远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺的制作方法

文档序号:8027429
专利名称:远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺的制作方法
技术领域
本发明是一种远红外短碳纤维发热元件,特别是远红外碳纤维树脂发热元件及其制造方法。
此前,关于室内取暖、花房、蔬菜大棚的取暖以及用于保健取暖、石油输送等等领域,可以利用碳纤维发热片的课题,提出了多种方案,基本上都是将导电纤维与天然纸浆混抄制成发热导电纸,例如,JP45-32766专利中,就是天然纸浆与碳纤维混抄而成为导电线;而JP49-21242则是天然纸浆与锈钢纤维混抄而成的导电纸。中国专利CN1124907A“导电发热用的碳纤维复合纸及其制造方法”,它是利用丙烯腈碳纤维与纤维素纸浆混合抄纸而制成的。
使用上述技术存在的主要问题是碳纤维或不锈钢纤维在纸浆中极难分散均匀,由于分散不均匀,使制成的发热片上电阻不均匀,温度不一致,所以发热片的面积不能太大,使用时只能将大张裁断、拼接;为使碳纤维分散,以及使碳纤维与纸浆中的植物纤维形成坚固网络,还必须采用添加粘接剂、分散剂的方法,但分散剂、粘接剂的成分会改变发热片的导电性能,影响功率,它的剂量受到限制,仍然不能彻底解决碳纤维在纸浆中不能充分分散的问题。因此发热纸的温度难以控制,当温度设定在100-120℃时,局部温度会过高而引起火灾,也可能局部不热;由于碳纤维纸是易燃的导电纸,更加增了火灾的危险。同时,由于碳纤维遇到温度突然升高,会使其产生氧化,从而降低寿命;另外,现有的碳纤维发热纸使用的电极为银糊铜片,实际作电极的部分发热温度不均匀,而且由于电极的电阻较发热纸上的两电极间的电阻大,电极自身发热容易引起燃烧,而且难以控制。
本发明的目的是提供一种电阻和温度均匀稳定的、质轻而强度优良的远红外短碳纤维树脂发热元件和它的制造方法。按本发明方法制造出来的碳纤维发热片电阻均匀,温度一致而稳定,而且机械强度好,节能、安全,使用寿命得以提高。
本发明的要点是1、它是一种含有短碳纤维6-30%(重量)树脂94-70%和占碳纤维和树脂总量20-40%的添加剂,经混炼、拉伸、压延而成的红外短碳纤维树脂膜片发热元件;2、所含的短碳纤维包括石油基碳纤维、丙烯腈碳纤维、PAN类碳纤维和粘胶碳纤维,以抗张强度200-800kg/cm2的高弹性碳纤维为好;3、所含的树脂包括聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PPE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈乙二烯(ABS)、聚氟乙烯(PVF)、聚四氟乙烯树脂(PTFE)、聚矾(PSU)、聚苯醚(PPO)树脂、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺树脂(尼龙66、尼龙610、尼龙1010)以及ABS/PVC、ABS/PC混合脂,聚苯乙烯树脂(PS)、高耐冲性聚苯乙烯树脂(PEE)、酚醛树脂(PF)、聚乙烯树脂(PE),选其中一种或两种以上;4、所含碳纤维的长度包括碳纤维粉320-400目,和3mm、4mm、5mm、以及6mm、8mm或10mm以下的短碳纤维丝,选用至少有一种或两种以上不同长度的短碳纤维;5、所用添加剂包括远红外发射剂、波段调整剂、波段稳定剂,其中发射剂占添加剂总量的50%,其余两者之和为50%;6、在发热元件上至少备有两个相对配置的糊状电极,该电极包括导电胶泥主电极和敷在主电极上的金属箔片辅助电极;所用的导电胶泥为含银粉或铜粉、铝粉的金属胶泥,所用的金属箔片辅助电极可以是铝箔、铜箔、银箔或锡、银合金箔,锌、铜合金箔;7、短碳纤维树脂膜片分为厚度在150μ以下的膜片和厚度在150μ以上的“无纺布”及厚度在50μ以上的“膜”;8、制造树脂发热元件的工艺方法是将至少两种以上不同长度的碳纤维经碱法蒸煮、钝化处理成为远红外碳纤维,将远红外碳纤维按碳纤维6-30%、树脂94-70%(重量比)的比例加入到树脂中混合,在常规塑料加工条件下进行混炼、挤压成条、切割造粒,再压延、拉伸或吹塑成要求厚度的“膜”、“片”或“无纺布”,将布成的“膜”、“片”、“无纺布”裁成规定的尺寸,涂上主电极—含银胶泥,再贴上辅助电极—金属箔片,再将以上半成品附于两块绝缘树脂板中间进行热压,即成为成品。
