CN104154586A - 一种碳纤维地暖系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维地暖系统，包括由下而上依次设置的基层、碳纤维发热层和地板层，所述的基层上铺设有自流平，所述的地板层由多块瓷石环保板材拼接而成，所述的瓷石环保板材的两侧边分别设有公槽和母槽,其中，所述的瓷石环保板材包括以下组分：大理石粉：75～85份，聚氯乙烯：15～25份，氯化聚乙烯：1.75～2.25份，聚丙烯酸酯：0.375～0.625份，稳定剂：1～1.5份，滑剂：0.75～1.25份，二氧化钛：1～1.5份；其中，所述的大理石粉的粒径为350～450目。另一方面，本发明还公开了上述的碳纤维地暖系统的施工方法。本发明旨在提供一种不易磨损、供暖迅速、节能环保的碳纤维地暖系统以及该碳纤维地暖系统的施工方法。

Description

一种碳纤维地暖系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑供暖领域，特别是一种不易磨损、使用舒适、节能环保保健的碳纤维地暖系统，以及该碳纤维地暖系统的施工方法。

背景技术

现代生活中，人们对室内的环境要求越来越高，特别是对于环境温度，更是非常敏感。对于我国来说，绝大多数地区冬天都比较寒冷，对于北方地区的室内大多具有采暖设备，而对于广大的南方地区却缺乏采暖设备，这样就给人们的生活和工作环境造成了一点的影响，特别是对于南方地区的冬天，潮湿阴冷，体质虚弱的人容易滋生风湿病。因此采用必要的廉价供暖设施的十分必要的。

目前对于地面供暖技术领域，常用的方法主要有以下几种：

1.锅炉地水暖和发热电缆：属线型采暖，水泥埋设，热损高，能耗大。升温慢，耗电巨多，影响房间层高和面积，安装维护繁重。

2.电热膜：属平面发热，表面温度不均匀，使用寿命短，耗电多，漏电，不耐酸碱，怕水、氧化。国家严禁在隐蔽工程中使用，无法应用于实木龙骨地板采暖。

随着产品的发展，近年来开发出以碳纤维为发热主体的地暖，但是在实际使用的过程中，发现了如下问题：1、采用传统的瓷砖或者石材作为地瓷石环保板材料时，碳纤维发热层与地板层之间设置有水泥层，影响传热速度，并且水泥的热容非常大，造成能源浪费；并且瓷砖或者天然石材质地冰冷，用户在未打开地暖加热或者刚打开地暖时，足部感觉不好；2、采用木质地板或者木塑材料作为地瓷石环保板材料时，其不耐虫蛀、不防火、不防潮，使用寿命不长。此外，无论采用何种地瓷石环保板材料，碳纤维材料如果长期在某一点受压，其使用寿命会严重缩短。

发明内容

本发明的一个目的是提供不易磨损、供暖迅速、节能环保的碳纤维地暖系统。

本申请的另一个目的是还提供了上述碳纤维地暖系统的施工方法。

本发明提供的技术方案为：一种碳纤维地暖系统，包括由下而上依次设置的基层、碳纤维发热层和地板层，所述的基层上铺设有自流平，所述的地板层由多块瓷石环保板材拼接而成，所述的瓷石环保板材的两侧边分别设有公槽和母槽,其中，所述的瓷石环保板材包括以下组分：大理石粉：75～85份，聚氯乙烯：15～25份，氯化聚乙烯：1.75～2.25份，聚丙烯酸酯：0.375～0.625份，稳定剂：1～1.5份，滑剂：0.75～1.25份，二氧化钛：1～1.5份；其中，所述的大理石粉的粒径为350～450目。

作为本发明的进一步改进，所述的瓷石环保板材包括以下重量组分：大理石粉：80～84份，聚氯乙烯：18～23份，氯化聚乙烯：1.9～2.1份，聚丙烯酸酯：0.45～0.55份，稳定剂：1.2～1.3份，滑剂：1～1.1份，二氧化钛：1.1～1.3份；其中，所述的大理石粉的粒径为380～420目。

在上述的碳纤维地暖系统中，所述的基层为混凝土层，所述的碳纤维发热层的下部设有保温层，所述的瓷石环保板材的上表面涂布有水性涂料。

在上述的碳纤维地暖系统中，所述的水性涂料中含有0.5～1.5％重量百分比的三氧化二铝。

在上述的碳纤维地暖系统中，所述的碳纤维发热层包括套层和碳纤维发热线，所述的套层的底部连接有铝箔层，所述的碳纤维发热线的外侧包覆有绝缘层。

在上述的碳纤维地暖系统中，所述的瓷石环保板材的下表面设有至少一条凹槽。

在上述的碳纤维地暖系统中，所述的母槽的上侧设有一个凸止口，所述的凸止口的上端面与所述的板体的上端面平齐，所述的公槽的上侧设有一个与所述的凸止口配合的凹止口，所述的母槽的剖面为内凹的圆弧形，所述的公槽的剖面为外凸的圆弧形。

