碳纤维发热丝及发热织物和其制法及应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型发热织物，具体的说是一种升温快、易弯折、耗电低的碳纤维发热丝及织物和其制法及应用，其特征在于发热层内设有采用发热丝和原丝分别作为经线、纬线织成的发热体，所述发热丝为碳纤维发热丝，原丝为纯棉丝纤维或TC丝纤维或涤棉丝纤维，在发热体的边缘靠近发热丝的两端分别设有电极线，电极线与发热体内发热丝的延伸方向相垂直，且与发热体内两条以上的发热丝分别连接，电极线由金属丝和原丝分别作为经线、纬线织成，本发明与现有技术相比，通过在发热体内采用非金属发热丝的手段，解决了目前金属电热丝容易折断而造成安全隐患的问题，与市场现有同类商品相比重量轻、易折叠、温度高、弯曲度大、使用寿命长等优点。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型发热织物，具体的说是一种升温快、易弯折、耗电低的碳纤维 发热丝及发热织物和其制法及应用。 碳纤维发热丝及发热织物和其制法及应用
【背景技术】
[0002] 现有的纺织品种类繁多，发热织物通常采用在织物内制作加热层实现，其中加热 层内设有用于发热的金属丝，我们常用的电热毯等保暖装置就是采用这种方式实现。传统 的发热织物由于多采用金属电热丝实现，导致其不能以大曲率弯折，手感过硬，不贴体，且 存在易因金属丝短路、断路造成火灾、触点等事故，不能满足人们的需求。
[0003] 目前国外市场上出现一类以非金属加热丝为电热元件的电加热产品，该产品采用 的非金属加热丝是一种由聚丙烯和碳的混合物制成的丝状电热体，这种薄板状的电热材料 存在以下缺点：1、由于该类电热材料中采用的金属丝其截面为圆形，并且将三股或五股金 属丝拧成绳状，导致该绳状金属发热体的外径过大，利用该金属发热体作为经线或纬线参 与织成的电热材料质地发硬、不耐折、容易断裂，产品呈薄板状而非柔软的布料；2、该类电 热材料中非金属加热丝与金属丝之间采取普通经、纬线的纺织结构，而且在其危险纬线排 列中采用的是涤棉线，所以其经纬线相互之间纺织结构疏松，空隙较大，而这种疏松的网状 结构并不能直接应用，需要在其表面继续制备复合保护层，此时容易因灌胶量大导致产品 出现板结、发硬的情况，3、圆弧表面的金属丝与非金属加热丝接触面小，所以经常出现不稳 定的断路现象，为了弥补该缺点这种电热材料在织造过程中增加了金属丝和非金属加热丝 的使用量，增加的成本，4、该类电热材料在添加了符合保护层后整体厚度较厚，重量较大， 5、由于在电热材料内添加了金属丝，导致依然存在金属丝断开打火等隐患。
[0004] 为了解决这种问题，申请号为2007100995861的专利文件公开了一种柔软布状的 低温辐射远红外线电热布，其包括一层由非金属电热丝、金属丝缠绕体、丝状的纺织纤维三 种成分纺织而成的织成物，其中其采用的非金属电热丝为由聚丙烯和碳混合制成的丝状电 热体，上述技术方案虽然使产品的柔软度有所提高，但如其文件所指出，其发热温度属于 "低温"领域，在实际应用过程中无法达到70°C以上的温度，另外由于其内部依然采用截面 形状为矩形的金属丝织成，导致依然存在重量较重、金属丝易断裂等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种柔软、重量轻、升温快，能够 完全避免采用传统发热金属丝织成的织物存在的发硬、厚度大、易折断、存在交变辐射磁 场、短路或断路后容易造成安全隐患等缺点，发热温度高的碳纤维发热丝及发热织物和其 制法及应用。
[0006] 本发明通过以下措施达到： 一种碳纤维发热丝，其特征在于由原丝经过碳墨刷涂制成，具体为： 步骤1 :制备碳墨，向由10-60%的碳粉，10-20%氯化镁，10-20%锆碳化物，10-20%的硅 碳化物，1-20%的氧化铝，1-20%的硅砂，1-20%的氧化锆组成的原料中，加入适量醇酸分散 齐U，环氧消泡剂，硅氧化处理剂，苯酚溶解剂后，再加入二甲苯中搅拌12-14小时制得碳墨， 步骤2 :利用涂刷机对原丝进行碳墨刷涂，原丝采用纯棉丝纤维或TC丝纤维或涤棉丝 纤维，涂刷时使碳墨均匀包裹在原丝表面，依次进行1遍、2遍、3遍精密涂刷后，将处理后的 原丝投入60-120摄氏度的干燥炉干燥3-10分钟，获得碳纤维发热丝。