也可将半成品夹在两块橡胶板之间进行热压成为柔性发热元件成品。
本发明与现有电热类产品相比有以下特点1、由于本发明采用远红外化的短碳纤维为发热材料,并加入了远红外辐射材料,其发热原理是当外介电子进入后,引发激励条件下,电子的布朗运动,相互撞击和磨擦,形成多种发热效果,使温度提高;同时由于远红外辐射材料的作用,随温度提高而增加远红外线的辐射能量,引起受热物体的分子或原子产生共振,从而使物体发热,由此可见,远红外辐射材料可以明显提高发热程度。因此同等条件下,它的节能效果明显同电阻丝发热材料相比,节能大于40-50%,热能换率达99%以上。
2、由于使用树脂做介质,碳纤维在树脂中的分散性较在纸浆中好的多,不需添加粘结剂、分散剂等,中长度的碳纤维与树脂就可以构成坚固的网络结构,而且电阻均匀,温度均衡,恒定,因此在耗电相同的情况下,可以获得较高的温度。而且由于温度均衡使额定温度的范围得以扩大,可以设计有中温、高温的不同规格,因此适用各种需用场合。
3、由于所用介质为具有柔性的树脂,可以制成不同程度的发热膜片,或者各种异型电热元件及复杂的面状发热元件,具有使用上的灵活性且刚性极好。
4、安装应用不受环境限制,可设置在地下,墙面,亦可埋敷或裸露,还可浸于水中。室内的天棚、地面、墙面均可安装,可以设置在受热物体的最近处,从而获得最好的节能效果。
5、由于在主电极上敷设辅助电极,使电极不易烧坏,使用寿命大大延长,可保证30年。
本发明的细节通过以下实施例及其附图
给出实施例1取经远红外化的丙烯腈碳纤维1mm和2mm共25g、树脂(尼龙66和尼龙1010)940g一起投入小型搅拌机中搅拌,按常规塑料加工方法进行热压、挤条、造粒,使碳纤维在树脂中充分分散,再加入长度为4mm、6mm的碳纤维25g、碳素粉10g,以及发射剂100g、波段调整剂50g、波段稳定剂50g,再次搅拌、热压、挤条、造粒,然后经拉伸机进行拉膜成需要的厚度的膜片。膜片切成1030mm×610mm和1200mm×300mm或1030mm×300mm、1200mm×610mm,将各片对边两侧涂上含银胶泥,再贴上作辅助电极的金属箔片。金属箔片的面积是按发热元件的功率计算出来后,再加上70%的安全系数。这样就制成了树脂发热元件。测定发热元件的电阻,求其面积的比电阻率,然后将发热元件附于两块绝缘树脂板中间进行热压,即成为成品电热板。
实施例2远红外化的1mm和2mm短碳纤维90g、树脂800g,一起投入小型搅拌机中搅拌,按常规塑料加工方法进行热压、挤条、造粒,使碳纤维充分分散,再加入长度为4mm、8mm的短碳纤维100g、碳素粉10g,以及占添;加碳纤维和树脂总量30%的添加剂,包括发射剂123g、波段调整剂123g、波段稳定剂27g,再次进行混合、热压、挤条、造粒,然后经拉伸机进行拉膜、切片,涂金属胶泥,贴金属箔片,再测定、绝缘等密封成成品。
实施例3碳纤维经红外化以后,总计290g(包括各种长度)、碳素粉10g、树脂700g、添加剂400g(发射剂200g、波段稳定剂150g、波段调整剂50g),工艺过程同前例,将制成的发热元件夹在橡胶板中热压,进行绝缘密封。
本发明所使用的发射剂、波段调整剂、波段稳定剂成分及碳纤维红外化处理工艺与CN00123359.9“红外线发热纸及其生产方法”中公开的内容相同。
权利要求
1.远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺,其特征是它是一种含有短碳纤维6-30%(重量)树脂94-70%和占碳纤维和树脂总量20-50%的添加剂,经混炼、拉伸、压延而成的红外短碳纤维树脂膜片发热元件。
2.根据权利要求1所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺,其特征是所含的短碳纤维包括石油基碳纤维、丙烯腈碳纤维、PAN类碳纤维和粘胶碳纤维,以抗张强度200-800kg/cm2的高弹性碳纤维为好。
