專利名稱：遠(yuǎn)紅外短碳纖維樹脂發(fā)熱元件及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種遠(yuǎn)紅外短碳纖維發(fā)熱元件，特別是遠(yuǎn)紅外碳纖維樹脂發(fā)熱元件及其制造方法。
此前，關(guān)于室內(nèi)取暖、花房、蔬菜大棚的取暖以及用于保健取暖、石油輸送等等領(lǐng)域，可以利用碳纖維發(fā)熱片的課題，提出了多種方案，基本上都是將導(dǎo)電纖維與天然紙漿混抄制成發(fā)熱導(dǎo)電紙，例如，JP45-32766專利中，就是天然紙漿與碳纖維混抄而成為導(dǎo)電線；而JP49-21242則是天然紙漿與銹鋼纖維混抄而成的導(dǎo)電紙。中國(guó)專利CN1124907A“導(dǎo)電發(fā)熱用的碳纖維復(fù)合紙及其制造方法”，它是利用丙烯腈碳纖維與纖維素紙漿混合抄紙而制成的。
使用上述技術(shù)存在的主要問題是碳纖維或不銹鋼纖維在紙漿中極難分散均勻，由于分散不均勻，使制成的發(fā)熱片上電阻不均勻，溫度不一致，所以發(fā)熱片的面積不能太大，使用時(shí)只能將大張裁斷、拼接；為使碳纖維分散，以及使碳纖維與紙漿中的植物纖維形成堅(jiān)固網(wǎng)絡(luò)，還必須采用添加粘接劑、分散劑的方法，但分散劑、粘接劑的成分會(huì)改變發(fā)熱片的導(dǎo)電性能，影響功率，它的劑量受到限制，仍然不能徹底解決碳纖維在紙漿中不能充分分散的問題。因此發(fā)熱紙的溫度難以控制，當(dāng)溫度設(shè)定在100-120℃時(shí)，局部溫度會(huì)過高而引起火災(zāi)，也可能局部不熱；由于碳纖維紙是易燃的導(dǎo)電紙，更加增了火災(zāi)的危險(xiǎn)。同時(shí)，由于碳纖維遇到溫度突然升高，會(huì)使其產(chǎn)生氧化，從而降低壽命；另外，現(xiàn)有的碳纖維發(fā)熱紙使用的電極為銀糊銅片，實(shí)際作電極的部分發(fā)熱溫度不均勻，而且由于電極的電阻較發(fā)熱紙上的兩電極間的電阻大，電極自身發(fā)熱容易引起燃燒，而且難以控制。
本發(fā)明的目的是提供一種電阻和溫度均勻穩(wěn)定的、質(zhì)輕而強(qiáng)度優(yōu)良的遠(yuǎn)紅外短碳纖維樹脂發(fā)熱元件和它的制造方法。按本發(fā)明方法制造出來的碳纖維發(fā)熱片電阻均勻，溫度一致而穩(wěn)定，而且機(jī)械強(qiáng)度好，節(jié)能、安全，使用壽命得以提高。
本發(fā)明的要點(diǎn)是1、它是一種含有短碳纖維6-30％(重量)樹脂94-70％和占碳纖維和樹脂總量20-40％的添加劑，經(jīng)混煉、拉伸、壓延而成的紅外短碳纖維樹脂膜片發(fā)熱元件；2、所含的短碳纖維包括石油基碳纖維、丙烯腈碳纖維、PAN類碳纖維和粘膠碳纖維，以抗張強(qiáng)度200-800kg/cm2的高彈性碳纖維為好；3、所含的樹脂包括聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PPE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈乙二烯(ABS)、聚氟乙烯(PVF)、聚四氟乙烯樹脂(PTFE)、聚礬(PSU)、聚苯醚(PPO)樹脂、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺樹脂(尼龍66、尼龍610、尼龍1010)以及ABS/PVC、ABS/PC混合脂，聚苯乙烯樹脂(PS)、高耐沖性聚苯乙烯樹脂(PEE)、酚醛樹脂(PF)、聚乙烯樹脂(PE)，選其