一种碳纤维电热垫的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种碳纤维电热垫，其包括绝缘板(10)、碳纤维电热丝(20)、外电源线(30)、电极条(40)和导电片(60)，其中，所述碳纤维电热丝(20)通过电极条(40)连接外电源线(30)，所述碳纤维电热丝(20)在弯折处连接有导电片(60)。本实用新型通过在碳纤维电热丝的弯折部分附加导电片从而减少碳纤维电热丝的损坏，将碳纤维电热丝在弯曲处加以固定，减少了弯曲部分电热丝的电阻问题；同时采用电极片通过螺丝固定的方式连接碳纤维电热丝与外电源金属丝，延长了碳纤维电热丝的使用寿命，并且操作工序简单，安全性高。
【专利说明】一种碳纤维电热垫
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种电加热装置，尤其涉及一种碳纤维电热垫。
【背景技术】
[0002]碳纤维作为一种发热材料，具有升温迅速、热滞后性小、发热均匀、热辐射传递距离远、热交换速度快等特点，这些优异的特点使得碳纤维在加热领域得到广泛的发展。碳纤维发热电缆75 %以上的热能以远红外方式，且波长为7?14 μ m，当两段波长相等相互作用时就会产生共振现象。而人体是生物体，人体70%?80%以上是由水分子组成，在共振作用下，首先激活了水分子的振动，而产生一系列生理上的反应，可促进人体皮肤和皮下组织中的细胞温度上升，使人体由内至外产生热传递，促进和改善了人体的血液循环，有利于消除人体疲劳和肌体机能恢复，增强新陈代谢，提高人体免疫功能。另外，碳纤维发热电缆因采用并联电路使得每一根发热线的电流不大于0.8A，且电磁辐射小，相比金属电缆有很强的安全性。
[0003]碳纤维目前在替代采暖材料核心发热体上有很大的贡献，很多节能采暖设备的核心发热体已经由以前采用的普通金属材料逐步升级到碳纤维材料。碳纤维电热垫作为一种碳纤维加热装置，在加热领域得到广泛关注，目前研宄的碳纤维电热垫或碳纤维电加热板，其安装的碳纤维电缆均为弯曲设置，例如中国专利CN20285712U公开了一种碳纤维电热垫，包括有铝箔玻璃纤维布，其特征在于，铝箔玻璃纤维布上铺设碳纤维电热丝，碳纤维电热丝上覆盖有铝箔，铝箔上部设有玻璃纤维布。碳纤维电热丝成U型弯曲排布。另外，中国专利CN102595666A公开了一种碳纤维电加热板，其特征在于，碳纤维发热电缆设置于安装槽内，所述碳纤维发热电缆采用弯曲形设计，在弯曲空隙内设置导热层。上述两篇专利公开的碳纤维加热装置中的碳纤维线缆均采用弯曲设置的方式，由于碳纤维质地柔软纤细，极容易导致使用过程中弯折处出现损坏的现象，造成导电不良，进而影响碳纤维电热垫的使用期限。
[0004]另外，目前研宄的各类碳纤维加热装置，其中碳纤维丝与外电源金属线接头通常采用金属端子连接来接通电路，连接复杂且连接性能差，束状的碳纤维丝较细，很难保证全部的对应连接，可能很多得不到连接，连接不好，节点发热，温度过高，还容易发生烧蚀现象，不仅性能受到影响，而且存在一定的危险因素。例如:中国专利CN101299505B公开了一种碳纤维丝与金属线接头的连接方法，其特征在于按照下列步骤操作:(I)上浆:将碳纤维丝头去皮，将稀释的铜浆涂抹在碳纤维丝头上；(2)固化:将上浆的碳纤维丝头置于130-150°C的恒温炉中25-35分钟；(3)上锡:用低温烙铁将低温焊锡涂抹在碳纤维丝头上；
(4)焊接:用高温烙铁快速将碳纤维丝头与金属线焊接。焊接后再用金属端子将焊接头固定。这种连接方式操作工序复杂且连接部位可靠性差。
实用新型内容
[0005]针对以上现有技术之不足，本实用新型要解决的问题是提供一种结构简单、可靠性高、延长使用寿命的碳纤维电热垫。具体方案如下:
[0006]一种碳纤维电热垫，其包括绝缘板、碳纤维电热丝和外电源线，其特征在于，所述碳纤维电热垫还包括连接所述碳纤维电热丝与所述外电源线的电极条以及设置在所述碳纤维电热丝弯折处的导电片，并且所述导电片与所述碳纤维电热丝导电连接，所述碳纤维电热丝通过所述电极条连接至外电源线。
[0007]根据一个优选实施方式，所述碳纤维电热丝通过固定螺丝与所述电极条导电固定连接。
