一种纳米合金丝发热线及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种纳米合金丝发热线及其制造方法，该纳米合金丝发热线由以下按照质量百分比的成分组成：Mo23?27％、Ni 18?22％、Fe18?22％、聚芳酯8?12％、杂质23?27％。按照各成分的质量百分比称取材料，并向上述成分中加入添加剂，以2?3℃/min的升温速度升温至1000?1200℃，并在该温度下保温5?6h，混合熔融后置入拉丝机中经过拉丝、模压制得纳米合金丝发热线。本发明耗电量少，火灾发生的概率为零；维持均一温度，半永久性，发热线能够超高速发热，柔韧性很强，特定阻值变更生产时可自由使用原材料，适用性强，适用范围广泛，特别是超低电压，DC电器方面发热性能强。
【专利说明】
一种纳米合金丝发热线及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及发热线领域，具体是一种纳米合金丝发热线及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 地暖是地板辐射采暖的简称，英文为Radiant Floor Heating，是以整个地面为散 热器，通过地板辐射层中的热媒，均匀加热整个地面，利用地面自身的蓄热和热量向上辐射 的规律由下至上进行传导，来达到取暖的目的。从热媒介质上分为水地暖和电地暖两大类。 电地暖是将外表允许工作温度上限65°C发热电缆埋设地板中，以发热电缆为热源加热地 板，以温控器控制室温或地板温度，实现地面辐射供暖的供暖方式，有舒适、节能、环保、灵 活、不需要维护等优点。但是铺设的发热电缆，即发热线阻值不均一的情况，使用过程中局 部过热造成火灾发生，拥有同一耗电量的发热产品无法批量生产，成为品质低下的原因。现 有的电线耐久性低下，大部分在6个月以内就会发生故障（火灾，触电等），在2年以内70~ 80%的电子版会发生故障（电线老化，短路，触电等），而且施工性能低下，施工期间发生故 障的比率很大。发热板的温度不能超过60°C，而且维持60°C所需的电量大，使用范围具有局 限性。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种耗电量少、阻值均一、没有断线、火灾发生的概率为 零、超高速发热、柔韧性很强的纳米合金丝发热线及其制造方法，以解决上述【背景技术】中提 出的问题。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0005] -种纳米合金丝发热线，由以下按照质量百分比的成分组成:Mo23-27%、Nil8_ 22%、Fel8-22%、聚芳酯8-12%、杂质23-27%。
[0006] 作为本发明进一步的方案:所述纳米合金丝发热线，由以下按照质量百分比的成 分组成:Mo24-26%、Nil9-21 %、Fel9-21 %、聚芳酯9-11 %、杂质24-26%。
[0007] 作为本发明进一步的方案：所述纳米合金丝发热线，由以下按照质量百分比的成 分组成:Mo25%、Ni20%、Fe20%、聚芳酯 10%、杂质25%。
[0008] 所述纳米合金丝发热线的制造方法，步骤如下所述：按照各成分的质量百分比称 取材料，并向上述成分中加入添加剂，添加剂的加入量是上述成分总质量的2-5%，以2-3 °C/min的升温速度升温至1000-1200°C，并在该温度下保温5-6h，混合熔融后置入拉丝机中 经过拉丝、模压制得纳米合金丝发热线，其中拉丝时先进行预拉伸，在氮气保护氛围下，且 温度为600-700°C下连续退火;再进行超细拉伸，直至直径为50-80nm的合金丝，再在750-800°C，25-30m/min的速度下连续退火；模压时的模压压力为l-1.5MPa，模压时间为5-lOmin，模压温度为 225-250°C。
[0009] 作为本发明进一步的方案:添加剂采用氰化剂。
[0010] 作为本发明进一步的方案:拉丝机采用德国尼霍夫多头拉丝机。
