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1、本讲要旨：电热膜是电热产品体系中的一个细分类别，是新型电热产品。电热膜目前尚没有统一的定义和分类，笔者曾著文定义电热膜并将电热膜按发热体材料划分为四种类型。本讲以住房和城乡建设部低温辐射电热膜标准讨论稿涉及的电热膜定义和分类内容为主线，主要对电热膜定义和类型划分作了阐述，同时对于基本得到专家、学者认可的“碳基油墨、金属基、碳纤维、高分子”等四种类型电热膜的发热材料、相应的电热膜生产加工工艺及基本特征作了较为详细的介绍。一、电热膜定义电热膜是直接将电能转换成热能的电热元件，与电热管、电热棒、电热板、电暖器、电饭煲、电磁炉 同样，是电热产品庞大家族中的一个组成部分，但不同的是，电热膜在国内还是一个
2、比较新的电热产品类别，其产品技术成熟和应用也只有短短十年左右的历史，电热膜应用领域也不远不如其他电热产品广泛，所以人们对电热膜的认识和了解还远没有达到普及的程度。电热膜，在教科书和词典里难以查找到其准确定义，国外也没有统一的定义，英语里既有“hot film”，也有“electrothermal film”，日语里则直接叫做“面状发热体”。国内前几年对于电热膜的定义大都是基于电热膜厂家的宣传资料，以碳基油墨电热膜为主，如：“ 电热膜是一种通电后能发热的半透明聚酯薄膜, 由可导电的特制油墨、 金属载流条经加工、热压在绝缘聚酯薄膜间制成。”原建设部在 2005 年对于电热膜的建筑工业行业标准的立项
3、报告中的名称亦为低温辐射聚酯电热膜，显然也是指碳基印刷油墨电热膜，后来在大家的努力下初步更改为低温辐射电热膜，但是还有待于主管部门最后批准。最近几年来，随着各类电热膜的技术进步和规模化生产及市场应用，人们对各种类型电热膜有了逐步认识和了解的机会，大家对上述电热膜的定义已经明显不能涵盖所有电热膜类型有了共同的认知。笔者曾在接受采访的文章中（见中国住宅设施2008 年第 8 期），给电热膜定义为“能够实现电热转换、具有薄膜状结构且表面均匀发热的电加热体”。即将出台的住房和城乡建设部低温辐射电热膜行业标准的征求意见稿中给出的电热膜定义为，“通电后能够发热、具有片状结构且厚度较薄的面状电加元件。由纯电
4、阻式加热材料、金属电极和外覆电绝缘材料构成。”电热膜标准编制的第四次工作会议将在 09 年 4 月底召开，同时形成送审稿，待该标经审查并获批准后，自电热膜在国内诞生以来一直比较混乱的电热膜定义也将暂时告一段落。二、电热膜分类据不完全统计，目前市面上叫做电热膜的产品有十几种，加上具有电热膜结构以其他名字命名的类似产品，电热膜的次一级名称共计有二十种以上。综合各种电热膜特性，笔者在 2006 年第 10 期的供热制冷杂志上在国内首次提出按电热膜发热体材料分类，并把电热膜分为“印刷油墨型、碳纤维型、金属丝（片）型、高分子导电材料型”等四种类型（以下简称四分法）。低温辐射电热膜标准征求意见稿中把电热膜
5、分为金属基和非金属基两类（以下简称两分法），而非金属基电热膜再细分为碳纤维、碳基油墨和高分子三种次一级类型。电热膜两分法和四分法没有本质的区别，只是两分法把非金属基电热膜作为一级，除金属基以外的其他三种电热膜作为它的次一级即二级。笔者依然坚持认为两分法将弱化发热体材料在类型划分中的地位未必是最为科学的，并且随着材料科学的技术进步，未来的非金属基电热膜的次一级类型将会不断增加，而金属基电热膜短期内再划分次一级类型的可能性将会很小，这样会形成两类电热膜家族成员的严重不均衡，即：非金属基电热膜有了庞大的家族且已经到了第三代、第四代，而金属基电热膜仍然还是只有一个成员。况且两分法是照抄国家标准红外辐射
6、加热器实验方法（GB/T7287-2008）中按辐射基体分类红外辐射加热器方法用于电热膜，这样做未必合适，而红外辐射加热器类型划分本身也值得商榷，列举如：非金属基红外加热器类型中“半导体类加热器”明显包括“陶瓷类、搪瓷类、高硅类、锆英砂类加热器”等，而被列入非金属基类的“聚酯薄膜加热器”为什么不可能是封装的金属基发热材料即“金属基加热器”啊！电热膜类型究竟应该如何划分，目前仍在讨论中，也希望相关专家、学者及其他关联人员提出意见和建议，供低温辐射电热膜标准起草者参考。除上述两分法和四分法外，其它大部分电热膜的名称都是生产厂家从不同角度给自己产品起的名字，有的以电热膜外覆绝缘材料定义电热膜，如：聚
7、亚酰胺电热膜，硅（橡）胶电热膜，云母电热膜，PET 电热膜；有的是以电热膜功率密度大小定义，如低温、中温、高温电热膜；有的从强调辐射热概念定义电热膜，如：辐射电热膜，远红外电热膜；有的叫纳米电热膜、碳纳米电热膜；也有如“生态电热膜”、“电热地膜”则分别从电热膜的环保特性和地暖应用方式上定义电热膜。而最近两年在上海、四川、重庆、武汉等地普遍叫的比较响的“硅晶、碳晶电热膜”以及最近出现的“高（超）碳晶电热膜”等等，据笔者考察以及与个别厂家沟通后，可以基本断定这类电热膜应该是碳纤维电热膜，如果细分类型也应该是定语后面最后加上碳纤维电热膜。笔者以为，以发热材料为主体分类和命名电热膜是较为科学的，因为发
