一种电热复合陶瓷砖及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电热陶瓷，特别涉及一种电热复合陶瓷砖及其制备方法。
【背景技术】
[0002]电热陶瓷在家居采暖、保温房、桑拿浴室等范围内应用广泛，通常将电加热材料如电阻丝、电热管等埋设在陶瓷基体中，通电后加热陶瓷基体。电热丝属于主体丝状物发热，有强光和电磁感抗效应的损失，热辐射范围较大，且电阻丝与陶瓷基体不能完全贴服，接触面积较小，总体电热效率很低。
[0003]电热膜是以面发热作为热源，接触面积大，热效率较高，现有技术中将电热膜与木质类复合地板结合形成发热板，木质类基板会产生类似隔热保温的效果，使下面发热膜产生的热量在向上传递时受到阻碍，综合热利用率低下、升温速率较慢。此外木质类板材容易吸水受潮，在湿度较大的地区安全隐患较大，使用寿命非常有限，普通复合板结构中的绝缘层对此虽然能起到一定的改善作用，但热量利用率和使用安全性仍有待于进一步提高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可在24?380V电压下正常使用，电热效率高，发热功率达90?120w/m2，热量利用率达到98%，安全系数较高的电热复合陶瓷砖及其制备方法。
[0005]本发明将电热涂料涂布在陶瓷基底的无釉面上，利用陶瓷基底的无釉面的吸水率^ 0.05%，使电热浆料在整个连接面均匀渗透进入陶瓷基底的坯体里，烘干固化后形成的电热涂层与陶瓷基底不但结合紧密，而且在与电热涂层连接的接线电极与外部电源通电后，可实现整个电热涂层均匀加热，有效提高电能转化为热能的效率。发明人发现:保证电热浆料渗透进入陶瓷基底大于0.5mm是关键。本发明通过配置电热浆料实现，控制碳发热原料的粒径也是关键，本发明发现，需要控制碳发热原料粒径小于I μ m，并且控制电热浆料粘度为1000?SOOOmPa/s'同时，电热浆料粘度的确定是本发明的关键，在溶剂和助剂的添加量不变时，电热浆料粘度过大，碳发热材料固含量过高，不仅会导致材料的浪费而且会使碳发热材料在陶瓷基底无釉面上难以均匀覆盖，进而影响到电热复合陶瓷砖的面发热均匀度；但是若电热浆料粘度过小，碳发热材料含量少，导电碳材料在较小的尺度下难以相互接触，使得发热材料电阻过大，影响发热功率和效率。碳发热材料粉料越细、电热浆料粘度越低，陶瓷基底的吸水率越大，电热浆料在陶瓷基底中渗透的深度越大，电热涂层与陶瓷基底结合的越紧密；电热粉料在整个浆料中质量百分比越大，发热功率越高。
[0006]本发明的目的是通过下述方案实现的:
[0007]一种电热复合陶瓷砖的制备方法，其特征在于，在陶瓷基底无釉面上依次涂布电热涂层、引出接线电极、涂布绝缘封装防水层和涂布发泡陶瓷层；所述电热涂层是以电热浆料涂布在陶瓷基底的无釉面上，电热浆料在陶瓷基底与电热涂层的整个连接面渗透进入陶瓷基底的坯体里，渗透深度小于陶瓷基底厚度，大于0.5_;两接线电极一端分别与外部电源的电源N极及电源L极连接，另一端与纳米电热涂层连接；
[0008]所述电热浆料是将碳发热原料、粘结剂和助剂在溶剂中搅拌混合后获得；所述碳发热原料为天然石墨、碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维中的一种或多种；所述粘结剂为环氧树脂、聚氨酯树脂或改性硅树脂；所述助剂包括偶联剂、稳定剂、阻燃剂、增塑剂中的一种或多种；所述溶剂包括无水乙醇、丙酮、甘油或甲苯；所述电热浆料包括20?40被％的所述碳发热原料，55?75*1:%的所述粘结剂，I?5wt%的所述助剂；
[0009]将所述碳发热原料混合研磨后筛分出粒径< I μπι的粉体，再制备成电热浆料；
[0010]所述陶瓷基底的吸水率彡0.05%。
