碳纤维发热线与金属导线的连接方法及专用接头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种碳纤维发热线与金属线的连接方法，包括以下步骤：a、在可注塑成型的塑料原材料中添加炭粉，混配成炭塑合成粉；b、将碳纤维发热线的接线端与金属线的接线端同向或反向重叠接触设置并定位；c、将所述炭塑合成粉在碳纤维发热线接线端和金属线接线端上注塑成型，形成固定连接碳纤维发热线与金属线的塑性导电接头；d、使用塑料原材料在所述塑性导电接头上注塑成型，形成包裹所述塑性导电接头的绝缘外壳。本发明纤维发热线与金属线之间的连接方法和接头，没有尖刃端，不会损坏碳纤维发热线的纤维束，使用安全可靠，使用碳纤维发热线的电热产品的使用寿命得以大幅提高。
【专利说明】碳纤维发热线与金属导线的连接方法及专用接头
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电气连接方法，具体地说是一种碳纤维发热线与金属线的连接方 法及专用接头。
【背景技术】
[0002] 碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料这种复合材料来加以应用，碳纤维是一种纤维 状碳材料，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能，在替代采暖材料核心发热体上也有应 用。在很多节能采暖设备的核心发热体上，已经由以前普遍采用的金属材料逐步升级到使 用碳纤维材料上来。
[0003] 目前碳纤维采暖产品有：用于家庭的地暖采暖系统，适用于改造中央空调采暖效 果的风道类产品，适用于新装空调和改造空调，用于工程的瑜伽房、桑拿房、保健床、足球场 和滑雪场融雪电缆、太阳能伴热电缆等诸多方面。人们还在试图扩大碳纤维发热线的使用 领域，如在电热毯、电热护膝等柔性发热器具方面的应用。
[0004] 现有技术中，碳纤维束与金属导线的电气连接，一般是采用焊接的方式予以连接， 但这种连接方式在焊接点与碳纤维接触部位容易产生应力集中，由于碳纤维束的抗剪断能 力很差，使得碳纤维束在焊接部位很容易发生断裂，导致电路故障，不能工作。而且，目前非 金属材质的碳纤维与金属线的连接一般多是在原有的金属接头的基础上进行连接，但因碳 纤维质地柔软、单股强度低的性能特点，使得非金属碳纤维与金属导线的连接的可靠性较 差，耐用性低，故障率高，影响了电热产品的使用寿命。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的之一就是提供一种碳纤维发热线与金属线的连接方法，以解决碳纤 维发热线与金属线连接困难的问题。
[0006] 本发明的目的之二就是提供一种用于连接碳纤维发热线与金属线的专用接头，以 实现碳纤维发热线与金属线的可靠连接。
[0007] 本发明的目的之一是这样实现的：一种碳纤维发热线与金属线的连接方法，包括 以下步骤： a、 在可注塑成型的塑料原材料中添加相对树脂总量至少50%的炭粉，混配成炭塑合成 粉； b、 将碳纤维发热线的接线端与金属线的接线端同向或反向重叠接触设置并定位； c、 将所述炭塑合成粉在碳纤维发热线接线端和金属线接线端上注塑成型，形成固定连 接碳纤维发热线与金属线的塑性导电接头，碳纤维发热线接线端与金属线接线端的重叠接 触段密封裹挟在所述塑性导电接头中； d、 使用无炭粉的塑料原材料在所述塑性导电接头上注塑成型，形成包裹所述塑性导电 接头的绝缘外壳。
[0008] 所述炭塑合成粉中炭粉的添加量为树脂总量的50- 80%。
[0009] 紧邻碳纤维发热线接线端处的绝缘外套被注塑在所述绝缘外壳内，以形成与碳纤 维发热线安全可靠的连接结构。
