专利名称：碳纤维混抄纸片发热体的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过将碳纤维与植物浆粕特别是与含韧皮纤维的浆粕混抄而制造成的碳纤维混抄纸片发热体。
背景技术：
作为暖气设备等加热装置，已广泛采用石油、煤气燃烧器与电热器等；特别是进行局部加热的器具，例如正采用板式加热器等电热的面状加热器。这种电热的面状加热器中，近年来辐射远红外线的加热器由于对衣被等的贯透力大、热效率高而倍受注目。
作为辐射远红外线的加热器的热源主要采用镍铬丝等电阻值高的金属发热体，在表面上设有碳粉、陶瓷等，通过将其加热，由碳与陶瓷辐射远红外线。
另一方面，在辐射远红外线的面状发热体中，最好是在整个面状发热体的表面上获得尽可能均匀的温度分布，而作为面状发热体的热源，在采用上述镍铬丝的结构中，则必须将镍铬丝尽可能地按细小的间隔分开，而在每个间隔中设置恒温器等调温器件。
作为解决上述问题的相应措施，也提出了采用碳纤维混抄低的面状发热体。具体如图6所示，这种面状发热体010是把楮皮、马尼拉麻、结香等组成的日本纸用韧皮纤维01与碳纤维02混合抄纸而形成的。作为碳纤维采用的是将丝径6.8μ、比电阻约20μΩ的PAN系碳纤维按约5-15％混合的结果。在混合上述韧皮纤维造纸时，例如混合以从黄蜀葵的根抽出的粘液。黄蜀葵根的粘液是用作日本纸的“混合液”的。
用上述方式形成的面状发热体，例如在图7所示，是沿着矩形碳纤维面状发热体的相对的长边边缘04、05设置电极06、07，而从设于电极中的端子分别引出导线08。这样形成的面状发热体例如在两电极间加有100V交流电压时，即使直接接触此面状发热体也不会对人身有重大危险，但在实际的电气制品中，为了防水、防潮或从安全性考虑或从防止损伤发热体方面考虑，还由于面状发热体与其他材料的结合性差，因而可对包含发热体的部分与电极，如图8所示，例如以合成树脂片09叠层，或以适当的合成树脂薄片贴附于此发热体的表面与背面，再于此表面上叠置铝片。
这种面状发热体是通过给混抄的碳纤维通电而利用其电阻发热的，但由于其中的碳纤维是切得很细而借助黄蜀葵的根等抽出的粘液相互直接地或以微小的间隙作电气连接，因而在这些部分会产生与温度上升相对应的高电阻作用，而能够防止发生发热失控。
如上所述，周知的面状发热体仍然难以使碳纤维与浆粕纤维均匀地混抄，而面状发热体的整个面上也不能使温度分布自动地均匀。此外，面状发热体表面上设置的用于保护发热体的合成树脂制的片件或薄板，在混抄有碳纤维的面状发热体长期通电使用后就会逐渐变色或恶化，而存在着由这种因素来决定面状发热体寿命的缺点。
碳纤维与浆粕纤维之所以难以均匀混抄，其原因在于，当把精选的浆粕用于造纸之时，是如图9所示。将精选的浆粕调制到所定浓度而由匀浆机打浆，把短切成约6mm长的碳纤维按5-10％(重量)最好是约7％(重量)配合到这种浆粕中，于箱内搅拌。但由于碳纤维的抗拉强度大、抗断伸缩率小而比重小，摩擦系数也低，即使于箱中搅拌也不能与浆粕充分混合，在造纸机中将偏向一侧，致混抄的碳纤维混抄板中的碳纤维不会均匀分散。
为此，本发明的目的在于提供，碳纤维混抄纸发热体片件中的碳纤维均匀分散同时其表面部件不发生变色等变质且廉价的碳纤维混抄发热体。
发明内容
为了解决上述问题，本发明所构成的碳纤维混抄纸片发热体的特征是，这是由5-10mm长碳纤维5-10％(重量)和包含韧皮纤维的浆粕95-90％(重量)混抄成的碳纤维混抄纸片，在其一部分之上涂复有上浆料。厚度在150μm以下，基重小于50g/m2而打浆度为30-70°SR。