[0011] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0012] 本发明耗电量少，时常保持阻值均一，70万回烧灼或折叠测试中没有断线，火灾发 生的概率为零;材料本身维持设计的均一温度，半永久性(微小的酸化作用下产生的硬化， 破碎现象几乎不存在）。本发明只需很少的电力便可达到高温95°C，并可以很好的维持高温 状态。（1平(3平方米)维持在95°C大约需耗电450wh)所以可用于大理石，钢化地板等需要高 温的场所。发热线能够超高速发热，柔韧性很强，特定阻值变更生产时可自由使用原材料， 适用性强，适用范围广泛，特别是超低电压，DC电器方面发热性能强。
【具体实施方式】
[0013] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都 属于本发明保护的范围。
[0014] 实施例1
[0015] 本发明实施例中，一种纳米合金丝发热线，由以下按照质量百分比的成分组成： Mo23%、Ni22%、Fel8%、聚芳酯12%、杂质25%。按照各成分的质量百分比称取材料，并向 上述成分中加入添加剂，添加剂的加入量是上述成分总质量的2%，以2°C/min的升温速度 升温至1000 °C，并在该温度下保温5h，混合熔融后置入拉丝机中经过拉丝、模压制得纳米合 金丝发热线，其中拉丝时先进行预拉伸，在氮气保护氛围下，且温度为600°C下连续退火;再 进行超细拉伸，直至直径为50nm的合金丝，再在750°C，25m/min的速度下连续退火;模压时 的模压压力为IMPa，模压时间为5min，模压温度为225°C。
[0016] 实施例2
[0017] 本发明实施例中，一种纳米合金丝发热线，由以下按照质量百分比的成分组成： M〇27%、Nil8%、Fe22%、聚芳酯8%、杂质25%。将上述成分中加入氰化剂，氰化剂的加入量 是上述成分总质量的5%，以3°C/min的升温速度升温至1200°C，并在该温度下保温6h，混合 熔融后置入拉丝机中经过拉丝、模压制得纳米合金丝发热线，其中拉丝时先进行预拉伸，在 氮气保护氛围下，且温度为700°C下连续退火;再进行超细拉伸，直至直径为80nm的合金丝， 再在800°C，30m/min的速度下连续退火;模压时的模压压力为1.5MPa，模压时间为lOmin，模 压温度为250 °C。
[0018] 实施例3
[0019] 本发明实施例中，一种纳米合金丝发热线，由以下按照质量百分比的成分组成： M〇24%、Ni21%、Fel9%、聚芳酯11%、杂质25%。将上述成分中加入氰化剂，氰化剂的加入 量是上述成分总质量的3%，以2°C/min的升温速度升温至1100°C，并在该温度下保温5h，混 合熔融后置入拉丝机中经过拉丝、模压制得纳米合金丝发热线，其中拉丝时先进行预拉伸， 在氮气保护氛围下，且温度为620°C下连续退火;再进行超细拉伸，直至直径为60nm的合金 丝，再在760°C，26m/min的速度下连续退火;模压时的模压压力为1.2MPa，模压时间为6min， 模压温度为230 °C。
[0020] 实施例4
[0021] 本发明实施例中，一种纳米合金丝发热线，由以下按照质量百分比的成分组成： Mo26%、Nil9%、Fe21%、聚芳酯 9%、杂质 25%。
[0022] 将上述成分中加入氰化剂，氰化剂的加入量是上述成分总质量的4%，以3°C/min 的升温速度升温至1200°C，并在该温度下保温5.7h，混合熔融后置入拉丝机中经过拉丝、模 压制得纳米合金丝发热线，其中拉丝时先进行预拉伸，在氮气保护氛围下，且温度为670°C 下连续退火;再进行超细拉伸，直至直径为70nm的合金丝，再在790°C，28m/min的速度下连 续退火;模压时的模压压力为1.4MPa，模压时间为9min，模压温度为240°C。
[0023] 实施例5
[0024] 本发明实施例中，一种纳米合金丝发热线，由以下按照质量百分比的成分组成： Mo25%、Ni20%、Fe20%、聚芳酯10%、杂质25%。将上述成分中加入氰化剂，氰化剂的加入 量是上述成分总质量的3.5%，以2.5°C/min的升温速度升温至1100°C，并在该温度下保温 5.5h，混合熔融后置入拉丝机中经过拉丝、模压制得纳米合金丝发热线，其中拉丝时先进行 预拉伸，在氮气保护氛围下，且温度为650°C下连续退火;再进行超细拉伸，直至直径为65nm 的合金丝，再在775°C，27m/min的速度下连续退火;模压时的模压压力为1.3MPa，模压时间 为7min，模压温度为235°C。