中一種或兩種以上；4、所含碳纖維的長(zhǎng)度包括碳纖維粉320-400目，和3mm、4mm、5mm、以及6mm、8mm或10mm以下的短碳纖維絲，選用至少有一種或兩種以上不同長(zhǎng)度的短碳纖維；5、所用添加劑包括遠(yuǎn)紅外發(fā)射劑、波段調(diào)整劑、波段穩(wěn)定劑，其中發(fā)射劑占添加劑總量的50％，其余兩者之和為50％；6、在發(fā)熱元件上至少備有兩個(gè)相對(duì)配置的糊狀電極，該電極包括導(dǎo)電膠泥主電極和敷在主電極上的金屬箔片輔助電極；所用的導(dǎo)電膠泥為含銀粉或銅粉、鋁粉的金屬膠泥，所用的金屬箔片輔助電極可以是鋁箔、銅箔、銀箔或錫、銀合金箔，鋅、銅合金箔；7、短碳纖維樹脂膜片分為厚度在150μ以下的膜片和厚度在150μ以上的“無紡布”及厚度在50μ以上的“膜”；8、制造樹脂發(fā)熱元件的工藝方法是將至少兩種以上不同長(zhǎng)度的碳纖維經(jīng)堿法蒸煮、鈍化處理成為遠(yuǎn)紅外碳纖維，將遠(yuǎn)紅外碳纖維按碳纖維6-30％、樹脂94-70％(重量比)的比例加入到樹脂中混合，在常規(guī)塑料加工條件下進(jìn)行混煉、擠壓成條、切割造粒，再壓延、拉伸或吹塑成要求厚度的“膜”、“片”或“無紡布”，將布成的“膜”、“片”、“無紡布”裁成規(guī)定的尺寸，涂上主電極—含銀膠泥，再貼上輔助電極—金屬箔片，再將以上半成品附于兩塊絕緣樹脂板中間進(jìn)行熱壓，即成為成品。
也可將半成品夾在兩塊橡膠板之間進(jìn)行熱壓成為柔性發(fā)熱元件成品。
本發(fā)明與現(xiàn)有電熱類產(chǎn)品相比有以下特點(diǎn)1、由于本發(fā)明采用遠(yuǎn)紅外化的短碳纖維為發(fā)熱材料，并加入了遠(yuǎn)紅外輻射材料，其發(fā)熱原理是當(dāng)外介電子進(jìn)入后，引發(fā)激勵(lì)條件下，電子的布朗運(yùn)動(dòng)，相互撞擊和磨擦，形成多種發(fā)熱效果，使溫度提高；同時(shí)由于遠(yuǎn)紅外輻射材料的作用，隨溫度提高而增加遠(yuǎn)紅外線的輻射能量，引起受熱物體的分子或原子產(chǎn)生共振，從而使物體發(fā)熱，由此可見，遠(yuǎn)紅外輻射材料可以明顯提高發(fā)熱程度。因此同等條件下，它的節(jié)能效果明顯同電阻絲發(fā)熱材料相比，節(jié)能大于40-50％，熱能換率達(dá)99％以上。
2、由于使用樹脂做介質(zhì)，碳纖維在樹脂中的分散性較在紙漿中好的多，不需添加粘結(jié)劑、分散劑等，中長(zhǎng)度的碳纖維與樹脂就可以構(gòu)成堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且電阻均勻，溫度均衡，恒定，因此在耗電相同的情況下，可以獲得較高的溫度。而且由于溫度均衡使額定溫度的范圍得以擴(kuò)大，可以設(shè)計(jì)有中溫、高溫的不同規(guī)格，因此適用各種需用場(chǎng)合。
3、由于所用介質(zhì)為具有柔性的樹脂，可以制成不同程度的發(fā)熱膜片，或者各種異型電熱元件及復(fù)雜的面狀發(fā)熱元件，具有使用上的靈活性且剛性極好。
4、安裝應(yīng)用不受環(huán)境限制，可設(shè)置在地下，墻面，亦可埋敷或裸露，還可浸于水中。室內(nèi)的天棚、地面、墻面均可安裝，可以設(shè)置在受熱物體的最近處，從而獲得最好的節(jié)能效果。
5、由于在主電極上敷設(shè)輔助電極，使電極不易燒壞，使用壽命大大延長(zhǎng)，可保證30年。
本發(fā)明的細(xì)節(jié)通過以下實(shí)施例及其附圖