本发明由于采取了上述结构，碳纤维混抄纸的整个面上自动地形成均匀地温度分布，即使经长期使用也不会变色或变质，而且价格低廉。
本发明由于取以上所述结构，能使碳纤维混抄纸片发热体的升温高而耗电少，可获得均匀的温度分布同时能自由地控制温，表面的聚酰亚胺树脂层不发生变色等变质，表面电阻等电气特性优越。此外，通过耐热性树脂层的叠层，改进了耐热性、抗拉强度、耐弯折性等机械特性。也获得了几乎无热变形、耐化学试剂性优越且廉价的碳纤维混抄发热纸片。
通过采用本发明的碳纤维混抄纸发热体纸片，可以辐射不使人有焦热感的适合于人体的远红外线，能够形成无害、无臭、无风与无光的清洁的暖气设备。
图1是示明本发明一实施例的抄纸工序的工序图。
图2概示本发明一实施例的双碟式匀浆机。
图3概示本发明的肖帕-尼古拉式试验机。
图4示明本发明的混抄纸片的打浆度下碳纤维含量与电阻值的关系。
图5是本发明一实施例的碳纤维混抄纸片发热体片的剖面图。
图6是既有的碳纤维混抄纸片放大的部分剖面图。
图7是示明具有图6中碳纤维混抄纸片的发热体的整体结构的平面图。
图8是示明具有图6中碳纤维混抄纸片的结构的剖面图。
图9是示明既有的抄纸工序的工序图。
图中各标号的意义如下21，碳纤维混抄纸片；22，聚酰亚胺树脂片；23，具有碳纤维混抄纸片的发热体。
发明的实施方案下面参看
本发明。本发明的具有碳纤维混抄纸片的发热体是对前述周知的发热体作进一步研究开发的结果，作为混抄碳纤维的浆粕也可使用含韧皮纤维的浆粕，例如含有30％(重量)的由楮皮、结香、马尼拉麻或竹科千岛矮竹组成的浆粕等，而其余为牛皮纸浆粕。
作为使碳纤维等纤维相互固定的上浆料，可以采用除淀粉、CMC、聚乙烯醇等周知的上浆料之外的糊空木(斑竹)。在制造这种糊空木的上浆料时，取此糊空木的树干与树枝，通过剥皮除去外皮，将所得内皮截断。将截断的内皮置入布袋内用水浸泡一夜，再将其放到袋入揉搓而挤出其粘液并收集之。在将这种上浆料与碳纤维同上述原料混合时，是按前述浆粕液2升用10CC这种上浆料的比例混合的。此外，采用聚乙烯系亲水性合成粘剂或聚酯浆或是聚烯烃系疏水类合成粘剂时，也都可以用同样的混合比混合。
在将精选的浆粕抄纸时，如图1所示，在按上面所述将精选的浆粕调节到所定浓度时，配合以短切到约6mm的碳纤维5-15％(重量)而最好是约7％(重量)，用匀浆机打浆。造纸的原料总体上是碳纤维，直径5-15μm。纤维长度5-10mm而最好是短切到6mm的共8kg；浓度为5kg/m3，浆粕约121kg。然后对碳纤维与浆粕混合以纯净水、糊空木粘液或合成粘剂而形成碳纤维混合竹浆粕，以其置于50目抄纸网的抄纸机中进行抄纸。再经周知的压榨工序、干燥工序制造成厚150μm以下最好是60μm、基重50g/m2以下最好是约30g/m2、打浆度为30-70°SR的碳纤维混抄的日本纸风格的片状件。
通过使碳纤维对浆粕的混合率为5-10％(重量)，可以将混抄纸片的电阻值与表面温度都保持于设定值。在包含有构成混抄纸片的碳纤维与韧皮纤维的浆粕中，为使碳纤维发出的热量易于发散，此混抄纸片的厚度应在150μm之下，而基重应在50g/m2以下且最好约为30g/m2。厚而致密的混抄纸片难以控制温度的上升。
若把碳纤维的纤维长度短切到5mm以下，混抄纸片的导电性不足而不能达到所需的发热量。若把碳纤维的长度截断成15mm以上例如20mm以上时，在浆粕中的分散性就差，形成不均匀分布时使温度特性不稳定。最好是把碳纤维的长度截断到5-10mm，这样能控制设定的温度。
