一种碳纤维片的制作方法

本实用新型涉及发热材料技术领域，特别是涉及一种碳纤维片。

背景技术：

随着人们对健康的越来越关注，市面上各种保健品、理疗产品层出不穷。其中，用于缓解肌肉酸痛、促进血液循环之类的热理疗产品，其主要是通过发热材料的发热引起人体局部组织的血管扩张，使血流量得到加强，以促进组织细胞的新陈代谢。

现有技术选择发热材料的一种实现方式为：以传统的金属发热片或者发热丝作为发热材料，相对传统的发热材料，金属发热片或者发热丝不仅克服了传统材料温度难控制，柔和度不好等缺点，而且还有发热均匀度好等很多不可替代的优点。利用金属电阻的自身发热，来达到促进血液循环的作用。一般是将金属电阻做成极细的电阻丝或者极薄的电阻片，均匀的附着在载体上，目前较为常规的载体有布料、PET等，在将载体和电阻丝或者电阻片编织好后，留出电阻的两端引线，通过给电阻两端施加设定的电压，通过电阻的自身功率耗散来实现发热，贴在皮肤的受用处，通过加热的热量，来实现促进血液循环。

由于发热材料是金属电阻，其本身较硬，如果在载体上分布较密，虽然可以解决发热均匀的问题，但是会导致柔和度不够，而如果在载体上分布较稀散，解决了柔和度的问题，由于发热材料是丝装或者片装，就会出现发热不均匀。因此，现有技术在柔和度和发热均匀度上，很难平衡。

现有技术主选择发热材料的另一种实现方式为：采用碳油作为加热材料，将碳油均匀的涂覆到在载体上，针对这种材料，载体一般为布料，或者TPU等比较柔和的东西。在入口处引出两个接线口，在两个接线端之间施加一个规定的电压，利用碳的导电性和电抗性，产生热量，贴片皮肤的受用处，实现促进血液循环。

由于发热材料是碳油或者碳浆，而根据现有的工艺，碳油的涂覆很难均匀，导致每一各细小的区域电阻值都不一样，在恒压供电的情况下，就会出现发热不均匀，体验效果不理想。

现有技术选择发热材料的另一种实现方式也是利用碳纤维作为加热材料，目前的做法是将碳纤维做成细丝状，再编织成绳(线体)状，然后将绳状的碳纤维线编织在载体上，利用碳纤维的导电性和电抗性，在通电的情况下，产生热量。

这种方式虽然也是利用了碳纤维材料，解决了柔和度的问题，但是由于最终的发热材料还是绳状编织，在载体上很难均匀分布，故发热的均匀度也不太理想，另外，由于编织成碳纤维绳的原材料是由多根细如毛发的碳纤维丝组成，而碳纤维丝的柔韧性不够好，比较容易折断，所以一旦一股碳纤维绳中出现部分折断的碳纤维丝，在通电的情况下就会容易出现打火，甚至引发火灾。

技术实现要素：

本实用新型实施方式主要解决的技术问题是提供一种碳纤维片,其能够解决现有碳纤维片导电不均匀的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种碳纤维片，包括：碳纤维纸；第一导电带和第二导电带，所述第一导电带和所述第二导电带涂刷于所述碳纤维纸上；第一铜带和第二铜带，所述第一铜带和所述第二铜带分别连接所述第一导电带和所述第二导电带；线路板，所述第一铜带和所述第二铜带固定于所述线路板。

