CN104158011B - 碳纤维发热线与金属导线的连接方法及专用接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纤维发热线与金属线的连接方法，包括以下步骤：a、在可注塑成型的塑料原材料中添加炭粉，混配成炭塑合成粉；b、将碳纤维发热线的接线端与金属线的接线端同向或反向重叠接触设置并定位；c、将所述炭塑合成粉在碳纤维发热线接线端和金属线接线端上注塑成型，形成固定连接碳纤维发热线与金属线的塑性导电接头；d、使用塑料原材料在所述塑性导电接头上注塑成型，形成包裹所述塑性导电接头的绝缘外壳。本发明纤维发热线与金属线之间的连接方法和接头，没有尖刃端，不会损坏碳纤维发热线的纤维束，使用安全可靠，使用碳纤维发热线的电热产品的使用寿命得以大幅提高。

Description

碳纤维发热线与金属导线的连接方法及专用接头

技术领域

本发明涉及一种电气连接方法，具体地说是一种碳纤维发热线与金属线的连接方法及专用接头。

背景技术

碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料这种复合材料来加以应用，碳纤维是一种纤维状碳材料，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能，在替代采暖材料核心发热体上也有应用。在很多节能采暖设备的核心发热体上，已经由以前普遍采用的金属材料逐步升级到使用碳纤维材料上来。

目前碳纤维采暖产品有：用于家庭的地暖采暖系统，适用于改造中央空调采暖效果的风道类产品，适用于新装空调和改造空调，用于工程的瑜伽房、桑拿房、保健床、足球场和滑雪场融雪电缆、太阳能伴热电缆等诸多方面。人们还在试图扩大碳纤维发热线的使用领域，如在电热毯、电热护膝等柔性发热器具方面的应用。

现有技术中，碳纤维束与金属导线的电气连接，一般是采用焊接的方式予以连接，但这种连接方式在焊接点与碳纤维接触部位容易产生应力集中，由于碳纤维束的抗剪断能力很差，使得碳纤维束在焊接部位很容易发生断裂，导致电路故障，不能工作。而且，目前非金属材质的碳纤维与金属线的连接一般多是在原有的金属接头的基础上进行连接，但因碳纤维质地柔软、单股强度低的性能特点，使得非金属碳纤维与金属导线的连接的可靠性较差，耐用性低，故障率高，影响了电热产品的使用寿命。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种碳纤维发热线与金属线的连接方法，以解决碳纤维发热线与金属线连接困难的问题。

本发明的目的之二就是提供一种用于连接碳纤维发热线与金属线的专用接头，以实现碳纤维发热线与金属线的可靠连接。

本发明的目的之一是这样实现的：一种碳纤维发热线与金属线的连接方法，包括以下步骤：

a、在可注塑成型的塑料原材料中添加相对树脂总重量至少50%的炭粉，混配成炭塑合成粉；

b、将碳纤维发热线的接线端与金属线的接线端同向或反向重叠接触设置并定位；

c、将所述炭塑合成粉在碳纤维发热线接线端和金属线接线端上注塑成型，形成固定连接碳纤维发热线与金属线的塑性导电接头，碳纤维发热线接线端与金属线接线端的重叠接触段密封裹挟在所述塑性导电接头中；

d、使用无炭粉的塑料原材料在所述塑性导电接头上注塑成型，形成包裹所述塑性导电接头的绝缘外壳。

所述炭塑合成粉中炭粉的添加量为树脂总重量的50—80%。

紧邻碳纤维发热线接线端处的绝缘外套被注塑在所述绝缘外壳内，以形成与碳纤维发热线安全可靠的连接结构。

紧邻金属线接线端处的绝缘外套被注塑在所述绝缘外壳内，以形成与金属线安全可靠的连接结构。

本发明的目的之二是这样实现的：一种用于连接碳纤维发热线与金属线的专用接头，在碳纤维发热线接线端和金属线接线端的重叠段上，用炭塑合成粉注塑成型一个塑性导电接头，将碳纤维发热线接线端和金属线接线端固定连接在一起；在所述塑性导电接头的外层用非导电的塑料原材料二次注塑成型一个绝缘外壳，将塑性导电接头以及碳纤维发热线接线端和金属线的接线端全部封装在内；

