许多利用铁粉氧化生热的原理所制得的保暖用品(俗称暖暖包)。但当使用者使用此类保暖用品时，往往难以安全地控制其发热温度，因此经常发生烫伤等事故。此外，这种产品多半是抛弃式的产品，使用后会产生废弃物。

为了应付极为严寒的气候，也有人提出在衣物中埋入管子，将经加热的气体输送至管子中，以使得穿戴者感到温暖。使用者通常能够控制此种装置的气体温度，因此其安全性比起上述的暖暖包来得好；但此种装置的价格昂贵，穿戴后又会限制使用者行动的自由性，因此其用途有限，一般使用者在日常生活中通常不会使用此类装置。

另一种可携式的供暖设备是利用镍铬电热丝来提供热能。镍铬电热丝的耐久性好，且其形状可自由地变换；但是因为发热部分是线状，为了达到期待的温度，不得不高温发热，如果接触到发热元件的一部分，很可能会被局部的高温烫伤。为了要防止这种事故发生同时兼顾理想的供暖效果，通常会利用多个发热部分与温度传感器，以降低每一个发热部分产生的温度。如此一来，势必会提高成本价格。此外，镍铬电热丝在发热时放出的远红外线辐射范围较狭窄，也是此种产品的缺点。

正温度系数(PTC)元件则是近来颇受瞩目的发热元件。PTC元件又称为热敏电阻元件，其通电后产生的电阻和温度呈非线性关系，具体来说，在温度到达转变温度(transition temperature)之前，电阻随温度的升高而下降；当温度介于转变温度到热失控(thermal runaway)温度之间时，电阻随温度的升高而显著提升。因此可基于上述PTC效应，通过调整材料的温度系数，而制造出适用于不同用途的PTC元件。由于PTC元件本身就是一种温度自控的发热体，因此将其用作为发热元件时，可以不需要设计额外的温控线路。然而，现有的PTC发热元件，在结构上较为刚硬，因此不具可挠性。如此一来，在加工或使用中很可能会使PTC材料发生剥离或龟裂等劣化现象，因而会影响PTC元件的良率或使用寿命，同时也限制了PTC的可应用领域。

有鉴于上述问题，相关领域亟需提出一种新颖的PTC材料，此类PTC材料应具有可挠性，以扩大其运用领域与范围。

发明内容

本发明的一个方面提出了一种PTC发热元件的制造方法。利用此种方法制造出来的PTC发热元件具有可挠性，因此可广泛地用作可携式的保暖装置，或其它与人体接触较为密切的供暖/保暖装置中。

依据本发明一具体实施例，上述方法至少包含以下步骤。将重量比为约1∶1至约1∶3的碳黑粒子与水混合，以制成PTC涂料。在织物基材上织入至少一导线。将织物基材含浸于上述PTC涂料中，以使得涂料中的碳黑粒子被吸附于织物基材表面与内部。移除该经含浸的织物基材中的水分。在干燥后的织物基材的至少一个表面上施覆树脂材料，以形成树脂保护层。之后对织物基材进行热处理，上述热处理所用的温度约150-200℃，热处理时间约3-5分钟。

在一任选的具体实施例中，制备PTC涂料至少包含以下步骤。将多个碳黑粒子与石蜡混合，以制备一混合物。加热并搅拌上述混合物，当加热温度达到约60℃时，将水加入该混合物中。继续加热上述混合物，使其温度为约60-70℃，同时在加热过程中持续搅拌，直到上述混合物与水形成一分散液为止。

在本发明任选的具体实施例中，PTC涂料中所用的碳黑粒子的直径约10-50纳米；在某些任选的具体实施例中，碳黑粒子的直径约30纳米。

在本发明又一任选具体实施例中，可利用天然棉布或空心丝织物作为上述织物基材。举例而言，上述天然棉布的织幅为约1毫米。

在本发明任选的具体实施例中，先在织物基材上织入该导线，而后再将织物基材含浸于PTC涂料中。