一种碳纤维电热管的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种碳纤维电热管(100)，其包括石英管(101)、碳纤维发热体(102)、连接片(103)、电源导线(104)，其特征在于，所述碳纤维发热体(102)是由螺旋状的碳纤维管构成，并且所述碳纤维管包括多股彼此交错编织的碳纤维丝束(105)。本实用新型的碳纤维电热管电阻可调、热辐射面积大、表面温度均匀。本实用新型的碳纤维发热体强度高，寿命长。
【专利说明】 一种碳纤维电热管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种碳纤维发热元件，尤其涉及一种碳纤维电热管。
【背景技术】
[0002]碳纤维以其优异的远红外热辐射特性越来越多地应用在加热、取暖方面。碳纤维发热体绿色环保，并且能够产生对人体健康有益的远红外波，因此越来越受到人们的喜爱，具有广阔的发展前景。
[0003]目前，碳纤维电热管是市面上比价常见的碳纤维发热元件。碳纤维电热管的特点是以碳纤维长丝作为发热体，以石英玻璃管为外壳的电热管，通常使用的适应玻璃管的管径为Φ10_, Φ 12mm, Φ 14mm, Φ 16mm, Φ 18mm等。碳纤维丝为非金属丝,一般为聚丙烯腈长丝，常用规格为I?24K碳纤维。碳纤维材质柔软，一般都是通过将碳纤维缠绕固定在管状的支撑体上加以固定(一般支撑体为Φ 5mm, Φ6mm, Φ 7mm, Φ8mm等石英玻璃管)。这使得加工工艺复杂、加工成本高、成品率低，并且在运输过程中一旦支撑体破损便使得整个产品报废。
[0004]除此之外，碳纤维的电阻值随规格而固定，只有通过长度调整电阻值，调整范围有限，限制其应用范围。
[0005]面对上述问题，中国专利CN 101102625 B和CN 2938680 Y分别公开了一种红外线发热管用碳纤维发热体的生产方法和一种新型碳纤维电热管。其均是将碳纤维纺纱、合股、制绳编织成螺旋状碳纤维织物，并将其浸溃一层定型树脂层，并通过在生产时调节碳纤维的股数来调节碳纤维发热体的电阻值。该方法在调节碳纤维电阻方面取得了进步，通过调整碳纤维合股股数，可以增大其电阻范围，克服了碳纤维应用的局限性。但是，该方法的碳纤维编织方式是形成编织带的方式，编织宽度有限，若一味增大宽度会直接导致产品结构的增大，对于小器件大功率的碳纤维电暖装置不适用。并且带状的碳纤维其强度不高，在扭转成螺旋状时容易折断。随着工作时间的延长可能会出现发热体下垂的现象，使得发热体与石英管内壁接触，在局部产生过高温度而损坏石英管。
实用新型内容
[0006]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电阻可调、强度高、韧性好、表面温度均匀的碳纤维电热管。具体方案如下:
[0007]本实用新型的碳纤维电热管，所述碳纤维电热管包括石英管、碳纤维发热体、连接片和电源导线，其特征在于，所述碳纤维发热体呈螺旋状地设置在所述石英管内，并且所述碳纤维发热体是一层或多层碳纤维丝束彼此交错形成的三维管状结构。
[0008]根据一个优选实施方式，所述碳纤维丝束包括径向碳纤维丝束和纬向碳纤维丝束，所述纬向碳纤维丝束呈螺旋状排列，所述径向碳纤维丝束沿碳纤维发热体的轴向穿插在所述纬向碳纤维丝束之间，从而形成具有三维管状结构的碳纤维发热体。
[0009]根据一个优选实施方式，所述碳纤维丝束包括第一碳纤维丝束和第二碳纤维丝束，所述第一碳纤维丝束和所述第二碳纤维丝束以彼此呈反方向螺旋缠绕的方式编织，并且所述第一碳纤维丝束和所述第二碳纤维丝束之间呈30?90度的夹角。
[0010]根据一个优选实施方式，所述石英管表面设有一层耐高温涂层。
[0011]根据一个优选实施方式，所述碳纤维丝束是以加捻方式成型的。
[0012]根据一个优选实施方式，所述碳纤维发热体的表面浸溃有定型树脂层。
[0013]根据一个优选实施方式，所述碳纤维丝束是聚丙烯腈长丝和/或粘胶基短纤维。
[0014]根据一个优选实施方式，由粘胶基短纤维形成的碳纤维丝束，其长度范围在50?200mm之间。
[0015]根据一个优选实施方式，所述碳纤维丝束加捻合股的股数范围是3?10股。