在上述的碳纤维地暖系统中，所述的滑剂为硬脂酸酯和聚乙烯蜡中的一种或者两种的组合，所述的聚氯乙烯的型号为SG-5型。

在上述的碳纤维地暖系统中，所述的瓷石环保板材通过以下方法制备：

步骤1：干燥，将75～85份大理石粉、15～25份聚氯乙烯、1.75～2.25份氯化聚乙烯、0.375～0.625份聚丙烯酸酯、1～1.5份稳定剂、0.75～1.25份滑剂、1～1.5份二氧化钛进行混合并干燥；其中，所述的大理石粉的粒径为350～450目；

步骤2：预塑化，将干燥后的混合物进行加热搅拌，搅拌温度为128～132℃，搅拌时间为0.5～1.5小时；加热搅拌结束后将混合物进行冷却搅拌，直至混合物的温度降至25～30℃；

步骤3：静置，将步骤2得到的混合物置于通风处放置20～28小时；

步骤4：挤压，将步骤3得到的混合物通过螺杆挤出机挤出，并在模具中成型，得到半成品；

步骤5：定型，将步骤4中得到的半成品导入定型模中，使其冷却到35～45℃，然后再将其放置在水槽中进一步冷却至25～30℃，得到定型的半成品；

步骤6：切割，通过切割机将所述的步骤5得到的定型的半成品切割成预设的长度；

步骤7：表面处理，将切割后的半成品进行打磨，并在打磨后的半成品的表面涂覆水性涂料。

在上述的碳纤维地暖系统中，所述的步骤4中所述的螺杆挤出机的两个螺杆上均设有加热装置，所述的加热装置用于控制所述的螺杆的前段的温度为185～195℃，中段的温度为155～165℃，后段的温度为205～215℃，所述的螺杆挤出机为SJSZ65/132型锥形双螺杆挤出机，所述的混合物的挤出速度为150～170kg/min。

本发明还提供上述的碳纤维地暖系统的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：对基层进行平整处理；

步骤2：在所述的基层上铺设自流平；

步骤3：待所述的自流平凝固后，依次布设保温层、碳纤维发热层、地板层，所述的地板层由多块瓷石环保板材拼接而成。

与传统的供暖系统相比，本方案采用了自流平来使本系统的底面绝对平整，并且本系统的表面是可以拼接的瓷石环保板材组成的地板层，本瓷石环保板材为石塑复合材料，可以采用模具统一加工，保证了本系统的表面的平整度，两者结合有效的避免了底面和表面不平整对碳纤维发热线的压迫，尤其是使底面高度平整，防止突出物或者褶皱对碳纤维发热线的挤压和压迫，提高本系统的使用寿命，并提高使用安全性；

更进一步地，本发明的瓷石环保板材的导热系数能够控制在0.9～1.1之间，同时保证地板具有足够的韧性和强度，具体来说，通过合适的原材料配比、预塑化以及特制的螺杆挤压机提供足够的剪切力来实现石粉颗粒与上述的聚氯乙烯分子之间的牢固结合。

更进一步地，本发明的水性涂料层中添加了三氧化二铝纳米粉末，当本瓷石环保板材上沾上水滴时，三氧化二铝与水进行水和，使水性涂料层变粗糙，当本瓷石环保板材的底部铺设有发热体时，铝原子外层的电子发生跃迁，产生远红外线，并且本水性涂料层是透明的并且非常薄，对远红外线吸收率非常低，这样人体就可以吸收更多的远红外线。

附图说明

图1是本发明具体实施例1的碳纤维地暖系统的剖视图；

图2是本发明具体实施例1的地板层部分的剖视图；

图3是本发明具体实施例1的碳纤维发热层部分的剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

具体实施例1：

如图1～3所示，一种碳纤维地暖系统，包括由下而上依次设置的基层1、碳纤维发热层2和地板层3，所述的基层上铺设有自流平11，所述的地板层3由多块瓷石环保板材31拼接而成，所述的瓷石环保板材的两侧边分别设有公槽32和母槽33，所述的基层1为混凝土层12，所述的碳纤维发热层2的下部铺设有保温层21，所述的瓷石环保板材31的上表面涂布有水性防滑涂料34，瓷石环保板材31的底部设有四条凹槽35，所述的母槽33的上侧设有一个凸止口36，所述的凸止口36的上端面与所述的板体31的上端面平齐，所述的公槽32的上侧设有一个与所述的凸止口36配合的凹止口37，所述的母槽33的剖面为内凹的圆弧形，所述的公槽32的剖面为外凸的圆弧形，所述的碳纤维发热层2包括套层22和碳纤维发热线23，所述的套层22的底部连接有铝箔层24，所述的碳纤维发热线23的外侧包覆有绝缘层25。