[0011]优选地，所述偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烧、N - β -(氨乙基)-γ -氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种；所述稳定剂包括三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、硬脂酸镁中的一种或多种；所述阻燃剂包括四溴双酚Α、五溴甲苯、磷酸三甲苯酯中的一种或多种；所述增塑剂包括磷酸二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二乙酯、己二酸二辛酯中的一种或多种。
[0012]优选地，所述绝缘封装防水层是将绝缘防水涂料涂布在所述电热涂层表面和侧面上，经烘干固化后获得。
[0013]优选地，所述发泡陶瓷层是将发泡陶瓷材料经高温烧制成板块状，采用无机粘结剂将其与所述绝缘封装防水层粘结，所述发泡陶瓷层导热系数彡0.15ff/(m.K)，抗弯强度^ 0.3MPa。
[0014]优选地，所述电热涂层的涂布方式包括喷墨打印、丝网印刷、辊涂、刮涂和喷涂中的任意一种。
[0015]优选地，所述溶剂质量为所述碳发热原料、粘结剂和助剂总质量的120?250wt% ；
[0016]本发明提供一种电热复合陶瓷砖，其由上述制备方法制得。
[0017]所述电热涂层厚度为I?10mm。所述绝缘封装防水层厚度为I?15mm。所述发泡陶瓷层厚度彡15mm。
[0018]所述陶瓷基底厚度为8?15mm。
[0019]本发明使用导热系数较低的发泡陶瓷层作为发热砖的外层保温层，在绝缘封装防水层的基础上进一步减少热量损失，提高热效率，且发泡陶瓷层比电热涂层和绝缘封装防水层的强度大，吸水率低，能够很好地保护内部电热涂层和绝缘封装防水层，使它们免遭破坏及受潮，显著提高使用安全性。
[0020]本发明所述电热涂层厚度为电热浆料烘干固化后在陶瓷基底表面上的厚度，不包括渗透进入坯体的厚度。
[0021]—般在电热涂层的两端引出接线电极，并分别与外部电源的电源正极及负极连接，其中电极的材料采用银浆或铜箔，也可以采用公知的常用电极材料。外部电源线路中设置有温控装置，可以控制电热涂层的发热状态，改变复合陶瓷砖的表面温度。这种控温装置可以是能够感应室内温度，从而调节陶瓷砖温度并使室温保持在一定范围内的装置。
[0022]所述绝缘封装防水层的涂料和粘结发泡陶瓷层的无机粘结剂可以是市售的绝缘漆、无机粘结剂、无机胶水、专用瓷砖胶等，也可以自制，即将环氧树脂、醇酸改性硅树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸酯、聚氨酯改性硅树脂等绝缘树脂，与N- β -(氨乙基)-γ -氨丙基甲基二甲氧基硅烷(DL602偶联剂)、己二酸二辛酯增塑剂、二盐基亚磷酸铅稳定剂等进行搅拌混合，调节至涂布适宜粘度后获得。绝缘防水涂料可采用喷涂、辊涂、刮涂中的任意一种涂布方式涂布，且涂布在电热涂层表面和侧面上，经烘干固化获得绝缘封装防水层，该层作为内层保护层避免电热涂层受潮、漏电，并阻挡热量向外传递。
[0023]本发明所述的发泡陶瓷层是将公知的高温发泡陶瓷材料经高温烧制成板块状，切割成所需大小，采用无机粘结剂如市售专用瓷砖胶等，与烘烤固化后的绝缘封装防水层粘结。
[0024]本发明在涂布绝缘封装防水层和施加发泡陶瓷层的过程中，除了在表面涂布复合绝缘树脂、无机粘结剂之类的绝缘涂料，还对整个陶瓷砖层与层之间的边缘空隙和边缝部分进行绝缘材料的填充和封装，以达到真正防水绝缘效果。
[0025]与现有技术相比，本发明具有以下显著的有益效果:
[0026](I)本发明电热复合陶瓷砖中的电热涂层与陶瓷基底结合紧密，两层之间面加热模式热阻低，电能转化效率高，升温快，控温容易，可在24?380V电压下可正常安全使用，发热功率90?120w/m2，通过温控装置可使陶瓷基板温度达18?50°C。
[0027](3)本发明电热复合陶瓷砖中的发泡陶瓷层导热系数低，传统陶瓷墙地砖产品的导热系数2.0?2.4ff/ (mK)，而发泡陶瓷导热系数彡0.15ff/ (mK)，且抗弯强度彡0.3MPa，不仅具备了耐高温、隔热、防火、防水、耐老化的特性，而且强度高，受压后不易发生体积形变，有效保护内部发热涂层和绝缘封装防水层。
[0028](4)本发明电热复合陶瓷砖