本发明涉及一种碳纤维发热体，特别涉及一种柔性片状碳纤维发热体，属于加热材料技术领域。
技术背景
碳纤维由于具有电磁辐射小，电热转化效率高，远红外的保健作用，加热速度快等特点，已经作为发热材料广泛地应用于取暖和加热设备中，其应用最广的是家庭地暖、取暖器和浴霸。
目前，主要采用束丝发热或者碳纤维混抄纸的面状发热体。中国专利200610086660.1公开了一种利用碳纤维制造多功能发热体的方法，将造纸用纸浆和人造纤维制备第一层初纸，用极细碳纤维、造纸用纸浆和人造纤维混合制备第二层初纸，将第一层初纸和第二层初纸叠加形成原纸，之后在第二层初纸的花纹上涂布碳粉混合物，形成发热基体。中国专利201310284007.6公开了一种加热服装的碳纤维发热件，包括碳纤维加热条和布块，布块包括面布块和底布块，面布块与底布块缝合在一起，并形成有一容置空间，碳纤维加热条放于容置空间内。上述发热结构柔性不高，不易洗涤、发热不均，不能应用于对柔性要求较高、对洗涤有一定要求、对发热均匀性要求较高、低电压发热等领域。
技术实现要素：
针对现有的发热体柔软性不足，发热体表面热量积聚，发热不均匀，可洗涤性差的问题，本发明提供了一种柔性片状碳纤维发热体，可作为内嵌发热体广泛用于穿戴设备、服饰、鞋、家纺等领域中。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种柔性片状碳纤维发热体，包括：
采用碳纤维制成的碳纤维毡，所述的碳纤维毡采用聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或黏胶基碳纤维制成，纤维长度为5-200mm，面密度为10-1000g/m2，纤维直径为3-15μm，碳纤维毡通过针刺而成，通过树脂粘结剂乳液后压制形成树脂粘结剂的含量为0.5-5wt.％的柔性碳纤维毡；
固定连接在碳纤维毡两端的金属导体，所述的金属导体是铜膜或镍膜等金属膜，所述的金属膜采用针刺固定连接在碳纤维毡的两端；
金属导体连接导线；
控制温度的热感应装置，所述热感应装置是一个感应温度的控制通断装置，固定于碳纤维毡表面，根据发热体温度需要，可以选择不同温度等级的热感应装置；
固定用纤维布或毡，所述的固定用纤维布或毡固定在碳纤维毡的上下表面，所述固定用的纤维布或毡为有机纤维布或毡，采用缝制或热熔焊接而固定内部的发热元器件。
优选地，所述的碳纤维毡采用聚丙烯腈基碳纤维或黏胶基碳纤维制成。
优选地，所述的碳纤维长度为10-100mm，面密度为50-500g/m2，纤维直径为5-10μm，粘结剂含量为0.7-2wt.％。
优选地，所述的固定用纤维布或毡采用有机纤维制成，更优选采用聚酯纤维。
优选地，所述的固定用纤维布或毡固定方式为超声波焊接。
本发明还提供上述柔性片状碳材料发热体的制备方法，具体步骤如下：
将碳纤维短切后制成碳纤维毡，将碳纤维毡连续通过树脂粘结剂乳液槽，压制后干燥制得成品碳纤维毡，成品碳纤维毡分割成片状，将金属膜针刺固定在碳纤维毡的两端，在电路中串联热感应装置，并将热感应装置放置于碳纤维毡的表面组装得到发热元器件，在发热元器件的上下表面放置纤维布或毡，采用缝制或热熔焊接固定发热元器件，制得柔性片状碳材料发热体。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的柔性片状碳材料发热体，具有良好的可折叠性，形状与尺寸可设计性强；
2、本发明的柔性片状碳材料发热体，将发热碳纤维毡作为夹层，采用纤维布或毡将发热碳纤维毡固定，具有很好的尺寸稳定性，能抵抗拉扯、洗涤和暴晒等，发热碳纤维毡不易断裂，抗拉强度可达到25kgf/m2，撕裂强度达到1200gf/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的90％以上；
3、本发明的柔性片状碳材料发热体，发热碳纤维毡电阻可以设计，发热功率可控性强，适用于低电压条件；
4、本发明的柔性片状碳材料发热体，片状发热体比表面积大，整个面可以向外辐射远红外线，热量容易散发出去，不会导致热量集中带来安全隐患，而且热辐射均匀性好；
5、本发明的柔性碳材料片状发热体，由于整个片材都是电子通道，电流密度及其低，加上碳纤维本身电磁辐射几乎为零，所以对人体毫无伤害；
6、本发明的柔性碳材料片状发热体，由于内置了热感应装置，发热体达到一定温度，该装置就会切断电源，具有非常高的安全性。
附图说明
图1是本发明发热体的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明发热体的结构示意图。如图1所示，本发明的柔性片状碳材料发热体，包括碳纤维毡2，连接碳纤维毡的金属导体3，控制温度的热感应装置4，放置在碳纤维毡上下表面的固定用纤维布或毡1，金属导体连接导线5。
实施例1
