CN103079297A

CN103079297A - 碳纤维加热片及其制备方法

Info

Publication number: CN103079297A
Application number: CN2012105729165A
Authority: CN
Inventors: 许连德
Original assignee: SHANGHAI ZHAORI LOW-CARBON NEW ENERGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI ZHAORI LOW-CARBON NEW ENERGY Co Ltd
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: CN103079297B

Abstract

本发明公开了一种碳纤维加热片及其制备方法。所述碳纤维加热片包括电极引线以及自下而上设置的下绝缘包覆层、网状结构的碳纤维层、电极载流条和上绝缘包覆层；所述电极载流条设置在所述碳纤维层的两端，所述电极载流条通过电极引线与外接电源电连接。其制备方法为：在下绝缘包覆层上布碳纤维丝形成网状结构的碳纤维层，在碳纤维层的两端压合电极载流条并铺覆上绝缘层，粘合处理后，在电极载流条对应的两端焊接电极引线，即可。本发明的制备工艺简单、生产成本低，采用特定排列的若干菱形格子构成的网状碳纤维丝结构，具备结构简单、可靠性强、加热温区差异小、发热面积大等优点，适用于远红外辐射的加热和保健领域的应用。

Description

碳纤维加热片及其制备方法

技术领域

本发明涉及片状加热器技术领域，具体涉及一种碳纤维加热片及其制备方法。

背景技术

由于片状加热器可在不污染空气并且不制造噪音的条件下控制其温度，因此，片状加热器广泛应用于加热席、加热垫、加热被、加热毯以及住宅和公寓的加热系统；也广泛应用于商业、工业、公共、军用、农用设施的加热系统，如：道路及停车场的防冻和融雪系统、休闲和防冷的能加热的产品、镜子和窗玻璃的防雾系统以及健康辅助系统等。传统的片状加热器通常采用镍铬合金丝作为加热源，然而，由于全部电流是由单一的连续丝负载，整个镍铬合金丝的任意一处断开均会使得整个片状加热器无法操作；此外，由于镍铬合金具有低的远红外辐射发射率，并具有低的电能转化为辐射能的转化效率，因而不适用于远红外辐射的加热和保健应用。

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，在通电状态下碳纤维分子活动震荡做布朗运动取得热量，分子间的撞击和摩擦产生热量，穿透介质。整个发热过程无声、无光、无污染。大量实验数据显示，碳纤维材料电热转化率高达98％，比传统金属发热体高出近30％，节能优势明显。因此，以碳纤维作为加热源的片状加热器得到了迅速的发展。通过对现有文献的检索发现：授权公告号为CN 1247047C的发明专利公开了一种包埋碳纤维的加热纸及其片状加热器，该加热纸是使导热陶瓷纤维、陶瓷粉末或者它们的混合物作为导热介质与碳纤维一起分散，以实现温度均匀，然而其存在制备工艺复杂、生产成本高等问题；授权公告号为CN 202334939U的实用新型专利公开了一种用于医疗设施的低电压加热装置，其中采用的碳纤维加热片由活性碳素纤维发热体构成，是由碳素纤维和100％棉纤维纺织而成，具有高强度、耐高温、抗疲劳、导电、导热等性能，然而其同样存在制备工艺复杂、生产成本高等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种碳纤维加热片及其制备方法。本发明的方法制备工艺简单、生产成本低廉，本发明的碳纤维层采用特定排列及组装方式的网状碳纤维丝结构，具备结构简单、可靠性强、加热温区差异小、发热面积大等优点，适用于远红外辐射的加热和保健领域的应用。

发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种碳纤维加热片，所述碳纤维加热片包括电极引线以及自下而上设置的下绝缘包覆层、网状结构的碳纤维层、电极载流条和上绝缘包覆层；所述电极载流条设置在所述碳纤维层的两端，所述电极载流条通过电极引线与外接电源电连接。

优选的，所述网状结构的碳纤维层是由若干碳纤维的菱形格子连接而成，所述菱形格子的对角线长度小于等于2cm，相邻菱形格子的顶角相互搭接。整个网状结构的碳纤维层是由碳纤维丝编织而成的。

优选的，所述上、下绝缘包覆层均为棉布单面涂覆热熔胶而形成的；所述电极载流条为黄铜网双面涂覆热熔胶而形成的。

本发明还涉及一种前述的碳纤维加热片的制备方法，包括如下步骤：

A、上、下绝缘包覆层的制备：纯棉布平整，单面涂覆网状热熔胶，加热使粘合；

B、电极载流条的制备：黄铜网退火处理后双面涂覆热熔胶，粘合处理，顺纹切成7～8mm的条带状；

C、布碳纤维丝：取上、下磨具，所述下磨具上设有若干交错分布的铁钉，所述任一铁钉可与相邻的三个铁钉构成菱形，所述菱形的对角线长度小于等于2cm；所述上磨具上设有与所述铁钉相适配的若干通孔；将所述下绝缘包覆层胶面向上，平铺于所述下磨具上，压合上所述上磨具，使得所述下磨具上的铁钉穿过下绝缘包覆层，揭开所述上磨具，将碳纤维丝沿所述铁钉缠绕成由若干菱形格子连接构成的网状结构；