[0010] 紧邻金属线接线端处的绝缘外套被注塑在所述绝缘外壳内，以形成与金属线安全 可靠的连接结构。
[0011] 本发明的目的之二是这样实现的：一种用于连接碳纤维发热线与金属线的专用接 头，在碳纤维发热线接线端和金属线接线端的重叠段上，用炭塑合成粉注塑成型一个塑性 导电接头，将碳纤维发热线接线端和金属线接线端固定连接在一起；在所述塑性导电接头 的外层用非导电的塑料原材料二次注塑成型一个绝缘外壳，将塑性导电接头以及碳纤维发 热线接线端和金属线的接线端全部封装在内； 所述炭塑合成粉是在可注塑成型的塑料原材料中添加相对树脂总量至少50%的炭粉 混配而成。
[0012] 所述炭塑合成粉中炭粉的添加量为树脂总量的50- 80%。
[0013] 本发明是用炭粉加入塑料原材料中，混配成可注塑成型的炭塑合成粉，将其注塑 成型在碳纤维发热线与金属线的接线端上，使碳纤维发热线的接线端与金属线的接线端形 成固定连接方式，既连接牢固，又密切接触，并且塑性导电接头还可在碳纤维发热线与金属 线之间形成良好的电气传递，降低了接头处的接触电阻和传导电阻。塑性导电接头上二次 注塑成型的绝缘外套，提高了电气接头的绝缘性能，保证了使用的安全性。
[0014] 本发明纤维发热线与金属线之间的塑料连接接头，没有尖刃端，不会损坏碳纤维 发热线的纤维束，使用安全可靠，使用碳纤维发热线的电热产品的使用寿命得以大幅提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是反向连接专用接头的结构示意图。
[0016] 图2是同向连接专用接头的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017] 实施例1 :碳纤维发热线与金属线的连接方法 本发明碳纤维发热线与金属线的连接方法包括以下步骤： 步骤一，在PVC、PE等可注塑成型的塑料原材料中添加树脂总量的50- 80%的炭粉，混 配成炭塑合成粉。炭塑合成粉的原料配比可有多种，以下给出几种参考配方。
[0018] 1、参考配方一： 品名 添加量(重量份） PP/PE 100 炭粉 50 - 80 无机物 5-10 PA04 2-3 HD3303/3304 5-8 2、参考配方二： 品名 添加量(重量份） PVC 100 炭粉 50 - 80 YY602/PA808 6-7 PA07 2-3 流变改性剂 2 YY55 2-2. 5 PB40 2 3、 参考配方三： 品名 添加量(重量份） PVC 100 炭粉 50 - 80 PB40 1. 5-2 PA07 1. 5-2 YY602/PA808 6-7 YY55 2-3 4、 参考配方四： 品名 添加量(重量份） PVC (悬浮 4 型或 5 型，VCM〈 1 mg/kg) 100 炭粉 0~80 ACR 4 硫醇有机锡稳定剂 1. 5 步骤二，将碳纤维发热线的接线端与金属线的接线端同向或反向重叠接触设置并使用 定位装置予以定位。
[0019] 步骤三，将所述炭塑合成粉在碳纤维发热线接线端和金属线接线端上注塑成型， 形成固定连接碳纤维发热线与金属线的塑性导电接头，碳纤维发热线接线端与金属线接线 端的重叠接触段密封裹挟在所述塑性导电接头中。
[0020] 炭塑合成粉注塑技术关键点是物料的流动性、物料的含水率、如何控制物料的分 解、制品的表面光洁度及物理力学性能。做好炭塑合成粉的注塑应注意一下几点： ①树脂的选择：树脂必须是符合注塑用的熔融流动指数如PP应在10 -18左右，PE在 9左右。
[0021] ②树脂最好选高抗冲的，这样制品的冲击强度好。
