CN102291858B - 低温复合电热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明低温复合电热材料包括低温复合电热原料，该低温复合电热原料由两层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、两层环氧树脂玻璃纤维布及一层碳纤维导电纸构成；两层环氧树脂玻璃纤维布分别覆盖在一层碳纤维导电纸的两侧，两层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂分别覆盖在两层环氧树脂玻璃纤维布的两侧。它用于建筑采暖，既能继承碳纤维导电纸材料优点，又能克服现有技术的缺陷，是一种提高发热体电热转换效率、耐热阻燃、稳定性和工作寿命均有大幅度提高的电热材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种电热材料，具体涉及一种低温复合电热材料及其制备的方法。
背景技术
近年来，碳纤维导电纸作为一种优良的平面发热材料被广泛应用于暖通领域，但是目前市面上的碳纤维导电纸平面发热材料良莠不齐，主要问题包括：
1、碳纤维导电纸作为发热材料，是基于碳纤维在导电纸中搭建成的三维导电网络，影响其电阻的主要因素为接触电阻和其间隙的大小，而经过传统方法抄造得来的碳纤维导电纸其碳纤维成蓬松状态，接触电阻和间隙较大，大大的影响了其电阻，从而影响其发热效果。
2、碳纤维导电纸应用到采暖时，多为预埋在水泥地面下，水泥泥浆中的强碱对其有极大的腐蚀作用，很容易造成发热层的直接报废。
3、碳纤维导电纸和导电带经常会出现接触不良，容易造成碳纤维导电纸与导电带间被电流击穿。
4、碳纤维导电纸直接应用于平面采暖，当对其通电后，其表面会有大量的泄露电流，经过测试，直接通电发热后其工作温度下的泄漏的电流远远高于国家规定的0.08mA，严重的危害着使用者的生命安全。
5、碳纤维导电纸直接用于平面采暖不做任何处理，其工作寿命较低，稳定性会逐步下降。
鉴于上述问题，本发明公开了一种低温复合电热材料及其制备方法。其具有如下文所述之技术特征，以解决现有的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温复合电热材料及其制备方法，它用于建筑采暖，既能继承碳纤维导电纸材料优点，又能克服现有技术的缺陷，是一种提高发热体电热转换效率、耐热阻燃、稳定性和工作寿命均有大幅度提高的电热材料。
本发明低温复合电热材料及其制备方法的目的是通过以下技术方案实现的：一种低温复合电热材料，包括：低温复合电热原料，所述的低温复合电热原料由两层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、两层环氧树脂玻璃纤维布及一层碳纤维导电纸构成。
还包括导电铆钉组件，所述的导电铆钉组件与所述的铜箔条固定连接，用于对低温复合电热材料通电。
所述的两层环氧树脂玻璃纤维布分别覆盖在一层碳纤维导电纸的上、下层；所述的两层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂分别覆盖在两层环氧树脂玻璃纤维布的上、下层。
上述的低温复合电热材料，其中，多层所述的温复合热电原料叠加通过热压机热压后制成低温复合电热材料；所述的低温复合电热材料包括2层-10层低温复合电热原料。
上述的低温复合电热材料，其中，所述的碳纤维导电纸的两侧还分别固定设有两条铜箔条，所述的两条铜箔条与碳纤维导电纸等长。
上述的低温复合电热材料，其中，所述的导电铆钉组件由导电铆钉及导电线构成；所述的导电线的一端设置在导电铆钉内，所述的导电线的另一端外接电源。
上述的低温复合电热材料，其中，所述的导电铆钉呈条形片状，所述的导电铆钉的两侧分别设有多个铆钉爪及多个固定板，所述的多个铆钉爪及多个固定板关于导电铆钉中心线对称。
所述的多个铆钉爪呈锯齿状，用于将导电铆钉固定在铜箔条上；所述的多个固定板用于连接导电线。
上述的低温复合电热材料的制备方法，该方法至少包括以下步骤：
步骤1，制备环氧树脂玻璃纤维布；环氧树脂玻璃纤维布由2124酚醛树脂、6101环氧树脂、706水性聚氨酯树脂、硅烷偶联剂、丙酮溶液及无碱玻璃纤维布混合制得。
步骤1.1，将2124酚醛树脂及6101环氧树脂混合均匀，制成第一混合溶液；2124酚醛树脂及6101环氧树脂的混合比例范围为3-5.5:1。
步骤1.2，将步骤1.1中制得的第一混合溶液与706水性聚氨酯树脂混合均匀，制成第二混合溶液；第一混合溶液与706水性聚氨酯树脂的混合比例范围为15-25:1。