[0007] 本发明中原料可以由35%的碳粉，15%氯化镁，15%锆碳化物，15%硅碳化物，以及 10%的氧化铝，5%的硅砂和5%的氧化锆组成。 本发明中碳纤维发热丝的制备过程中，碳墨内加入醇酸分散剂的重量比为原料总量的 10%-20%，环氧消泡剂为原料总量的10%-20%，，硅氧化处理剂为原料总量的10%-20%，苯酚 溶解剂为原料总量的10%_20%。
[0008] 本发明中碳纤维发热丝中原丝的细度为每根100旦尼尔至300旦尼尔，本发明可 以根据需要，将2-5根原丝合丝使用，获得每根粗细范围为200-1500旦尼尔的混合原丝，制 成粗细不同的碳纤维发热丝。
[0009] -种碳纤维发热织物，包括发热层以及附着在发热层上、下表面的绝缘层，其特征 在于发热层内设有采用发热丝和原丝分别作为经线、纬线织成的发热体，所述发热丝为上 述碳纤维发热丝，原丝为纯棉丝纤维或TC丝纤维或涤棉丝纤维，在发热体的边缘靠近发热 丝的两端分别设有电极线，电极线与发热体内发热丝的延伸方向相垂直，且与发热体内两 条以上的发热丝分别连接，电极线由金属丝和原丝分别作为经线、纬线织成。
[0010] 本发明中发热层的发热体内按经线方向或纬线方向分布的两根以上的碳纤维发 热丝彼此间距lmm-20mm，用来获得不同的发热温度。
[0011] 本发明中绝缘层采用PE或PVC或PU塑料膜制成，绝缘层通过粘结剂与发热层热 压粘结，从而起到绝缘和防水的作用，绝缘层的厚度可以为10 μ m。
[0012] 本发明中用于织造电极线的金属丝为镀锡铜箔线，细度在0. 05mm-0. 1mm范围内。
[0013] 一种利用如上所述发热织物制成的供暖装置，其特征在于设有上述发热织物，发 热织物上的分别与发热体内碳纤维发热丝的两端相连接的两条电极线分别经缆线与电源 插头相连接。
[0014] 本发明中的供暖装置，还可以在缆线与电源插头之间设有温控器，用于控制电源 的通断。
[0015] 本发明与现有技术相比，通过采用本发明所述工艺制成的碳纤维发热丝与现有技 术相比具有升温快、发热稳定、热量高等特点，经实验证明，本发明中的碳纤维发热丝在工 作过程中最高可以获得300°C的高温，突破性的解决了现有技术中发热布发热温度低的技 术难题；采用本发明中所述碳纤维发热丝制成的发热织物，具有重量轻、柔软、升温快等优 点，不仅能够满足人们在工作生活中的供暖需求，还能制成衣物、手套、鞋垫等相关产品，除 此之外，本发明具有除异味的效果，实验证明使用本发明所提供的发热织物在室内工作一 段时间后，能够有效吸收室内异味，起到净化空气、保护健康的作用，综上，本发明通过在发 热体内采用非金属发热丝的手段，解决了目前金属电热丝容易折断而造成安全隐患的问 题，同时通过调整碳纤维发热丝的粗细，以及发热织物内碳纤维发热丝彼此的间距，可以获 得0-300°C范围内的任意供暖产品；本发明还具有与市场现有同类商品相比重量轻、易折 叠、弯曲度大、使用寿命长等优点。
[0016]
【专利附图】
【附图说明】： 附图1是本发明的结构示意图。
[0017] 附图2是本发明中发热层的结构示意图。
[0018] 附图3是本发明中供暖装置的结构示意图。
[0019] 附图标记：发热层1、绝缘层2、发热丝3、电极线5、电源插头6。
[0020]
【具体实施方式】： 下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0021] 本发明提出一种碳纤维发热丝及织物和其制法及应用，其中所述碳纤维发热丝由 以下步骤制成： 步骤1 :制备碳墨，向由10-60%的碳粉，10-20%氯化镁，10-20%锆碳化物，10-20%的硅 碳化物，1-20%的氧化铝，1-20%的硅砂，1-20%的氧化锆组成的原料中，加入适量醇酸分散 齐U，环氧消泡剂，硅氧化处理剂，苯酚溶解剂后，再加入二甲苯中搅拌12-14小时制得碳墨， 其中醇酸分散剂、环氧消泡剂、硅氧化处理剂以及苯酚溶解剂均为市面上可购得的现有产 品，其具体成分此不赘述，二甲苯在此过程中用作有机溶剂； 步骤2 :利用涂刷机对原丝进行碳墨刷涂，原丝采用纯棉丝纤维或TC丝纤维或涤棉丝 纤维，涂刷时使碳墨均匀包裹在原丝表面，依次进行1遍、2遍、3遍精密涂刷后，将处理后的 原丝投入60-120摄氏度的干燥炉干燥3-10分钟，获得碳纤维发热丝。 