专利名称：一种非导体纤维毡转变成导电发热的活性碳纤维毡的方法
技术领域：
本发明涉及高效电热材料的制备，特别是一种活性碳纤维毡的制备方法。
目前的电热材料包括用湿法造纸法制造的碳纤维导电纸、碳元素印刷电热材料和金属电热材料。碳纤维导电纸不阻燃、发热不均匀、制造工艺复杂、其制造方法合格率低；现有碳元素印刷电热材料强度低、发热面积小；金属电热材料寿命短、造价高。
本发明的目的是设计一种活性碳纤维毡的制造方法，该方法制得的活性碳纤维毡具有合格率高、电子密度比较均匀、制造工艺简便、发热面积大、完全不燃烧、寿命长、抗氧化的特点。
本发明的目的是这样实现的1、对市售无机纤维毡进行前期药物处理将原料毡在1％-10％浓度的磷酸盐或溴化胺溶液里浸泡0.1-2小时后烘干，其含水率在8％以下；2、碳化处理将经过药物处理的原料毡进行二到五次碳化处理，每次碳化处理为在温度相对较低、相对较高和相对较低的三个连续阶段的碳化，其中每一阶段的碳化都为纤维毡在碳化炉内以设定速度进行的碳化；3、将2步所得的纤维毡进行一到五次活化处理，每次活化处理均为在温度相对低、相对高和相对较高的三个连续阶段的活化，其中每一阶段的活化都为纤维毡在活化炉内以设定速度进行的活化；4、将3步所得的纤维毡除去两表面附着的杂物，再根据产品的不同要求进行包装。
上述第1步所述的磷酸盐或溴化胺溶液是将磷酸盐或溴化胺用工业纯水调兑，其浓度的优选范围为3％-5％。
上述第1步中，原料毡在药物内的浸泡时间优选为0.5-1小时。
上述第2步中的碳化次数优选为两次，第一次三个连续阶段的碳化的温度范围分别是第一阶段200℃±10％，第二二阶段300℃±10％，第三阶段240℃±10％，三个阶段碳化的速度范围均为20-40m/h；第二次碳化的三个连续阶段的温度范围分别是第一阶段320℃±10％，第二阶段450℃±10％，第三阶段300℃±10％，三个阶段碳化的速度范围均为40-50m/h。
上述第3步中的活化次数优选为两次，第一次的三个连续阶段的活化的温度范围分别是第一阶段500℃±10％，第二阶段1050℃±10％，第三阶段950℃±10％，三个阶段活化的速度范围均为40-60m/h；第二次的三个连续阶段的活化的温度范围分别是第一阶段700℃±10％，第二阶段1150℃±10％，第三阶段1000℃±10％，三个阶段活化的速度范围均为50-70m/h。
本发明选用的碳化设备为WIL-I或WIL-II碳化炉。I型功率90-100KW，II型功率180-200KW，根据生产量的大小确定、选用。选用的活化设备是WHL-I或WHL-II活化炉，I型功率120-140KW，II型功率240-280KW，同样根据生产量的大小，并与碳化设备配套选用。经过活化后的活性碳纤维毡所附杂物的清除可选用吸尘器进行，再根据产品的不同要求进行两种类别的包装A、剪切毛边，使其幅宽为1000-1200mm。用空芯纸筒打卷，外着牛皮纸、塑料膜包装。B、按用户要求，裁剪宽度与长度，叠放成矩型，上下用硬纸板包装，每一包装件为200-400片。
在同一厚度、同一基材无机非导体纤维毡的前提下，选用不同厚度的纤维毡将决定产品电阻值的大与小。一般讲毡厚则电阻值小，毡薄则电阻值大。
变更碳化、活化的温度、速度也可调整产品的电阻值。而这一变更是十分容易操作的。仅需转动碳化炉和活化炉的相应旋钮即可。不同的电阻值将会满足产品不同条件、不同温度的要求。不同基材的纤维毡碳化后的含碳率及价格也不相同，本发明的方法制备产品时应注意选择含碳率高，价格低的纤维毡，如沥青基毡、粘胶基毡。
本发明所用原料选择市售无机纤维毡 ，该毡的基材为粘胶基纤维丝、沥青基纤维丝、聚丙稀晴基纤维丝和酚醛纤维丝，根据原料纤维毡的基本构造，在第一步骤中选用了一定浓度的的磷酸盐或溴化胺溶液作为对原料纤维毡进行浸泡处理，然后用热风机烘干或自然晾干，这两种溶液比通常用于浸泡处理的药物能更好地改善无机纤维粘的物理性能，使其有利于碳化、活化的质量稳定，提高电热转换效率，同时这两种无机盐的价格便宜，市场上可以方便买到，从而降低本发明的实施成本。本发明的碳化至少为两次，经过药物处理后两次碳化，且每次碳化分成三阶段连续的不同温度条件下的碳化，不同阶段以一定速度在碳化炉中进行的碳化过程的温度也起伏变化，但在同一阶段温度是恒定的，这样每次三个阶段的碳化使得纤维毡的结构由有序叠加改变成乱层叠加，有利于电阻率的稳定和电子密度的均实，两次以上的碳化使得碳化程度高，能满足发热导电的需要。本发明制得的产品的电子密度比较均匀。在碳化的基础上，为进一步提高电热转换的效率并调整电阻值，本发明还设置了活化步骤，活化也可选择一次或多次活化，每次活化分三个连续的温度起伏变化的阶段，每个温度条件下的活化以一定的速度在活化炉中实现。