[0008]根据一个优选实施方式，所述电极条设置有多个圆孔，所述圆孔直径范围在1.5?10mm，并且所述圆孔与所述固定螺丝大小匹配。
[0009]根据一个优选实施方式，所述外电源线末端通过固定螺丝或导电胶的方式与所述电极条导电连接。
[0010]根据一个优选实施方式，所述导电片呈正方形或圆形或矩形或菱形或椭圆形。
[0011]根据一个优选实施方式，所述碳纤维电热丝包括碳纤维丝束和设置在所述碳纤维丝束表面的导电被覆，并且在所述碳纤维电热丝的末端，所述碳纤维丝束通过环绕包覆在其表面的金属连接件与所述电极条导电接触。
[0012]根据一个优选实施方式，所述碳纤维丝束是粘胶短纤和/或聚丙烯腈长丝经纺纱后加捻合股编织成的螺旋状绳状物。
[0013]根据一个优选实施方式，所述螺旋状绳状物加捻的股数范围是3?10股。
[0014]根据一个优选实施方式，所述碳纤维电热垫包括两组或两组以上以并联方式连接的碳纤维电热丝，并且所述两组或两组以上并联连接的碳纤维电热丝均与所述电极条导电连接。
[0015]根据一个优选实施方式，所述碳纤维电热丝呈S型或U型或Ω型或Z型排布，并且所述碳纤维电热丝设置在两块所述绝缘板之间。
[0016]本实用新型的有益技术效果在于:
[0017](I)通过在碳纤维电热丝弯折处设置导电片，不仅可以将碳纤维电热丝在弯曲处加以固定，还可以确保碳纤维电热丝在弯折处保持良好的导电性，减少了弯曲部分电热丝的电阻增大的问题，避免了因碳纤维电热丝在弯折发生折断而使产品导电不良，进而延长了碳纤维电热丝的使用寿命。
[0018](2)采用带有圆孔的电极条连接碳纤维电热丝与外电源线金属丝，通过螺丝固定或导电胶粘结的方式固定，使得连接工序简单，连接部位可靠性高。并且，通过在碳纤维电热丝的末端环绕金属连接件不仅可以防止碳纤维丝束松散，还有利于碳纤维电热丝与外接电源导电连接。本实用新型结构简单，可靠性高，并且使用寿命长，安全性好。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的碳纤维电热垫的结构图；
[0020]图2为本实用新型的碳纤维电热垫的电极条的连接结构示意图；和
[0021]图3为本实用新型的碳纤维电热垫的碳纤维电热丝端头的结构示意图。
[0022]附图标记列表
[0023]10:绝缘板20:碳纤维电热丝21:导电被覆
[0024]22:碳纤维丝束 30:外电源线40:电极条
[0025]41:圆孔50:金属连接件60:导电片
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图具体说明本实用新型。
[0027]图1示出了本实用新型的碳纤维电热垫100，其包括绝缘板10、碳纤维电热丝20和外电源线30，碳纤维电热垫100还包括连接碳纤维电热丝20与外电源线30的电极条40以及设置在碳纤维电热丝20弯折处的导电片60，并且导电片60与碳纤维电热丝20导电连接。碳纤维电热丝20通过电极条40连接至外电源线30。碳纤维电热丝20设置呈S型或U型或Ω型或Z型弯折排布。在碳纤维电热丝20的每个弯折处设置导电片60。导电片60与碳纤维电热丝20之间通过导电胶粘结的方式固定导电连接。导电片60可以是由高分子导电纤维做成的片状体，可以是导电陶瓷，可以是导电的碳纤维毡，还可以是导电金属，例如铜片或者铝箔片。导电片呈正方形或圆形或矩形或菱形或椭圆形。正方形导电片的尺寸大小为5mmX 5mm?1mmX 1mm范围内；圆形导电片的直径为5mm?1mm范围内；矩形导电片的尺寸大小为5mmX6mm?1mmX Ilmm范围内；菱形导电片的边长尺寸为5mm?1mm范围内；椭圆形导电片的长轴尺寸为5mm?1mm范围内，短轴尺寸为4mm?9mm范围内。由于在弯折处的碳纤维电热丝相对于其他部分的碳纤维电热丝来说，该部位内部导电离子的漂移速度会大于直电热线，从而导致弯折处的电流密度增大。由于J = I/A，J是指电流密度，I是指电流，A是指横截面积，在电流不变的情况下，横截面积与电流密度成反比，弯折处电热丝的横截面积变小从而导致弯折处电流密度变大，根据R= PL/A，R为电阻，P为电阻率，L为长度，A为横截面积，在电阻率P、长度L不变的情况下，横截面积A变小使得电阻R变大，进而影响到弯折处碳纤维电热丝的电阻，导致碳纤维电热丝发热不均匀。因此，在碳纤维电热丝的弯折处固定导电片后可以减小弯折处的电流密度，从而减少碳纤维电热线电阻的变化，使得整个碳纤维电热垫发热均匀，使用效果更好。同时，即便碳纤维电热丝在弯折处发生折断，由于导电片的存在，产品的导电性也不会因碳纤维电热丝的折断而受到影响，充分保证了其良好的导电性能。
