CN104290414A - 一种高功率碳纤维电热板、加工工艺及应用设备 - Google Patents

一种高功率碳纤维电热板、加工工艺及应用设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高功率碳纤维电热板、加工工艺及应用设备，包括多层，从下到上依次为苯并噁嗪树脂绝缘层I、碳纸、苯并噁嗪树脂绝缘层II，中间层碳纸被苯并噁嗪树脂绝缘层I、II上下封装起来，在碳纸与苯并噁嗪树脂绝缘层I、和/或碳纸与苯并噁嗪树脂绝缘层II之间还封装有与其接触的导电材料，导电材料作为电极通过导线与电源连接。苯并噁嗪树脂绝缘层I、苯并噁嗪树脂绝缘层II分别各自包括固化的苯并噁嗪树脂或者固化的改性苯并噁嗪树脂，玻璃布作为树脂的增强材料。本发明采用苯并噁嗪树脂及其改性树脂来代替环氧树脂，从而获得具有更高耐热性的上下绝缘层，发展功率达到1100-1500w的碳纤维电热板。

Description

一种高功率碳纤维电热板、加工工艺及应用设备
技术领域
本发明涉及一种新型的高功率碳纤维电热板、加工工艺及应用设备，属于电加热取暖技术领域。
背景技术
碳纤维(或者碳晶)电热板是近5年在市场上出现的一种新型电取暖器，由三明治结构构成：上、下两层是绝缘层，中间是碳纤维发热层。其工作原理是在加电下碳纤维会辐射远红外线，以辐照方式进行加热。与传统的电油汀、小太阳、空调等取暖设备相比，碳纤维电热板具有以下突出的优点。①节能：电热转化率高达99％、比空调节能30％以上；②健康：辐射波长8-15u的远红外线，具有理疗功能；③安全：辐射过程无噪音、无光污染、防水、绝缘、阻燃；④面状加热，加热速度快。因此，它被认为是最合理、最健康、最具发展潜力的家庭取暖方式。
碳纤维电热板的上、下绝缘层是关键部件之一，起着安全保护作用。主要有无机材料绝缘层和玻璃布增强树脂绝缘层两类。前者虽然耐温高，但是比重大、易脆、加工困难。后者质轻、韧性好、易加工，所以得到大力发展，例如李刚等公开了采用环氧树脂作绝缘层的碳纤维电热板(CN 201010107568.5)，石伟公开了采用玻璃布增强的环氧树脂作绝缘层的碳晶电热板(CN 200720016779.1)。但是，基于玻璃布增强树脂的碳纤维电热板目前发展遇到的最大问题是功率比较低，主要为300～500w，市面上尚未有超过1000w的产品，而相关竞争产品如电油汀、小太阳、空调等的功率主要集中在1400-2000w。这严重制约了碳纤维电热板的普及和应用。其原因是玻璃布增强树脂绝缘层目前主要使用环氧树脂，其玻璃化转变温度Tg≈130℃，耐热性太低。当碳纤维电热板的功率提高时，发热温度也会跟着升高，超过130℃时环氧树脂会变软，严重影响产品的机械强度和绝缘性能，这成为发展高功率碳纤维电热板的瓶颈。因此解决问题的关键是提高树脂的耐热性。
发明内容
本发明的目的是针对现有碳纤维电热板功率较比较低(300～500w)的问题，基于我们研发的苯并噁嗪新型耐热树脂，开发一种大功率碳纤维电热板(1100～1500w)。这种新型碳纤维电热板，在功率上接近电油灯、小太阳、空调等，将会大大促进碳纤维电热板的推广和应用。
本发明采用的技术方案为：
一种碳纤维电热板，包括多层，从下到上依次为苯并噁嗪树脂绝缘层I、碳纸、苯并噁嗪树脂绝缘层II，中间层碳纸被苯并噁嗪树脂绝缘层I、II上下封装起来，在所述碳纸与苯并噁嗪树脂绝缘层I、和/或碳纸与苯并噁嗪树脂绝缘层II之间封装有与碳纸接触的导电材料，所述的导电材料作为电极通过导线与电源连接。
所述的苯并噁嗪树脂绝缘层I、苯并噁嗪树脂绝缘层II分别各自包括固化的苯并噁嗪树脂或者固化的改性苯并噁嗪树脂。
所述的碳纤维电热板采用玻璃布作为树脂的增强材料。
所述的碳纤维电热板的尺寸为60cm×100cm，厚度为0.8～1.8mm。
所述的碳纤维电热板的形状可为平面形、上凸面形、下凹面形。
所述的碳纸为包含碳纤维(或者碳晶)的碳纸。
所述的苯并噁嗪树脂为含胶量重量比为30％～70％的苯并噁嗪树脂；
所述的改性苯并噁嗪树脂为苯并噁嗪树脂与环氧树脂的混合物、或苯并噁嗪树脂与马来酰亚胺的混合物，或苯并噁嗪树脂、环氧树脂和马来酰亚胺的混合物，且混合物中苯并噁嗪树脂的重量比为95％～20％。
一种浴霸，包括所述的碳纤维电热板。
一种墙暖设备，包括所述的碳纤维电热板。
一种移动式取暖器，包括所述的碳纤维电热板。
一种碳纤维电热板加工工艺：
步骤1把玻璃布浸渍在苯并噁嗪或者改性苯并噁嗪树脂溶液中，干燥去除溶剂后得到苯并噁嗪树脂预浸料I；
步骤2把苯并噁嗪树脂预浸料平铺，然后在其上面铺设碳纸以及铜箔带；
步骤3待铺设完毕后在上面覆盖苯并噁嗪树脂预浸料II；
步骤4在140～180℃温度、4～8MPa压强、60～180min时间下固化成型，再在180～200℃烘箱进行热处理60～180min。
碳纤维电热板与导线的连接接点为绝缘盒。首先在电热板上磨圆孔，孔的直径为3～6mm，然后露出铜箔带电极，把导线与之进行焊接，形成焊点，最后用有机硅树脂把焊点进行密封。