综上所述，本发明选用了价廉物美的药物处理剂、采取了特有的活化和碳化过程，因此运用本发明得到的活性碳纤维毡的合格率在98％，产品的电性能稳定，电子密度比较均匀，产品的制造过程分为四个步骤，工艺简便，由于是对整块无机碳纤维毡进行均匀处理，因此发热面积大，本发明所得产品保留了无机纤维毡的阻燃特性，具有完全不燃烧的优点，同时本发明所得产品既无金属件也无碳元素的游离，为纯无机纤维制品，因此本发明的制品具有寿命长、抗氧化的优点。同时本发明的制作成本也相对较低。本发明为石油化工产业的副产品开辟了一个新的经济增长点。
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例一本实施例为两次碳化和两次活化。1、选用粘胶基纤维毡，厚度1.0mm。用3％的磷酸盐溶剂浸泡半小时后，用热风机烘干至含水率为5％。2、然后用WTL-I碳化炉实施第一次碳化，速度40m/h。第一阶段温度180℃，第二阶段温度280℃，第三阶段温度220℃，实施连续碳化。然后用同台设备实施第二次碳化，将碳化速度调整为50m/h。第一阶段温度290℃，第二阶段温度410℃，第三阶段温度270℃，实施连续碳化。
3、经两次碳化的纤维毡，再用WHL-I活化炉实施初级活化(第一次活化)速度60m/h。第一阶段温度480℃，第二阶段温度990℃，第三阶段温度960℃，实施连续活化。然后用同台设备实施高级活化(第二次活化)将活化速度调整为70m/h。第一阶段温度为670℃，第二阶段温度1100℃，第三阶段温度950℃，实施连续活化。
4、最后用吸尘器(家用)将毡的表面杂物清除。裁成1000mm×1000mm的正方形，厚度1.00mm，测其电阻值为62欧姆，功率780W/m2。
实施例二本实施例的碳化和活化仍为两次，1、仍选用粘胶基纤维毡，厚度1.2mm，用5％的磷酸盐浸泡1小时后，用热风机烘干至含水率5％左右。
2、然后用WTL-I碳化炉实施第一次碳化，速度20m/h。第一阶段温度220℃，第二阶段温度320℃，第三阶段温度260℃，实施连续碳化。然后用同台设备实施第二次碳化，将碳化速度调整为40m/h。第一阶段温度350℃，第二阶段温度490℃，第三阶段温度330℃，实施连续碳化。
3、经两次碳化的纤维毡，再用WHL-I活化炉实施初级活化(第一次活化)速度40m/h。第一阶段温度520℃，第二阶段温度1100℃，第三阶段温度990℃。实施连续活化。然后用同台设备实施高级活化(第二次活化)将活化速度调整为50m/h。第一阶段温度为730℃，第二阶段温度1200℃，第三阶段温度1050℃，实施连续活化。
4、清除杂物与实施例1同。裁成1000mm×1000mm的正方形，厚度1.2mm，测其电阻值为48欧姆，功率W/m2。
实施例三1.选用聚丙稀晴纤维毡，厚度0.8mm，用5％磷酸盐溶剂浸泡1小时，风干，含水率≤5％。
2.用WTL-I型碳化炉实施三次碳化。第一次、第二次碳化的速度、温度与实施例一相同。第三次碳化速度30m/h。第一阶段温度320℃，第二阶段温度450℃，第三阶段温度300℃。三次碳化连续进行。
3.然后用WHL-I活化炉实施三次活化(初级、高级、稳固)。第一次(初级)、第二次(高级)活化的速度、温度与实施例一相同。第三次(稳固)活化速度50m/h。第一阶段温度700℃，第二阶段温度1150℃，第三阶段温度1000℃。三级活化连续进行。
4.然后用吸尘器清理毡面，剪裁成1000mm×1000mm的正方形。
实测电阻值＝25欧姆，功率＝1940瓦。
实施例四1、选材及其它与实施例三相同。
2.用WTL-I型碳化炉实施两次碳化，碳化的速度、温度与实施例一相同。
3.然后WHL-I型活化炉只实施一次活化。
速度60m/h.