可选地,所述线路板固定于所述碳纤维纸的表面。

可选地，所述第一导电带和第二导电带为银浆带。

可选地，所述碳纤维片还包括：若干条银浆带，所述若干条银浆带涂刷于所述碳纤维纸的表面，并且所述若干条银浆带位于所述第一导电带和第二导电带之间。

可选地，所述碳纤维片还包括：第一柔性层和第二柔性层，所述第一柔性层和所述第二柔性层分别贴附于所述碳纤维纸的两面。

可选地，所述第一柔性层和所述第二柔性层为聚氨酯。

可选地，所述碳纤维片还包括：连接器，所述连接器与于所述线路板连接，所述连接器具有第一接口和第二接口，所述第一接口和所述第二接口用于连接电源。

可选地，所述碳纤维片还包括：温度传感器，所述连接器还包括第三接口和第四接口，所述温度传感器的两极分别连接所述第三接口和所述第四接口。

可选地，所述碳纤维片还包括：黏贴层；所述黏贴层设置于所述第一柔性层或所述第二柔性层的表面。

可选地，所述黏贴层为水凝胶或硅凝胶。

本实用新型提供的碳纤维片,其第一导电带和第二导电带涂刷于碳纤维纸上,第一铜带和第二铜带分别连接第一导电带和第二导电带；利用铜带连接第一导电带和第二导电带一方面可以减小阻抗，另一方面可以降低压降损耗。

附图说明

图1是本实用新型实施方式提供的一种碳纤维纸的制备方法流程示意图；

图2是本实用新型实施方式提供的一种碳纤维片的制备方法流程示意图；

图3是本实用新型实施方式提供的一种碳纤维片的结构示意图；

图4是本实用新型实施方式提供的图3中碳纤维纸的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本实用新型实施例首先提供一种碳纤维纸的制备方法，所述方法100包括：

步骤101、将碳纤维磨成碳浆后，向所述碳浆中添加增强纤维和纸浆进行混合得到初步混合物，其中，按照质量百分比计，所述增强纤维的添加比例小于或等于0.5％。

碳纤维是一种纤维状的碳材料，其具有良好的导电性，用于通电发热，在本实施例中，所述碳纤维可以选取本领域常用的一些碳纤维，例如聚丙烯腈基碳纤维。

将碳纤维磨成碳浆使得碳纤维在打磨的过程中，受到高剪切力的作用，碳纤维的形状发生变化，可以与作为载体的纸浆充分混合均匀，以实现碳浆在碳纤维纸上分散均匀。在本实施例中，碳纤维在发热纸中添加的比例越高则制备得到的发热纸其电阻值越小，发热纸的功率越大，相应地，其加热升温也越快，在本实施例中，按照质量百分比计，所述碳纤维的添加比例为：15％-20％，该比例范围内的碳纤维且其在纸浆中排列均匀，导电性能良好。实际生产中，碳纤维和纸浆的添加比例可以在上述含量范围内，按照产品对发热纸的功率要求，进行选择。

其中，相对于现有技术本实用新型实施例还在所述碳浆和所述纸浆中添加增强纤维，此处的增强纤维具体指纤维状增强材料；其加入碳浆和纸浆中用于增强碳纤维纸的应力和韧性；在本实施例中按照质量百分比计，所述增强纤维的添加比例应控制在小于或等于0.5％，这是由于增强纤维本身属于绝缘体，其添加过多会导致增强纤维在发热纸中所占比例过高，最后制得的发热纸会因为导电不均匀，而发生局部过热。

较佳地，所述碳纤维的添加比例为：17.9％，所述纸浆的添加比例为：82％，所述增强纤维的添加比例为0.1％。该比例范围内，一方面制得的碳纤维纸其电阻分布均匀，另一方面，其碳纤维和纸浆结合牢固，所述碳纤维纸的电阻值稳定，经过长时间检测其电阻值变化不大。

需要说明的是，在向所述碳浆中添加增强纤维和纸浆进行混合的过程中，其在常温常压下进行即可，本步骤对其混合过程中的温度和压强不做限定。

步骤102、将所述初步混合物打浆、稀释和烘干制成碳纤维纸。

其中，此处将所述初步混合物制成碳纤维纸的工艺为本领域技术人员常用的造纸工艺，即将所述初步混合物在打浆槽中进行打浆之后，向所述打浆槽中添加适量水进行稀释，最后将所述稀释后的初步混合物进行脱水成型、烘干，制备得到碳纤维纸。