将聚丙烯腈基碳纤维按5mm的长度短切，纤维直径为7μm，通过制毡设备制备成10g/m2碳纤维毡，将碳纤维毡连续通过树脂粘结剂乳液槽，控制树脂粘接剂含量为0.5wt％，压制后干燥制成成品碳纤维毡2。用铜膜3针刺固定在碳纤维毡的两端，固定后采用铜线5引出。在电路中串联热感应装置4，热感应装置放置于碳纤维毡的表面，制得发热元器件。在发热元器件的上下表面放置涤纶纤维毡1，采用热熔焊接固定内部的发热元器件，发热功率达到5000w/m2，抗拉强度达到25kgf/m2，撕裂强度达到1200gf/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的90％以上。
实施例2
将实施例1中所述碳纤维按10mm之间的长度短切，通过制毡设备制备成50g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到1500w/m2，抗拉强度为15kgf/m2，撕裂强度达到900gf/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的92％。
实施例3
将实施例1中所述碳纤维按100mm之间的长度短切，通过制毡设备制备成100g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到2000w/m2，抗拉强度为18kgf/m2，撕裂强度达到1000gf/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的95％。
实施例4
将实施例1中所述碳纤维按100mm之间的长度短切，通过制毡设备制备成500g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到3500w/m2，抗拉强度为20kgf/m2，撕裂强度达到1100gf/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的93％。
实施例5
将实施例1中所述碳纤维按200mm之间的长度短切，通过制毡设备制备成1000g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到5000w/m2，抗拉强度为25kgf/m2，撕裂强度达到1200gf/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的94％。
实施例6
将实施例1中所述聚丙烯腈基碳纤维，采用直径为5μm，通过制毡设备制备成50g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到1200w/m2，抗拉强度为16kgf/m2，撕裂强度达到950gf/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的90％。
实施例7
将实施例1中所述聚丙烯腈基碳纤维改为沥青基碳纤维，纤维直径为13μm，通过制毡设备制备成50g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到800w/m2，抗拉强度为17kgf/m2，撕裂强度达到900gf/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的92％。
实施例8
将实施例1中所述聚丙烯腈基碳纤维改为沥青基碳纤维，纤维直径特征值为10μm，通过制毡设备制备成50g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到1000w/m2，抗拉强度为18kgf/m2，撕裂强度达到960gf/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的90％。
实施例9
将实施例1中所述控制树脂粘接剂含量特征值改为0.7wt％，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到1000w/m2，抗拉强度为22kgf/m2，撕裂强度达到1100gf/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的94％。
实施例10
将实施例1中所述控制树脂粘接剂含量特征值改为2wt％，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到900w/m2，抗拉强度为14kgf/m2，撕裂强度达到850gf/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的89％。
实施例11
将实施例1中所述控制树脂粘接剂含量特征值改为5wt％，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到700w/m2，抗拉强度为20kgf/m2，撕裂强度达到1000gf/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的92％。
对比例
市场的碳纤维发热件，模拟正常热洗10000次后，发热功率下降到初始功率的60％，并且部分发热件由于纤维水洗过程中断裂失去发热功能。