专利名称：低温辐射碳纤维电热膜及其制备方法
技术领域：
本发明属于导电发热材料技术领域，更具体的说涉及一种可导电的低温辐射碳纤维电热膜及其制备方法。
现有技术中，碳纤维导电发热面状材料，基本上是以碳纤维为导电材料，以工业造纸纸浆为基体，通过分散剂处理和混合，使碳纤维均匀散布在纸浆中，而成为面状导电发热的碳纤维纸。由于碳纤维依附于纸基体上，并且制造中间环节多，产品最终电阻率的控制较难把握，通常即使在同一批导电纸中，电阻率的分布也不均匀，误差在20％很普遍，另外由于碳纤维掺杂在工业纸浆中，工业纸浆中所含的各种杂质会不同程度的影响整体导电纸的导电发热效率及质量，一般碳纤维导电纸电热转换率在实际应用中常为95％以下，较难达到99％以上的数值。
另外，由于碳纤维纸本身重量的60％-98％是纸浆，虽然通过材料的复合，其性能有所改善，但仍存在易燃、易腐蚀，不耐潮湿等等潜在缺陷。
本发明的目的在于提供一种新型的电热薄膜材料，更具体地说是提供一种直接将导电碳纤维均匀沉降、散布并粘附在绝缘薄膜上，而形成的更高效率导电发热的碳纤维电热膜。
本发明的另一目的是提供一种制备本发明的低温辐射碳纤维电热膜的制备方法。
本发明的低温辐射碳纤维电热膜是以碳纤维通过均匀沉降在浸渍绝缘胶的绝缘薄膜上形成，然后通过与预先粘附金属电极的浸胶绝缘薄膜及另一浸渍胶的绝缘薄膜复合而成，再经过热辊或热压固化制得。
本发明的低温辐射碳纤维电热膜，其碳纤维采用聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维和纤维素基碳纤维，其中聚丙烯腈基碳纤维为优选种类。
本发明的低温辐射碳纤维电热膜，其薄膜材料可采用具备绝缘性能的玻纤布，无纺布及环氧树脂，聚酰亚胺树脂，酚醛树脂，不饱和聚酯，聚氨酯，苯酚树脂，密胺树脂，呋喃树脂热固性树脂薄膜或聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚乙烯，尼龙，聚乙烯醇，ABS热塑性树脂薄膜制成。
本发明的低温辐射碳纤维电热膜，其用于粘附碳纤维的绝缘胶可采用环氧树脂，聚酰亚胺树脂，酚醛树脂，不饱和聚酯，聚氨酯，苯酚树脂，密胺树脂，呋喃树脂热固性树脂薄膜或聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚乙烯，尼龙，聚乙烯醇，ABS热塑性树脂薄膜制成。
本发明的低温辐射碳纤维电热膜，其电阻率主要由三个方面因素影响1选用的碳纤维种类
2碳纤维的长度3碳纤维的分布密度在选定碳纤维和确定长度后，只需在沉降过程中控制碳纤维分布密度即可控制导电薄膜的电阻率。
碳纤维的长度宜选择在1-18mm，其中以2-12mm为优选范围。
碳纤维的分布密度选择在0.2～4毫克/平方厘米，以0.3～3毫克/平方厘米为优选分布密度。在振动沉降量稳定后，主要由薄膜的移动速度来决定。
实际生产中由控制辊轴的转速来控制。
本发明的低温辐射碳纤维电热膜与碳纤维纸相比具有以下优点1、电热转换效率更高由于本发明的低温辐射碳纤维电热膜由纯粹的碳纤维直接构成导电通路，形成面状发热体，而没有碳纤维纸中纸浆杂质的干扰影响，其电热转换效率更高，可比碳纤维纸提高5％-10％，达到99％以上。更加节能。
2、综合性能更高由于没有纸浆成分，本发明的低温辐射碳纤维电热膜有更良好的防火，耐潮湿，耐腐蚀性能，热稳定性也更好，有更长的使用寿命。
3、成本更低廉本发明的低温辐射碳纤维电热膜将碳纤维纸的大部分工序省略，其生产费用至少下降10％-25％，有更强的价格竞争力。