[0022] ③物料的含水率由树脂、无机物的含水率，生产工艺(混料、造粒)、物料的储存，注 塑时的工艺等决定。
[0023] ④注塑时由于产生的水汽不能像挤出一样通过螺杆排气孔排气，会影响制品的密 实度和收缩，可以采用中空吹气法生产，这样既可解决以上问题又可减轻制品重量和提高 制品力学性能。
[0024] ⑤模具可以采用或不采用热流道设计。
[0025] ⑥润滑剂的好坏是保证产品成型和控制物料不分解的一个重要因素。
[0026] 注塑工艺及注意事项如下： ①、混料工艺：树脂加炭粉和无机物，混到11(TC，打开高混机大盖1分钟左右，加润滑 剂和马来酸酐接枝物，混到125- 135°C左右，放入冷缸中冷却到40°C制粒。
[0027] ②、制粒工艺：最好采用混炼塑化效果好的平双制粒。制粒的基本温度如：160- 170°C，160-170°C，165-175°C，175-185°C，190-200°C，200-220°C，温度的设定顺序为 模头到下料，具体温度要根据设备及粒子的质量来定，胶粒必须是表面光滑，不粘料，结实， 胶粒大小和长度一致，无粉尘。
[0028] ③、注塑：注塑机无需做大的改变，但喷嘴比常规注塑产品的要大20- 30%左右。 模具的浇口最好设在最厚处。注塑制品的厚度应在2mm以上。
[0029] ④温度基本控制在：喷嘴199一210°C，螺杆下料段170- 188°C，中段182- 199°C， 靠喷嘴段193 - 210°C，具体可根据生产稳定和产品质量而定。
[0030] ⑤制好的胶粒在生产前务必烘干，使胶粒表面的含水率低于1. 5%，内部低于1%。
[0031] 注塑PVC时应注意的事项如下： ①接头产品尽量不要有尖角或突变，厚度力求变化不大，以防止出现PVC解降变质。
[0032] ②模具应有10以上的拔模斜度，预留约0. 5%的收缩量。
[0033] ③模具的流道设计应注意：模具的注射口应比射嘴孔略大，并比主流道交错处直 径大，使PVC料流入模腔不滞留和压力得以平衡。尽量采用截接浇口，使熔渣不会流入产品 和裣流道中的温度降低、容易成型。浇口应设计在产品最厚壁处，且阔度足够，以使PVC料 流入畅顺。流道最好是圆形，直径在6 -8mm之间。
[0034] ④模具温度应有冷却水控制装置，使模温能在30- 60°C之间可控。
[0035] ⑤模具应表面光洁、镀铬防腐蚀。
[0036] ⑥注塑的背压应控制在IMpa左右，过高的背压会产生过大剪切力，使PVC过热分 解。同时应在熔胶过程采用多级背压控制。开始时，螺杆有效长度长，应背压较低，随着螺 杆有效长度减少，应适当增加背压补偿热量减少。回料终止前一小段，还应降低背压，防止 漏涎。
[0037] ⑦螺杆转速应因直径不同而异。一般直径< 60mm，则转速为50-70rpm ;直径> 70mm，则转速为20-50rpm，以防止剪切力过大而出现PVC降解。
[0038] ⑧为使塑料注射入查腔内，每处速度均一，一般注射速度要多段控制，其原则是慢 起动注射，随着成型面积的逐渐增大而分须增加注射速率，以无裂纹和缩水痕为止，不能注 射太快，以防止产品表面变剥蚀。
[0039] ⑨注射过程中机筒的温度应控制在170_190°C之间。当料筒温度达到设定温度时， 应起动鼓风机冷却降温，当需升温时，再停止吹风加热，以防止PVC过热变质。
[0040] ⑩在原料准备上应注意：必须避免有其他塑料PVC原料中，引起PVC原料变质。特 别是注塑过其他原料时，一定要先清洗干净机筒和螺杆内的塑料，才能注塑PVC产品。停机 前一定要将PVC料完全打净，如长时间停机，为防止PVC腐蚀机器，应用清洗料清干净螺杆、 机筒。当PVC料放置时间超过6个月，且环境为高温、潮湿条件下，使用前应用60- 80°C温 度烘干2- 5小时才能使用。
