本发明属于电热转换装置，尤其涉及一种柔性碳材料电热膜。
背景技术：
1、目前，汽车座椅内的加热装置主要以金属发热丝为主，金属发热丝与车内电源连接实现电热转换的效果。然而金属发热丝存在质地偏硬、发热不均匀等不足。碳材料发热膜是通过浆料涂布后高温处理获得的柔性膜材，具有质地柔软、发热面积大、发热均匀、法向发射率高、升温速度快等优点，能够解决目前金属发热丝存在的问题。
2、因此本领域技术人员也有采用碳材料电热膜来替代金属发热丝作为汽车座椅内的发热部件的打算。然而实际应用的过程中，碳材料电热膜电阻难以控制，同一批碳材料电热膜不同样品个体的电阻都会有较大的差异。另外根据现有的研究成果，碳材料电热膜的远红外效果可以活化人体细胞，对人体健康保健有促进效果。但是经过实际测试发现，碳材料电热膜在某一波长上的衰减比较严重，杂乱的波长也会影响远红外与人体所产生的共振效果。上述问题阻碍了碳材料电热膜在汽车座椅上的应用。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种柔性碳材料电热膜，通过控制碳材料电热膜中发热层的厚度和密度，让碳材料电热膜整体电阻符合预设的精度范围，提高整体良品率。所述柔性碳材料电热膜包括发热层、封装层和保护层，所述封装层选用柔性的绝缘耐温材料，将所述发热层包覆封装，所述保护层套设于所述封装层之外；所述发热层的厚度与密度之间的关系为，当k满足条件，且时，所述发热层电阻率的数值关系满足；其中d1为所述发热层实际厚度，d0为所述发热层预设厚度，p为所述发热层的实测密度，ρ1为所述发热层实测电阻率，ρ0为所述发热层的理论电阻率。
2、进一步的技术方案中，所述发热层选用人工石墨导热膜、天然石墨导热膜、石墨烯膜；优选地，所述碳材料发热层选用石墨烯膜。目前发热层所采用的人工石墨膜、天然石墨导热膜或石墨烯膜基本上都是通过浆料涂布、高温处理以及压延的方式制备而成，因此涂布浆料的均匀性很大程度上会影响发热层各处的性能，包括但不限于导热系数和电性能等。实际应用过程中也发现了同一批次的发热层的电阻存在较大差异。因此发热层的实际电阻率和理论电阻率的差值需要控制在10%以内才能够满足产品实际发热温度的稳定性要求。理论上影响电阻率的因素有许多，目前研究发现的影响因素包括材料类型、温度、杂质含量、晶体结构和缺陷、机械形变等，因此材料的电阻率受到其内部结构、成分、处理工艺以及外界环境（尤其是温度）的综合影响。碳材料发热膜与金属材料不同，其原材料以及工艺制程导致碳材料发热膜的电阻率更难把控。本技术提供一种可以电阻率误差控制在≤10%的碳材料发热膜，将作为发热层的碳材料发热膜的厚度以及密度控制在一定范围内，可以获得电阻率精确的碳材料发热膜。
3、在一些优选的实施方式中，所述发热层的实测密度p设置为1.80g/cm3—2.20g/cm3，优选地，所述发热层的密度设置为1.90g/cm3—2.10g/cm3；所述发热层电阻率的数值关系满足。所述发热层的预设厚度d0设置为30-100μm。根据现有的电阻和电阻率关系公式，其中r是电阻值，ρ是电阻率，l是发热层的走线长度，w是发热层线宽，d是发热层的厚度。因此理论上对发热层的走线长度、宽度和厚度等尺寸进行管控后即可实现控制电阻和电阻率的目的。然而经过研究发现，实际情况是电阻率和电阻与发热层密度也存在关联。由于材料本身的特性原因，碳材料制备而来的发热层与金属的物理性质不同，这一点从发热层截面sem图中观察即可发现，其内部充满了许多微米级纳米级孔腔。同时由于发热层制程工艺的原因，导致各处的密度都有可能存在较大的差异。基于上述发现只需要在品控过程中排除密度、厚度不稳定的碳材料膜，即可解决发热层电阻率不可控的技术问题。