本发明的低温辐射碳纤维电热膜的制备方法包括碳纤维的加工，绝缘胶的浸渍，刮胶，碳纤维的均匀沉降，碳纤维粘附在薄膜上，与带金属电极的薄膜复合，热辊或热压固化，收卷，验收，成品包装。
其具体加工过程如下1.选用聚丙烯晴碳纤维、沥青基碳纤维或人造纤维基碳纤维，将长丝切短至1-18mm，考虑到沉降需要及导电电阻率需要，以2-12mm为最优选择。
2.将碳纤维装入振动器中，通过振动可使切短碳纤维不断连续通过金属细孔振动筛均匀沉降下来。
3.辊轴上绝缘薄膜进入胶容器进行浸渍处理。
4.通过刮刀将薄膜上胶液刮至较薄，并使之成粘性状态。
5.薄膜通过碳纤维沉降区，碳纤维自然沉降于薄膜上，并被粘附在其上。
6.另一条辊线上，绝缘薄膜浸胶，刮刀刮胶。
7.另一条辊线上，绝缘薄膜浸胶后，两端被粘附金属箔电极或印刷导电浆料电极。
8.粘附有碳纤维的薄膜被剪切成定长薄膜段，并形成固定间距。
9.粘负有碳纤维的薄膜与上面覆有电极的薄膜及下面涂胶薄膜辊压复合。
10.加压加热固化。
11.收卷12.检验13.覆金属箔14.印刷标志线15.成品包装本发明的低温辐射碳纤维电热膜，其制备工艺简洁，效率很高，适合于大工业、大批量生产。同时在生产中可以通过适时调整辊轴速度，可在不同长度段生产出不同电阻率的产品，也就是说可在同一批薄膜上分段生产出不同电阻率产品，在满足了小批量订单的同时又能做到规模化生产，生产灵活机动，生产成本大幅降低，这是碳纤维纸生产工艺所无法比拟的。
另外，由于碳纤维的分布密度在生产中可以直接进行直观的准确调整，其电阻率的控制相对于碳纤维纸的生产工艺要精确和简便。
可以直接利用现有SMC生产线，经过简单改造即可形成本发明的低温辐射碳纤维电热膜生产线。
以下通过实施例1来进一步说明本发明的低温辐射碳纤维电热膜构造图2为本实施例的低温辐射碳纤维电热膜剖面图。
图3为本实施例的低温辐射碳纤维电热膜制备方法流程图。
本实施例的低温辐射碳纤维电热膜由两端覆有金属电极2的上层绝缘膜1，粘附有碳纤维层6的导电薄膜5，及下层绝缘薄膜4和金属反射箔3复合而成。
绝缘薄膜浸渍胶后，表面粘附通过沉降均匀分布的3、4mm长度短碳纤维层6，形成可导电的面状发热体导电薄膜5。导电薄膜5表面复合带有金属电极2的绝缘薄膜1，下表面复合绝缘薄膜4及金属反射箔3。
本实施例的低温辐射碳纤维电热膜，其复合层中的绝缘薄膜1，4，5均采用玻纤布，浸渍的绝缘胶为环氧树脂。电极2采用铜箔。反射金属箔3采用铝箔。
本实施例的低温辐射碳纤维电热膜，其短碳纤维层采用聚丙烯晴碳纤维。
本实施例的低温辐射碳纤维电热膜，其中的导电薄膜5不连续并间隔均等的排列，其在复合层中的空档由印刷际示线7在空档中距标示。
下面通过实施例2来说明本实施例的低温辐射碳纤维电热膜制备方法。
选择电阻率为16uΩm聚丙烯晴碳纤维，将其用剪切机切断至3～4mm的长度，装入振动筛中。试调整沉降量及辊轴速度使其沉降分布密度控制在1.30～1.45毫克/平方厘米。
浸渍过环氧树脂的玻纤布通过密闭的沉降区，碳纤维均匀的沉降在玻纤布上，并被粘附。
通过辊压，粘附碳纤维的玻纤布与另外辊线上的两端敷有铜箔电极的玻纤布及浸渍过环氧树脂的玻纤布复合，复合层经过120度高温热压，固化后成为导电薄膜。
经检验其电阻率为3.9Ωcm。通以220v电压，功率密度为0.09w/平方厘米。环境温度为16度，表面温度为65度。
权利要求
1一种低温辐射碳纤维电热膜由两端覆有金属电极(2)的上层绝缘膜(1)，粘附有碳纤维层(6)的导电薄膜(5)，及下层绝缘薄膜(4)和金属反射箔(3)复合而成。