需要说明的是，套层22为聚酰胺/聚乙烯复合材料层，绝缘层25为橡胶或者聚氯乙烯。碳纤维发热层2与外设的电源电连接，通过温度控制器和设在使用空间内的温度感应器来调节室内的发热量。

所述的碳纤维地暖系统通过以下工艺实施：

步骤1：对混凝土基层1进行平整处理；

步骤2：在所述的混凝土基层1上铺设自流平11；

步骤3：待所述的自流平11凝固后，依次布设保温层21、碳纤维发热层2、地板层3；

所述的瓷石环保板材31通过以下方法制备：将80份大理石粉、20份SG-5型聚氯乙烯、2份氯化聚乙烯、0.5份聚丙烯酸酯、1.25份稳定剂、1份聚乙烯蜡、1.25份二氧化钛进行混合并干燥，干燥温度为135℃，干燥时间为0.5小时；所述的大理石粉的粒径为380～420目；将干燥后的混合物加入到搅拌机中加热搅拌，搅拌温度为128～132℃，搅拌时间为0.5小时；加热搅拌结束后将混合物加入到另一搅拌机中进行冷却搅拌，搅拌0.4小时，使混合物的温度降至25～30℃；上述操作结束后将混合物置于通风处放置24小时；然后将混合物通过螺杆挤出机挤出，并在模具中成型，得到半成品；其中，所述的螺杆挤出机的两个螺杆上均设有加热装置，所述的加热装置用于控制所述的螺杆的前段的温度为185～195℃，中段的温度为155～165℃，后段的温度为205～215℃，本实施例所述的前段为挤出机的入口至螺杆的400mm位置处，中段为挤出机的400～900mm处，后端为挤出机螺杆的900～1430mm处；所述的所述的螺杆挤出机为SJSZ65/132型锥形双螺杆挤出机，所述的混合物的挤出速度为160kg/min。

半成品导入定型模中，使其冷却到40℃，然后再将其放置在水槽中进一步冷却至常温，得到定型的半成品；并通过切割机切割成80cm长度的石板，并在其上涂覆10层水性涂料。所述的水性涂料中含有1％重量百分比的三氧化二铝。

具体实施例2：

与实施例1的具体配方数据和操作步骤相同，不同的地方在于，大理石粉为82份，SG-5型聚氯乙烯为18份。

具体实施例3：

与实施例1的具体配方数据和操作步骤相同，不同的地方在于，大理石粉为76份，SG-5型聚氯乙烯为24份。

具体实施例4：

与实施例1的具体配方数据和操作步骤相同，不同的地方在于，氯化聚乙烯为1.9份，聚丙烯酸酯为0.54份，稳定剂为1.3份，二氧化钛为1.1份。

对比例1：

与实施例1的具体配方数据和操作步骤相同，不同的地方在于，本实施例中并未包含步骤1和步骤2，直接在粗糙的混凝土层上铺设保温层21、碳纤维发热层2、地板层3。

在实际使用中发现，碳纤维发热层2的碳纤维发热丝容易断裂，其根本原因在于，因为不设自流平，相邻的瓷石环保板材31的公槽32和母槽33以及凸止口36和凹止口37不能恰到好处的配合，瓷石环保板材31容易晃动，进而碳纤维发热层2受力不均，碳纤维发热层2和瓷石环保板材31实用寿命严重缩短，并且用户体验也是否差。

对比例2：

与实施例1的具体配方数据和操作步骤相同，不同的地方在于，大理石粉为65份，SG-5型聚氯乙烯为35份；挤出速度为80kg/min；加热搅拌的温度为120℃；所述的水性涂料中并不添加三氧化二铝。

对比例3：

与实施例1的具体配方数据和操作步骤相同，不同的地方在于，大理石粉为92份，SG-5型聚氯乙烯为8份；挤出速度为240kg/min；加热搅拌的温度为120℃；所述的水性涂料中并不添加三氧化二铝。