所述炭塑合成粉是在可注塑成型的塑料原材料中添加相对树脂总重量至少50%的炭粉混配而成。

所述炭塑合成粉中炭粉的添加量为树脂总重量的50—80%。

本发明是用炭粉加入塑料原材料中，混配成可注塑成型的炭塑合成粉，将其注塑成型在碳纤维发热线与金属线的接线端上，使碳纤维发热线的接线端与金属线的接线端形成固定连接方式，既连接牢固，又密切接触，并且塑性导电接头还可在碳纤维发热线与金属线之间形成良好的电气传递，降低了接头处的接触电阻和传导电阻。塑性导电接头上二次注塑成型的绝缘外套，提高了电气接头的绝缘性能，保证了使用的安全性。

本发明纤维发热线与金属线之间的塑料连接接头，没有尖刃端，不会损坏碳纤维发热线的纤维束，使用安全可靠，使用碳纤维发热线的电热产品的使用寿命得以大幅提高。

附图说明

图1是反向连接专用接头的结构示意图。

图2是同向连接专用接头的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：碳纤维发热线与金属线的连接方法

本发明碳纤维发热线与金属线的连接方法包括以下步骤：

步骤一，在PVC、PE等可注塑成型的塑料原材料中添加树脂总重量的50—80%的炭粉，混配成炭塑合成粉。炭塑合成粉的原料配比可有多种，以下给出几种参考配方。

1、参考配方一：

品名 添加量（重量份）

PP/PE 100

炭粉 50—80

无机物 5—10

PA04 2—3

HD3303/3304 5—8

2、参考配方二：

品名 添加量（重量份）

PVC 100

炭粉 50—80

YY602/PA808 6—7

PA07 2—3

流变改性剂 2

YY55 2—2.5

PB40 2

3、参考配方三：

品名 添加量（重量份）

PVC 100

炭粉 50—80

PB40 1.5—2

PA07 1.5—2

YY602/PA808 6—7

YY55 2—3

4、参考配方四：

品名 添加量（重量份）

PVC（悬浮4型或5型，VCM < 1 mg/kg） 100

炭粉 50—80

ACR 4

硫醇有机锡稳定剂 1.5

步骤二，将碳纤维发热线的接线端与金属线的接线端同向或反向重叠接触设置并使用定位装置予以定位。

步骤三，将所述炭塑合成粉在碳纤维发热线接线端和金属线接线端上注塑成型，形成固定连接碳纤维发热线与金属线的塑性导电接头，碳纤维发热线接线端与金属线接线端的重叠接触段密封裹挟在所述塑性导电接头中。

炭塑合成粉注塑技术关键点是物料的流动性、物料的含水率、如何控制物料的分解、制品的表面光洁度及物理力学性能。做好炭塑合成粉的注塑应注意一下几点：

（1）树脂的选择：树脂必须是符合注塑用的熔融流动指数如PP应在10—18左右，PE在9左右。

（2）树脂最好选高抗冲的，这样制品的冲击强度好。

（3）物料的含水率由树脂、无机物的含水率，生产工艺（混料、造粒）、物料的储存，注塑时的工艺等决定。

（4）注塑时由于产生的水汽不能像挤出一样通过螺杆排气孔排气，会影响制品的密实度和收缩，可以采用中空吹气法生产，这样既可解决以上问题又可减轻制品重量和提高制品力学性能。

（5）模具可以采用或不采用热流道设计。

（6）润滑剂的好坏是保证产品成型和控制物料不分解的一个重要因素。

注塑工艺及注意事项如下：

（1）混料工艺：树脂加炭粉和无机物，混到110℃，打开高混机大盖1分钟左右，加润滑剂和马来酸酐接枝物，混到125—135℃左右，放入冷缸中冷却到40℃制粒。

（2）制粒工艺：最好采用混炼塑化效果好的平双制粒。制粒的基本温度如：160—170℃，160—170℃，165—175℃，175—185℃，190—200℃，200—220℃，温度的设定顺序为模头到下料，具体温度要根据设备及粒子的质量来定，胶粒必须是表面光滑，不粘料，结实，胶粒大小和长度一致，无粉尘。