[0016]根据一个优选实施方式，所述碳纤维丝束编织形成所述碳纤维管的股数范围是20?90股。
[0017]根据一个优选实施方式，所述碳纤维发热体的两端通过所述连接片与所述电源导线导电连接。
[0018]本实用新型的碳纤维发热体是由碳纤维丝束交错编织而成的管状结构，和编织带状的碳纤维发热体相比具有更高的强度、能够调节的电阻值范围更大、碳纤维发热体的热辐射面积更大，同时其表面温度更加均匀。本实用新型的石英管外部涂覆有一层耐高温涂层，大大增强了短波红外线的热效应，更有效的利用红外线辐射，提高红外线输出，使得红外线强度更高，从而更加节能。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的碳纤维电热管的结构示意图；
[0020]图2是本实用新型的碳纤维电热管的剖视图；
[0021]图3是本实用新型的碳纤维电热管的碳纤维发热体的剖视图；
[0022]图4是本实用新型的碳纤维电热管的碳纤维管的结构图；
[0023]图5是本实用新型的碳纤维电热管的碳纤维管的结构图；
[0024]图6是本实用新型的碳纤维电热管的碳纤维管的俯视图；和
[0025]图7是本实用新型的碳纤维电热管的碳纤维管的局部图。
[0026]附图标记列表
[0027]100:碳纤维电热管 101:石英管 102:碳纤维发热体
[0028]103:连接片104:电源导线105:碳纤维丝束
[0029]105a:径向碳纤维丝束105b:讳向碳纤维丝束
[0030]105c:第一碳纤维丝束105d:第二碳纤维丝束
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图具体说明本实用新型。
[0032]图1示出了本实用新型的碳纤维电热管100。碳纤维电热管100包括石英管101、碳纤维发热体102、连接片103和电源导线104。碳纤维发热体102呈螺旋状地设置在石英管101内。碳纤维发热体102是一层或多层碳纤维丝束105彼此交错形成的三维管状结构。
[0033]图4示出了本实用新型碳纤维发热体102的一个优选实施例。如图4所示，碳纤维丝束105包括径向碳纤维丝束105a和纬向碳纤维丝束105b。纬向碳纤维丝束105b呈螺旋状排列。相邻的两束径向碳纤维丝束105a或纬向碳纤维丝束105b之间可以留有间隙。径向碳纤维丝束105a沿碳纤维发热体102的轴向穿插在讳向碳纤维丝束105b之间，从而形成具有三维管状结构的碳纤维发热体102。
[0034]图5示出了本实用新型碳纤维发热体102的另一个优选实施例。如图5所示，碳纤维丝束105包括第一碳纤维丝束105c和第二碳纤维丝束105d。第一碳纤维丝束105c和第二碳纤维丝束105d以彼此呈反方向螺旋缠绕的方式编织。第一碳纤维丝束105c和第二碳纤维丝束105d之间呈30?90度的夹角。优选夹角为:30度、45度、60度和90度。图5示出了呈90度夹角缠绕的实施例，按照图5所示的编织方式，本领域技术人员应该容易想到30度、45度和60度以及其他角度的编织方式。
[0035]图3是碳纤维发热体的剖视图。碳纤维丝束105彼此交错缠绕，编织成管状的碳纤维结构。在同样的尺寸条件下，管状的碳纤维发热体比带状的碳纤维发热体具有更多股的碳纤维丝束，能够提供更大的电阻值范围和热辐射面积，并且其强度更高，从而使得碳纤维电热管的使用寿命更长。
[0036]根据一个图中未出示的优选实施方案，石英管101表面设有耐高温涂层。确切地说，石英管101的管壁表面涂覆有一层耐高温远红外涂层。该涂层是由纯无机化合物制备而成的，如纳米陶瓷空心微珠。本实用新型的耐高温涂层附着力好、坚硬、不开裂、不起泡，同时无有机气体挥发，环保无污染。耐高温远红外涂层能够大大增强红外线的热效应，提高热辐射效率，节能，从而能够延长石英管的使用寿命。
[0037]根据一个优选实施方式，碳纤维丝束105是以加捻方式成型的。加捻后的碳纤维丝束能够有效提高碳纤维管的强度，避免在加工成碳纤维发热体102的过程中被折断，从而能够有效降低报废率、提高生产效率。并且经加捻的碳纤维丝束合股编织成的碳纤维管在形成螺旋状的碳纤维发热体时，碳纤维丝束不易松散，使得碳纤维发热体的结构更加稳定和牢固，长时间维持稳定，碳纤维发热体不下垂。