对比例4：

与实施例1的具体配方数据和操作步骤相同，不同的地方在于，所述的瓷石环保板材31通过以下方法制备：

将80份大理石粉、20份SG-5型聚氯乙烯、2份氯化聚乙烯、0.5份聚丙烯酸酯、1.25份稳定剂、1份聚乙烯蜡、1.25份二氧化钛进行混合并干燥，干燥温度为135℃，干燥时间为0.5小时；所述的大理石粉的粒径为380～420目；将干燥后的混合物加入到搅拌机中加热搅拌，搅拌温度为128～132℃，搅拌时间为0.5小时；加热搅拌结束后将混合物加入到另一搅拌机中进行冷却搅拌，搅拌0.4小时，使混合物的温度降至25～30℃；上述操作结束后将混合物置于通风处放置24小时；然后将混合物通过螺杆挤出机挤出，并在模具中成型，得到半成品；其中，所述的螺杆挤出机的两个螺杆上均设有加热装置，所述的加热装置用于控制所述的螺杆的前段的温度为285～295℃，中段的温度为155～165℃，后段的温度为205～215℃，本实施例所述的前段为挤出机的入口至螺杆的400mm位置处，中段为挤出机的400～900mm处，后端为挤出机螺杆的900～1430mm处；所述的所述的螺杆挤出机为SJS65/132型锥形双螺杆挤出机，所述的混合物的挤出速度为160kg/min。

半成品导入定型模中，使其冷却到40℃，然后再将其放置在水槽中进一步冷却至常温，得到定型的半成品；并通过切割机切割成80cm长度的石板。

对比例5：

与对比例4的配方数据以及制备方法相同，不同的地方在于，其中并不添加二氧化钛。

性能测试与结果分析

1、测试方法

1.1、导热系数测试方法：测试仪器：DRP导热系数测试仪

样品准备：将上述实施例1～4以及对比例2和3所得到的瓷石环保板材打磨并除去表面涂层，获得厚度一致的直径为130mm，厚度为5mm的圆盘形的板材。

测试方法：平板稳态法。

1.2、加热后尺寸变化率测试方法：见GB/T88142004《门窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型材》第6.6节加热后尺寸变化率。

样品准备：上述实施例1～4以及对比例2和3所得到的瓷石环保板材。

1.3、主型材的落锤冲击测试方法：见GB/T88142004《门窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型材》第6.7节主型材的落锤冲击。

样品准备：上述实施例1～4以及对比例2和3所得到的瓷石环保板材。

1.4、远红外线发射率测试方法：见GB/7287.9-87的方法测定，测试温度为40℃，测量精度为±0.01(比辐射率单位，e在0.3～0.95范围内)。

样品准备：将上述实施例1～4以及对比例2和3所得到的瓷石环保板材。

2.1、测试结果

在开发过程中，研究人员发现当增大聚氯乙烯的含量时，导热系数会降低，但是抗冲击能力会增强，当降低聚氯乙烯的含量时，导热系数会升高，但是抗冲击能力会减弱。在实际使用过程中发现，当导热系数控制在0.9～1.1之间时，人体感觉是最舒适的，特别是板材底部设有加热装置时，升温速度适宜，不会出现天然石材或者瓷砖加热前过于冰冷的情况，也不会出现类似于实木地板升温过慢的情况。为了控制导热系数在0.9～1.1之间并且其他性能优良，无法简单的通过调节聚氯乙烯和石粉的比例以实现，需要采取适当的预塑化方法以及合适的挤出设备来实现该目的。

2.2、远红外线测试结果

实施例1和对比例2在远红外线发射率测试后，惊奇的发现，实施例1的8～14μm波段范围的法向辐射为0.91，对比例1的8～14μm波段范围的法向辐射为0.83，根据国家红外及工业电热产品质量监督中心提供的数据和测试标准，当4～16μm波段的法向辐射率大于0.8时，即认为被测产品具有远红外发射功能。二氧化钛具有一定的远红外辐射能力，因此实施例1和对比例1均可以测试到具有远红外线的发射能力，但是在添加一定含量的三氧化二铝于涂料中后，本瓷石环保地板的远红外辐射能力明显增强。

3.3、瓷石环保板材的风化测试

取对比例4和对比例5所获得的瓷石环保板材31置于相同的自然环境下6个月，实验前对实施例4和实施例5的样品进行拍照，6个月后拍照观察表面，比较两者的实验前后的粗糙度变化。通过观察可以发现在实验前两者的粗糙度相似，试验后后者明显较前者粗糙。研究人员认为纳米级的二氧化钛对碳酸钙材料具有良好的亲和力，能够在碳酸钙表面形成致密的保护膜。同时二氧化钛与PVC的结合力远小于与碳酸钙的结合力，当PVC在空气重老化剥落时无法带走碳酸钙表面的二氧化钛，二氧化钛继续粘附在碳酸钙表面，使之与空气隔绝，防止碳酸钙与空气接触风化膨胀。

