CN104703306A - 用于碳纤维板加热元件的电极及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳纤维板加热元件及其生产方法。该碳纤维板加热元件包括：置于大致中心的芯线和包括围绕芯线捻合的多根电极细线的电极体。缝合部以规则间隔将电极体固定在主板上。该方法包括将芯线布置在大致中心处；围绕芯线捻合多根电极细线以形成电极体；以及通过以规则间隔缝合电极体，将电极体固定到主板上。
Description
技术领域
本发明涉及用于碳纤维板加热元件的电极及其生产方法，其在板加热元件的制造过程减少了电极的缺陷率，并且提高了电极的物理耐久性，从而提高产品质量。
背景技术
对于用于车辆的加热座椅的加热元件，通常已使用金属加热元件，如镍铬铁合金线、铁线、镍线、镀银铜线。由于这些金属加热元件具有相当低的电阻率，所以当过电流在金属加热元件中流动时，有着火的风险。此外，由于金属加热元件通常配置有一系列的连接线圈，所以可能发生电断开。
作为与此类问题相对应的替代，可以使用将碳纤维用作电阻加热元件，且电阻加热元件并联连接的板加热元件。通过将多股碳纤维编织成辐射图案，并且使用固定线将平行布置的各种形式的电极连接到图案的每端，可以获得使用碳纤维的板加热元件。当将电功率施加到电极时，碳纤维产生热。
碳纤维板加热元件具有如下优点，例如低功耗、通过表面加热的热舒适性，以及与线性金属线加热元件相比的高加热速率。然而，用于加热座椅的加热元件可能比较昂贵，并且加热元件的使用寿命取决于布置在碳纤维编织垫的每端的电极的耐久性和电极的附着稳定性。尽管一些传统电极已经被配置成提高耐久性，但是在传统技术中的电极的耐久性的提高受限于在电极布置中的图案(pattern)。
因此，本发明可包括改变用于碳纤维板加热元件的形状和结构，以减少在制造过程中的电极缺陷率并提高电极的物理耐久性，从而改善产品的质量。
在传统的技术中，已开发出板加热座椅及其制造方法。例如，将带形的第一电力线和线形的第二电力线平行连接到主座椅的每端，并且使用织机或针织机将多排碳纤维编成各种图案且将其连接到主座椅。同时，当将碳纤维加热元件的电力线固定在主座椅的预定部分上时，此类传统技术可能会引起偏移，并且编织的电力线将其切成当任何时候都能使用的期望尺寸时，可能会浪费材料。
在一些现有技术中，方法可包括使用热熔粘合剂将电线结合到主座椅的工艺，并且因此可产生额外的费用。进一步地，在其他情况下，电线可成直线布置；因此，座椅和加热元件在设计中不能灵活。在传统方法的另一个实例中，构成电线的电极可成直线布置；因此由于作用者重复就座，电极可在抗拉强度和耐久性上恶化。
上文仅旨在帮助理解本发明的背景，且并非旨在意味着本发明属于对本领域技术人员已知的现有技术的范围。
发明内容
本发明提供了在现有技术中产生的上述问题的技术解决方案，且具体地，本发明提供了一种碳纤维板加热元件及其生产方法，该方法可在板加热元件的制造过程中减少电极缺陷率，并且可提高电极的物理耐久性，从而提高产品质量。
在本发明的一个方面，碳纤维板加热元件可包括位于中心的芯线，包括围绕芯线捻合的多根电极细线的电极体，和以规则间隔将电极体固定到主板上的缝合部。芯线可包括芳族聚酰胺基受拉纤维、聚苯并噁唑(PBO)基受拉纤维，或聚亚苯基硫醚(PPS)基受拉纤维。电极细线可以是但不限于镀银或镀镍的铜线。通过围绕芯线捻合多个电极束可获得电极体，并且每个电极束可以通过捻合多个电极细线获得。电极体可被配置成使多个电极细线以规则间隔平行布置在主板上，并且可以弯曲成正弦波形。
在本发明的另一个方面中，用于生产碳纤维板加热元件的方法可包括：将芯线布置在大致中心处；围绕芯线捻合多根电极细线，以形成电极体；和通过以规则间隔缝合电极体，将电极体固定到主板上。具体地，在捻合工艺中，可捻合多根电极细线以形成电极束，并且可围绕芯线捻合多个电极束以形成电极体。该方法可进一步包括以规则间隔将多个电极体布置在主板上，并且将电极体弯成正弦波形，且在捻合工艺之后进行该布置。
与具有70μm直径的传统电极对比，在本发明的示例性实施例中，每个电极线可具有大约50μm的直径，并且可镀有但不限于银(Ag)或镍(Ni)。因此，电极的柔韧性和抗腐蚀性可提高。此外，在另一个示例性实施例中，芯线可包括具有高刚性的芳族聚酰胺基、聚苯并噁唑(PBO)基，或聚亚苯基硫醚(PPS)基抗张强度增强的芯纤维。进一步地，双捻结构可用于电极线，从而提高了电极线的抗张强度和耐久性。
另外，可使用缝合机将电极线固定，因此，当缝合电极线时，通过使用双捻结构并调整捻度(twist number)，可防止电极线折断或切开。另外，与传统电极技术相比，可提高弯曲特性和弯曲耐久性。此外，由于电极线可通过缝合固定，所以，可以规则间隔保持具有正弦波形的电极线。由于使用缝合机可将碳纤维板加热元件的电极线直接固定，所以电极线可精确位于预定位置。进一步地，由于可将电极线直接缝到主座椅(例如，织物)上而无需准备电极线带，所以可减少制造成本，并且可获得符合用于座椅的各种泡沫衬垫的形状和座椅曲线区域的形状的电极终端产品。