3.根据权利要求1所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺,其特征是所含的树脂包括聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PPE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈乙二烯(ABS)、聚氟乙烯(PVF)、聚四氟乙烯树脂(PTFE)、聚矾(PSU)、聚苯醚(PPO)树脂、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺树脂(尼龙66、尼龙610、尼龙1010)以及ABS/PVC、ABS/PC混合脂,聚苯乙烯树脂(PS)、高耐冲性聚苯乙烯树脂(PEE)、酚醛树脂(PF)、聚乙烯树脂(PE),选其中一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺,其特征是所含碳纤维的长度包括碳纤维粉320-400目,和3mm、4mm、5mm、以及6mm、8mm或10mm以下的短碳纤维丝,选用至少有一种或两种以上不同长度的短碳纤维。
5.根据权利要求1所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺,其特征是所用添加剂包括远红外发射剂、波段调整剂、波段稳定剂,其中发射剂占添加剂总量的50%,其余两者之和为50%。
6.根据权利要求1所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺,其特征是在发热元件上至少备有两个相对配置的糊状电极,该电极包括导电胶泥主电极和敷在主电极上的金属箔片辅助电极;所用的导电胶泥为含银粉或铜粉、铝粉的金属胶泥,所用的金属箔片辅助电极可以是铝箔、铜箔、银箔或En、Cu锡、银合金箔,锌、铜合金箔。
7.根据权利要求1所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺,其特征是短碳纤维树脂膜片分为厚度在150μ以下的膜片和厚度在150μ以上的“无纺布”及厚度在50μ以上的“膜”。
8.远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺,其特征是制造树脂发热元件的工艺方法是将至少两种以上不同长度的碳纤维经碱法蒸煮、钝化处理成为远红外碳纤维,将远红外碳纤维按碳纤维6-30%、树脂94-70%(重量比)的比例加入到树脂中混合,在常规塑料加工条件下进行混炼、挤压成条、切割造粒,再压延、拉伸或吹塑成要求厚度的“膜”、“片”或“无纺布”,将布成的“膜”、“片”、“无纺布”裁成规定的尺寸,涂上主电极—含银胶泥,再贴上辅助电极—金属箔片,再将以上半成品附于两块绝缘树脂板中间进行热压,即成为成品。
9.根据权利要求2所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺,其特征是也可将半成品夹在两块橡胶板之间进行热压成为柔性发热元件成品。
全文摘要
本发明是一种远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺,它是一处将短碳纤维混入树脂中经混炼、拉伸、压延而成的远红外碳纤维树脂膜、片、无纺布,再经粘涂电极、密封压合而成的电热元件,它节能效果明显、温度均匀,使用温度范围大;增加辅助电极,防止了电极过热,使用寿命延长;同时安装环境不受限制,可以制成各种形状,可以方便地装在顶棚、地面、墙壁,甚至水下,距受热物质量近处,从而获得最好节能效果。
文档编号H05B3/20GK1356855SQ0113341
公开日2002年7月3日 申请日期2001年11月6日 优先权日2001年11月6日
发明者刘磊, 刘玉珍, 张忠国, 高敏, 刘立志 申请人:刘磊
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