[0041] 为了保证产品质量和注塑生产的顺利进行，建议所有原物料通过高混机混到所 需温度再冷混到40°C左右，用锥双或平双造粒，造粒时要注意物料塑化和粒子质量。造好的 炭塑复合粒子冷却到室温，用牛皮复合纸袋包装好。
[0042] 步骤四，使用常规无炭粉的PP、PE或PVC塑料原材料，在塑性导电接头上二次注塑 成型，形成包裹所述塑性导电接头的绝缘外壳。注塑时，最好将紧邻碳纤维发热线接线端处 的绝缘外套注塑在绝缘外壳内，紧邻金属线接线端处的绝缘外套，同样也最好注塑在绝缘 外壳内。由此即可完成碳纤维发热线与金属线的连接。
[0043] 实施例2 :用于连接碳纤维发热线与金属线的专用接头 本发明碳纤维发热线与金属线专用接头，如图1、图2所示，是将碳纤维发热线1的接线 端与金属线2的接线端进行重叠设置（图1为接线端反向设置，图2为接线端同向设置)，形 成相互接触的重叠段；在该接线端重叠段上通过注塑方式，将炭塑合成粉注塑成型，形成一 个将碳纤维发热线接线端和金属线接线端固定连接在一起的塑性导电接头3 ;在所述塑性 导电接头3的外层，再用非导电的PP、PE或PVC塑料原材料进行二次注塑成型，形成一个将 塑性导电接头3以及碳纤维发热线接线端和金属线的接线端全部封装在内的绝缘外壳4。 紧邻碳纤维发热线1的接线端处的绝缘外套，注塑在绝缘外壳4内；紧邻金属线2的接线端 处的绝缘外套，同样也注塑在绝缘外壳4内。
[0044] 注塑塑性导电接头3所用的炭塑合成粉是在PP、PE或PVC等可注塑成型的塑料原 材料中添加相对树脂总量50- 80%的炭粉之后，混配而成。具体可用的配方以及相应的制 作方法可参见实施例1中的说明。
【权利要求】
1. 一种碳纤维发热线与金属线的连接方法，其特征是，包括以下步骤： a、 在可注塑成型的塑料原材料中添加相对树脂总量至少50%的炭粉，混配成炭塑合成 粉； b、 将碳纤维发热线的接线端与金属线的接线端同向或反向重叠接触设置并定位； c、 将所述炭塑合成粉在碳纤维发热线接线端和金属线接线端上注塑成型，形成固定连 接碳纤维发热线与金属线的塑性导电接头，碳纤维发热线接线端与金属线接线端的重叠接 触段密封裹挟在所述塑性导电接头中； d、 使用无炭粉的塑料原材料在所述塑性导电接头上注塑成型，形成包裹所述塑性导电 接头的绝缘外壳。
2. 根据权利要求1所述的碳纤维发热线与金属线的连接方法，其特征是，所述炭塑合 成粉中炭粉的添加量为树脂总量的50- 80%。
3. 根据权利要求1所述的碳纤维发热线与金属线的连接方法，其特征是，紧邻碳纤维 发热线接线端处的绝缘外套被注塑在所述绝缘外壳内。
4. 根据权利要求1所述的碳纤维发热线与金属线的连接方法，其特征是，紧邻金属线 接线端处的绝缘外套被注塑在所述绝缘外壳内。
5. -种用于连接碳纤维发热线与金属线的专用接头，其特征是，在碳纤维发热线接线 端和金属线接线端的重叠段上，用炭塑合成粉注塑成型一个塑性导电接头，将碳纤维发热 线接线端和金属线接线端固定连接在一起；在所述塑性导电接头的外层用非导电的塑料原 材料二次注塑成型一个绝缘外壳，将塑性导电接头以及碳纤维发热线接线端和金属线的接 线端全部封装在内； 所述炭塑合成粉是在可注塑成型的塑料原材料中添加相对树脂总量至少50%的炭粉 混配而成。
6. 根据权利要求5所述的专用接头，其特征是，所述炭塑合成粉中炭粉的添加量为树 脂总量的50- 80%。
【文档编号】H01R13/405GK104158011SQ201410416431
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】连建永 申请人:连建永