附图说明
本发明的以上和其他目的、特征及其他优点可结合附图，从下列详细描述中更清楚理解，其中：
图1至图2示出根据本发明的示例性实施例的碳纤维板加热元件的电极的示例性视图；
图3示出根据本发明的示例性实施例的碳纤维板加热元件的电极的示例性横断面视图；
图4示出根据本发明的另一个示例性实施例的碳纤维板加热元件的电极的示例性横断面视图；以及
图5示出根据本发明的示例性实施例的用于制造碳纤维板加热元件的电极的方法的示例性流程。
具体实施方式
应当理解，这里使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它类似术语包括通常的机动车辆，比如包括运动型多用途车(SUV)的客车，公共汽车，卡车，各种商用车辆，包括各种小舟和轮船的船只，飞机等，并且包括混合动力汽车，纯电动汽车，插电式混合动力汽车，氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除石油以外的资源得到的燃料)。这里使用的混合动力汽车是具有两种以上动力源的车辆，比如汽油动力和电动汽车。
这里使用的术语只是用于说明特定的实施例，并不意图限制本发明。这里使用的单数形式意图还包括复数形式，除非上下文明确地另有说明。另外要明白当用在本说明书中时，术语“包含”指定陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，不过并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合的存在或增加。这里使用的用语“和/或”包括相关的列举项目中的一个或多个项目的随便什么组合
除非上下文特别规定或明显说明，如本文所用的，术语“约”应理解为在本领域正常公差的范围之内，例如在平均值的两个标准偏差之内。“约”可理解为在设定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％，或0.01％之内。除非另有明确的上下文，本文提供的所有数值可通过术语“约”修改。
在下文，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。
图1至图2是根据本发明的示例性实施例的碳纤维板加热元件的电极的示例性视图；图3是根据本发明的示例性实施例的碳纤维板加热元件的电极的示例性横断面视图；图4是根据本发明的另一个示例性实施例的碳纤维板加热元件的电极的示例性横断面视图；以及图5是根据本发明的示例性实施例的制造碳纤维板加热元件的示例性流程。
在示出示例性实施例的碳纤维板加发热元件的图1中，电极可被安装在布置在车辆座椅表面上的主板的每侧。电极可通过碳纤维相互连接，使得座椅起到加热座椅的功能。具体地，碳纤维板加热元件的电极可包括：位于大体上中心位置的芯线322；包括围绕芯线322捻合的多个电极细线324的电极体320；和被配置成以规则间隔将电极320固定在主板100上的缝合部400。如图3所示，在根据另一个示例性实施例的碳纤维板加热元件中，电极体320可具有在大体上中心位置的芯线322。在电极体320中，多根电极细线324可围绕芯线322捻合。如图2中所示，在另一个示例性实施例中，通过缝合部400，电极体320可被缝合到并且固定到主板100上。芯线322可包括芳香族聚酰胺基受拉纤维、聚苯并噁唑(PBO)基受拉纤维，或聚亚苯基硫醚(PPS)基受拉纤维。电极细线324可以是但不限于镀银或镀镍铜线。如图4中所示，通过围绕芯线326捻合多个电极束326可获得电极体320，并且通过捻合多根电极细线324可获得电极束326中的每一个。如图2中所示，可将多个电极体320以规则间隔布置在主板100上，并且可将其弯曲成正弦波形。
另一方面，如图5所示，用于制造碳纤维板加热元件的方法包括：在中心位置布置芯线(S100)；将多根电极细线围绕芯线捻合以形成电极体(S200)；和以规则间隔将电极体缝合到主体(S400)上。
具体地，在捻合工艺(S200)中，可捻合多根电极细线以形成电极束，并且然后可将多个电极束围绕芯线捻合以形成电极体。在捻合步骤(S200)之后，可包括布置工艺，以电极体被弯曲成正弦波形的方式、以规则间隔将多个电极体布置在主板上。另外，芯线可包括大体上具有高强度的芳族聚酰胺基、聚苯并噁唑(PBO)基，或聚亚苯基硫醚(PPS)基强度增强的芯纤维，以增加对拉伸应力的耐久性。此外，铜电极细线可镀有但不限于银或镍，以提高抗腐蚀性。
与具有70μm直径的传统电极细线相比，在示例性实施例中，每个电极细线可具有大约50μm的减小的直径。因此，本发明的电极细线可具有提高的对弯曲的耐久性。此外，可捻合大约5至9股细线以形成细线束，并且大体上，可捻合大约4个至7个细线束以形成双捻电极。因此，电极可具有提高的拉伸耐久性和弯曲耐久性。