[0028]绝缘板10为高强度绝缘材料，可以选用聚酰亚胺、硅橡胶、PVC、PET和环氧树脂中一种。碳纤维电热丝20呈S型或U型或Ω型或Z型排布，并且碳纤维电热丝20设置在两块所述绝缘板之间。两组或两组以上的碳纤维电热丝并联连接在电极条40上，在碳纤维电热丝的弯折处固定导电片60后，高强度绝缘板密闭复合在碳纤维电热丝的上下表面，使得碳纤维电热垫形成高度密封的整体，避免由于密封性不好而导致碳纤维电热丝外漏的情况，延长碳纤维电热垫装置的使用寿命，提高了利用率。图3示出了碳纤维电热丝末端结构，碳纤维电热丝20包括碳纤维丝束22和设置在所述碳纤维丝束22表面的导电被覆21，并且在碳纤维电热丝20的末端，碳纤维丝束通过环绕包覆在其表面的金属连接件50与电极条40导电接触。导电被覆21可以选用导电橡胶，导电橡胶是将玻璃镀银/铝镀银/银等导电颗粒均匀分布在硅橡胶中，通过压力使导电颗粒接触，从而达到良好的导电性能，导电硅橡胶具有较好的密封和电磁屏蔽作用，导电硅胶可以在碳纤维丝束表面形成致密的保护层，同时增强碳纤维电热丝的导电性能和力学性能，使得碳纤维电热丝不易折断，导电性能良好，同时起到进一步屏蔽电磁波的作用，降低对人体的危害。导电被覆21在碳纤维丝束表面包覆时需要将碳纤维丝束的两端保留20mm?50mm，以便将金属连接片包裹在碳纤维丝束表面。该两端裸露部分的碳纤维丝束用金属连接件环绕包覆，金属连接件的包覆长度与碳纤维丝束裸露部分的长度一致，包覆环绕的圈数为I?3圈。在碳纤维电热丝末端环绕包覆金属连接件有利于增大碳纤维电热丝与电极接触的面积，有利于碳纤维电热丝与电极片的固定，防止碳纤维丝束松散，减小接触电阻，同时还有利于碳纤维电热丝接入外接电源。优选金属连接件50为导电铝箔片。碳纤维电热丝20通过螺丝固定的方式与电极条40导电连接。
[0029]碳纤维丝束22是粘胶短纤和/或聚丙烯腈长丝经纺纱后合股加捻编织成的螺旋状绳状物。碳纤维丝束加捻的股数范围是3?10股。碳纤维丝束是以加捻合股方式成型的，加捻后的碳纤维丝能够有效提高强度，对于长丝碳纤维来说，多股绳碳纤维丝束稳定性较高，热惯性较小。避免在加工和安装过程中被折断，从而有效降低报废率、提高生产效率。经加捻的碳纤维丝合股编织成螺旋状绳状物，使得碳纤维丝束不易松散，能够长时间维持稳定。
[0030]图2示出了碳纤维电热丝20与电极条40的连接示意图。电极条40上设置有多个圆孔41。圆孔结构的电极条便于将碳纤维丝束以及外电源末端的导电金属丝通过与圆孔大小匹配的螺丝拧紧固定在电极条上，从而使得连接部位更加牢固，避免出现碳纤维丝束或外电源导电金属丝与电极条断开的现象，从而使得碳纤维电热丝20与外电源线30形成通路。电极条40为多孔铜电极，电极条的厚度为0.5mm?2mm范围内。电极条上并排设置大小直径一致的圆孔41，并且圆孔41直径范围在1.5?1mm范围内。在安装状态下，碳纤维末端的金属连接件50环绕包覆碳纤维丝束后通过与圆孔41尺寸大小匹配的螺丝旋转固定在电极条上，从而使得碳纤维电热丝20与电极条40通电连接，安装程序简单方便，并且螺丝固定会使连接更加牢固，避免使用过程中出现碳纤维电热丝与电极条断开的现象，延长了碳纤维电热垫装置的使用寿命，减小了产品的报废率。另外，外电源线末端通过导电胶或或螺丝固定的方式与所述电极条导电连接。导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶粘剂。外电源线末端导电金属丝是裸露的，将导电胶涂覆在裸露在外的外电源末端导电金属丝上，将其固定在电极条上，在130?150°C温度下固化，形成具有足够强度的接头。利用电极条上的圆孔结构，通过大小与圆孔匹配的螺丝直接将外电源线末端导电金属丝经螺丝旋转固定在电极条上，安装连接方式方便，简洁，从而使得碳纤维电热垫加热装置连接更加牢固，避免使用过程中出现电源线线与电极条断开的现象，延长了碳纤维加热装置的使用寿命，减小了产品的报废率。