本发明中碳纤维发热丝的制备过程中，碳墨内加入醇酸分散剂的重量比为原料总量的 10%-20%，环氧消泡剂为原料总量的10%-20%，硅氧化处理剂为原料总量的10%-20%，苯酚溶 解剂为原料总量的10%_20%。
[0022] 本发明中碳纤维发热丝中原丝的细度为每根100旦尼尔至300旦尼尔，本发明可 以根据需要，将2-5根原丝合丝使用，获得每根粗细范围为200-1500旦尼尔的混合原丝，制 成粗细不同的碳纤维发热丝，当采用2根以上混合原丝时，由于碳墨在混合原丝上更容易 渗透，不仅覆膜强度会增强，覆膜的碳纤维发热丝的强度也会增强，在工作时依靠碳纤维发 热丝表面强度不易折断，其中混合原丝的细度在250-750旦尼尔之间效果较佳。
[0023] 如附图1及附图2所示，本发明还提出一种碳纤维发热织物，包括发热层1以及附 着在发热层1上、下表面的绝缘层2,其特征在于发热层1内设有采用发热丝3和原丝4分 别作为经线、纬线织成的发热体，所述发热丝3为上述碳纤维发热丝，原丝4为纯棉丝纤维 或TC丝纤维或涤棉丝纤维，在发热体的边缘靠近发热丝3的两端分别设有电极线5,电极 线5与发热体内发热丝3的延伸方向相垂直，且与发热体内两条以上的发热丝3分别连接， 电极线5由金属丝和原丝分别作为经线、纬线织成，本发明中发热层的发热体内按经线方 向或纬线方向分布的两根以上的碳纤维发热丝彼此间距lmm-20mm，用来获得不同的发热温 度，本发明中绝缘层2采用PE或PVC或PU塑料膜制成，绝缘层2通过粘结剂与发热层1热 压粘结，从而起到绝缘和防水隔湿的作用，绝缘层2的厚度可以为ΙΟμπι，本发明中用于织 造电极线5的金属丝为镀锡铜箔线，细度在0. 05mm-0. 1mm范围内。
[0024] 如附图3所示，本发明还提出一种利用如上所述发热织物制成的供暖装置，其特 征在于设有上述发热织物，发热织物上的分别与发热体内碳纤维发热丝的两端相连接的两 条电极线5分别经缆线与电源插头6相连接，本发明中的供暖装置，还可以在缆线与电源插 头6之间设有温控器，用于控制电源的通断。
[0025] 如附图3所示，本发明还提出了一种利用如上所述发热织物制成的供暖装置，其 特征在于设有上述发热织物，发热织物上的电极线5经缆线与电源插头6相连接。
[0026] 本发明中的供暖装置，还可以在缆线与电源插头6之间设有温控器，用于控制电 源的通断。
[0027] 实施例1 : 采用本发明上述技术方案制成的发热温度为40°C的发热织物： 包括发热层以及附着在发热层上、下表面的绝缘层，发热层内设有采用发热丝和原丝 分别作为经线、纬线织成的发热体，所述发热丝为上述碳纤维发热丝，原丝为纯棉丝纤维 或TC丝纤维或涤棉丝纤维，在发热体的边缘靠近发热丝的两端分别设有电极线，电极线 与发热体内发热丝的延伸方向相垂直，且与发热体内两条以上的发热丝分别连接，电极线 由金属丝和原丝分别作为经线、纬线织成，其中发热体内同向平行分布的两根以上的碳纤 维发热丝彼此间距l〇mm ;电极线采用镀锡铜线与纯棉或涤棉纤维织成，镀锡铜线的细度为 0. 1mm，发热织物的两侧分别采用18根镀锡铜线结合纯棉或、涤棉纤维织成电极线，两条电 极线分别与发热织物内平行分布的碳纤维发热丝的两端相连接，用于给发热织物供电，本 实施例还设有绝缘层，绝缘层采用PE或PVC或PU塑料膜制成，绝缘层通过粘结剂与发热层 热压粘结，从而起到绝缘和防水的作用，绝缘层的厚度可以为10 μ m。