8、热材料决定了电热膜的特性，以发热材料定义电热膜无论对于具有一定理工科知识和其他非专业的人士，都可以较为容易的从根上认识和了解不同类型电热膜的基本特性，也避免了被厂家通过模糊概念达到一己目的事件发生。当然如同电热膜的定义一样，待低温辐射电热膜标准获批后，生产厂家自然要遵循标准上的电热膜分类命名自己的产品，届时电热膜分类的混乱现象也将会得到一定程度的遏制。以下分别就两分法和四分法中共同体出现的 “金属基、碳基油墨、碳纤维、高分子” 等四种类型的电热膜发热材料、生产加工工艺和相应电热膜的基本性能特点作以简单描述。1、碳基油墨电热膜发热材料为石墨、金属粉末、金属氧化物（见图 1）。碳基油墨电热膜的生产
9、工艺是将上述发热材料与其他填料一起制成油墨状浆料，以丝网印刷工艺定量印刷在预先粘结有金属载流条（作为电极）的聚酯薄膜上，再上覆聚酯薄膜形成绝缘结构，故又称印刷油墨电热膜。碳基油墨电热膜的功率控制主要是通过浆料成分、油墨条厚度和间距等实现。印刷油墨电热膜的核心是浆料的生产加工技术。其特点是生产工艺简单，原材料成本相对较低，国产化程度大。目前国内已有多家碳基油墨浆料生产企业，十几家碳基油墨电热膜生产厂家，生产加工技术已经赶上并超过了国外同行。国外品牌以美国、韩国为主，但大都不具备地暖施工技术指导能力，甚至个别韩国企业连什么叫泄漏电流，电热膜泄漏电流产生的机理也搞不清楚就敢在国内做电地暖。2、金属基
10、电热膜发热材料为纯金属或金属合金材料（见图 2）。金属电热膜的生产工艺是将发热体金属或金属合金材料首先制成金属箔，在聚酯薄膜上粘接制作成电阻线路，再上覆聚酯薄膜形成绝缘结构。常用的金属电热材料有镍、铜镍、铁铬铝等。不同的金属和金属合金材料具有不同的电阻率即导电特性，据此可以根据不同的工作电压、单位面积功率要求选择不同的金属发热材料和设计成不同的电阻线路。而金属材料的不同也将直接影响发热体的性能和成本造价。大连、深圳、上海等地分别有该类电热膜生产企业。3、碳纤维电热膜发热材料：碳纤维（见图 3）。碳纤维是由含炭量较高（通常在 90%以上）的原料纤维，放在惰性气体中，经 200300的热稳定氧化、
11、10002000 的碳化及石墨化处理而成。根据基础原料不同可以分为聚丙烯腈（PAN ）基、沥青基和粘胶基碳纤维，其中 PAN 基碳纤维在全世界的碳纤维生产中占有 90%的比例，目前世界碳纤维技术主要掌握在日本的东丽公司、东邦 Tenax 集团和三菱人造丝集团，而其他碳纤维企业均是处于成长阶段，生产工艺仍在摸索中不断完善。国内碳纤维电热膜生产用碳纤维原材料主要从日本进口。碳纤维具有耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维能够与树脂、金属、陶瓷等基体复合形成多种复合材料，用于航空航天、汽车、石油钻探、体育及医疗
12、器械等多个领域。利用碳纤维的导电特性将其做成电热材料，按发热体结构的不同可分为碳纤维发热线缆和碳纤维电热膜两种。其中碳纤维电热膜按生产加工工艺不同又分以下两种，一是直接将碳纤维丝（小丝束或大丝束）作为经线或纬线的一部分通过纺织工艺生产的非均匀性线面状碳纤维电热膜；二是将大丝束碳纤维长丝剪切成短纤维利用造纸工艺形成的碳纤维电热纸。上述碳纤维电热材料按照不同用途和绝缘等级要求外覆不同绝缘层即形成不同绝缘材料的碳纤维电热膜。4、高分子电热膜发热材料：导电高分子复合材料（见图 4）。生产工艺，首先利用不同的分子设计手法合成出功能性高分子导电复合材料，通过喷涂或逗号涂工艺将上述导电高分子材料均匀涂敷于预
13、先植入电极的基材上形成裸体电热膜，外覆不同绝缘材料形成高分子电热膜。高分子电热膜诞生于日本，新宇阳是目前国内高分子电热膜的唯一生产厂家，拥有多项专利和专有技术，产品技术上已实现“任意幅宽和形状、任意使用电压（交、直流两用）、任意单位面积功率”等“三个任意”的技术优势，并在多个应用领域开发出不同的系列产品。高分子电热膜的功率密度是通过调整发热体材料的聚合度、正负极性基团数目和比例以及自由电数来实现，而非通过加减涂敷量。尽管电热膜类型不同，但都含有发热体、电极和绝缘层等三个共同的部分，都是外覆绝缘层内加发热体结构。不同的是金属基电热膜和碳基油墨电热膜是直接热压在绝缘聚酯 薄膜间，而碳纤维和高分子电热膜是将发热材料涂敷于基材上，然后外覆绝缘材料。节选 http:/不同类型的电热膜由于其发热材料不同和生产加工工艺的不同，电热膜也分别具有不同的电热特性和应用性能，如：功率密度的极限值、发热体的热稳定性和热均匀性，抗氧化老化能力、功率衰减、龟裂和融胀性等等，而这些特性直接决定了产品最为适宜的应用领域以及作为发热体材料在应用施工中的工艺要求，这将在下一讲“电热膜的应用”中述及。