这里所用的匀浆机是双碟型匀浆机，例如使用图2所示的双碟型匀浆机，它通过由两个马达1、2带动按相互反向转动的圆板3、4而运转，由螺旋送料器5将原料从圆板3中心附近的开口部6压入两圆板3、4之间。然后，供给于匀浆机中的纸料由圆板3、4带动转动，在通过两圆板3、4之间时产生紊流，纸料中的碳纤维在均匀分散的同时，受到圆板3、4中刀刃的机械冲击，经离解、打浆后排出。
打浆与圆板3、4的刀刃数、转数、刃宽与两圆板间刃的间隔有关。例如，当渐次减小刀刃的影响时，打浆就会改变离解、水合、小纤维化和所谓切断的倾向。所以，应选择不使纸料中的浆粕、碳纤维切断的0.05mm以上的两圆板的间隔。
打浆度取决于肖帕-尼古拉式试验机，此试验机如图3所示，在上部设有滤水筒10，在下部设有金属网11，嵌合上圆锥形的计测滤斗12。滤斗12的底部配备有排水口13而上部设有侧管14。取干燥纸样2g稀释至1000CC，均匀混合后将其加入滤水筒10，将栓15上位，水便通过金属网11流入计测滤斗12。开始时由于流下的水量多而从侧管14与排水口13流出而流入圆筒16、17，当漏水量少时便只从侧管14流出或停止流出。从侧管14流出的水量设为XCC，则打浆度表示为打浆度(°SR)＝1000-x/10当打浆度在30°SR以下，如图4所示，电阻值于基重40g/m2的混抄纸片情形在40Ω/□以下，未上升到所定温度；当打浆度在60°SR以上，于基重27g/m2的混抄纸片情形如果碳纤维的混抄比在7％以下时，到达80Ω/□以上，不能控制温度的上升。实线A表示基重40g/m2而打浆度为30°SR时的混抄纸片的结果；虚线B表示与A有相同基重而打浆度为60°SR时的混抄纸片的结果，虚线C表示基重27g/m2而打浆度为30°SR时的混抄纸片的结果；虚线D表示与C有相同基重而打浆度为60°SR时混抄纸片的结果。
这样制得的碳纤维混抄纸片与先有的混抄纸片相同，在其侧部形成电极。作为这种电极，与先有的电极相同，以镀镍的铜箔为极板，以其贴附于碳纤维混抄纸的两面，通过针刺使内部碳纤维与此极板在电气上整体地。将镀镍铜板等组成的端子由铆钉或铆接固定于此电极上，再从此引出导线。这样形成的电极部分的厚度约为35μm。
本发明的碳纤维混抄纸片的表面上叠层有用于保护发热体的合成树脂制薄片。特别是在由碳纤维混抄成的面状发热体在长期通电使用后会逐渐变色、恶化，而这一点则决定着面状发热体的寿命，为此，作为能经长期使用而不变色或不变质的发热体，制造了图5所示的，在内部存在碳纤维混抄纸片发热体21而在其两面叠层有耐热性树脂的聚酰亚胺树脂层22的发热体23。具有这种碳纤维纸片的发热体中聚酰亚胺树脂片22的厚度最好约为20-30μm。此外，也可采用热分解初始温度约为300℃的环氧树脂、氟树脂与多醌树脂等。
具有碳纤维混抄纸片的发热体在按上述实际制作的结果下，它的电阻值是40Ω/□-80Ω/□，而纸片厚度可以是40μm-60μm。这样制成的具有碳纤维混抄纸片的发热体除可用作一般的板式加热器外，例如还通过将其埋入地面与壁中也可用作为整个室内供暖的辐射式暖气装置或用以防止结露的装置。
下面说明本发明的最佳实施例实施例1将直径5μm而短切为5mm长的碳纤维5％(重量)、KP浆粕95％(重量)、糊空木1kg按浓度5kg/m3的比例配制原料，由匀浆机作1小时打浆，于具有50目抄纸网的造纸机中按10m/min的造纸速度抄纸，然后经压榨、干燥工序用0.8m×5000m的卷绕机卷绕。结果获得基重27g/m2，厚60μm的碳纤维混抄纸片。