以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维地暖系统，包括由下而上依次设置的基层(1)、碳纤维发热层(2)和地板层(3)，其特征在于，所述的基层(1)上铺设有自流平(11)，所述的地板层(3)由多块瓷石环保板材(31)拼接而成，所述的瓷石环保板材(31)的两侧边分别设有公槽(32)和母槽(33),其中，所述的瓷石环保板材(31)包括以下组分：大理石粉：75～85份，聚氯乙烯：15～25份，氯化聚乙烯：1.75～2.25份，聚丙烯酸酯：0.375～0.625份，稳定剂：1～1.5份，滑剂：0.75～1.25份，二氧化钛：1～1.5份；其中，所述的大理石粉的粒径为350～450目。

2.根据权利要求1所述的碳纤维地暖系统，其特征在于，所述的基层(1)为混凝土层，所述的碳纤维发热层(2)的下部设有保温层(21)，所述的瓷石环保板材(31)的上表面涂布有水性涂料(34)。

3.根据权利要求2所述的碳纤维地暖系统，其特征在于，所述的水性涂料中含有0.5～1.5％重量百分比的三氧化二铝。

4.根据权利要求1所述的碳纤维地暖系统，其特征在于，所述的碳纤维发热层(2)包括套层(22)和碳纤维发热线(23)，所述的套层(22)的底部连接有铝箔层(24)，所述的碳纤维发热线(23)的外侧包覆有绝缘层(25)。

5.根据权利要求1所述的碳纤维地暖系统，其特征在于，所述的瓷石环保板材(31)的下表面设有至少一条凹槽(35)。

6.根据权利要求5所述的碳纤维地暖系统，其特征在于，所述的母槽(33)的上侧设有一个凸止口(36)，所述的凸止口(36)的上端面与所述的板体(31)的上端面平齐，所述的公槽(32)的上侧设有一个与所述的凸止口(36)配合的凹止口(37)，所述的母槽(33)的剖面为内凹的圆弧形，所述的公槽(32)的剖面为外凸的圆弧形。

7.根据权利要求1所述的碳纤维地暖系统，其特征在于，所述的滑剂为硬脂酸酯和聚乙烯蜡中的一种或者两种的组合，所述的聚氯乙烯的型号为SG-5型。

8.根据权利要求1～7任一所述的碳纤维地暖系统，其特征在于，所述的瓷石环保板材(31)通过以下方法制备：

步骤1：干燥，将75～85份大理石粉、15～25份聚氯乙烯、1.75～2.25份氯化聚乙烯、0.375～0.625份聚丙烯酸酯、1～1.5份稳定剂、0.75～1.25份滑剂、1～1.5份二氧化钛进行混合并干燥；其中，所述的大理石粉的粒径为350～450目；

步骤2：预塑化，将干燥后的混合物进行加热搅拌，搅拌温度为128～132℃，搅拌时间为0.5～1.5小时；加热搅拌结束后将混合物进行冷却搅拌，直至混合物的温度降至25～30℃；

步骤3：静置，将步骤2得到的混合物置于通风处放置20～28小时；

步骤4：挤压，将步骤3得到的混合物通过螺杆挤出机挤出，并在模具中成型，得到半成品；

步骤5：定型，将步骤4中得到的半成品导入定型模中，使其冷却到35～45℃，然后再将其放置在水槽中进一步冷却至25～30℃，得到定型的半成品；

步骤6：切割，通过切割机将所述的步骤5得到的定型的半成品切割成预设的长度；

步骤7：表面处理，将切割后的半成品进行打磨，并在打磨后的半成品的表面涂覆水性涂料。

9.根据权利要求8所述的碳纤维地暖系统，其特征在于，所述的步骤4中所述的螺杆挤出机的两个螺杆上均设有加热装置，所述的加热装置用于控制所述的螺杆的前段的温度为185～195℃，中段的温度为155～165℃，后段的温度为205～215℃，所述的螺杆挤出机为SJSZ65/132型锥形双螺杆挤出机，所述的混合物的挤出速度为150～170kg/min。

10.一种如权利要求9所述的碳纤维地暖系统的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对基层(1)进行平整处理；

步骤2：在所述的基层(1)上铺设自流平(11)；

步骤3：待所述的自流平(11)凝固后，依次布设保温层(21)、碳纤维发热层(2)、地板层(3)；所述的地板层(3)由多块瓷石环保板材(31)拼接而成。