步骤1.3，将丙酮溶液与硅烷偶联剂混合均匀，制成第三混合溶液；丙酮溶液与硅烷偶联剂的混合比例范围为60-90:1。
步骤1.4，将第二混合溶液和第三混合溶液混合，搅拌均匀，制成环氧树脂溶液。
步骤1.5，将无碱玻璃纤维布及步骤1.4中制得的环氧树脂溶液倒入刮浆机，通过浸渍、烘干和风干制得环氧树脂玻璃纤维布。
步骤2，裁剪并制备碳纤维导电纸。
步骤2.1，根据所需低温复合电热材料的尺寸剪裁碳纤维导电纸原料，剪裁后的碳纤维导电纸的电阻范围为400Ω-700Ω。
步骤2.2，在剪裁后的碳纤维导电纸的两侧边横向固定铜箔条。
步骤3，将步骤1中制得的环氧树脂玻璃纤维布及步骤2中制得的碳纤维导电纸热压制得低温复合电热材料。
步骤3.1，依次将一层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、步骤1中制得的一层环氧树脂玻璃纤维布、步骤2中制得的一层碳纤维导电纸、步骤1中制得的一层环氧树脂玻璃纤维布、一层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂进行叠加，制得低温复合电热原料。
步骤3.2，重复步骤3.1，重复2-10次。
步骤3.3，将步骤3.2中制得的多层低温复合电热原料平行放置入热压机工作台面进行热压；热压机的工作温度达到95℃时开启热压开关，在130℃-200℃的温度下保持600吨-800吨的压力，持续热压25分钟-60分钟后停止热压。
步骤3.4，将步骤3.3中热压后的低温复合电热原料按照产品要求进行剪裁。
步骤4，在步骤3中制得的低温复合电热材料上安装导电铆钉组件，并对导电铆钉组件做密封处理。
步骤4.1，将导电线通过固定板设置在导电铆钉上。
步骤4.2，将步骤4.1中安装了导电线的导电铆钉钉在步骤3.4中的低温复合电热原料上，制得低温复合电热材料。
本发明低温复合电热材料及其制备方法及其制备方法由于采用了上述方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1、本发明低温复合电热材料为平面均匀发热体，其发热面积、温度、局部温度均可适用于建筑采暖领域，表面温度可在16℃-55℃任意调节，升温时间快，一般启动30分钟以内即可达到设定的温度。
2、本发明低温复合电热材料发热过程中，会源源不断的产生8μm-18μm红外线，工作温度下的泄漏电流小于0.3 毫安,在工作温度下经1分钟频率为50Hz 3750V正弦波电压试验不出现闪络或击穿，电热辐射转换效率高于60%以上，法向射线率大于0.85，滞燃性氧指数大于60%，使用寿命能达到10万小时以上。
以下，将通过具体的实施例做进一步的说明，然而实施例仅是本发明可选实施方式的举例，其所公开的特征仅用于说明及阐述本发明的技术方案，并不用于限定本发明的保护范围。
附图说明
为了更好的理解本发明，可参照本说明书援引的以供参考的附图，附图中：
图1是本发明低温复合电热材料热压前的铺设结构示意图。
图2是本发明低温复合电热材料的碳纤维导电纸的结构示意图。
图3是本发明低温复合电热材料的导电铆钉组件的结构示意图。
图4是本发明低温复合电热材料的导电铆钉的展开平面图。
图5是本发明低温复合电热材料的碳纤维导电纸与导电铆钉组件连接后的结构示意图。
图6是本发明低温复合电热材料的制备方法的方法流程图。
图7是本发明低温复合电热材料的制备方法的步骤1的分步骤流程图。
图8是本发明低温复合电热材料的制备方法的步骤2的分步骤流程图。
图9是本发明低温复合电热材料的制备方法的步骤3的分步骤流程图。
图10是本发明低温复合电热材料的制备方法的步骤4的分步骤流程图。
具体实施方式
根据本发明的权利要求和发明内容所公开的内容，本发明的技术方案具体如下所述。
请参见附图1所示，本发明低温复合电热材料包括低温复合电热原料，该低温复合电热原料由两层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂2、两层环氧树脂玻璃纤维布3及一层碳纤维导电纸4构成；两层环氧树脂玻璃纤维布3分别覆盖在一层碳纤维导电纸4的上、下层，两层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂2分别覆盖在两层环氧树脂玻璃纤维布3的上、下层。
本发明低温复合电热材料还包括将多层上述低温复合热电原料叠加通过热压机热压后制成低温复合电热材料，该低温复合电热材料可由2层以上的低温复合电热原料叠加构成，且最多叠加10层。