D、压合处理：取两条所述电极载流条，分别压覆在所述缠绕成网状结构的碳纤维丝的两端，然后平铺上所述上绝缘包覆层，所述上绝缘包覆层胶面向下，压合上所述上磨具；

E、焊接处理：揭开所述上、下磨具，即得所述碳纤维加热片的初加工产品，焊接固定所述初加工产品上所述铁钉对应的碳纤维丝搭接点，电熨斗烫平，然后在所述初加工产品上所述电极载流条对应的两端焊接电极引线，即得所述碳纤维加热片。

优选地，步骤A中，所述粘合具体为：在网状热熔胶上覆上隔离纸后用电熨斗或是自动粘合机加热，使网状热熔胶与纯棉布粘合，所述粘合温度为180～250℃。

优选地，步骤B中，所述黄铜网为60目纯黄铜网。

优选地，步骤B中，所述退火处理为酒精退火，具体为采用乙醇灯烘烤除去所述黄铜网生产时的润滑油并使其软化。

优选地，步骤B中，所述粘合处理具体为：在所述网状热熔胶上覆上隔离纸后在自动粘合机上完成粘合，所述粘合温度为180～250℃。

优选地，步骤D中，所述缠绕成网状结构碳纤维丝的两端均缠绕了两段碳纤维丝以增加导电接触点。

优选地，步骤E中，所述焊接电极引流线具体为：在所述初加工产品上所述电极载流条对应的两端打入铆钉，通过粘合机粘合所述初加工产品后在所述铆钉上焊接电极引线，对焊接接点进行密封处理，即可。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的方法制备工艺简单、需要的设备简单、生产成本低廉；制得的碳纤维加热片在低压6～24V下使用，安全性能高；

2、本发明采用的碳纤维丝作为发热源，发热时产生对人体健康极为有益的远红外线热辐射，通电后，碳纤维发热源将99.9％的电能转换成对人体极为有益的波长为5～20微米的远红外线热辐射，电磁波为0；并且，在相同的电流负荷面积下，碳纤维的强度比金属丝高6～10倍，在使用过程中不易折断；

3、本发明采用特定排列及组装方式的网状碳纤维丝结构，结构简单且安全可靠，具体表现在：即便有1根碳纤维丝折断也不会影响整体通电发热，且折断了的部位，一头表面温度在50℃不起弧，同时，菱形的网状结构也使得加热温区差异减小。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为碳纤维加热片的碳纤维层的结构示意图；

图2为碳纤维加热片的电极载流条的结构及位置示意图；

其中，1为下绝缘包覆层，2为碳纤维加强段，3为碳纤维层，4为电极载流条，5为电极载流条加固端头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例采用的设备及工具具体如下：

自制电烙铁：采用15W+1A{1N4007}二极管改变电烙铁温度，使其温度控制在180～250℃；端子专用铆压机：543-1型；电熨斗；磨具，分为上磨具和下磨具，所述下磨具上设有排列成菱形网状结构的若干铁钉，所述上磨具上设有与所述铁钉相适配的若干通孔；自动粘合机。

本实施例采用的原材料具体如下：

纯棉麻衬(要求纯棉，粘合温度180°以上，双点麻衬)；纯黄铜铜网(60目纯黄铜网，不能有锈斑，平整)；网状热熔胶：H1001W---30g/m或Y1201W---35g/m；碳纤维丝(1k，日本东丽型号(T-300))；纯棉布。

如图1、2所示，本实施例的碳纤维加热片包括电极引线以及自下而上设置的下绝缘包覆层1、网状结构的碳纤维层3、电极载流条4和上绝缘包覆层；所述电极载流条4设置在所述碳纤维层的两端，所述电极载流条4通过电极引线与外接电源电连接。所述网状结构的碳纤维层3是由碳纤维丝编织而成的；所述网状结构的碳纤维层3是由若干碳纤维的菱形格子连接而成，所述菱形格子的对角线长度小于等于2cm，相邻菱形格子的顶角相互搭接。所述上、下绝缘包覆层均为纯棉布(不能用化纤)单面涂覆热熔胶而形成的；所述电极载流条4为黄铜网双面涂覆热熔胶而形成的。

本实施例的碳纤维加热片的制备工艺具体如下：

A、上、下绝缘包覆层的制备：单面棉布平整，上面加网状热熔胶，胶上面加隔离纸用电熨斗加热使胶与棉布粘合，所述粘合温度为180～250℃；(注：此工艺也可在自动粘合机上完成)

B、电极载流条的制备：退火处理黄铜网，双面附胶(隔离纸+网状热熔胶+铜网+网状热熔胶+隔离纸)后在自动粘合机上完成，顺纹切成7～8mm的条带状；粘合机的粘合温度为180～250℃；

