CN102506430A

CN102506430A - 炭纤维复合材料红外线发热板

Info

Publication number: CN102506430A
Application number: CN2011103058566A
Authority: CN
Inventors: 苏婉玲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明公开了用于燃气红外线燃烧器上的炭纤维复合材料红外线发热板，所述炭纤维复合材料红外线发热板由蜂窝结构体构成，蜂窝结构体由基料、骨料与辅料复合而成，所述基料至少包括陶瓷材料或非金属耐火材料，所述骨料为炭纤维材料，所述炭纤维材料至少包括炭纤维丝、炭纤维网、炭纤维织物、炭纤维颗粒，所述辅料至少包括粘接材料、润滑材料，炭纤维材料2散布在混合料体3中或炭纤维材料2被混合料体3所包围；炭纤维复合材料红外线发热板的强度远远高于陶瓷蜂窝体发热板，其燃烧性能及经济性显著优于金属蜂窝体发热板；利用本发明，可以形成陶瓷基及非金属耐火材料基两大类炭纤维复合材料红外线发热板，广泛用于红外线燃气具及红外线燃气设备上。

Description

炭纤维复合材料红外线发热板

技术领域

本发明涉及红外线燃气具及红外线燃气设备燃烧装置所用的发热板，特别是一种带蜂窝结构的炭纤维复合材料红外线发热板。

背景技术

目前红外线燃气具及红外线燃气设备的燃烧装置上，多采用陶瓷蜂窝体作为发热板，也有采用金属蜂窝体及泡沫金属等作为发热板的。

陶瓷蜂窝体在燃气红外线燃烧装置上应用已有数十年历史。虽然装有陶瓷蜂窝体发热板的红外线燃气灶节能、环保效果显著，但由于陶瓷蜂窝体存在抗冲击能力较差，材料强度较低，且容易破裂等不足，使得红外线燃气灶的发展受到明显影响。

近几年来，为克服陶瓷蜂窝体不足，金属蜂窝体在红外线燃气灶上得到一定的应用，受到人们的关注。为防止金属蜂窝体在使用中产生回火，需要在金属蜂窝体底部加装防回火的金属丝网或其他金属结构层，通常采用焊接的方法将金属蜂窝体与防回火的金属层连接为一体，采用高温钎焊将金属蜂窝体缠绕层之间贴合部位连接在一起。金属蜂窝体在制作中，焊接工艺对焊接部位焊前处理有着较高的要求，由于金属蜂窝体自身结构、材料等限制，确保焊接质量具有相当的难度。使用中，在热应力及燃气冲击力的共同作用下，金属蜂窝体首先可能在焊接质量薄弱部位出现产生脱焊、缠绕层之间松脱、防回火层与主体层间脱开等问题，导致燃烧不稳定、回火、局部高温、烟气中有害气体激增。防回火是金属蜂窝发热板必须解决的问题，而焊接质量则关系到金属蜂窝发热板能否长期可靠、稳定地工作。

金属蜂窝体发热板所存在的问题，将会严重影响其在红外线燃气燃烧器上的应用。

从燃烧性能的角度看，陶瓷蜂窝体优于金属蜂窝体；从经济的角度看，陶瓷蜂窝体成本远低于金属蜂窝体；但从强度上看，金属蜂窝体则以其不会脆裂受到消费者关注。

能否有一种材料，其强度能介于陶瓷蜂窝体与金属蜂窝体之间，并具有陶瓷蜂窝体在燃气燃烧装置上的燃烧优势呢？

炭纤维是一种力学性能优异的新材料，具有强度高、热膨胀系数小、耐高温、抗高温氧化、耐疲劳性好、无蠕变、比重小等优点，用其制作的炭纤维树脂材料抗拉强度是钢的7～9倍，被航空航天、汽车、化工等多种领域广泛关注及应用，用炭纤维制作的红外线理疗产品也受到消费者欢迎。

炭纤维与陶瓷材料复合所形成的新材料，被用于航天领域，也有用于汽车领域的，其运用范围正在被人们逐步拓宽，目前尚未有用于燃气红外线燃烧器领域的。

发明内容

本发明针对陶瓷蜂窝体发热板及金属蜂窝体发热板存在的不足，提出了一种强度及燃烧性能优于陶瓷蜂窝体，经济性、可靠性、耐用性、燃烧性能均优于金属蜂窝体的炭纤维复合材料红外线发热板。