給出實(shí)施例1取經(jīng)遠(yuǎn)紅外化的丙烯腈碳纖維1mm和2mm共25g、樹脂(尼龍66和尼龍1010)940g一起投入小型攪拌機(jī)中攪拌，按常規(guī)塑料加工方法進(jìn)行熱壓、擠條、造粒，使碳纖維在樹脂中充分分散，再加入長(zhǎng)度為4mm、6mm的碳纖維25g、碳素粉10g，以及發(fā)射劑100g、波段調(diào)整劑50g、波段穩(wěn)定劑50g，再次攪拌、熱壓、擠條、造粒，然后經(jīng)拉伸機(jī)進(jìn)行拉膜成需要的厚度的膜片。膜片切成1030mm×610mm和1200mm×300mm或1030mm×300mm、1200mm×610mm，將各片對(duì)邊兩側(cè)涂上含銀膠泥，再貼上作輔助電極的金屬箔片。金屬箔片的面積是按發(fā)熱元件的功率計(jì)算出來后，再加上70％的安全系數(shù)。這樣就制成了樹脂發(fā)熱元件。測(cè)定發(fā)熱元件的電阻，求其面積的比電阻率，然后將發(fā)熱元件附于兩塊絕緣樹脂板中間進(jìn)行熱壓，即成為成品電熱板。
實(shí)施例2遠(yuǎn)紅外化的1mm和2mm短碳纖維90g、樹脂800g，一起投入小型攪拌機(jī)中攪拌，按常規(guī)塑料加工方法進(jìn)行熱壓、擠條、造粒，使碳纖維充分分散，再加入長(zhǎng)度為4mm、8mm的短碳纖維100g、碳素粉10g，以及占添；加碳纖維和樹脂總量30％的添加劑，包括發(fā)射劑123g、波段調(diào)整劑123g、波段穩(wěn)定劑27g，再次進(jìn)行混合、熱壓、擠條、造粒，然后經(jīng)拉伸機(jī)進(jìn)行拉膜、切片，涂金屬膠泥，貼金屬箔片，再測(cè)定、絕緣等密封成成品。
實(shí)施例3碳纖維經(jīng)紅外化以后，總計(jì)290g(包括各種長(zhǎng)度)、碳素粉10g、樹脂700g、添加劑400g(發(fā)射劑200g、波段穩(wěn)定劑150g、波段調(diào)整劑50g)，工藝過程同前例，將制成的發(fā)熱元件夾在橡膠板中熱壓，進(jìn)行絕緣密封。
本發(fā)明所使用的發(fā)射劑、波段調(diào)整劑、波段穩(wěn)定劑成分及碳纖維紅外化處理工藝與CN00123359.9“紅外線發(fā)熱紙及其生產(chǎn)方法”中公開的內(nèi)容相同。
權(quán)利要求
1.遠(yuǎn)紅外短碳纖維樹脂發(fā)熱元件及工藝，其特征是它是一種含有短碳纖維6-30％(重量)樹脂94-70％和占碳纖維和樹脂總量20-50％的添加劑，經(jīng)混煉、拉伸、壓延而成的紅外短碳纖維樹脂膜片發(fā)熱元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外短碳纖維樹脂發(fā)熱元件及工藝，其特征是所含的短碳纖維包括石油基碳纖維、丙烯腈碳纖維、PAN類碳纖維和粘膠碳纖維，以抗張強(qiáng)度200-800kg/cm2的高彈性碳纖維為好。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外短碳纖維樹脂發(fā)熱元件及工藝，其特征是所含的樹脂包括聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PPE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈乙二烯(ABS)、聚氟乙烯(PVF)、聚四氟乙烯樹脂(PTFE)、聚礬(PSU)、聚苯醚(PPO)樹脂、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺樹脂(尼龍66、尼龍610