C、布碳纤维丝工艺：取上、下磨具，所述下磨具上设有若干交错分布的铁钉，所述任一铁钉与相邻的三个铁钉构成菱形，所述菱形的对角线长度小于等于2cm；所述上磨具上设有与所述铁钉相适配的若干通孔；将所述下绝缘包覆层胶面向上，平铺于下磨具上，压合上所述上磨具，使得所述下磨具上的铁钉穿过下绝缘包覆层，把下绝缘包覆层固定在上磨具上，揭开所述上磨具，将碳纤维丝沿所述铁钉缠绕成由若干菱形格子连接构成的网状结构，并且，布碳纤维丝线起始先在线端打一个扣，套在左下角第一个铁钉上自下而上往返一次以增加导电接触点，即：在网状结构的碳纤维丝的两端(也是电极的两端)均缠绕了两段碳纤维丝(即图1所示的碳纤维加强段2)，该缠绕采用矩阵式缠绕，且松紧一致；

D、压合处理：取两条所述电极载流条，分别压覆在所述缠绕成网状结构的碳纤维丝的两端(即电极两端)，然后平铺上所述上绝缘包覆层，所述上绝缘包覆层胶面向下，压合上所述上磨具，压紧；为了使得电极载流条在两端头处的咬合紧密，可将电极载流条的两端头打折，形成两层，点焊加固处理，即图2所示的电极载流条加固端头5；

E、焊接处理：揭开所述上、下磨具，即得所述碳纤维加热片的初加工产品，焊接(采用自制的电烙铁)固定所述初加工产品上所述铁钉对应的碳纤维丝搭接点，然后用电熨斗烫平，最后在所述初加工产品上所述电极载流条对应的两端焊接电极引线，即得所述碳纤维加热片；采用电熨斗烫是在初加工产品的表面覆盖上纯棉麻衬后进行熨烫的；考虑到电极引线和电极载流条的焊接牢度，可在所述初加工产品上所述电极载流条对应的两端打入铆钉，检测电阻值，检测合格后采用粘合机使所述初加工产品粘贴紧密，在所述铆钉上焊接电极引线，并对焊接接点进行密封处理；

上述步骤中，对黄铜网的退火处理为酒精退火，具体为采用乙醇灯烘烤除去所述黄铜网生产时的润滑油并使其软化，从而有利于粘合，使得产品的导电性能稳定。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种碳纤维加热片，其特征在于，所述碳纤维加热片包括电极引线以及自下而上设置的下绝缘包覆层、网状结构的碳纤维层、电极载流条和上绝缘包覆层；所述电极载流条设置在所述碳纤维层的两端，所述电极载流条通过电极引线与外接电源电连接。

2.根据权利要求1所述的碳纤维加热片，其特征在于，所述网状结构的碳纤维层是由若干碳纤维的菱形格子连接而成，所述菱形格子对角线的长度为2cm以内，相邻菱形格子的顶角相互搭接。

3.根据权利要求1所述的碳纤维加热片，其特征在于，所述上、下绝缘包覆层均为棉布单面涂覆热熔胶而形成的；所述电极载流条为黄铜网双面涂覆热熔胶而形成的。

4.一种如权利要求1所述的碳纤维加热片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

C、布碳纤维丝：取上、下磨具，所述下磨具上设有若干交错分布的铁钉，所述任一铁钉可与相邻的三个铁钉构成菱形，所述菱形对角线的长度在2cm以内；所述上磨具上设有与所述铁钉相适配的若干通孔；将所述下绝缘包覆层胶面向上，平铺于所述下磨具上，压合上所述上磨具，使得所述下磨具上的铁钉穿过下绝缘包覆层，揭开所述上磨具，将碳纤维丝沿所述铁钉缠绕成由若干菱形格子连接构成的网状结构；

5.根据权利要求4所述的碳纤维加热片的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述粘合具体为：在网状热熔胶上覆上隔离纸后用电熨斗或是自动粘合机加热，使网状热熔胶与纯棉布粘合，所述粘合温度为180～250℃。

6.根据权利要求4所述的碳纤维加热片的制备方法，其特征在于，步骤B中，所述黄铜网为60目纯黄铜网。

7.根据权利要求4所述的碳纤维加热片的制备方法，其特征在于，步骤B中，所述退火处理为酒精退火，具体为采用乙醇灯烘烤除去所述黄铜网生产时的润滑油并使其软化。

8.根据权利要求4所述的碳纤维加热片的制备方法，其特征在于，步骤B中，所述粘合处理具体为：在所述网状热熔胶上覆上隔离纸后在自动粘合机上完成粘合，所述粘合温度为180～250℃。

9.根据权利要求4所述的碳纤维加热片的制备方法，其特征在于，步骤D中，所述缠绕成网状结构碳纤维丝的两端均缠绕了两段碳纤维丝以增加导电接触点。

10.根据权利要求4所述的碳纤维加热片的制备方法，其特征在于，步骤E中，所述焊接电极引流线具体为：在所述初加工产品上所述电极载流条对应的两端打入铆钉，通过粘合机粘合所述初加工产品后在所述铆钉上焊接电极引线，对焊接接点进行密封处理，即可。