（3）注塑：注塑机无需做大的改变，但喷嘴比常规注塑产品的要大20—30%左右。模具的浇口最好设在最厚处。注塑制品的厚度应在2mm以上。

（4）温度基本控制在：喷嘴199—210℃，螺杆下料段170—188℃，中段182—199℃，靠喷嘴段193—210℃，具体可根据生产稳定和产品质量而定。

（5）制好的胶粒在生产前务必烘干，使胶粒表面的含水率低于1.5%，内部低于1%。

注塑PVC时应注意的事项如下：

（1）接头产品尽量不要有尖角或突变，厚度力求变化不大，以防止出现PVC解降变质。

（2）模具应有10以上的拔模斜度，预留约0.5%的收缩量。

（3）模具的流道设计应注意：模具的注射口应比射嘴孔略大，并比主流道交错处直径大，使PVC料流入模腔不滞留和压力得以平衡。尽量采用截接浇口，使熔渣不会流入产品和裣流道中的温度降低、容易成型。浇口应设计在产品最厚壁处，且阔度足够，以使PVC料流入畅顺。流道最好是圆形，直径在6—8mm之间。

（4）模具温度应有冷却水控制装置，使模温能在30—60℃之间可控。

（5）模具应表面光洁、镀铬防腐蚀。

（6）注塑的背压应控制在1Mpa左右，过高的背压会产生过大剪切力，使PVC过热分解。同时应在熔胶过程采用多级背压控制。开始时，螺杆有效长度长，应背压较低，随着螺杆有效长度减少，应适当增加背压补偿热量减少。回料终止前一小段，还应降低背压，防止漏涎。

（7）螺杆转速应因直径不同而异。一般直径＜60mm，则转速为50-70rpm；直径＞70mm，则转速为20-50rpm，以防止剪切力过大而出现PVC降解。

（8）为使塑料注射入查腔内，每处速度均一，一般注射速度要多段控制，其原则是慢起动注射，随着成型面积的逐渐增大而分须增加注射速率，以无裂纹和缩水痕为止，不能注射太快，以防止产品表面变剥蚀。

（9）注射过程中机筒的温度应控制在170-190℃之间。当料筒温度达到设定温度时，应起动鼓风机冷却降温，当需升温时，再停止吹风加热，以防止PVC过热变质。

（10）在原料准备上应注意：必须避免有其他塑料PVC原料中，引起PVC原料变质。特别是注塑过其他原料时，一定要先清洗干净机筒和螺杆内的塑料，才能注塑PVC产品。停机前一定要将PVC料完全打净，如长时间停机，为防止PVC腐蚀机器，应用清洗料清干净螺杆、机筒。当PVC料放置时间超过6个月，且环境为高温、潮湿条件下，使用前应用60—80℃温度烘干2—5小时才能使用。

（11）为了保证产品质量和注塑生产的顺利进行，建议所有原物料通过高混机混到所需温度再冷混到40℃左右，用锥双或平双造粒，造粒时要注意物料塑化和粒子质量。造好的炭塑复合粒子冷却到室温，用牛皮复合纸袋包装好。

步骤四，使用常规无炭粉的PP、PE或PVC塑料原材料，在塑性导电接头上二次注塑成型，形成包裹所述塑性导电接头的绝缘外壳。注塑时，最好将紧邻碳纤维发热线接线端处的绝缘外套注塑在绝缘外壳内，紧邻金属线接线端处的绝缘外套，同样也最好注塑在绝缘外壳内。由此即可完成碳纤维发热线与金属线的连接。

实施例2：用于连接碳纤维发热线与金属线的专用接头

本发明碳纤维发热线与金属线专用接头，如图1、图2所示，是将碳纤维发热线1的接线端与金属线2的接线端进行重叠设置（图1为接线端反向设置，图2为接线端同向设置），形成相互接触的重叠段；在该接线端重叠段上通过注塑方式，将炭塑合成粉注塑成型，形成一个将碳纤维发热线接线端和金属线接线端固定连接在一起的塑性导电接头3；在所述塑性导电接头3的外层，再用非导电的PP、PE或PVC塑料原材料进行二次注塑成型，形成一个将塑性导电接头3以及碳纤维发热线接线端和金属线的接线端全部封装在内的绝缘外壳4。紧邻碳纤维发热线1的接线端处的绝缘外套，注塑在绝缘外壳4内；紧邻金属线2的接线端处的绝缘外套，同样也注塑在绝缘外壳4内。

注塑塑性导电接头3所用的炭塑合成粉是在PP、PE或PVC等可注塑成型的塑料原材料中添加相对树脂总重量50—80%的炭粉之后，混配而成。具体可用的配方以及相应的制作方法可参见实施例1中的说明。

Claims (8)

