专利名称：一种远红外辐射电热片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电加热装置及其制备方法。
背景技术：
传统的远红外发热元件一般采用金属电阻丝、合金丝、PTC电热膜等加热元件，金属、合金或电热膜的发热元件都为金属元素、氧化物等，其通电发热时，通过对流或传导方式进行热传递，发热效率较低，使用寿命短。
以碳为主体的发热元件，如碳纤维发热元件，其主要的电热转换为远红外辐射传热，热效率很高，有效热效率超过了95％，因此国内外开发了以碳纤维为发热元件的各种电加热装置。如中国专利00123999.6公开了一种碳纤维远红外电热板，其发热体采用导电碳纤维层；中国专利96122545.9公开了一种远红外辐射体，以及中国专利CN 1062408C，CN 1209719A，CN 2355648Y等其主体材料也是碳纤维。日本专利特公昭51-3098号，特开昭60-107288号，特开昭62-281293号，美国专利第5,459,327号等，利用碳纤维及有机化合物辐射远红外辐射线的加热体，但一般以树脂作为绝缘层，形成刚性或半刚性的发热片或板，且使用的电压为220V或110V。在作为柔性或软体发热元件使用，或使用安全电压或充电电池使用时，则存在明显的缺点。中国专利01270075.4公开了一种穿戴用品的发热装置，其发热材料是采用耐热绝缘层包覆的细密碳纤维，通过在片状物上弯曲缠绕发热线，实际中难以控制发热装置的电阻稳定性，容易引起发热元件的打火或者发热部分过热，且存在加工成本高等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种电加热装置及其制备方法，具体地说，是一种安全健康的远红外辐射电热片及其制备方法。本发明基于碳纤维的导电性和远红外辐射性能，克服现有加热元件技术使用安全性的不足，提供一种具有柔性和软体结构、高热效率、远红外辐射发热、长使用寿命、低成本加工的新型电热装置。
为实现上述目的，本发明采取以下方案本发明所述的远红外辐射电热片包括远红外布层、上下基布层、碳纤维发热层、加强纺粘布层、电极及电源；碳纤维发热层为按设计的单元电阻的串并联组合的面发热体，其它为不发热部分；各部分以缝制和/或压合方式组合为一整体。
所述的碳纤维发热层是以碳材料组成的碳纤维毡、碳纤维布、碳纤维丝、石墨纤维毡、石墨纤维布、碳纤维纸之一或其组合。
上下基布层的材料是天然或化学纤维布、毡、毯、无纺纸之一或其组合。上下基布层的材料还可以是塑料、纤维和/或橡胶的薄膜、布、片材之一或其组合。
所述的远红外布层的材料为含远红外陶瓷粉的纤维布、远红外陶瓷粉涂层布层之一或其组合。
所述的加强纺粘布层的材料为纺粘无纺布、无纺纤维网布之一种或其组合。
所述的电极由镀锡或镀银的铜丝束、片之一或其组合。这些束和片编排成多股线束和/或网格。
所述的电源为充电和/或干电池、0-54V的安全电压调压器、0-54V的电瓶。
以上所述远红外辐射电热片的制备方法，包括下列工艺步骤a.根据所设计电热片的使用电压和发热功率，确定碳纤维发热层单元电阻的几何尺寸，裁剪、制备发热元件，并设计串并联的结构和电路图；b.将镀锡或镀银的铜丝束和/或片编排成直形或S形的多股线束和/或网格，用缝制和/或压合方法预成型在加强纺粘布层上，留出与电源连接的电极引线，再与电源的接线端子或插孔卡接为一体，且接头放置在电热片内；c.按步骤a设计的线路，确定电极的串并联方式，用步骤b制备的电极铺设在碳纤维发热层上，再将加强纺粘布层用缝制和/或压合方法成型碳纤维发热层和电极组合面层；d.从下至上依次铺放上基布层、碳纤维发热层和电极组合面层、远红外布层、下基布层，通过设计缝线的针距、纵横缝线的间距来调整和保证电热片的电阻，用缝制方法制备出碳材料作为加热元件的远红外辐射电热片。
