CN102123529A - 一种新型碳纤维复合电热膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型碳纤维复合电热膜，包括导电碳纤维层，所述导电碳纤维层为碳纤维编织成的网状结构层且其两端连接有金属电极，所述导电碳纤维层整体被绝缘导热塑料膜包覆成片状结构。本发明所提供的碳纤维电热膜可耐高温、不易氧化，其外层导热塑料为绝缘材料，可耐300℃高温，耐高压，所以安全性极高，并且可保用50年以上。碳纤维以红外线辐射形式对外界环境进行供暖，无粉尘，无噪音，无废物，无废气，基本上也无电磁辐射。本发明的制备工艺简洁、成本低廉、节约能源、生态环保，符合环保、能源的发展方向。

Description

一种新型碳纤维复合电热膜及其制备方法

 

技术领域

本发明涉及一种新型碳纤维复合电热膜及其制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，人们对人居环境的要求不仅要满足基本的生活条件，而且还要要求创造舒适、安逸的人居环境，由此对室内环境提出更高的要求，即室内环境满足温度、湿度、室内风速、污染物浓度等要求控制在一定范围之内。目前，国内供暖系统大多数使用是以燃料锅炉作热源，生产低温热水，通过室外管网输送至室内散热设备，形成采暖系统。随着国民经济，现代化建设的不断发展，该系统越来越暴露出一些弊端，首先是浪费能源和资源，比如煤炭资源、水资源以及传输过程中损耗掉的热能。其次是污染环境。第三是供热难以计量，供热费收缴困难。

现有电热膜技术中，多以导电石墨、导电金属粉末等为发热材料，普通塑料为膜，电热转换效率和传热效率都比较低。碳纤维远红外电热膜与常规的以对流散热为主的散热器供暖相比，以碳纤维为发热体的地板辐射供暖系统具有室内温度分布均匀、舒适性好、干净卫生、节约能源和计量方便等独特优点，市场上目前也有采用碳纤维电热膜的保温产品，但这些产品却存在诸如电热转换效率低、传热效率不理想，同时使用寿命较短，存在安全隐患等问题。

发明内容

本发明为解决碳纤维电热技术在应用中出现的上述问题，提出了一种电热转换效率高、传热效率高，同时可耐高温、不易氧化的新型碳纤维复合电热膜。本发明还提出了一种制备该新型碳纤维复合电热膜的方法。

本发明的碳纤维复合电热膜，包括导电碳纤维层，所述导电碳纤维层为碳纤维编织成的网状结构层且其两端连接有金属电极，所述导电碳纤维层整体被绝缘导热塑料膜包覆成片状结构。

所述导电碳纤维层为聚丙烯腈基碳纤维编织而成。

所述绝缘导热塑料膜采用聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)和聚丙烯(PP)中的一种或一种以上的热塑性树脂材料。

所述绝缘导热塑料膜为经无机填料改性后的聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)和聚丙烯(PP)中的一种或一种以上的热塑性树脂材料，其制备方法可参考中国专利200810025883.6中的方法制备。

所述无机填料为氮化硅(Si₃N₄)、氧化镁(MgO)和氧化铝(Al₂O₃)中的一种或一种以上。

所述绝缘导热塑料膜为Si₃N₄改性后的聚碳酸酯材料。

本发明的新型碳纤维复合电热膜的制备方法，包括下述步骤：

（1） 利用碳纤维编织机将碳纤维编织成网状结构层，并在两端接上金属电极；

（2） 利用热熔机将绝缘导热塑料膜熔融，再利用覆膜机对网状结构层进行包覆；

（3） 包覆后，固化成型、烘干。

本发明的电热膜采用优质碳纤维作为发热体，绝缘导热塑料为膜，电热转换率接近100%，能量损耗少，效率极高，在通电几十秒内，发热体表面温度迅速升高，并将热能传递给覆盖在碳纤维电热膜表面的覆盖物，使覆盖物表面温度不断升高，2-4分钟之后，发热体以及隔热材料之间达到热态平衡，以恒定的温度进行热辐射。

本发明所提供的碳纤维电热膜可耐高温、不易氧化，其外层导热塑料为绝缘材料，可耐300℃高温，耐高压，所以安全性极高，并且可保用50年以上。碳纤维以红外线辐射形式对外界环境进行供暖，无粉尘，无噪音，无废物，无废气，基本上也无电磁辐射。本发明的制备工艺简洁、成本低廉、节约能源、生态环保，符合环保、能源的发展方向。

附图说明

图1为本发明的碳纤维复合电热膜的平面结构示意图；

图2为图1的A-A剖视结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的碳纤维复合电热膜，包括导电碳纤维层，所述导电碳纤维层为聚丙烯腈基碳纤维编织成的网状结构层1且其两端连接有金属电极2，所述导电碳纤维层整体被绝缘导热塑料膜3包覆成片状结构。所述绝缘导热塑料膜为无机填料改性后的聚碳酸酯、聚苯硫醚和聚丙烯中的一种或一种以上的热塑性树脂材料，可以为Si₃N₄改性后的聚碳酸酯材料或MgO改性后的聚苯硫醚或Al₂O₃改性后的聚碳酸酯材料。