4、在一些优选的实施方式中，所述发热层的实测密度p设置为1.80g/cm3—2.20g/cm3，优选地，所述发热层的实测密度设置为1.90g/cm3—2.10g/cm3。可以列举的有，1.80g/cm3、1.83g/cm3、1.85g/cm3 、1.88g/cm3 、1.90g/cm3 、1.93g/cm3 、1.95g/cm3 、1.98g/cm3 、2.05g/cm3 、2.08g/cm3 、2.10g/cm3 、2.13g/cm3 、2.15g/cm3 、2.18g/cm3 、2.20g/cm3等。发热层的密度是采用质量除以体积的方式计算获得，在品控阶段取既定面积的样品，测量厚度之后即可计算出密度。经过大量数据和测试分析后总结发现，只要密度和厚度之间的比值满足既定的范围，其电阻率偏差可以控制在可接受范围内。
5、在一些优选的实施方式中，所述发热层的预设厚度d0设置为30-100μm，优选地，所述发热层的预设厚度d0设置为40-80μm。可以列举的有，30μm、35μm、37μm、40μm、41μm、42μm、43μm、44μm、45μm、46μm、47μm、48μm、49μm、50μm、55μm、57μm、60μm、62μm、65μm、70μm、72μm、75μm、80μm、82μm、85μm、87μm、90μm、92μm、95μm、97μm、100μm。厚度是影响电阻大小的参数之一，根据预设的电阻可以选择不同厚度的发热层进行适配，只要厚度和密度之间的比值满足既定的范围，其电阻率偏差可以控制在可接受范围内。实际上发现，当发热层采用碳材料制备而成的情况下，厚度不仅影响发热层的电阻，厚度和密度满足一定范围时，也会影响发热层的电阻率。
6、在一些优选的实施方式中，所述碳材料电热膜在5.5μm-15.0μm的红外辐射波长范围中的相对辐射强度均大于0.3。人体每时每刻都在发射远红外线，据测定:人体发射的远红外线波长在 9.6μm附近。波长(5.6-15μm)的远红外线与人体所发射出的波长(人的平均体温为 36.5℃，这个温度换算为波长约为 9.4微米)相重叠，频率段在同一范围内，因此能够使人体内的细胞分子随之活跃起来，这种现象被称为共振。它可以起到活化细胞、促进血液循环、加速新陈代谢、提高人体自身免疫力的作用。虽然常说石墨烯具有远红外效果，但是经过实际测定发现，当发热层为石墨烯膜时，红外辐射波长(3.5-5.0μm)的范围中石墨烯膜时有明显衰减，而且在红外辐射波长(5.0-9.5μm)的范围中的某个波长中也会出现衰减的情况，波长杂乱也在一定程度上影响远红外效果。与封装层复合后，红外辐射的效果红外辐射波长(5.5-14.5μm)的范围中的波长变化比较缓和，另外整体波长的相对辐射强度均大于0.3，更有利于人体吸收。
7、在一些优选的实施方式中，所述发热层的含碳量大于等于95%，优选地，所述发热层碳材料的含碳量大于等于98%。可以列举的有，碳含量为95%、96%、97%、 98%、 99%。含碳量是决定发热层最终厚度和密度的条件之一，含碳量越高最终发热层的厚度和密度也会增大。主要是高温处理过程中，除了碳以外的其他物质都会被除去并且以气体的形式排出，因此含碳量越高最终产品的厚度和密度也更加可控。
8、在一些优选的实施方式中，所述封装层选用防水耐温布料，该布料颜色的rgb值总和小于100，优选地，该布料颜色的rgb值总和小于50。布料的颜色对于红外辐射波长的相对辐射强度也有影响，当布料颜色相对较深时，对于发热层的相对辐射强度有明显的增益效果，特别是当布料颜色的rgb值总和小于50的时候，碳材料电热膜在红外辐射波长(3.5-5.0μm)的范围中辐射强度有较大的提升，使得碳材料电热膜在能与人体发生共振的波长范围中变化更加平和，人体的吸收效果更好。