[0031]再次参见图1，碳纤维电热垫包括两组或两组以上以并联方式连接的碳纤维电热丝，并且两组或两组以上并联连接的碳纤维电热丝均与电极条40导电连接。电极条40设置在碳纤维电热垫的中间层，碳纤维电热垫中设置有两条电极条，一长一短。如图1中所示，长电极条的长度与碳纤维电热垫装置短边长度一致。短电极条的长度优选为长电极条长度的二分之一。两条电极条与碳纤维电热丝相互垂直排布。长电极条设置在碳纤维电热垫短边外侧边缘。短电极条设置在长电极条内测，并且与长电极条平行排列。两条电极条通过导电胶或者螺丝固定的方式分别连接两条外电源线。每组碳纤维电热丝的一端通过导电胶或螺丝固定的方式连接在短电极条上，其另一端通过导电胶螺丝固定的方式连接在长电极条上，从而与外电源线连接成闭合回路。两组或两组以上的碳纤维电热丝并联连接，这样即使在使用过程中出现一组碳纤维电热丝断开，也不会影响到其他碳纤维电热丝的使用，不会出现由于一组碳纤维电热丝损坏而需要更换整个装置的情况。
[0032]需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本实用新型的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本实用新型的目的，并非用于限制本实用新型。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种碳纤维电热垫，其包括绝缘板(10)、碳纤维电热丝(20)和外电源线(30),其特征在于，所述碳纤维电热垫(100)还包括连接所述碳纤维电热丝(20)与所述外电源线(30)的电极条(40)以及设置在所述碳纤维电热丝(20)弯折处的导电片(60),并且所述导电片(60)与所述碳纤维电热丝(20)导电连接， 所述碳纤维电热丝(20)通过所述电极条(40)连接至外电源线(301
2.根据权利要求1所述的碳纤维电热垫，其特征在于，所述碳纤维电热丝(20)通过固定螺丝与所述电极条(40)导电固定连接。
3.根据权利要求2所述的碳纤维电热垫，其特征在于，所述电极条(40)设置有多个圆孔(41),所述圆孔(41)直径范围在1.5?川臟，并且所述圆孔(41)与所述固定螺丝大小匹配。
4.根据权利要求1至3之一所述的碳纤维电热垫，其特征在于，所述外电源线(30)末端通过固定螺丝或导电胶的方式与所述电极条(40)导电连接。
5.根据权利要求1至3之一所述的碳纤维电热垫，其特征在于，所述导电片(60)呈正方形或圆形或矩形或菱形或椭圆形。
6.根据权利要求1至3之一所述的碳纤维电热垫，其特征在于，所述碳纤维电热丝(20)包括碳纤维丝束(22)和设置在所述碳纤维丝束(22)表面的导电被覆(21),并且在所述碳纤维电热丝(20)的末端，所述碳纤维丝束(22)通过环绕包覆在其表面的金属连接件(50)与所述电极条(40)导电接触。
7.根据权利要求1至3之一所述的碳纤维电热垫，其特征在于，所述碳纤维丝束(22)是粘胶短纤和/或聚丙烯腈长丝经纺纱后加捻合股编织成的螺旋状绳状物。
8.根据权利要求7所述的碳纤维电热垫，其特征在于，所述螺旋状绳状物加捻的股数范围是3?10股。
9.根据权利要求1至3之一所述的碳纤维电热垫，其特征在于，所述碳纤维电热垫(100)包括两组或两组以上以并联方式连接的碳纤维电热丝(20),并且所述两组或两组以上并联连接的碳纤维电热丝(20)均与所述电极条(40)导电连接。
10.根据权利要求1至3之一所述的碳纤维电热垫，其特征在于，所述碳纤维电热丝(20)呈3型或I型或0型或2型排布，并且所述碳纤维电热丝(20)设置在两块所述绝缘板(10)之间。
【文档编号】H05B3/02GK204180284SQ201420576310
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月3日 优先权日:2014年10月3日
【发明者】陈滨, 王浩, 张雪芳 申请人:北京中科联众科技股份有限公司