根据传统技术的一个实施例，制备电极线带，且然后将电极线带附连到一块无纺布上。相应地，带型电极仅可稍微弯曲到电极线勉强布置在织物上的程度。因此，传统电极线太硬以致不易弯曲。相反，根据本发明的示例性实施例，电极线可弯成各种形式，因此符合用于车辆的座椅泡沫垫的形状。
此外，根据在本发明的示例性实施例中将电极线布置在织物上的方法，由于该方法可包括缝合工艺，而传统方法可包括连接电极条，因此，可提高附着稳定性和耐久性。具体地，弯曲电极线可以是提高碳纤维的物理耐久性和附着稳定性的必要技术。相反，根据将电极线集成的传统技术，当编织碳纤维时，电极或针可能折断。然而，根据本发明的实施例，当使用缝合机时，可将电极线弯曲成正弦波形，并且在电极线之间可维持恒定的间隔。
在另一个示例性实施例中，电极可具有双捻结构并且电极的捻度可在每英寸大约5至20捻(TPI)的范围内，以使用缝合机将电极布置在织物上。当捻度小于5TPI，当针刺入电极或电极被缝合到织物上时，电极可能折断。另一方面，当捻度为20或更大时，电极的抗张强度可减小。在获得碳纤维板加热元件之后，进行用于评估物理性质的测试。例如，弯曲测试已示出抗张强度增加到大约401N并且耐久性提高到大约900000倍。进一步地，Z方向折叠测试已示出强度增加到大约900000倍。在抗张强度的测试中，在大约880g的负荷下，将电极线数次左右折叠至大约90°。在折叠测试的时候，将电极线数次折叠使得每个相对端彼此接近再彼此分离。在该测试中，冲程约为50mm并且以大约90rmp进行折叠。
根据本发明的示例性实施例的具有上述结构的碳纤维板加热元件及其制造方法，可在板加热元件的制造过程期间减少电极的缺陷率，并且提高电极的物理耐久性，从而提高产品质量。此外，与具有70μm直径的传统电极线相比，由于每个电极线可具有大约50μm的减小的直径，并且镀有银(Ag)或镍(Ni)，所以电极的柔韧性和抗腐蚀性可提高。此外，由于可将具有高刚性的芳族聚酰胺基、聚苯并噁唑(PBO)基，或聚苯硫醚(PPS)基抗张强度增强的芯纤维和双捻结构用于电极线，所以电极线可提高抗张强度和耐久性。
此外，可使用缝合机将电极线固定，并且当缝合电极线时，通过使用双捻结构和调整捻度可防止电极线折断和切开。进一步地，与传统电极技术相比，电极线的弯曲特性和弯曲耐久性得到提高。此外，由于通过缝合将电极线固定，所以可以规则间隔保持具有正弦波形的电极线。而且，由于可使用缝合机将碳纤维板加热元件的电极线直接固定，所以电极线可更精确地置于预定位置。由于可将电极线直接缝合到主座椅(织物)上而无需准备电极线带，所以可减少生产费用，并且可获得符合座椅的各种泡沫垫形状以及座椅的曲线区域的形状的电极终端产品。
虽然为说明的目的已描述本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员应该清楚，在不偏离所附权利要求中限定的本发明的保护范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换都是可能的。
Claims (8)
1.一种碳纤维板加热元件，包括：
芯线，置于所述碳纤维加热元件的大致中心；
电极体，包括围绕所述芯线捻合的多根电极细线；以及
缝合部，被配置成以规则间隔将所述电极体固定到主板上。
2.根据权利要求1所述的碳纤维板加热元件，其中所述芯线包括芳族聚酰胺基受拉纤维、聚苯并噁唑(PBO)基受拉纤维，或聚亚苯基硫醚(PPS)基受拉纤维。
3.根据权利要求1所述的碳纤维板加热元件，其中所述电极细线为镀银或镀镍的铜线。
4.根据权利要求1所述的碳纤维板加热元件，其中通过围绕所述芯线捻合多个电极束而获得所述电极体，并且通过捻合多根所述电极细线而获得每个电极束。
5.根据权利要求1所述的碳纤维板加热元件，其中将多根所述电极细线以规则间隔平行地布置在所述主板上，并且弯曲成正弦波形。
6.一种用于生产碳纤维板加热元件的方法，包括：
将芯线布置在大致中心处；
围绕所述芯线捻合多根电极细线，以形成电极体；以及
通过以规则间隔缝合所述电极体，将所述电极体固定到主板上。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在捻合步骤中，捻合所述多根电极细线以形成电极束，并且围绕所述芯线捻合多个所述电极束以形成所述电极体。
8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
以规则间隔将多个所述电极体布置在所述主板上，并且将所述电极体弯曲成正弦波形，其中在所述捻合步骤之后进行布置步骤。
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