本发明的优点是1.柔软；2.安全健康；3.采用碳纤维材料，远红外健康保健；4.加工简单，质量可靠等。
图1为本发明的碳纤维加热片采用镍-镉充电电池加热的使用效果2为本发明的碳纤维加热片用于汽车坐垫的使用效果3为本发明的碳纤维发热片的远红外辐射对辐射能谱曲线图
具体实施例方式
实施例1实验选取的碳纤维导电纸为用长度为6mm的短切碳纤维制造的纯碳纸，将20克/平方米的碳纤维导电纸裁取成尺寸为50mm×360mm的两片，其电热垫的串并联设计采用两片碳纤维纸串联的方式。选用直径为Φ0.05mm镀锡铜线6根加捻为一股，按每股间隔1mm的间距将6股镀锡铜线编排成S形的多股线束，用压合方法预成型在加强纺粘布层上，留出与电源连接的电极引线，再与电源的插孔卡接为一体，且接头放置在电热片内。基布层采用克重为70克/平方米的化学纤维毡，远红外布采用含有远红外陶瓷粉涂层的布料，从下至上依次铺放下基布层、碳纤维发热层和电极组合面层、远红外布层、上基布层，通过设计缝线的针距(本实施例为0.3mm)、纵横缝线的间距(本实施例为0.5mm)来调整和保证电热片的电阻，在本实施例的设计尺寸下的发热片的电阻为1.6Ω。在3.6V的安全电压下测试，测温时，电热片上下各加两片厚度为0.5mm的毡毯，其碳纤维发热片的温升结果如下表1示表1 实施例1制造的碳纤维电热片的加热实验数据
实施例2将20克/平方米的碳纤维导电纸裁取成尺寸为50mm×260mm的两片，其他同实施例1。
制造的碳纤维电热片的电阻为2.2Ω，在3.6V直流电压下通电，采用VC9805A型常规万用电表的测温热电偶测量发热片处的温度，其测量方法同实施例1，其结果如表2示
表2 实施例2的碳纤维电热片的发热温度测量
实验测试时，采用镍-镉充电电池，额定电压为3.6V，其测试的状态如图1示。实验结果表明该实施例2设计制造的碳纤维电热片在3.6V可充电电池下，发热部位的发热温度在通电10分钟内可达到50℃，且在两节3.6V，1000mAh的充电电池下(如图1示的电池)，其发热温度和连续使用时间的测试结果如表3示。
表3 实施例2的碳纤维电热片的发热温度测量
实施例3碳纤维电热片用于汽车坐垫采用实施例1相同规格的碳纤维纸，电极的设计制造方法实施例1。其设计缝线的针距(本实施例为0.3mm)、纵横缝线的间距(本实施例为0.5mm)来调整和保证电热片的电阻，制造的发热片的电阻为3.6Ω，在12V汽车充电电池的加热下，其测试结果如表4。
采用该实施例制造的碳纤维汽车坐垫的使用效果如图2示，实验结果表明采用该实施例制造的碳纤维电热垫可应用在汽车座椅的加热上，具有广阔的应用前景。
表4 实施例3制造的碳纤维片用于汽车坐垫的使用温度
实施例4实验采用美国ZOLTEK公司生产的厚度为2mm的碳纤维毡。
采用该碳纤维毡设计的发热片尺寸为600mm×150mm，采用实施例1的电极和缝制方法，得到的碳纤维毡发热毯的电阻为6.5Ω，采用24V，4A的调压器对该加热毯加热，其电热毯的发热功率为90W，具有碳纤维发热材料具有的远红外特征，如图3所示，具有健康保健的功能。可用于安全电压下的碳纤维加热毯的制造，解决了电热毯使用的安全性问题。