将上述碳纤维混抄纸片按300mm×180mm裁切，作为测定仪器的功率计采用数字式万能表WT 100 YEW(横河电机制)，使电压变化，测定饱和温度(气氛温度-上升温度)。气氛温度为18℃，RH是55％，碳纤维混抄纸片的电阻值为50Ω/□。
结果示明于表1表1
注◎，高；○，低。
实施例2将直径5μm而短切成7mm长的碳纤维7％(重量)、KP浆粕93％(重量)、聚乙烯系亲水性合成上浆料1kg按浓度6kg/m3的比例配制原料，其他条件与实施例1相同。结果制得基重为30g/m2而厚度为80μm的碳纤维混抄纸片，然后制成两面以聚酰亚胺系粘合剂粘贴有20μm厚的聚酰亚胺树脂层的碳纤维混抄纸片的发热体。此碳纤维混抄纸片的电阻值为70Ω/□。
实施例3将直径10μm而短切成10mm长的碳纤维10％(重量)、韧皮纤维10％(重量)、KP浆粕80％(重量)、聚乙烯系亲水性合成上浆料1kg，按6kg/m3的比例配制原料，其他条件与实施例1相同。结果制得基重为50g/m2而厚度为90μm的碳纤维混抄片，然后制成两面以酚醛等粘合剂粘贴有30μm厚的聚酰亚胺树脂层的碳纤维混抄纸片的发热体。此碳纤维混抄片的电阻值为80Ω/□。
比较例1将直径5μm而短切成6mm长的碳纤维4％(重量)、楮纤维65％(重量)、牛皮纸浆粕30％(重量)的比例与黄蜀葵一齐按浓度为6kg/m2的比例配制原料，其他条件与实施例1相同。结果制得基重为60g/m2而厚度为60μm的碳纤维混抄纸片，其电阻值如表1所示。
比较例2将直径10μm而短切成长6mm的碳纤维15％(重量)、马尼拉麻纤维25％(重量)、牛皮纸浆粕60％(重量)的比例，与聚乙烯等亲水性合成上浆料一起按浓度6kg/m2的比例配制原料，其他条件与实施例1相同。结果制得基重为60g/m2而厚度为60μm的碳纤维混抄纸片，其电阻值如表1所示。
从表1可知，各实施例中的抄纸合格率均为100％。而在比较例中则在95％以下；在生产率方面，实施例的也比比较例的高；此外，与比较例相比，实施例的碳纤维混抄纸片的温度也高。
权利要求
1.碳纤维混抄纸片发热体，其特征在于，它是在5-10mm长碳纤维5-10％(重量)与含有韧皮纤维的浆粕95-90％(重量)混抄成的碳纤维混抄纸片的一部分之上涂覆以上浆料，形成厚度在150μm以下、基重在50g/m2以下、打浆度为30-70°SR的碳纤维混抄纸片发热体。
2.权利要求1所述的碳纤维混抄纸片发热体，其中在此碳纤维混抄纸片发热体上叠层有耐热性树脂片。
3.权利要求1或2所述的碳纤维混抄纸片发热体，其中所述碳纤维的直径为5-10μm。
4.权利要求1至3中任一项所述的碳纤维混抄纸片发热体，其中含有所述韧皮纤维的浆粕的纤维长度在3mm以上。
全文摘要
提供了这样的碳纤维混抄纸片发热体、其中的碳纤维均匀分散、其表面部件无变色等变质,且价格低廉。它是于5－10mm长的碳纤维5－10%(重量)与含有韧皮纤维的浆粕95－90%(重量)混抄成的碳纤维混抄纸片的一部分之上涂覆上浆料,而制得特征为厚度在150μm之下、基重在50g/m
文档编号H05B3/14GK1355352SQ0113779
公开日2002年6月26日 申请日期2001年10月31日 优先权日2000年10月31日
发明者林幸子 申请人:林京子