9、在一些优选的实施方式中，所述发热层的平均表面粗糙度ra≥0.357μm，优选地，所述发热层的平均表面粗糙度ra大于等于0.450μm。可以列举的有，所述发热层的平均表面粗糙度设置为0.357μm、0.368μm、0.379μm、0.412μm、0.448μm、0.463μm、0.479μm、0.498μm、0.507μm、0.532μm、0.563μm、0.598μm、0.664μm、0.716μm等。
10、在一些优选的实施方式中，所述保护层选用无纺布，所述保护层的透气性设置为400-800mm/s，优选地，所述保护层的透气性设置为400-600mm/s。可以列举的有，保护层的透气性设置为400mm/s、420mm/s、450mm/s、480mm/s、500mm/s、520mm/s、560mm/s、580mm/s、600mm/s、630mm/s、660mm/s、680mm/s、700mm/s、740mm/s、780mm/s、800mm/s 。保护层是直接套装在封装层的外部，虽然对于相对辐射强度不会有直接影响，但是保护层的透气性高低对于相对辐射强度有稀释作用。另外保护层还需要具有一定的抗拉性能，透气性低，抗拉性能会提升，透气性高，对远红外辐射强度有稀释效果。透气性高低取决于材料的孔隙结构、孔隙大小分布、孔道连通性等因素。因此适中的透气性才能同时兼顾抗拉和不会过多影响远红外辐射的效果。
1.一种柔性碳材料电热膜，包括发热层、封装层和保护层，其特征在于：所述封装层选用柔性的绝缘耐温材料，将所述发热层包覆封装，所述保护层套设于所述封装层之外；所述发热层的厚度与密度之间的关系为，当k满足条件，且时，所述发热层电阻率的数值关系满足；其中d1为所述发热层实际厚度，d0为所述发热层预设厚度，p为所述发热层的实测密度，ρ1为所述发热层实测电阻率，ρ0为所述发热层的理论电阻率。
2.根据权利要求1所述的一种柔性碳材料电热膜，其特征在于：所述发热层选用人工石墨导热膜、天然石墨导热膜、石墨烯膜；优选地，所述碳材料发热层选用石墨烯膜。
3.根据权利要求1所述的一种柔性碳材料电热膜，其特征在于：所述发热层的实测密度p设置为1.80g/cm3—2.20g/cm3，优选地，所述发热层的实测密度设置为1.90g/cm3—2.10g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种柔性碳材料电热膜，其特征在于：所述发热层的预设厚度d0设置为30-100μm。
5.根据权利要求1所述的一种柔性碳材料电热膜，其特征在于：所述发热层的预设厚度d0设置为40-80μm。
6.根据权利要求1所述的一种柔性碳材料电热膜，其特征在于：所述碳材料电热膜在5.5μm-15.0μm的红外辐射波长范围中的相对辐射强度均大于0.3。
7.根据权利要求6所述的一种柔性碳材料电热膜，其特征在于：所述发热层的含碳量大于等于95%，优选地，所述发热层碳材料的含碳量大于等于98%。
8.根据权利要求6所述的一种柔性碳材料电热膜，其特征在于：所述封装层选用防水耐温布料，该布料颜色的rgb值总和小于100，优选地，该布料颜色的rgb值总和小于50。
9.根据权利要求6所述的一种柔性碳材料电热膜，其特征在于：所述发热层的平均表面粗糙度ra≥0.357μm，优选地，所述发热层的平均表面粗糙度ra大于等于0.450μm。
10.根据权利要求6所述的一种柔性碳材料电热膜，其特征在于：所述保护层选用无纺布，所述保护层的透气性设置为400-800mm/s，优选地，所述保护层的透气性设置为400-600mm/s。