请参见附图2所示，本发明低温复合电热材料的碳纤维导电纸4的两侧还分别固定设有两条铜箔条41，两条铜箔条41与碳纤维导电纸4等长。铜箔条41的宽度为15mm左右，厚度为10μm左右。
请参见附图3所示，还包括导电铆钉组件5，导电铆钉组件5与铜箔条41固定连接，用于对低温复合电热材料通电，使其通过电热转化为热能，从而起到发热的功效。导电铆钉组件5由导电铆钉51及导电线52构成，导电线52的一端设置在导电铆钉51内，导电线52的另一端外接电源。
请参见附图4及附图5所示，导电铆钉51呈条形片状，导电铆钉51可采用铜质等导电材质，导电铆钉51的两侧分别设有多个铆钉爪511及多个固定板512，导电铆钉51两侧的多个铆钉爪511及多个固定板512关于导电铆钉51的中心线对称，可分别向导电铆钉51中心线对称折叠；多个铆钉爪511呈锯齿状，用于将导电铆钉51固定在铜箔条41上，确保铜箔条41导电；多个固定板512用于连接导电线52。导电线52长度大约在2.5mm左右。
请参见附图1-附图10所示，本发明低温复合电热材料的制备方法包括如下步骤：
步骤1，制备环氧树脂玻璃纤维布3。环氧树脂玻璃纤维布3由2124酚醛树脂、6101环氧树脂、706水性聚氨酯树脂、硅烷偶联剂、丙酮溶液及无碱玻璃纤维布按一定的比例混合制得。
步骤1.1，将2124酚醛树脂及6101环氧树脂混合均匀，制成第一混合溶液。2124酚醛树脂及6101环氧树脂的混合比例范围为3-5.5:1。
步骤1.2，将步骤1.1中制得的第一混合溶液与706水性聚氨酯树脂混合均匀，制成第二混合溶液。第一混合溶液与706水性聚氨酯树脂的混合比例范围为15-25:1。
步骤1.3，将丙酮溶液与硅烷偶联剂混合均匀，制成第三混合溶液。丙酮溶液与硅烷偶联剂的混合比例范围为60-90:1。
步骤1.4，将第二混合溶液和第三混合溶液混合，搅拌均匀，制成环氧树脂溶液。
步骤1.5，将无碱玻璃纤维布及步骤1.4中制得的环氧树脂溶液倒入刮浆机，通过浸渍、烘干和风干制得环氧树脂玻璃纤维布3。无碱玻璃纤维布的厚度范围为0.2mm-0.5mm，无碱玻璃纤维布的经纬为25*16。无碱玻璃纤维布也可用中碱玻璃纤维布替代。
步骤2，裁剪并制备碳纤维导电纸4。
步骤2.1，根据所需低温复合电热材料的尺寸剪裁碳纤维导电纸原料，碳纤维导电纸原料的尺寸一般为1120*565或920*565等，剪裁后的碳纤维导电纸4的电阻范围为400Ω-700Ω，碳纤维导电纸4的电阻是在剪裁后的碳纤维导电纸4的横向方向边测得的。
步骤2.2，在剪裁后的碳纤维导电纸4的两侧边横向固定铜箔条41，可通过缝纫等方式将铜箔条41固定在碳纤维导电纸4上。
步骤3，将步骤1中制得的环氧树脂玻璃纤维布3及步骤2中制得的碳纤维导电纸4热压制得低温复合电热材料。
步骤3.1，依次将一层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂2、步骤1中制得的一层环氧树脂玻璃纤维布3、步骤2中制得的一层碳纤维导电纸4、步骤1中制得的一层环氧树脂玻璃纤维布3、一层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂2进行叠加，制得低温复合电热原料。
步骤3.2，重复步骤3.1，重复2-10次。
步骤3.3，将步骤3.2中制得的多层低温复合电热原料平行放置入热压机工作台面进行热压。热压机的工作温度达到95℃时开启热压开关，压紧每层的多层低温复合电热原料，并提升温度和压力。在130℃-200℃的温度下保持600吨-800吨的压力，持续热压25分钟-60分钟后停止热压。
步骤3.4，将步骤3.3中热压后的低温复合电热原料按照产品要求进行剪裁。
步骤4，在步骤3中制得的低温复合电热材料上安装导电铆钉组件5，并采用环氧树脂对导电铆钉组件5做密封处理。
步骤4.1，将导电线52通过固定板512设置在导电铆钉51上。
步骤4.2，将步骤4.1中安装了导电线52的导电铆钉51钉在步骤3.4中的低温复合电热原料上，制得低温复合电热材料。
实施例1：
采用下述方法制得低温复合电热材料：
步骤1，制备环氧树脂玻璃纤维布3。环氧树脂玻璃纤维布3由2124酚醛树脂、6101环氧树脂、706水性聚氨酯树脂、硅烷偶联剂、丙酮溶液及无碱玻璃纤维布按如下比例混合制得。
步骤1.1，将2124酚醛树脂及6101环氧树脂按4:1的比例混合均匀，制成第一混合溶液。