所述的碳纤维电热板连接功率控制开关，这样可以方便人们根据实际加热情况，来控制发热主板的发热量，既可以选择高功率，也可以选择低功率。
通过上述方法制得的碳纤电热板分别进行功率、表面温度和升温时间测试，所得结果见表1。从表1中可以看出，通过改变铜箔条电极之间的距离可以设计功率的大小，制得的碳纤维电热板具有高的功率，可达1100～1500w，表面温度可达110～134℃，在2分钟内升到最高温度，温升速度很快。
表1 碳纤电热板的性能
a通过改变铜箔条电极之间的距离可以设计功率的大小
b环氧树脂
c双马来酰亚胺树脂
d从加电开始计时到温度不再升高所用的时间
本发明设计的这种新型碳纤维电热板具有以下显著的优点：
①功率高。功率可达1100～1500w，与300～500w的碳纤维电热板相比，不仅使人们感受到热的距离大大扩展，而且还使达到同样加热效果的电热板成本大大降低。高的功率也使碳纤维电热板可以与电油汀、小太阳、空调等常见电加热取暖器在功率上相媲美。②环保安全。运行时无光污染、无电磁辐射、无空调噪音、阻燃、防水、防震等；③理疗作用。发射的远红外波长在人体最匹配的红外波段，被医学界誉为“生命之光”，它能激活人体细胞组织形成共振吸收，促进机体新陈代谢，有明显的理疗功效；④高效节能。电热转换效率高达99％以上，比镍铬、钨钼等材料作为发热体的加热器，可节能30％以上；⑤发热迅速。面状发热，发热速度快且均匀。以辐射方式传递热量，温度上升速度；⑥节省空间。产品厚度在1.5-4cm之间，规格形状可以任意设计，安装不占用空间；⑦采用工业上生产覆铜板的工艺技术，制造简单，成本较低。
本发明可广泛应用于家庭住宅供暖：浴霸、墙暖、地暖以及类似电油汀和屏风外形的移动式取暖器等；公共建筑供暖：办公室、图书馆、影剧院、购物中心、银行、医院、候车室等；特殊供暖：温室花房、厂房仓库等。
附图说明
图1是高功率碳纤维电热板的结构示意图。
图中：1.碳纸，2.苯并噁嗪树脂绝缘层I，3.铜箔条，4.焊点，5.导线，6苯并噁嗪树脂绝缘层II。
具体实施方式
下面结合附图及具体实例对本发明做进一步说明。有必要指出的是：本实例仅适用于对本发明的进一步说明，但不局限其范围。本领域专业人员在阅读本专利之后，在不违背本发明实质所做出的各种改进都是显而易见的，都属于本发明要求保护范围。
如图1所示，大功率碳纤维电热板主要包括玻璃布增强的苯并噁嗪树脂绝缘层1、碳纸2和铜箔带3。中间层碳纸1被苯并噁嗪树脂绝缘层I2、苯并噁嗪树脂绝缘层II6上下封装起来，同时铜箔带3作为电极也被封装在碳纸1和树脂绝缘层I2,和/或碳纸与苯并噁嗪树脂绝缘层II6之间，通过焊点4与导线5连接，并通过有机硅树脂密封。
苯并噁嗪树脂绝缘层I2和苯并噁嗪树脂绝缘层II6各自均包括固化的苯并噁嗪树脂或者固化的改性苯并噁嗪树脂，玻璃布作为树脂的增强材料。
碳纤维电热板的尺寸为60cm×100cm，厚度为0.8～1.8mm。
碳纤维电热板的形状可为平面形、上凸面形、下凹面形。
碳纸为包含碳纤维(或者碳晶)的碳纸。
苯并噁嗪树脂为含胶量重量比为30％～70％的苯并噁嗪树脂。
所述的改性苯并噁嗪树脂为苯并噁嗪树脂与环氧树脂的混合物；
或苯并噁嗪树脂与马来酰亚胺的混合物；
或苯并噁嗪树脂、环氧树脂和马来酰亚胺的混合物；所述的混合物中苯并噁嗪树脂的重量比为95％～20％。
高功率碳纤维电热板制备实施例1
把玻璃布浸渍在苯并噁嗪树脂溶液中，干燥去除溶剂后得到苯并噁嗪树脂预浸料，胶含量为50％。把苯并噁嗪树脂预浸料平铺，然后在其上面铺设碳纸以及铜箔带。待铺设完毕后在上面再次覆盖苯并噁嗪树脂预浸料。最后在170℃温度、4～8MPa压强、180min时间下固化成型，再在200℃烘箱进行热处理120min。通过焊接使铜箔电极与导线连接起来，制得碳纤维电热板A。
高功率碳纤维电热板制备实施例2
将上述制备实施例1中的苯并噁嗪树脂以重量百分比为70％的比例，与环氧树脂重量百分比为30％进行共混。然后按照高功率碳纤维电热板制备实施例1中的步骤制备碳纤维电热板B。
高功率碳纤维电热板制备实施例3
将上述制备实施例1中的苯并噁嗪树脂以重量百分比为60％的比例，与双马来酰亚胺重量百分比为40％进行共混。然后按照高功率碳纤维电热板制备实施例1中的步骤制备碳纤维电热板C。
高功率碳纤维电热板制备实施例4
将上述制备实施例1中的苯并噁嗪树脂以重量百分比为60％的比例，与环氧树脂和双马来酰亚胺重量百分比为40％进行共混，其中环氧树脂占10％，双马来酰亚胺占30％；然后按照高功率碳纤维电热板制备实施例1中的步骤制备碳纤维电热板D。
高功率碳纤维电热板制备实施例5
将上述制备实施例1中的苯并噁嗪树脂以重量百分比为90％的比例，与环氧树脂和双马来酰亚胺重量百分比为10％进行共混，其中环氧树脂占5％，双马来酰亚胺占5％，然后按照高功率碳纤维电热板制备实施例1中的步骤制备碳纤维电热板E。
上述实施例1、2、3、4、5制作的高功率碳纤维电热板可广泛应用于家庭住宅供暖：浴霸、墙暖、地暖以及类似电油汀和屏风外形的移动式取暖器等；公共建筑供暖：办公室、图书馆、影剧院、购物中心、银行、医院、候车室等；特殊供暖：温室花房、厂房仓库等。