[0028] 实施例2 : 发热温度为100°c的发热织物： 包括发热层以及附着在发热层上、下表面的绝缘层，其特征在于发热层内设有采用发 热丝和原丝分别作为经线、纬线织成的发热体，所述发热丝为上述碳纤维发热丝，原丝为纯 棉丝纤维或TC丝纤维或涤棉丝纤维，在发热体的边缘靠近发热丝的两端分别设有电极线， 电极线与发热体内发热丝的延伸方向相垂直，且与发热体内两条以上的发热丝分别连接， 电极线由金属丝和原丝分别作为经线、纬线织成，本实施例内发热体中按经线方向或纬线 方向分布的两根以上的碳纤维发热丝彼此间距4mm，发热织物两侧的两根电极线分别由14 根0. 05mm的镀锡铜线与纯棉或涤棉纤维等织成。
[0029] 本实施例中绝缘层采用PE或PVC或PU塑料膜制成，绝缘层通过粘结剂与发热层 热压粘结，从而起到绝缘和防水的作用，绝缘层的厚度可以为10 μ m。
[0030] 本发明与现有技术相比，通过在发热体内采用非金属发热丝的手段，解决了目前 金属电热丝容易折断而造成安全隐患的问题，同时通过采用本发明所述工艺制成的碳纤维 发热丝与现有技术相比具有升温快、发热稳定、热量高等特点，经实验证明，本发明所述发 热织物在工作过程中可以达到300°C，进而能够满足人们在工作生活中的供暖需求，通过调 整碳纤维发热丝的粗细，以及发热织物内碳纤维发热丝彼此的间距，可以获得0-300°C范围 内的任意供暖产品；本发明还具有与市场现有同类商品相比重量轻、易折叠、弯曲度大、使 用寿命长等优点。
【权利要求】
1. 一种碳纤维发热丝，其特征在于由原丝经过碳墨刷涂制成，具体为： 步骤1 :制备碳墨，向由10-60%的碳粉，10-20%氯化镁，10-20%锆碳化物，10-20%的硅 碳化物，1-20%的氧化铝，1-20%的硅砂，1-20%的氧化锆组成的原料中，加入适量醇酸分散 齐U，环氧消泡剂，硅氧化处理剂，苯酚溶解剂后，再加入二甲苯中搅拌12-14小时制得碳墨， 步骤2 :利用涂刷机对原丝进行碳墨刷涂，原丝采用纯棉丝纤维或TC丝纤维或涤棉丝 纤维，涂刷时使碳墨均匀包裹在原丝表面，依次进行1遍、2遍、3遍精密涂刷后，将处理后的 原丝投入60-120摄氏度的干燥炉干燥3-10分钟，获得碳纤维发热丝。
2. 根据权利要求1所述的一种碳纤维发热丝，其特征在于碳纤维发热丝的制备过 程中，碳墨内加入醇酸分散剂的重量比为原料总量的10%-20%，环氧消泡剂为原料总量的 10%-20%，，硅氧化处理剂为原料总量的10%-20%，苯酚溶解剂为原料总量的10%-20%。
3. 根据权利要求2所述的一种碳纤维发热丝，其特征在于碳纤维发热丝中原丝的细度 为每根100旦尼尔至300旦尼尔，在制备过程中将2-5根原丝合丝使用，即可获得每根粗细 范围为200-1500旦尼尔的混合原丝，制成粗细不同的碳纤维发热丝。
4. 一种碳纤维发热织物，包括发热层以及附着在发热层上、下表面的绝缘层，其特征在 于发热层内设有采用发热丝和原丝分别作为经线、纬线织成的发热体，所述发热丝为如权 利要求3所述的碳纤维发热丝，原丝为纯棉丝纤维或TC丝纤维或涤棉丝纤维，在发热体的 边缘靠近发热丝的两端分别设有电极线，电极线与发热体内发热丝的延伸方向相垂直，且 与发热体内两条以上的发热丝分别连接，电极线由金属丝和原丝分别作为经线、纬线织成。
5. 根据权利要求4所述的一种碳纤维发热织物，其特征在于发热层的发热体内按经线 方向或纬线方向分布的两根以上的碳纤维发热丝彼此间距lmm-20mm。
6. 根据权利要求4所述的一种碳纤维发热织物，其特征在于绝缘层采用PE或PVC或 PU塑料膜制成，绝缘层通过粘结剂与发热层热压粘结，绝缘层的厚度为10 μ m。
7. 根据权利要求4所述的一种碳纤维发热织物，其特征在于用于织造电极线的金属丝 为镀锡铜箔线，细度在〇. 05mm-0. 1mm范围内。
8. -种利用如权利要求4-7中任意一项所述发热织物制成的供暖装置，其特征在于设 有上述发热织物，发热织物上的分别与发热体内碳纤维发热丝的两端相连接的两条电极线 分别经缆线与电源插头相连接。
9. 根据权利要求8所述的一种供暖装置，其特征在于在缆线与电源插头之间设有温控 器。
【文档编号】H05B3/14GK104125665SQ201310151203
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月27日 优先权日:2013年4月27日
【发明者】申成吉 申请人:申成吉