步骤1.2，将步骤1.1中制得的第一混合溶液与706水性聚氨酯树脂按20:1的比例混合均匀，制成第二混合溶液。
步骤1.3，将丙酮溶液与硅烷偶联剂按75:1的比例混合均匀，制成第三混合溶液。
步骤1.4，将第二混合溶液和第三混合溶液混合，搅拌均匀，制成环氧树脂溶液。
步骤1.5，将无碱玻璃纤维布及步骤1.4中制得的环氧树脂溶液倒入刮浆机，通过浸渍、烘干和风干制得环氧树脂玻璃纤维布3。
步骤2，裁剪并制备碳纤维导电纸4。
步骤2.1，剪裁碳纤维导电纸原料，尺寸为1120*565，碳纤维导电纸4的横向方向边测得的电阻范围为400Ω-450Ω即可。
步骤2.1，在剪裁后的碳纤维导电纸4的两侧边横向固定铜箔条41。
步骤3，将步骤1中制得的环氧树脂玻璃纤维布3及步骤2中制得的碳纤维导电纸4热压制得低温复合电热材料。
步骤3.1，依次将一层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂2、步骤1中制得的一层环氧树脂玻璃纤维布3、步骤2中制得的一层碳纤维导电纸4、步骤1中制得的一层环氧树脂玻璃纤维布3、一层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂2进行叠加，制得低温复合电热原料。
步骤3.2，将步骤3.1中制得的低温复合电热原料放置入热压机工作台面进行热压。热压机的工作温度达到95℃时开启热压开关，压紧每层的多层低温复合电热原料，并提升温度和压力。在150℃的温度下保持700吨的压力，持续热压30分钟后停止热压。
随即抽取8层低温复合电热原料A1-A8，并对其通电测试。
表一为碳纤维导电纸4通电时间和电阻值的变化情况表：
表一 碳纤维导电纸经过热压后阻值变化情况
测试结论：碳纤维导电纸4经过热压后，阻值会降低20%-25%，这是因为热压对其是一个热压和固化的过程，通过热压固化，使得碳纤维导电纸4中的碳纤维搭建更加紧密，形成优良的导电网络。
热压后的低温复合电热原料经过通电后，阻值会得到进一步的下降，阻值会降低5%左右，并在通电15分钟后趋于稳定。这是因为通电后, 在电场的作用下, 电流冲击碳纤维导电纸4内导电网络间的绝缘材料, 产生介电击穿或隧道导电使导电网络间的接触点数目增加, 并且使之稳定。
表二为低温复合电热原料通电时间和温度的变化情况表：
| A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | A6 | A7 | A8 | |
| 10min | 27 | 29 | 27 | 25 | 26 | 28 | 30 | 29 |
| 20 min | 36 | 34 | 35 | 33 | 34 | 37 | 38 | 37 |
| 30 min | 42 | 45 | 43 | 41 | 42 | 44 | 46 | 43 |
| 60 min | 55 | 58 | 56 | 54 | 53 | 57 | 57 | 56 |
| 90 min | 59 | 61 | 58 | 58 | 57 | 60 | 62 | 60 |
表二 低温复合电热原料温度与通电时间变化情况
测试结论：低温复合电热材料的升温在60分钟左右即达到饱和。
步骤3.3，将步骤3.2中热压后的低温复合电热原料按照产品要求进行剪裁。
步骤4，在步骤3中制得的低温复合电热材料上安装导电铆钉组件5，并采用环氧树脂对导电铆钉组件5做密封处理。
步骤4.1，将导电线52通过固定板512设置在导电铆钉51上。
步骤4.2，将步骤4.1中安装了导电线52的导电铆钉51钉在步骤3.3中的低温复合电热原料上，制得阻值为320Ω-360Ω的低温复合电热材料。
表三为采用本方法制备的低温复合电热材料与国家标准GB/T 4654-2008《非金属基体红外辐射加热器通用技术条件》的对比情况：
表三 采用本方法制备的低温复合电热材料与GB/T 4654-2008的对比
测试结论：采用本方法制备的低温复合电热材料的主要技术指标均高于国家标准GB/T 4654-2008《非金属基体红外辐射加热器通用技术条件》。
综上所述，本发明低温复合电热材料为平面均匀发热体，其发热面积、温度、局部温度均可适用于建筑采暖领域，表面温度可在16℃-55℃任意调节，升温时间快，一般启动30分钟以内即可达到设定的温度，同时，其发热过程中，会源源不断的产生8μm-18μm红外线；工作温度下的泄漏电流小于0.3 毫安,在工作温度下经1分钟频率为50Hz 3750V正弦波电压试验不出现闪络或击穿，电热辐射转换效率高于60%以上，法向射线率大于0.85，滞燃性氧指数大于60%，使用寿命能达到10万小时以上。
