CN104279604B - 一种石塑碳纤维环保地暖系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进的石塑碳纤维环保地暖系统，包括石塑板材，在所述的石塑板材下表面设有至少一条凹槽，在石塑板材的底部设有至少一个扁形碳纤维发热组件，所述的扁形碳纤维发热组件由扁形碳纤维发热层和套在所述的扁形碳纤维发热层外的套层组成，所述的扁形碳纤维发热层包括耐热聚氨酯薄膜和平铺在所述的耐热聚氨酯薄膜上的碳纤维发热丝。本发明旨在提供一种不易分解、导热系数优良、发热均匀的石塑碳纤维环保地暖系统。

Description

一种石塑碳纤维环保地暖系统
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别是一种发热均匀的石塑碳纤维环保地暖系统。
背景技术
在建筑板材领域，常用的底板板材材料可以分为以下几种：木质板材、天然石材、木塑材料、瓷砖等，但是在实际应用中发现上述几种材料均存在各自的使用缺陷，如：木质板材抗虫蛀能力差、不能防火防潮，导热性能差；瓷砖易碎并且质地冰冷；天然石材加工难度大，并且为了与地基结合需要以水泥为粘结剂，同时由于导热率大导致质地冰凉；木塑材料含有有机粘结剂和其他的化学物质，用于室内环境中时容易产生小分子有害气体。
现有技术中，有人提出用大理石粉和聚氯乙烯作为原料制备石塑地板，但是存在导热系数差、在应用到地暖系统中时长时间使用会使有机材料分解等问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种不易分解、导热系数优良、发热均匀的石塑碳纤维环保地暖系统。
本发明提供的技术方案为：一种改进的石塑碳纤维环保地暖系统，包括石塑板材，在所述的石塑板材下表面设有至少一条凹槽，在石塑板材的底部设有至少一个扁形碳纤维发热组件，所述的扁形碳纤维发热组件由扁形碳纤维发热层和套在所述的扁形碳纤维发热层外的套层组成，所述的扁形碳纤维发热层包括耐热聚氨酯薄膜和平铺在所述的耐热聚氨酯薄膜上的碳纤维发热丝。
在上述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统中，所述的碳纤维发热丝通过印刷的方式平铺在所述的耐热聚氨酯薄膜上，或者通过将所述的碳纤维发热丝编制成为网状后粘附在所述的聚氨酯薄膜上。
在上述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统中，所述的碳纤维发热丝之间的缝隙中以及碳纤维发热丝的表层填充有碳纤维粉末。
在上述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统中，在所述的石塑板材两侧分别设有沿两侧边延伸的公槽和母槽。
在上述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统中，所述石塑板材由以下重量组分组成：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。
在上述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统中，所述的石塑板材通过以下步骤制备：
步骤1：干燥，将大理石粉、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、聚丙烯酸酯、稳定剂、滑剂、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。
在上述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统中，所述的步骤4中半成品通过螺杆挤压机挤出，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。
在上述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统中，所述的步骤7中的水性涂料为9～11层，所述的水性涂料中含有0.5～1.5％重量份的三氧化二铝。
在上述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统中，所述的步骤5中的定型的半成品为长条状的板体，所述的板体两侧分别设有沿两侧边延伸的公槽和母槽，所述的板体下表面设有至少一条凹槽，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。
在上述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统中，所述的石塑板材表面还设有涂层，所述的涂层中含有0.5～1.5％重量百分比的三氧化二铝。
与传统的地暖系统相比，本发明采用扁形的碳纤维发热组件，以达到石塑板材发热均匀的目的。同时结合本发明的配方，避免石塑板材长时间受热的情况下分解的问题。更进一步地，所述的碳纤维丝层上铺设有一层碳纤维粉末，本方案此采用碳纤维粉末和碳纤维丝层结合，碳纤维丝韧性好，可以避免被地板以及人的体重压断，碳纤维粉末可以提高碳纤维丝之间的导电性能，并且也起到发热的作用，通过上述设计，从宏观上看是扁形的一个发热体，发热均匀，避免地板受热不均。
更进一步地，本发明所提供的述石塑环保地板采用废弃的石粉为主要原料制作，环保节能，当本石塑板材破碎或者废弃时，可以粉碎回收重新制作，降低固体废弃物的排放量。
更为重要的是，本发明的石塑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出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，实现得到合适的导热系数的目的。
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，当本石塑板材上沾上水滴时，三氧化二铝与水进行水和，使水性涂料层变粗糙，当本石塑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，相比于传统的板材，人体可以吸收更多的远红外线。
附图说明
图1是本发明的具体实施例1的石塑碳纤维环保地暖系统的剖视图。
图2是本发明的具体实施例1的扁形碳纤维发热组件的结构示意图。
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和图2所示，一种改进的石塑碳纤维环保地暖系统，包括石塑板材1，在所述的石塑板材下表面设有4条凹槽5，在石塑板材的底部设有至少一个扁形碳纤维发热组件8，所述的扁形碳纤维发热组件8由扁形碳纤维发热层81和套在所述的扁形碳纤维发热层外的套层82组成，所述的扁形碳纤维发热层81包括耐热聚氨酯薄膜83和平铺在所述的耐热聚氨酯薄膜83上的碳纤维发热丝84，所述的碳纤维发热丝84通过印刷的方式平铺在所述的耐热聚氨酯薄膜83上，或者将所述的碳纤维发热丝84编制成为网状后粘附在所述的聚氨酯薄膜83上得到，在所述的石塑板材1两侧分别设有沿两侧边延伸的公槽3和母槽4。所述的母槽4的上侧设有一个凸止口6，所述的凸止口6的上端面与所述的板体1平齐，所述的公槽3的上侧设有一个与所述的凸止口6配合的凹止口7，所述的母槽4的剖面为内凹的圆弧形，所述的公槽3的剖面为外凸的圆弧形。
具体来说，石塑板材通过以下方法制备：
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，并在定型模中骤冷成型，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，并在其上涂覆10层水性涂料形成表面涂层2。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，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3：
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4：
与对比例3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1和2所得到的产品打磨除去表面涂层，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。
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。
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)。
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1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0.94，对比例1的8～14μm波段范围的法向辐射为0.85，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，本石塑板材的远红外辐射能力明显增强，并且由于具有扁形碳纤维发热组件，其远红外发生率增加，板材受热均匀，寿命增加。
3.3、石塑板材的风化测试
将对比例3和对比例4置于相同的自然环境下6个月，实验前对对比例3和对比例4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 (5)