[0025] 实施例6
[0026] 本发明实施例中，一种纳米合金丝发热线，由以下按照质量百分比的成分组成： Mo23%、Nil8%、Fe22%、聚芳酯10%、杂质27%。制备过程与实施例5相同。
[0027] 实施例7
[0028]本发明实施例中，一种纳米合金丝发热线，由以下按照质量百分比的成分组成： Mo27%、Ni22%、Fe20%、聚芳酯8%、杂质23%。制备过程与实施例5相同。
[0029] 实施例8
[0030] 本发明实施例中，一种纳米合金丝发热线，由以下按照质量百分比的成分组成： Mo26%、Nil9%、Fe21 %、聚芳酯10%、杂质24%。制备过程与实施例5相同。
[0031] 实施例9
[0032] 本发明实施例中，一种纳米合金丝发热线，由以下按照质量百分比的成分组成： Mo24%、Ni21 %、Fe20%、聚芳酯9%、杂质26%。制备过程与实施例5相同。
[0033] 本发明中合金丝内部部件在内部电流产生时进行最有效的发热(其他发热线相比 2~5倍的发热效率)这一感应由上述成分的分子材料等变形完成。合金丝对于电流的反应 速度十分迅速，使超高速的发热变为可能。由于使用极其细微的熔融合金术制造，虽然本发 明材料熔融的同时会有1 〇〇 %的R成分（电阻材料)产生，加工为自动的阻值整体的均一性， 成为切断阻值不均一造成火灾事故和品质低下的状况的根本原因。由于本发明材质的物理 特性，在发热时会产生轻微的酸化作用，一般发热线所有的长期（2~3年)使用时会发生硬 化，破碎的现象不会存在，实现半永久的使用状态。由合金丝变形的纳米合金丝发热线本身 非常硬，内部结构和拉伸长度非常强，折叠弯曲也不会发生断线，（70万回折叠伸展测试中 没有发生阻值变化和断线情况）。
[0034] 发热线所需的特定阻值全部进行设计生产的技术(每lm，l兆~1000兆，可以自由 材料生产)有强大的柔韧性以至于可以用来做缝制材料，拥有日常用品和产业用发热线等 广泛的使用性（已有的发热线只生产特定的几种阻值产品，特定阻值的发热线在必要时不 可生产，折叠，弯曲使用时几乎断线，在有柔韧性的地方使用会发生因为断线而引起的短 路、触电、火灾等事故。尤其是，由于纳米合金丝的特殊分子材料的特性，在DC电流和超低压 (lv)的情况下也会有强烈的发热特征。
[0035]本发明的发热原理
[0036] 现有的铁、镍、铬和相关材料制造的金属发热线。电流在电热线内部流动时，自由 电子便会活跃运动和原子发生冲突，根据冲突，原子所拥有的运动能量转化为热能量的同 时进行发热(发热定律），此时现有电热线的原子和自由电子冲突频率会降低，形成电流，可 以轻松通过电热线的结构(现有电热线制造技术的局限性），同一阻值情况下，同一电流通 过时，发热效率会大大降低(发热定律发热效率的大约30 %~40%)。而且发热线的电流通 过时，从电流量的比例，线性方面来看发热温度持续上升(火灾危险上升）。用现有的碳原料 制造微小粒子之后，和黏着性溶媒混合，变成液体之后将它涂抹在线和面上从而制成各种 面上发热线。电流在面上发热线内部流动时，微小的碳粒子之间互相根据粒子的电位差形 成极性，发生振动产生冲突的同时产生热量，如果温度上升，粒子振动范围会变广，妨碍自 由电子的流动，提升阻值，自动减少电流，发热温度降低(PTC动作原理出现，发热效率为发 热定律的约50 %~60 %左右，碳材料本身温度上升时产生有利于健康的远红外线）。
[0037] 但是这样的发热原理无法实现碳粒子的均一分布的实际情况成为制造技术的局 限成果，为实现碳粒子的结合，由不可或缺的黏着性熔媒当做绝缘体，面上发热线的阻值R 成分(碳)和C成分(黏着性熔媒)的P(阻抗)的阻值实现，不可能永远保持均一的阻值成为技 术上的局限性(阻值不均一的发热线批量产品生产时，结果会造成局部过热而导致火灾事 故发生，消耗同一电力生产多个发热线时，多个发热线都会拥有不同于别个的消费电力，从 根本上成为不良品质的产品，是一项使火灾的发生成为巨大潜在危险的一门技术）。