本实用新型实施例提供的碳纤维纸的制备方法，其在碳浆和纸浆中添加了质量百分比小于或等于0.5％的增强纤维，使得碳纤维在纸浆中分布均匀，则制得的碳纤维纸其导电纤维排列均匀，避免了碳纤维纸局部过热带来的安全隐患。

本实用新型实施例还提供一种碳纤维片的制备方法，其可以将上述制备得到的碳纤维纸加工成不同的形状得到特定使用场合下的碳纤维片，该碳纤维片可以用于理疗产品、汽车产品或者电器产品的发热中。所述碳纤维片的制备方法除包括上述步骤101和步骤102之外，如图2所示，所述方法还包括：

步骤103、对所述碳纤维纸进行剪裁，得到目标形状碳纤维纸。

在本实施例中，所述碳纤维纸根据其应用环境的不同，可以裁剪成不同的形状。例如，当所述碳纤维纸用于理疗产品中时，其通过粘贴于用户的皮肤上，依靠促进用户的血液循环来缓解疼痛。因此，其裁剪的形状可以根据受用于用户的不同部位进行设计裁剪。又例如，其应用于汽车产品中，则其可以设计成方向盘、坐垫、后视镜等汽车用内部材料的形状。又例如，其应用于电器产品中，则其可以设计成为例如带加热功能的智能马桶中。

步骤104、在所述目标形状碳纤维纸的两边设置两条导电带，在所述两条导电带上分别附上铜带。

所述碳纤维纸需要导电产热则其需要有用于连接电源的导电带，所述导电带可以由任何合适的具有导电功能的材质制成。较佳地，在本实施例中，所述导电带可以为银浆带。银浆带是由高纯度的金属银的微粒、粘合剂、溶剂和助剂所组成的银浆制得，其具有传导电流和排除积累净电荷的能力。因此在所述目标形状碳纤维纸的两边设置两条银浆带可以减小阻抗，增强碳纤维纸的导电性。在两条导电带上分别附上铜带利用铜带连接两条导电带一方面可以减小阻抗，另一方面可以降低压降损耗。

步骤105、将所述铜带固定在线路板上，制成碳纤维片。

将铜带固定在线路板上，则线路板可以作为控制中心，调整碳纤维片的供电电源，以控制碳纤维片的产热。较佳地，为了保证制得的碳纤维片排线规则，在一些实施例中，可以在所述线路板上安装一个连接器，所述连接器上具有若干个接口，则所述碳纤维片可以通过该接口与电源相连。

在碳纤维纸工作过程中，为了测试所述碳纤维纸的一些环境参数，则可以在所述碳纤维纸上设置相应的用于检测所述环境参数的传感器；例如，当需要实时检测碳纤维片的温度时，则可以在所述碳纤维纸上设置一检测所述碳纤维片温度的温度传感器，所述温度传感器的两极则可以通过所述连接器的接口与所述线路板连接，所述线路板可以根据测得的碳纤维片的温度进一步调整供电电源的电压，实现闭环控制，以达到精确控制所述碳纤维片的发热温度。

其中，为了制作碳纤维片的过程更加简单，还可以将上述温度传感器和连接器等整合在所述线路板上，直接通过所述线路板上连接器的连接口与电源以及所述碳纤维纸的导线连接即可制得所述碳纤维片。

在一些实施例中，可以选取一些柔软材料附着于碳纤维纸的两面，以制成碳纤维片；例如，在碳纤维纸的两面通过热压过塑的方式附着柔性层制成碳纤维片。

较佳地，在碳纤维片使用时，为了避免碳纤维片直接与用户皮肤接触，还可以在碳纤维片的一面贴敷一层医用胶体，比如水凝胶或者硅凝胶，则在使用该纤维片时，胶体的一面贴在发热片上，通过热片传热，胶体的另外一面则贴在皮肤的受用处，通过胶体完成发热片的固定。

请参阅图3，本实用新型实施例还提供一种碳纤维片，如图3所示，所述碳纤维片300包括：碳纤维纸31，第一导电带32、第二导电带33、第一铜带(图未示)、第二铜带(图未示)和线路板(图未示)。

