柔性薄膜加熱器的設(shè)計和應(yīng)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(fù)雜的薄膜加熱器件。近年來，柔性薄膜加熱器廣泛應(yīng)用于建筑、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、家庭用品等領(lǐng)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(shè)計和研究，包括模擬了薄膜加熱器表面溫場分布，設(shè)計了電熱絲的布局，制備了絕緣導(dǎo)熱薄膜及絕緣隔熱薄膜，設(shè)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(zhuǎn)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(xué)原理，設(shè)計了合金電熱絲的布局，采用干式復(fù)合和凹版印刷工藝技術(shù)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(fù)合薄膜，用點溫度計測試了薄膜的導(dǎo)熱性能。研究結(jié)果表明：PVDF/AlN 復(fù)合薄膜的厚度越小，AlN的含量越大，薄膜的導(dǎo)熱能力越強

3、。復(fù)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(fù)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(dǎo)熱性能。結(jié)果表明：
　　 摻雜SiO2后的PI 薄膜拉伸強度及導(dǎo)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(fù)合薄膜拉伸性能增強，當(dāng)SiO2 質(zhì)量比為15%時，拉伸長度比為0.95，可承受82 N 拉力，當(dāng)Si

4、O2 質(zhì)量比超過15%時，薄膜拉伸性能開始變差；導(dǎo)熱性能測試表明SiO2 質(zhì)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(fù)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(dǎo)熱性能測試，結(jié)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?qū)⒈砻鏈囟葹?10 ℃的電熱膜隔熱到170 ℃。研究結(jié)果表明

5、：PVDF/AlN 復(fù)合薄膜的耐溫只有140 ℃，不適合作導(dǎo)熱薄膜，而 PI、SiO2/PI 都可用做絕緣導(dǎo)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(chǎn)生程序，將程序燒寫至89s52系列單片機中，用產(chǎn)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(diào)整薄膜加熱器通電加熱的時間