Claims (10)

1.一种高功率碳纤维电热板，其特征在于：包括多层，从下到上依次为苯并噁嗪树脂绝缘层I、碳纸、苯并噁嗪树脂绝缘层II，中间层碳纸被苯并噁嗪树脂绝缘层I、II上下封装起来，在所述碳纸与苯并噁嗪树脂绝缘层I、和/或碳纸与苯并噁嗪树脂绝缘层II之间封装有与碳纸接触的导电材料，所述的导电材料作为电极通过导线与电源连接。
2.如权利要求1所述的碳纤维电热板，其特征在于：所述的苯并噁嗪树脂绝缘层I、苯并噁嗪树脂绝缘层II分别各自包括固化的苯并噁嗪树脂或者固化的改性苯并噁嗪树脂。
3. 如权利要求1所述的碳纤维电热板，其特征在于：所述的碳纤维电热板的形状为平面形、上凸面形或下凹面形。
4. 如权利要求1所述的碳纤维电热板，其特征在于：所述的碳纸为包含碳纤维或者碳晶的碳纸。
5. 如权利要求1所述的碳纤维电热板，其特征在于：所述的苯并噁嗪树脂为含胶量重量比为30％～70％的苯并噁嗪树脂。
6. 如权利要求1所述的碳纤维电热板，其特征在于：所述的改性苯并噁嗪树脂为苯并噁嗪树脂与环氧树脂的混合物；
或苯并噁嗪树脂与马来酰亚胺的混合物；
或苯并噁嗪树脂、环氧树脂和马来酰亚胺的混合物，
上述混合物中苯并噁嗪树脂的重量比为95%～20%。
7. 如权利要求1所述的碳纤维电热板的加工工艺，其特征在于，如下：
步骤1把玻璃布浸渍在苯并噁嗪或者改性苯并噁嗪树脂溶液中，干燥去除溶剂后得到苯并噁嗪树脂预浸料I；
步骤2把苯并噁嗪树脂预浸料平铺，然后在其上面铺设碳纸以及铜箔带；
步骤3待铺设完毕后在上面覆盖苯并噁嗪树脂预浸料II；
步骤4 在140～180oC温度、4～8MPa 压强、60～180min 时间下固化成型，再在180～200oC烘箱进行热处理60～180min。
8. 如权利要求7所述的碳纤维电热板的加工工艺，其特征在于，所述的碳纤维电热板还连接一个功率控制开关。
9.一种墙暖设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的碳纤维电热板。
10. 一种移动式取暖设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的碳纤维电热板。
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