所述碳纤维纸31由碳纤维、纸浆和增强纤维混合制得，所述第一导电带32和所述第二导电带33涂刷于所述碳纤维纸31。

其中，所述第一导电带32和所述第二导电带33用于传导电流,在本实施例中,所述第一导电带32和所述第二导电带33可以为银浆带,银浆带是由高纯度的金属银的微粒、粘合剂、溶剂和助剂所组成的银浆制得，其具有传导电流和排除积累净电荷的能力，将银浆带用于传导电流其可以减小阻抗，增强导电性。

第一导电带32和第二导电带33可以涂刷于所述碳纤维纸31的合适位置，例如，所述第一导电带32和所述第二导电带33按照竖直方向涂刷于所述碳纤维纸31的两边缘。

所述第一铜带和所述第二铜带分别连接所述第一导电带和所述第二导电带，用于通过所述第一铜带和所述第二铜带将所述碳纤维片连接至线路板，利用铜带连接所述第一导电带和所述第二导电带一方面可以减小阻抗，另一方面可以降低压降损耗。

所述第一铜带和所述第二铜带固定于所述线路板上，所述线路板通过所述铜带与所述碳纤维片连接，所述线路板则作为所述碳纤维片的控制单元，例如控制电源向所述碳纤维片供电，以及实现对所述碳纤维片的其他控制。较佳地，所述线路板可以固定于所述碳纤维纸的表面，以实现所述碳纤维片中各个器件的固定。

所述碳纤维纸31包括如图4所示的，第三银浆带311和所述第四银浆带312，所述第三银浆带311和所述第四银浆带312设置于所述第一银浆带32和所述第二银浆带33之间，用于将所述碳纤维纸分成三个区域。这样设置的好处是：中间分布的两条银浆带，其将碳纤维纸分成图示的三个区域，由于银浆带的导电性非常好，这样使得每个区域的电压压差基本一致，从而保证碳纤维纸在发热过程中更加均匀。在其他实施例中，也可以根据所述碳纤维纸剪裁的形状设置其他合适数量的银浆带，实现纤维纸的均匀发热。

在一些实施例中，所述碳纤维片300还包括图3所示的第一柔性层34和第二柔性层35，所述第一柔性层34和所述第二柔性层35分别贴附于所述碳纤维纸31的两面。用于增加所述碳纤维纸31的柔软度，在本实施例中所述第一柔性层34和所述第二柔性层35可以选用聚氨酯制得。

在一些实施例中，所述碳纤维片300还包括：连接器36，所述连接器36安装于所述线路板上，所述连接器具有第一接口和第二接口，所述第一接口与所述第二接口用于连接电源，设置连接器可以使得所述碳纤维片的排线更加美观。

在一些实施例中，所述碳纤维片300还包括：温度传感器(图未示)，所述连接器还包括第三接口和第四接口，所述温度传感器的两极分别连接所述第三接口和第四接口。

当所述碳纤维片工作时，用户可以通过整合在所述碳纤维片上的输入模块，预先设置一加热温度，所述线路板则通过所述温度传感器实时检测所述碳纤维片的温度，并根据所述检测到的实时温度，调整供电电源的电压，以达到精确控制所述碳纤维片的发热温度。

当需要获取所述碳纤维片的其他环境数据时，还可以在所述碳纤维片上设置其他传感器，并且将所述其他传感器与所述线路板连接，以实现所述碳纤维片工作过程中的闭环反馈。

较佳地，在碳纤维片使用时，为了避免碳纤维片直接与用户皮肤接触，还可以在碳纤维片的一面设置一黏贴层，则在使用该纤维片时，黏贴层的一面贴在发热片上，黏贴层的另外一面则粘贴在皮肤的受用处，通过胶体完成发热片的固定。较佳地，所述黏贴层可以为医用胶体，医用胶体具有亲肤特性，不会对皮肤造成伤害。该医用胶体具体可以为，水凝胶或者硅凝胶。