实施例1 

    本实施例的新型碳纤维复合电热膜，利用碳纤维编织机将聚丙烯腈基碳纤维编织成网状结构层，并在两端接上金属电极；利用热熔机将绝缘导热塑料膜即Si₃N₄改性后的聚碳酸酯(PC)熔融，将熔融液利用覆膜机对网状结构层进行包覆；包覆后，固化并利用成型机将其成型，然后利用烘干机烘干，可制得长 560mm，宽 400mm，厚 0.7mm的一种新型碳纤维复合电热膜。

本实施例中所使用的绝缘导热塑料为Si₃N₄改性后的聚碳酸酯， 该绝缘导热塑料的组成成分如下（按重量份计）：

聚碳酸酯                      48%

氮化硅                        40%

无碱玻纤                      10%

硅烷偶联剂                    1%

乙烯基硅油                    1%

其制备方法如下：

1. 先将Si₃N₄和硅烷偶联剂加入高速混合机中混合均匀，

2. 再分别加入聚碳酸酯、无碱玻纤和乙烯基硅油到高速混合机中混合，

3. 然后将混合物取出，加入到双螺杆挤出机中，在温度为280-300℃挤出造粒。

实施例2

本实施例的新型碳纤维复合电热膜，利用碳纤维编织机将聚丙烯腈基碳纤维编织成网状结构层，并在两端接上金属电极；利用热熔机将绝缘导热塑料膜即MgO改性后的聚苯硫醚(PPS)熔融，将熔融液利用覆膜机对网状结构层进行包覆；包覆后，利用成型机将其成型，然后利用烘干机烘干，可制得长 550mm，宽 200mm，厚 0.7mm的一种新型碳纤维复合电热膜。

本实施例中所使用的绝缘导热塑料为MgO改性后的聚苯硫醚，该绝缘导热塑料的组成成分如下（按重量份计）：

聚苯硫醚                      20%

氧化镁                        70%

无碱玻纤                       5%

钛酸酯偶联剂                   3%

改性乙撑双脂肪酸酰胺           1%

二硫化钼                       2%

其制备方法如下：

1. 先将氧化镁和钛酸酯偶联剂加入高速混合机中混合均匀，

2. 再分别加入聚苯硫醚、改性乙撑双脂肪酸酰和二硫化钼到高速混合机中混合，

3. 然后将混合物取出，加入到双螺杆挤出机中，加入无碱玻纤，在温度为280-300℃挤出造粒。

 

实施例3

本实施例的新型碳纤维复合电热膜，利用碳纤维编织机将聚丙烯腈基碳纤维编织成网状结构层，并在两端接上金属电极；利用热熔机将绝缘导热塑料膜即Al₂O₃改性后的聚碳酸酯(PC)熔融，将熔融液利用覆膜机对网状结构层进行包覆；包覆后，利用成型机将其成型，然后利用烘干机烘干，可制得长 550mm，宽 400mm，厚 0.7mm的一种新型碳纤维复合电热膜。

本实施例中所使用的绝缘导热塑料为Al₂O₃改性后的聚碳酸酯，该绝缘导热塑料的组成成分如下（按重量份计）：

聚碳酸酯                      52%

氧化铝                        35%

无碱玻纤                      10%

硅烷偶联剂                    1%

改性乙撑双脂肪酸酰胺          1%

硬脂酸盐                      1%

其制备方法如下：

1. 先将氧化铝和硅烷偶联剂加入高速混合机中混合均匀，

2. 再分别加入聚碳酸酯、无碱玻纤、改性乙撑双脂肪酸酰胺和硬脂酸盐到高速混合机中混合，

3. 然后将混合物取出，加入到双螺杆挤出机中，在温度为280-300℃挤出造粒。

Claims (6)

1.一种新型碳纤维复合电热膜，包括导电碳纤维层，其特征在于：所述导电碳纤维层为碳纤维编织成的网状结构层且其两端连接有金属电极，所述导电碳纤维层整体被绝缘导热塑料膜包覆成片状结构。

2.根据权利要求1所述的新型碳纤维复合电热膜，其特征在于：所述导电碳纤维层为聚丙烯腈基碳纤维编织而成。

3.根据权利要求1或2所述的新型碳纤维复合电热膜，其特征在于：所述绝缘导热塑料膜为经无机填料改性后的聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)和聚丙烯(PP)中的一种或一种以上的热塑性树脂材料。

4.根据权利要求3所述的新型碳纤维复合电热膜，其特征在于：所述无机填料为氮化硅(Si₃N₄)、氧化镁(MgO)和氧化铝(Al₂O₃)中的一种或一种以上。

5.根据权利要求3所述的新型碳纤维复合电热膜，其特征在于：所述绝缘导热塑料膜为Si₃N₄改性后的聚碳酸酯材料。

6.一种新型碳纤维复合电热膜的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

（1）利用碳纤维编织机将碳纤维编织成网状结构层，并在两端接上金属电极；

（2）利用热熔机将绝缘导热塑料膜熔融，再利用覆膜机对网状结构层进行包覆；

（3）包覆后，固化成型、烘干。

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