1.一种碳纤维发热线与金属线的连接方法，其特征是，包括以下步骤：

a、在可注塑成型的塑料原材料中添加相对树脂总重量至少50%的炭粉，混配成炭塑合成粉；

b、将碳纤维发热线的接线端与金属线的接线端同向或反向重叠接触设置并定位；

c、将所述炭塑合成粉在碳纤维发热线接线端和金属线接线端上注塑成型，形成固定连接碳纤维发热线与金属线的塑性导电接头，碳纤维发热线接线端与金属线接线端的重叠接触段密封裹挟在所述塑性导电接头中；

d、使用无炭粉的塑料原材料在所述塑性导电接头上注塑成型，形成包裹所述塑性导电接头的绝缘外壳。

2.根据权利要求1所述的碳纤维发热线与金属线的连接方法，其特征是，所述炭塑合成粉中炭粉的添加量为树脂总重量的50—80%。

3.根据权利要求1所述的碳纤维发热线与金属线的连接方法，其特征是，紧邻碳纤维发热线接线端处的绝缘外套被注塑在所述绝缘外壳内。

4.根据权利要求1所述的碳纤维发热线与金属线的连接方法，其特征是，紧邻金属线接线端处的绝缘外套被注塑在所述绝缘外壳内。

5.一种用于连接碳纤维发热线与金属线的专用接头，其特征是，在碳纤维发热线接线端和金属线接线端的重叠段上，用炭塑合成粉注塑成型一个塑性导电接头，将碳纤维发热线接线端和金属线接线端固定连接在一起；在所述塑性导电接头的外层用非导电的塑料原材料二次注塑成型一个绝缘外壳，将塑性导电接头以及碳纤维发热线接线端和金属线的接线端全部封装在内；

所述炭塑合成粉是在可注塑成型的塑料原材料中添加相对树脂总重量至少50%的炭粉混配而成；

炭塑合成粉的原料配比是：

品名 添加量（重量份）

PP/PE 100；

炭粉 50—80；

无机物 5—10；

PA04 2—3；

HD3303/3304 5—8。

6.一种用于连接碳纤维发热线与金属线的专用接头，其特征是，在碳纤维发热线接线端和金属线接线端的重叠段上，用炭塑合成粉注塑成型一个塑性导电接头，将碳纤维发热线接线端和金属线接线端固定连接在一起；在所述塑性导电接头的外层用非导电的塑料原材料二次注塑成型一个绝缘外壳，将塑性导电接头以及碳纤维发热线接线端和金属线的接线端全部封装在内；

所述炭塑合成粉是在可注塑成型的塑料原材料中添加相对树脂总重量至少50%的炭粉混配而成；

炭塑合成粉的原料配比是：

品名 添加量（重量份）

PVC 100；

炭粉 50—80；

YY602/PA808 6—7；

PA07 2—3；

流变改性剂 2；

YY55 2—2.5；

PB40 2。

7.一种用于连接碳纤维发热线与金属线的专用接头，其特征是，在碳纤维发热线接线端和金属线接线端的重叠段上，用炭塑合成粉注塑成型一个塑性导电接头，将碳纤维发热线接线端和金属线接线端固定连接在一起；在所述塑性导电接头的外层用非导电的塑料原材料二次注塑成型一个绝缘外壳，将塑性导电接头以及碳纤维发热线接线端和金属线的接线端全部封装在内；

所述炭塑合成粉是在可注塑成型的塑料原材料中添加相对树脂总重量至少50%的炭粉混配而成；

炭塑合成粉的原料配比是：

品名 添加量（重量份）

PVC 100；

炭粉 50—80；

PB40 1.5—2；

PA07 1.5—2；

YY602/PA808 6—7；

YY55 2—3。

8.一种用于连接碳纤维发热线与金属线的专用接头，其特征是，在碳纤维发热线接线端和金属线接线端的重叠段上，用炭塑合成粉注塑成型一个塑性导电接头，将碳纤维发热线接线端和金属线接线端固定连接在一起；在所述塑性导电接头的外层用非导电的塑料原材料二次注塑成型一个绝缘外壳，将塑性导电接头以及碳纤维发热线接线端和金属线的接线端全部封装在内；

所述炭塑合成粉是在可注塑成型的塑料原材料中添加相对树脂总重量至少50%的炭粉混配而成；

炭塑合成粉的原料配比是：

品名 添加量（重量份）

PVC 100；

炭粉 50—80；

ACR 4；

硫醇有机锡稳定剂 1.5。