柔性薄膜加熱器的設計和應用研究.pdf

1、柔性薄膜加熱器是一種在一定程度下可彎曲，能折疊，通電后可發(fā)熱的膜狀器件。
　　 它具有發(fā)熱效率高、散熱好、表面功率密度大、不易燒蝕等優(yōu)點。由于它被覆在絕緣基體上，因而可以制成各種復雜的薄膜加熱器件。近年來，柔性薄膜加熱器廣泛應用于建筑、工業(yè)、農業(yè)、軍事、家庭用品等領域來解決加熱除冰或取暖問題。本文對柔性薄膜加熱器進行了設計和研究，包括模擬了薄膜加熱器表面溫場分布，設計了電熱絲的布局，制備了絕緣導熱薄膜及絕緣隔熱薄膜，設計和測試了

2、薄膜加熱器的控制系統(tǒng)。
　　 采用ANSYS軟件模擬了柔性薄膜加熱器處于一定環(huán)境和轉速下其表面的溫場分布。根據(jù)薄膜加熱器表面溫場分布及空氣動力學原理，設計了合金電熱絲的布局，采用干式復合和凹版印刷工藝技術制作成柔性薄膜加熱器。
　　 采用溶液共混法制備了聚偏二氟乙烯/氮化鋁（PVDF/AlN）復合薄膜，用點溫度計測試了薄膜的導熱性能。研究結果表明：PVDF/AlN 復合薄膜的厚度越小，AlN的含量越大，薄膜的導熱能力越強

3、。復合薄膜的厚度最小為0.10 mm，AlN 最大固含量為60 wt%。采用流延法制備了聚酰亞胺（PI）薄膜及二氧化硅/聚酰亞胺（SiO2/PI）復合薄膜，用提拉機對薄膜進行拉力測試，用點溫度計測試其導熱性能。結果表明：
　　 摻雜SiO2后的PI 薄膜拉伸強度及導熱性能都比未摻雜的PI 薄膜有所提高。隨著SiO2摻雜量的增加，復合薄膜拉伸性能增強，當SiO2 質量比為15%時，拉伸長度比為0.95，可承受82 N 拉力，當Si

4、O2 質量比超過15%時，薄膜拉伸性能開始變差；導熱性能測試表明SiO2 質量比為15%，厚度為0.05 mm時薄膜的傳熱效率最高。用30%氫氟酸溶液腐蝕SiO2/PI 復合薄膜制備了多孔聚酰亞胺薄膜。采用真空蒸發(fā)鍍膜法制備了鍍有金屬鋁膜的聚酰亞胺薄膜。同樣的方法對兩種薄膜進行導熱性能測試，結果表明多孔PI 薄膜的隔熱效果不明顯，而鍍有厚度小于5 um 金屬鋁膜的PI 薄膜能夠將表面溫度為210 ℃的電熱膜隔熱到170 ℃。研究結果表明

5、：PVDF/AlN 復合薄膜的耐溫只有140 ℃，不適合作導熱薄膜，而 PI、SiO2/PI 都可用做絕緣導熱薄膜；多孔聚酰亞胺薄膜在微米級厚度隔熱效果得不到體現(xiàn)；厚度接近的情況下，鍍有金屬鋁膜的PI 薄膜隔熱效果比納米多孔PI 薄膜要好得多。
　　 采用C 語言編寫了脈沖產生程序，將程序燒寫至89s52系列單片機中，用產生的脈沖信號控制大功率密度的薄膜加熱器加熱，通過在線編程改變脈沖高低電平寬度比來調整薄膜加熱器通電加熱的時間