上述内容为本发明低温复合电热材料及其制备方法的具体实施例的列举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
Claims (4)
1.一种低温复合电热材料的制备方法，所述低温复合电热材料包括低温复合电热原料，所述的低温复合电热原料由两层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂（2）、两层环氧树脂玻璃纤维布（3）及一层碳纤维导电纸（4）构成；
所述的两层环氧树脂玻璃纤维布（3）分别覆盖在一层碳纤维导电纸（4）的上、下层；所述的两层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂（2）分别覆盖在两层环氧树脂玻璃纤维布（3）的上、下层；
还包括导电铆钉组件（5），所述的导电铆钉组件（5）由导电铆钉（51）及导电线（52）构成；所述的导电线（52）的一端设置在导电铆钉（51）内，所述的导电线（52）的另一端外接电源；
其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
步骤1，制备环氧树脂玻璃纤维布（3）；环氧树脂玻璃纤维布（3）由2124酚醛树脂、6101环氧树脂、706水性聚氨酯树脂、硅烷偶联剂、丙酮溶液及无碱玻璃纤维布混合制得；
步骤1.1，将2124酚醛树脂及6101环氧树脂混合均匀，制成第一混合溶液；2124酚醛树脂及6101环氧树脂的混合比例范围为3-5.5:1；
步骤1.2，将步骤1.1中制得的第一混合溶液与706水性聚氨酯树脂混合均匀，制成第二混合溶液；第一混合溶液与706水性聚氨酯树脂的混合比例范围为15-25:1；
步骤1.3，将丙酮溶液与硅烷偶联剂混合均匀，制成第三混合溶液；丙酮溶液与硅烷偶联剂的混合比例范围为60-90:1；
步骤1.4，将第二混合溶液和第三混合溶液混合，搅拌均匀，制成环氧树脂溶液；
步骤1.5，将无碱玻璃纤维布及步骤1.4中制得的环氧树脂溶液倒入刮浆机，通过浸渍、烘干和风干制得环氧树脂玻璃纤维布（3）；
步骤2，裁剪并制备碳纤维导电纸（4）；
步骤3，将步骤1中制得的环氧树脂玻璃纤维布（3）及步骤2中制得的碳纤维导电纸（4）热压制得低温复合电热材料；
步骤4，在步骤3中制得的低温复合电热材料上安装导电铆钉组件（5），并对导电铆钉组件（5）做密封处理。
2.根据权利要求1所述的低温复合电热材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中还包括：
步骤2.1，根据所需低温复合电热材料的尺寸剪裁碳纤维导电纸原料，剪裁后的碳纤维导电纸（4）的电阻范围为400Ω-700Ω；
步骤2.2，在剪裁后的碳纤维导电纸（4）的两侧边横向固定铜箔条（41）。
3.根据权利要求1所述的低温复合电热材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤3中还包括：
步骤3.1，依次将一层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂（2）、步骤1中制得的一层环氧树脂玻璃纤维布（3）、步骤2中制得的一层碳纤维导电纸（4）、步骤1中制得的一层环氧树脂玻璃纤维布（3）、一层聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂（2）进行叠加，制得低温复合电热原料；
步骤3.2，重复步骤3.1，重复2-10次；
步骤3.3，将步骤3.2中制得的多层低温复合电热原料平行放置入热压机工作台面进行热压；热压机的工作温度达到95℃时开启热压开关，在130℃-200℃的温度下保持600吨-800吨的压力，持续热压25分钟-60分钟后停止热压；
步骤3.4，将步骤3.3中热压后的低温复合电热原料按照产品要求进行剪裁。
4.根据权利要求3所述的低温复合电热材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤4中还包括：
步骤4.1，将导电线（52）通过固定板（512）设置在导电铆钉（51）上；
步骤4.2，将步骤4.1中安装了导电线（52）的导电铆钉（51）钉在步骤3.4中的低温复合电热原料上，制得低温复合电热材料。
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