实施例5实施采用的上、下基布层是克重为70克/平方米的热塑性尼龙纤维布，电极采用镀银的铜丝束编排成的网格，网格的宽度为5mm，发热片材料采用石墨纤维布，克重为100克/平方米，其他同实施例1。采用热压合的方式制造碳纤维加热片，压合的温度为尼龙熔点以上20-30℃，压力为5MPa，压制时间为5分钟，随后保压下冷却到40℃时开模，得到以尼龙布作为面基布层的碳纤维发热片，可应用在工业、农业等需要防水或防潮的领域。
实施例6-18实施例6-18的制备方法与实施例1相同，实施例6-18的所述的远红外辐射电热片的各层结构见下页的表5。
实施例6-18经过适当的设计和尺寸的安排，都可以达到实施例1-5所述的效果。
表5 实施例6-18的加热片结构
权利要求
1.一种远红外辐射电热片，其特征在于包括远红外布层、上下基布层、碳纤维发热层、加强纺粘布层、电极及电源；碳纤维发热层为按设计的单元电阻的串并联组合的面发热体，其它为不发热部分；各部分以缝制和/或压合方式组合为一整体。
2.根据权利要求1所述的远红外辐射电热片，其特征在于所述的碳纤维发热层是以碳材料组成的碳纤维毡、碳纤维布、碳纤维丝、石墨纤维毡、石墨纤维布、碳纤维纸之一或其组合。
3.根据权利要求1所述的远红外辐射电热片，其特征在于所述的上下基布层的材料是天然或化学纤维布、毡、毯、无纺纸之一或其组合。
4.根据权利要求1所述的远红外辐射电热片，其特征在于所述的上下基布层的材料为塑料、纤维和/或橡胶的薄膜、布、片材之一或其组合。
5.根据权利要求1所述的远红外辐射电热片，其特征在于所述的远红外布层的材料为含远红外陶瓷粉的纤维布、远红外陶瓷粉涂层布层之一或其组合。
6.根据权利要求1所述的远红外辐射电热片，其特征在于所述的加强纺粘布层的材料为纺粘无纺布、无纺纤维网布之一种或其组合。
7.根据权利要求1所述的远红外辐射电热片，其特征在于所述的电极由镀锡或镀银的铜丝束、片之一或其组合。
8.根据权利要求7所述的远红外辐射电热片，其特征在于所述的电极的镀锡或镀银的铜丝束和/或片编排成多股线束和/或网格。
9.根据权利要求1所述的远红外辐射电热片，其特征在于所述的电源为充电和/或干电池、0-54V的安全电压调压器、0-54V的电瓶。
10.一种权利要求1～9之一所述的远红外辐射电热片的制备方法，其特征在于，包括下列工艺步骤a.根据所设计电热片的使用电压和发热功率，确定碳纤维发热层单元电阻的几何尺寸，裁剪、制备发热元件，并设计串并联的结构和电路图；b.将镀锡或镀银的铜丝束和/或片编排成直形或S形的多股线束和/或网格，用缝制和/或压合方法预成型在加强纺粘布层上，留出与电源连接的电极引线，再与电源的接线端子或插孔卡接为一体，且接头放置在电热片内；c.按步骤a设计的线路，确定电极的串并联方式，用步骤b制备的电极铺设在碳纤维发热层上，再将加强纺粘布层用缝制和/或压合方法成型碳纤维发热层和电极组合面层；d.从下至上依次铺放上基布层、碳纤维发热层和电极组合面层、远红外布层、下基布层，通过设计缝线的针距、纵横缝线的间距来调整和保证电热片的电阻，用缝制方法制备出碳材料作为加热元件的远红外辐射电热片。
全文摘要
本发明公开了一种远红外辐射电热片。它包括远红外布层、上下基布层、碳纤维发热层、加强纺粘布层、电极及电源；碳纤维发热层为按设计的单元电阻的串并联组合的面发热体，其它为不发热部分；各部分以缝制和/或压合方式组合为一整体。本发明还公开了这种远红外辐射电热片的制备方法。本发明所述的远红外辐射电热片具有加工简单、安全健康的优点。
文档编号H05B3/36GK1602119SQ0315752
公开日2005年3月30日 申请日期2003年9月23日 优先权日2003年9月23日
发明者卢基贵, 杨晓 申请人:北京东方慧辰碳纤维科技有限公司