本发明通过下述方法实现：

炭纤维复合材料红外线发热板由蜂窝结构体构成，所述蜂窝结构体上的蜂窝孔为圆孔、方孔、矩形孔、三角孔、菱形孔、椭圆孔、多边形孔中的任意一种孔或多种孔有序排列组成，炭纤维复合材料红外线发热板的外形可为圆形、方形、矩形、三角形、菱形、椭圆形、多边形中的任意一种形状，其特征是，炭纤维复合材料红外线发热板的蜂窝结构体由基料、骨料与辅料复合而成，所述的基料至少包括陶瓷材料或非金属耐火材料，所述的骨料为炭纤维材料，所述的炭纤维材料至少包括炭纤维丝、炭纤维网、炭纤维织物、炭纤维颗粒，所述的辅料至少包括粘接材料、润滑材料，炭纤维材料散布在由基料与辅料混合后形成的混合料体中，或炭纤维材料被由基料与辅料混合后形成的混合料体所包围。

本发明的炭纤维复合材料红外线发热板，还具备下列特征：其所述的炭纤维丝为短纤维状；其所述的辅料至少还包括远红外线材料或燃烧催化剂材料；其所述的润滑材料至少还包括炭粉或石墨粉；其所述的炭纤维网的网孔尺寸大于0.5毫米；其所述的炭纤维网或炭纤维织物呈单层或呈多层分布于由基料与辅料混合后形成的混合料体中；其所述的炭纤维丝，优选长度为1～6毫米；其所述的蜂窝结构体上，单个蜂窝孔横截面积优选值为0.81～1.5平方毫米，孔壁厚度优选值为0.15～0.8毫米，蜂窝体厚度优选值为8～20毫米；其所述蜂窝结构体的微孔率不小于5％，优选微孔率为15～35％。

本发明的炭纤维复合材料红外线发热板，采用模压或挤压方法成型，其特征是，在成型模上，用于成型蜂窝孔的钢针顶部为椎体状。

本发明所述的炭纤维复合材料红外线发热板具有如下有益效果：

1、炭纤维复合材料红外线发热板的强度及燃烧性能显著优于陶瓷蜂窝体发热板，其燃烧性能及经济性显著优于金属蜂窝体发热板；

2、利用本发明，可以形成陶瓷基及非金属耐火材料基两大类炭纤维复合材料红外线发热板，广泛用于红外线燃气具及红外线燃气设备上，它的推广应用，将会有力推动红外线燃气具及红外线燃气燃烧设备的发展，同时也会在节能、减排上发挥积极的作用。

3、本发明成型模具蜂窝孔成型钢针顶部为椎体状，可以有效降低炭纤维对蜂窝孔成型的影响，确保制作质量。

附图说明

图1是本发明实施例1采用炭纤维丝制作炭纤维复合材料红外线发热板的局部结构示意图(剖视图)；

图2是本发明实施例2采用炭纤维网制作炭纤维复合材料红外线发热板的局部结构示意图(剖视图)；

图3是本发明炭纤维复合材料红外线发热板成型模具中蜂窝孔成型钢针的局部结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例图，详细叙述本发明的具体实施方式：

实施例1

如图1所示，炭纤维复合材料红外线发热板，由蜂窝结构体构成，蜂窝孔1为圆孔或为方孔并有序排列，外形为圆形或矩形；炭纤维复合材料红外线发热板的蜂窝结构体由基料、骨料与辅料复合而成，所述的基料为陶瓷材料，所述的骨料2为1～6毫米长的炭纤维丝，所述的辅料至少包括粘接材料、润滑材料，炭纤维丝散布在基料与辅料混合后形成的混合料体3中。

实施例2

如图1所示，炭纤维复合材料红外线发热板，由蜂窝结构体构成，蜂窝孔1为圆孔或为方孔并有序排列，炭纤维复合材料红外线发热板的蜂窝结构体由基料、骨料与辅料复合而成，所述的基料为陶瓷材料，所述的骨料2为网孔大于0.5毫米的炭纤维网，所述的辅料至少包括粘接材料、润滑材料，炭纤维网呈双层状置于基料与辅料混合后形成的混合料体3中，并被混合料体3所包围。