2根据权利1要求所述的低温辐射碳纤维电热膜，其特征在于其所述碳纤维选用聚丙烯腈基碳纤维，沥青基碳，其特征在于该电热膜中的碳纤维层是由导电碳纤维均匀的沉降并粘附在浸渍绝缘胶的绝缘薄膜上形成的。
3根据权利1要求所述的低温辐射碳纤维电热膜，其特征在于其所述碳纤维选用聚丙烯腈基碳纤维，沥青基碳纤维和纤维素基碳纤维中的一种。
4根据权利1要求所述的低温辐射碳纤维电热膜，其特征在于其所述碳纤维是聚丙烯腈基碳纤维(PAN)。
5根据权利1要求所述的低温辐射碳纤维电热膜，其特征在于其所述的绝缘薄膜由具备绝缘性能的玻纤布，无纺布及环氧树脂，聚酰亚胺树脂，酚醛树脂，不饱和聚酯，聚氨酯，苯酚树脂，密胺树脂，呋喃树脂热固性树脂薄膜或聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚乙烯，尼龙，聚乙烯醇，ABS热塑性树脂薄膜制成。
6根据权利1要求所述的低温辐射碳纤维电热膜，其特征在于其所浸渍胶为环氧树脂，聚酰亚胺树脂，酚醛树脂，不饱和聚酯，聚氨酯，苯酚树脂，密胺树脂，呋喃树脂或聚丙烯制成。
7根据权利1要求所述的低温辐射碳纤维电热膜，其特征在于其所述碳纤维在绝缘薄膜上的分布密度为0.2～4毫克/平方厘米，以0.3～3毫克/平方厘米为优选分布密度。
8根据权利1要求所述的低温辐射碳纤维电热膜，其特征在于其所述碳纤维长度为2～18mm，以2～12mm为最优选择。
9一种低温辐射碳纤维电热膜的制备方法，其包括以下步骤1选用聚丙烯晴碳纤维、沥青基碳纤维或纤维素基碳纤维，将长丝切短至1～18mm，考虑到沉降需要及导电电阻率需要，以2～12mm为最优选择。2将碳纤维装入振动器中，通过振动可使切短碳纤维不断连续通过金属细孔振动筛均匀沉降下来。3辊轴上绝缘薄膜进入胶容器进行浸渍处理。4通过刮刀将薄膜上胶液刮至较薄，并使之成粘性状态。5薄膜通过碳纤维沉降区，碳纤维自然沉降于薄膜上，并被粘附在其上。6另一条辊线上，绝缘薄膜浸胶，刮刀刮胶。7另一条辊线上，绝缘薄膜浸胶后，两端被粘附金属箔电极或印刷导电浆料电极。8粘附有碳纤维的薄膜被剪切成定长薄膜段，并形成固定间距。9粘负有碳纤维的薄膜与上面覆有电极的薄膜及下面涂胶薄膜辊压复合。10加热加压进行固化。11收卷12检验13覆金属箔14印刷标志线15成品包装
10根据权利要求1至8所述的低温辐射碳纤维电热膜用于民用，工业或农业供暖，加热，保温装置或设备上。
11根据权利要求1至8的低温辐射碳纤维电热膜，其中的导电薄膜不连续并间隔均等的排列，其在复合层中的空档由印刷标示线在空档中距标示。
全文摘要
本发明涉及一种低温辐射碳纤维电热膜及其制备方法,电热膜由两端覆有金属电极的上层绝缘薄膜,粘￡附有碳纤维层的导电薄膜,及下层绝缘薄膜和金属反射箔复合而成。其制备方法有以下步骤:选择适当电阻率的碳纤维,将其切断至合适的长度,装入振动筛中。试调整沉降量及辊轴速度使其沉降分布密度控制在预定密度。浸渍过的薄膜通过密闭的沉降区,碳纤维均匀的沉降在薄膜上,并被粘附。通过辊压,粘附碳纤维的薄膜与另一条辊线上的两端敷有电极的薄膜复合。复合薄膜经过热压固化后成为导电薄膜。本发明的低温辐射碳纤维电热膜相对于碳纤维纸电热转换效率更高,综合性能更高,成本更低廉。制备工艺简洁,效率高,在满足了小批量订单的同时又能做到规模化生产。
文档编号H05B3/34GK1338885SQ0012158
公开日2002年3月6日 申请日期2000年8月14日 优先权日2000年8月14日
发明者姚雪雷 申请人:姚雪雷