本实用新型实施例提供的碳纤维片一方面利用铜带做导线与导电带连接，可以减小阻抗和压降的损耗；另一方面，其在碳纤维纸上设置银浆带将碳纤维片分为多个区域，由于银浆带的导电性非常好，使得每个区域的电压压差基本一致，从而保证碳纤维片的发热更加均匀。

为了证明本实用新型实施例制得的碳纤维片具有良好的导热性能，以下按照碳纤维的添加比例为：17.9％；纸浆的添加比例为：82％，增强纤维的添加比例为0.1％制得碳纤维纸，并将碳纤维纸加工成碳纤维片后对所述碳纤维片进行导电性能测试，其具体实现如下：

实施例1

1、按照重量百分比，选取17.9％的碳纤维，82％的纸浆以及0.1％的棉纤维混合制得碳纤维纸；

2、将上述比例范围制备得到的碳纤维纸裁剪为长和宽分别为1m*1m，厚度为25mm的碳纤维纸；

3、将长和宽分别为1m*1m，厚度为25mm的碳纤维纸置于保温材料中心，然后在碳纤维纸上任意选取6个接触点，在该任意6个接触点上分别贴附铜片(铜片的尺寸为6.4mm*12.7mm*0.56mm)；

4、将6个温度传感器分别与铜片连接，在采样时间(30min)内，将每一接触点的最高温度进行记录如表1。

实施例2

1、按照重量百分比，选取17.9％的碳纤维，82％的纸浆以及0.1％的棉纤维混合制得碳纤维纸；

2、将上述比例范围制备得到的碳纤维纸裁剪为肾形；

3、将肾型碳纤维纸置于保温材料中心，然后在碳纤维纸上任意选取6个接触点，在该任意6个接触点上分别贴附铜片(铜片的尺寸为6.4mm*12.7mm*0.56mm)；

4、将6个温度传感器分别与铜片连接，并将每一接触点的最高温度进行记录如表1。

实施例3

1、按照重量百分比，选取17.9％的碳纤维，82％的纸浆以及0.1％的棉纤维混合制得碳纤维纸；

2、将上述比例范围制备得到的碳纤维纸裁剪为长和宽分别为1m*1m，厚度为25mm的碳纤维纸；

3、将长和宽分别为1m*1m，厚度为25mm的碳纤维纸置于保温材料中心，然后在碳纤维纸上任意选取12个接触点，在该任意12个接触点上分别贴附铜片(铜片的尺寸为6.4mm*12.7mm*0.56mm)；

4、将12个温度传感器分别与铜片连接，测试12个接触点的温度，并从12个接触点中选取温度较高的6个测试点，并将该6个测试点中每一测试点的最高温度进行记录如表1。

实施例4

1、按照重量百分比，选取17.9％的碳纤维，82％的纸浆以及0.1％的棉纤维混合制得碳纤维纸；

2、将上述比例范围制备得到的碳纤维纸裁剪为长和宽分别为1m*1m，厚度为25mm的碳纤维纸；

3、将肾型碳纤维纸置于保温材料中心，然后在碳纤维纸上任意选取6个接触点，在该任意6个接触点上分别贴附铜片(铜片的尺寸为6.4mm*12.7mm*0.56mm)；

4、将12个温度传感器分别与铜片连接，测试12个接触点的温度，并从12个接触点中选取温度较高的6个测试点，并将该6个测试点中每一测试点的最高温度进行记录如表1。

表1

其中，实施例1和实施例2碳纤维发热片形状不同，实施例1和实施例3发热片形状相同，其选取的接触点不同，由上述实验结果可知：对于任一选取的各个接触点其测得的温度之间相差小于5℃，则上述制备得到的碳纤维纸其碳纤维在纸浆中分布均匀，则制得的碳纤维纸其电阻分布均匀，各个接触点之前的发热温度相差较小，避免了局部过热的情况。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施方式，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。