[0038]根据图中未出不的一个优选实施方案，碳纤维发热体102的表面浸溃有定型树脂层，以确保碳纤维发热体102呈稳定的螺旋状态。该定型树脂层是由液体酚醛树脂和酒精的混合液固化烧结而成的。
[0039]根据一个优选实施方式，碳纤维丝束105可以是聚丙烯腈长丝纤维、粘胶基短纤维或者二者的混合体。
[0040]根据一个优选实施方式，由粘胶基短纤维形成的碳纤维丝束105，其长度范围在50?200mm之间。
[0041]根据一个优选实施方式，碳纤维丝束105加捻合股的股数范围是3?10股。
[0042]根据一个优选实施方式，碳纤维丝束105编织形成碳纤维管的股数范围是20?90股。
[0043]根据一个优选实施方式，石英管101内充有惰性气体。
[0044]实施例
[0045]本实用新型的碳纤维电热管主要通过以下步骤形成:
[0046]步骤一:将多股加捻的碳纤维丝加捻合股成碳纤维丝束；
[0047]步骤二:通过步骤I形成的多股碳纤维丝束编织成空心结构的碳纤维管，如图4或图5所示的一个优选实施例，整体上，碳纤维管是由多股碳纤维丝束彼此交错编织而成，个体上，每股碳纤维丝束沿管体呈螺旋形式与其他碳纤维丝束缠绕；
[0048]步骤三:将空心的碳纤维管螺旋缠绕在圆柱状的支撑体上；
[0049]步骤四:将缠绕有碳纤维管的支撑体浸溃在用于定型的液体中，该液体可以是酚酸树脂与酒精的混合液，也可以是环氧树脂、聚乙烯醇树脂或者呋喃树脂；
[0050]步骤五:待浸溃有定型树脂层的碳纤维管成型后，使其在惰性气氛或真空环境下烧结成型，然后取下支撑体，便得到本实用新型的碳纤维发热体。
[0051]值得说明的是，真空烧结时，本实用新型的碳纤维发热体是在真空炉下烧结成型的，并采用逐渐升温加热的方式，升温速率控制在120?140°C /分钟，烧结温度为2100?2400。。。
[0052]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】
1.一种碳纤维电热管，所述碳纤维电热管(100)包括石英管(101)、碳纤维发热体(102)、连接片(103)和电源导线(104)，其特征在于，所述碳纤维发热体(102)呈螺旋状地设置在所述石英管(101)内，并且所述碳纤维发热体(102)是一层或多层碳纤维丝束(105)彼此交错形成的三维管状结构。
2.如权利要求1所述的碳纤维电热管，其特征在于，所述碳纤维丝束(105)包括径向碳纤维丝束(105a)和纬向碳纤维丝束(105b)，所述纬向碳纤维丝束(105b)呈螺旋状排列，所述径向碳纤维丝束(105a)沿碳纤维发热体(102)的轴向穿插在所述纬向碳纤维丝束(105b)之间，从而形成具有三维管状结构的碳纤维发热体(102)。
3.如权利要求1所述的碳纤维电热管，其特征在于，所述碳纤维丝束(105)包括第一碳纤维丝束(105c)和第二碳纤维丝束(105d)，所述第一碳纤维丝束(105c)和所述第二碳纤维丝束(105d)以彼此呈反方向螺旋缠绕的方式编织，并且所述第一碳纤维丝束(105c)和所述第二碳纤维丝束(105d)之间呈30?90度的夹角。
4.如权利要求2或3所述的碳纤维电热管，其特征在于，所述石英管(101)表面设有耐高温涂层。
5.如权利要求4所述的碳纤维电热管，其特征在于，所述碳纤维丝束(105)是以加捻方式成型的。
6.如权利要求5所述的碳纤维电热管，其特征在于，所述碳纤维发热体(102)的表面浸溃有定型树脂层。
7.如权利要求6所述的碳纤维电热管，其特征在于，由粘胶基短纤维形成的碳纤维丝束(105)，其长度范围在50?200mm之间。
8.如权利要求7所述的碳纤维电热管，其特征在于，所述碳纤维丝束(105)加捻合股的股数范围是3?10股。
9.如权利要求8所述的碳纤维电热管，其特征在于，所述碳纤维丝束(105)编织形成所述碳纤维管的股数范围是20?90股。
10.如权利要求9所述的碳纤维电热管，其特征在于，所述碳纤维发热体(102)的两端通过所述连接片(103)与所述电源导线(104)导电连接。
【文档编号】H05B3/44GK204069386SQ201420576383
【公开日】2014年12月31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