[0038] 另外，面上发热线的黏着性熔媒主要使用硅系列的液性熔媒，这是至今为止的技 术力量，硅材料随着时间的流逝，分子构成上碳粒子拥有侵蚀的特性，开始制造面上发热线 时持有的阻值随着时间的消逝，由于碳粒子的侵蚀，阻值会发生变化，使用中的消费电力会 瞬间变动，随着发热量的随时变动，成为出现产品不良和火灾的原因。
[0039]纳米合金丝发热线的发热原理会加速与金属发热线的发热原理的冲突频率，即电 流在发热线内部流动时，自由电子活泼运动，引发和原子的冲突，由于冲突，原子所具有的 的运动能量转化为热能量的同时产生热量，此时原子和自由电子的冲突频率与现有发热线 相比会大大增加(本特殊纳米合金丝发热线所拥有的特殊技术）由于超速冲突产生的发热 效率会比现有的金属发热线和面上发热线发热效率多2~3倍，（发热定律发热效率的大约 90%~98%)。
[0040] 另外，纳米合金丝发热线是由多种金属熔合熔融进而制造出特殊的合金丝，生产 当时从根本上为在每单位长度上拥有特定的阻值，形成构造性的自动生产（局部过热或阻 值不均的情况下，过热材料能够自动从根本上消除，消除火灾危险，即使同时制造多个发热 线也会全部拥有统一的耗电量，从而制造出有品质的产品）。
[0041] 这里添加的特殊材料在温度上升时，放射出远红外线，同时拥有面上发热线的优 点。
[0042] 根据初次设计的每单位长度的阻值一次性生产，不论什么情况下都不会变动（外 部冲击，过热，长时间使用等)发热线会保持特定的电流量，发热线实现整体的均一电流分 布，实现维持特定的发热量(特定的温度）（最差的情况是发热线的调节器即使出现故障，发 热线也会保持特定的温度，由于过热而引发火灾事故的可能性几乎为零）。
[0043] 相应的，纳米合金丝的发热线是在已有的合金丝发热线和面上发热线所具有的长 处进行最大程度的发扬，完全克服其短处的尖端发热技术。现有发热线与本发明的优缺点 比较如表1所示。
[0044] 表 1
[0045]
[0046]
[0047] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论 从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。
[0048]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1. 一种纳米合金丝发热线，其特征在于，由以下按照质量百分比的成分组成:1〇23_ 27%、Ni 18-22%、Fe 18-22%、聚芳酯8-12%、杂质23-27%。2. 根据权利要求1所述的纳米合金丝发热线，其特征在于，由以下按照质量百分比的成 分组成:Mo 24-26%、Ni 19-21%、Fe 19-21%、聚芳酯9-11%、杂质24-26%。3. 根据权利要求2所述的纳米合金丝发热线，其特征在于，由以下按照质量百分比的成 分组成:Mo 25%、Ni 20%、Fe 20%、聚芳酯 10%、杂质25%。4. 如权利要求1-3任一所述的纳米合金丝发热线的制造方法，其特征在于，步骤如下所 述:按照各成分的质量百分比称取材料，并向上述成分中加入添加剂，添加剂的加入量是上 述成分总质量的2-5%，以2-3°C/min的升温速度升温至1000-1200°C，并在该温度下保温5-6h，混合熔融后置入拉丝机中经过拉丝、模压制得纳米合金丝发热线，其中拉丝时先进行预 拉伸，在氮气保护氛围下，且温度为600-700°C下连续退火;再进行超细拉伸，直至直径为 50-80nm的合金丝，再在750-800 °C，25-30m/min的速度下连续退火;模压时的模压压力为1-1.5MPa，模压时间为5-10min，模压温度为225-250 °C。5. 根据权利要求4所述的纳米合金丝发热线的制造方法，其特征在于，所述添加剂采用 氰化剂。6. 根据权利要求4所述的纳米合金丝发热线的制造方法，其特征在于，所述拉丝机采用 德国尼霍夫多头拉丝机。
【文档编号】C22C30/00GK105970068SQ201610321662
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】谢传勇
【申请人】大连昊天伟业科贸有限公司