在上述实施例中，炭纤维复合材料红外线发热板采用模压或挤压方法成型，在成型模上，用于成型蜂窝孔的钢针顶部4为椎体状。

在上述实施例中，可添加远红外线材料或燃烧催化剂材料，以增强其燃烧性能及烟气净化能力；可采用炭粉或石墨粉作为润滑材料，以提高材料成型的工艺性及质量，并减少模具的磨损。

在上述实施例中，通过基料及辅料的选择，通过混合、成型、烧结工艺的选择，将炭纤维复合材料红外线发热板蜂窝体微孔率控制在15～35％范围；并保持单个蜂窝孔横截面积值为1.0～1.3平方毫米，保持孔壁厚度为0.2～0.5毫米，保持蜂窝体厚度为10～15毫米。

将上述实施例中的基料由陶瓷材料换为非金属耐火材料，即可制作非金属耐火材料基料系列的炭纤维复合材料红外线发热板。

可将炭纤维复合材料红外线发热板表面加工成所需的各种造型；可按需要将炭纤维复合材料红外线发热板加工成各种形状；可通过添加相关辅料或喷涂相关涂料，将炭纤维复合材料红外线发热板制成所需的各种颜色。

本发明在现有技术基础上，加入炭纤维材料及改进蜂窝孔成型钢针，并对材料混合工艺作相应的调整，便可实施，易于推广应用。对于炭纤维的加入量，可根据实际需要进行选择。

Claims

1.炭纤维复合材料红外线发热板由蜂窝结构体构成，所述蜂窝结构体上的蜂窝孔(1)为圆孔、方孔、矩形孔、三角孔、菱形孔、椭圆孔、多边形孔中的任意一种孔或多种孔有序排列组成，炭纤维复合材料红外线发热板的外形可为圆形、方形、矩形、三角形、菱形、椭圆形、多边形中的任意一种形状，其特征是，炭纤维复合材料红外线发热板的蜂窝结构体由基料、骨料与辅料复合而成，所述的基料至少包括陶瓷材料或非金属耐火材料，所述的骨料为炭纤维材料(2)，所述的炭纤维材料至少包括炭纤维丝、炭纤维网、炭纤维织物、炭纤维颗粒，所述的辅料至少包括粘接材料、润滑材料，炭纤维材料散布在由基料与辅料混合后形成的混合料体(3)中，或炭纤维材料被由基料与辅料混合后形成的混合料体(3)所包围。

2.根据权利要求1所述的炭纤维复合材料红外线发热板，其特征是，炭纤维丝为短纤维状。

3.根据权利要求1所述的炭纤维复合材料红外线发热板，其特征是，所述辅料至少还包括远红外线材料或燃烧催化剂材料。

4.根据权利要求1所述的炭纤维复合材料红外线发热板，其特征是，所述润滑材料至少还包括炭粉或石墨粉。

5.根据权利要求1所述的炭纤维复合材料红外线发热板，其特征是，所述炭纤维网的网孔尺寸大于0.5毫米。

6.根据权利要求1所述的炭纤维复合材料红外线发热板，其特征是，所述炭纤维网或炭纤维织物呈单层或呈多层分布于由基料与辅料混合后形成的混合料体(3)中。

7.根据权利要求1所述的炭纤维复合材料红外线发热板，其特征是，所述蜂窝结构体上，单个蜂窝孔横截面积优选值为0.81～1.5平方毫米，孔壁厚度优选值为0.15～0.8毫米，蜂窝体厚度优选值为8～20毫米。

8.根据权利要求1所述的炭纤维复合材料红外线发热板，其特征是，所述蜂窝结构体的微孔率不小于5％，优选微孔率为15～35％。

9.根据权利要求2所述的炭纤维复合材料红外线发热板，其特征是，所述的炭纤维丝，优选长度为1～6毫米。

10.炭纤维复合材料红外线发热板采用模压或挤压方法成型，其特征是，在成型模上，用于成型蜂窝孔的钢针顶部(4)为椎体状。