1.一种改进的石塑碳纤维环保地暖系统，包括石塑板材，其特征在于，在所述的石塑板材下表面设有至少一条凹槽，在石塑板材的底部设有至少一个扁形碳纤维发热组件，所述的扁形碳纤维发热组件由扁形碳纤维发热层和套在所述的扁形碳纤维发热层外的套层组成，所述的扁形碳纤维发热层包括耐热聚氨酯薄膜和平铺在所述的耐热聚氨酯薄膜上的碳纤维发热丝，所述的碳纤维发热丝之间的缝隙中以及碳纤维发热丝的表层填充有碳纤维粉末；所述的扁形碳纤维发热层通过将所述的碳纤维发热丝平铺在所述的耐热聚氨酯薄膜上，或者将所述的碳纤维发热丝编制成为网状后粘附在所述的聚氨酯薄膜上得到；所述石塑板材由以下重量组分组成：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；
所述的石塑板材通过以下步骤制备：
步骤1：干燥，将大理石粉、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、聚丙烯酸酯、稳定剂、滑剂、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；
所述的步骤4中半成品通过螺杆挤出机挤出，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。
2.根据权利要求1所述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统，其特征在于，在所述的石塑板材两侧分别设有沿两侧边延伸的公槽和母槽。
3.根据权利要求1所述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统，其特征在于，所述的步骤7中的水性涂料为9～11层，所述的水性涂料中含有0.5～1.5％重量份的三氧化二铝。
4.根据权利要求1所述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统，其特征在于，所述的步骤5中的定型的半成品为长条状的板体，所述的板体两侧分别设有沿两侧边延伸的公槽和母槽，所述的板体下表面设有至少一条凹槽，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。
5.根据权利要求1所述的改进的石塑碳纤维环保地暖系统，其特征在于，所述的石塑板材表面还设有涂层，所述的涂层中含有0.5～1.5％重量百分比的三氧化二铝。
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