第一阶段温度500℃，第二阶段温度1050℃，第三阶段温度950℃。
4.然后用吸尘器清理毡面。
剪裁成1000mm×1000mm正方形。
实测电阻值＝97欧，功率＝500瓦。
权利要求
1.一种将非导体纤维毡转变成导电发热的活性碳纤维毡的方法，其特征在于它包括如下步骤(1)、对市售无机纤维毡进行前期药物处理将原料毡在1％-10％浓度的磷酸盐或溴化胺溶液里浸泡0.1-2小时后烘干，其含水率在8％以下；(2)、碳化处理将经过药物处理的原料毡进行二到五次碳化处理，每次碳化处理为在温度相对较低、相对较高和相对较低的三个连续阶段的碳化，其中每一阶段的碳化部为纤维毡在碳化炉内以设定速度进行的碳化；(3)、将(2)步所得的纤维毡进行一到五次活化处理，每次活化处理均为在温度相对低、相对高和相对较高的三个连续阶段的活化，其中每一阶段的活化都为纤维毡在活化炉内以设定速度进行的活化；(4)、将(3)步所得的纤维毡除去两表面附着的杂物，再根据产品的不同要求进行包装。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述第(1)步的磷酸盐或溴化胺溶液是将磷酸盐或溴化胺用工业纯水调兑，其浓度的优选范围为3％-5％。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述第(1)步中，原料毡在药物内的浸泡时间优选为0.5-1小时。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述第(2)步中的碳化次数优选为两次，第一次三个连续阶段的碳化的温度范围分别是第一阶段200℃±10％，第二阶段300℃±10％，第三阶段240℃±10％，三个阶段碳化的速度范围均为20-40m/h；第二次碳化的三个连续阶段的温度范围分别是第一阶段320℃±10％，第二阶段450℃±10％，第三阶段300℃±10％，三个阶段碳化的速度范围均为40-50m/h。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述第3步中的活化次数优选为两次，第一次的三个连续阶段的活化的温度范围分别是第一阶段500℃±10％，第二阶段1050℃±10％，第三阶段950℃±10％，三个阶段活化的速度范围均为40-60m/h；第二次的三个连续阶段的活化的温度范围分别是第一阶段700℃±10％，第二阶段1150℃±10％，第三阶段1000℃±10％，三个阶段活化的速度范围均为50-70m/h。
全文摘要
本发明涉及一种活性碳纤维毡的制备方法。该方法包括四个步骤:1.选料并进行药物处理,2.经过数次碳化处理,3.经过数次活化处理,4.清理和剪裁。该方法选用了特有的材料和进行了特殊的处理,使得该方法制得的活性碳纤维毡具有合格率高、电子密度比较均匀、制造工艺简便、发热面积大、完全不燃烧、寿命长、抗氧化等优点。
文档编号H05B3/12GK1390081SQ01118578
公开日2003年1月8日 申请日期2001年6月5日 优先权日2001年6月5日
发明者宫永平, 张汝昆, 陈立年, 王铁平 申请人:张汝昆, 王铁平