、尼龍1010)以及ABS/PVC、ABS/PC混合脂，聚苯乙烯樹脂(PS)、高耐沖性聚苯乙烯樹脂(PEE)、酚醛樹脂(PF)、聚乙烯樹脂(PE)，選其中一種或兩種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外短碳纖維樹脂發(fā)熱元件及工藝，其特征是所含碳纖維的長(zhǎng)度包括碳纖維粉320-400目，和3mm、4mm、5mm、以及6mm、8mm或10mm以下的短碳纖維絲，選用至少有一種或兩種以上不同長(zhǎng)度的短碳纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外短碳纖維樹脂發(fā)熱元件及工藝，其特征是所用添加劑包括遠(yuǎn)紅外發(fā)射劑、波段調(diào)整劑、波段穩(wěn)定劑，其中發(fā)射劑占添加劑總量的50％，其余兩者之和為50％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外短碳纖維樹脂發(fā)熱元件及工藝，其特征是在發(fā)熱元件上至少備有兩個(gè)相對(duì)配置的糊狀電極，該電極包括導(dǎo)電膠泥主電極和敷在主電極上的金屬箔片輔助電極；所用的導(dǎo)電膠泥為含銀粉或銅粉、鋁粉的金屬膠泥，所用的金屬箔片輔助電極可以是鋁箔、銅箔、銀箔或En、Cu錫、銀合金箔，鋅、銅合金箔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外短碳纖維樹脂發(fā)熱元件及工藝，其特征是短碳纖維樹脂膜片分為厚度在150μ以下的膜片和厚度在150μ以上的“無紡布”及厚度在50μ以上的“膜”。
8.遠(yuǎn)紅外短碳纖維樹脂發(fā)熱元件及工藝，其特征是制造樹脂發(fā)熱元件的工藝方法是將至少兩種以上不同長(zhǎng)度的碳纖維經(jīng)堿法蒸煮、鈍化處理成為遠(yuǎn)紅外碳纖維，將遠(yuǎn)紅外碳纖維按碳纖維6-30％、樹脂94-70％(重量比)的比例加入到樹脂中混合，在常規(guī)塑料加工條件下進(jìn)行混煉、擠壓成條、切割造粒，再壓延、拉伸或吹塑成要求厚度的“膜”、“片”或“無紡布”，將布成的“膜”、“片”、“無紡布”裁成規(guī)定的尺寸，涂上主電極—含銀膠泥，再貼上輔助電極—金屬箔片，再將以上半成品附于兩塊絕緣樹脂板中間進(jìn)行熱壓，即成為成品。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的遠(yuǎn)紅外短碳纖維樹脂發(fā)熱元件及工藝，其特征是也可將半成品夾在兩塊橡膠板之間進(jìn)行熱壓成為柔性發(fā)熱元件成品。
全文摘要
本發(fā)明是一種遠(yuǎn)紅外短碳纖維樹脂發(fā)熱元件及工藝,它是一處將短碳纖維混入樹脂中經(jīng)混煉、拉伸、壓延而成的遠(yuǎn)紅外碳纖維樹脂膜、片、無紡布,再經(jīng)粘涂電極、密封壓合而成的電熱元件,它節(jié)能效果明顯、溫度均勻,使用溫度范圍大;增加輔助電極,防止了電極過熱,使用壽命延長(zhǎng);同時(shí)安裝環(huán)境不受限制,可以制成各種形狀,可以方便地裝在頂棚、地面、墻壁,甚至水下,距受熱物質(zhì)量近處,從而獲得最好節(jié)能效果。
文檔編號(hào)H05B3/20GK1356855SQ0113341
公開日2002年7月3日 申請(qǐng)日期2001年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月6日
發(fā)明者劉磊, 劉玉珍, 張忠國(guó), 高敏, 劉立志 申請(qǐng)人:劉磊