CN105115016A - 一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板及其加工工艺 - Google Patents

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本发明提供一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板的加工工艺，包括以下步骤：(1)将碳纤维长丝施加捻度形成弱捻的碳纤维长丝，然后与其他纤维经织造、剪裁形成碳纤维机织布；(2)将步骤(1)制备的碳纤维机织布铺设在一层绝缘层上，在碳纤维发热层的两端用连接接头与电极和限温器连接，再在表面铺设一层绝缘层，经真空高温固化成型，形成碳纤维发热层；(3)依次将导热层、步骤(2)制备的碳纤维发热层、防潮层层叠铺设在一起，对表面进行预压形成小板，将小板的四周进行倒角、开槽、磨孔，形成长丝碳纤维面发热供暖地板。本发明制备的长丝碳纤维面发热供暖地板升温速率高，电热转换效率高，机械强度好，使用寿命长，而且绿色安全。

Description

一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板及其加工工艺
技术领域：
本发明属于电热地板技术领域，具体涉及一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板及其加工工艺。
背景技术：
碳纤维是一种具有导电性、强度大、密度小、耐腐蚀、耐高温的新型材料，用碳纤维或碳纤维增强的塑料、玻璃、陶瓷和金属等材料具有优良的电学、热学和力学性能，可以代替铝合金等金属制成推力大、噪音小、低耗能的材料，在化工、机电和航空航天等领域有着广泛的应用。
在采暖领域使用的碳纤维电热转换率高达98％以上，是一种节能、环保、安全的新型加热材料，碳纤维作为电热体，与传统的金属、PCT等发热体相比具有很多优势，如：升温迅速、电热转换率高，节省电能，环保，无污染物排放，质地轻，机械强度好，稳定性好，使用寿命长，还能释放远红外线。
碳纤维供暖系统的工作原理是碳纤维晶体在电场作用下，碳纤维晶体在电场的作用下做类似布朗运动，相互之间发生摩擦、振荡，产生大量的热量散发出来，从而实现电能至热能的转换，然后经低温辐射技术，采用室内地面整体加热方式，把整个地板的温度控制在25-30℃左右，比传统的加热方式更为节能，且舒适度更好。
目前碳纤维进入民用采暖市场的时间较短，尚处于起步阶段，人们缺乏对碳纤维明确的认识和了解，导致有些适合用于电采暖材料的碳纤维品种，如碳纤维短切丝，被用于电采暖产品，导致了碳纤维采暖市场的紊乱，因此需要选择电热转换率高、化学稳定性好、机械强度高、使用寿命长的质量过硬的碳纤维长丝作为碳纤维采暖地板的发热元件。
中国专利CN101790259B(公开日2010.7.28)公开的一种碳纤维电热板及其加工工艺，该碳纤维电热板包括环氧树脂绝缘板和碳纤维长丝，碳纤维长丝间隔设置与环氧树脂绝缘板内，末端连接在极板上，通过焊点与电缆连接，得到安全、热效高、安装方便、维护简单，运行无色无光无污染的碳纤维电热板。中国专利CN202813549U(公开日2013.3.20)公开的长丝碳纤维新型取暖器，是采用长丝碳纤维内心发热高温线与散热板构成，具有结构简单、发热效率高、供热均匀、成本低的特点。由上述现有技术可知，碳纤维电热板采用的碳纤维长丝都是采用线发热体方式，热量的均匀性和升温效率受到一定的限制，还存在一定的提升空间。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板及其加工工艺，将碳纤维长丝经加捻后与化学纤维织造形成碳纤维机织布，作为发热层，与导热层、防潮层、绝缘层等合理铺设配置形成长丝碳纤维面发热供暖地板。本发明制备的长丝碳纤维面发热供暖地板升温速率高，电热转换效率高，机械强度好，使用寿命长，而且绿色安全。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板，其特征在于，所述长丝碳纤维面发热供暖地板包括防潮层、绝热层、导热层、发热层、限温器、电极和连接接头，所述发热层为碳纤维发热层，所述碳纤维为碳纤维长丝，所述碳纤维发热层为碳纤维机织布。
优选地，所述碳纤维机织布中碳纤维含量高于90％。
本发明还提供一种长丝碳纤维面发热供暖地板的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将碳纤维长丝施加捻度形成弱捻的碳纤维长丝，然后与其他纤维经织造、剪裁形成碳纤维机织布；
(2)将步骤(1)制备的碳纤维机织布铺设在一层绝缘层上，在碳纤维发热层的两端用连接接头与电极和限温器连接，再在表面铺设一层绝缘层，经真空高温固化成型，形成碳纤维发热层；
(3)依次将导热层、步骤(2)制备的碳纤维发热层、防潮层层叠铺设在一起，对表面进行预压形成小板，将小板的四周进行倒角、开槽、磨孔，形成长丝碳纤维面发热供暖地板。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，捻度为50-150捻/10cm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，其他纤维为化学纤维。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，绝缘层为环氧树脂层。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，真空高温固化成型的工艺为：在5-6MPa和120-150℃下，真空高温固化30-50min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，碳纤维发热层的层数为一层或者多层。
作为上述技术方案的优选，所述多层的碳纤维发热层间含有绝缘层。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，预压的工艺为：在7-8MPa和150-180℃下，真空高温固化60-90min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明选用质量过硬的碳纤维长丝作为主要发热原料，并与其他化学纤维相配合织造得到的长丝碳纤维面发热供暖地板具有电热转换率高、抗强酸碱环境、机械强度高、耐压耐折、使用寿命长、维修简便的特点，使用起来节能环保，室内温差小，舒适度高。
(2)本发明制备的长丝碳纤维面发热供暖地板还有限温器、导热层、防潮层、绝缘层，能保证长丝碳纤维面发热供暖地板的温度不会超过过热，超过限制，而且导热层、防潮层和绝缘层的存在，可以保证供暖地板的热量都朝室内散发，热量利用最大化，不会影响下层住户。
具体实施方式：
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例1：
(1)将碳纤维长丝施加50捻/10cm的捻度形成弱捻的碳纤维长丝，然后与化学纤维经织造、剪裁形成碳纤维机织布。
(2)将步骤(1)制备的碳纤维机织布铺设在一层环氧树脂绝缘层上，在碳纤维发热层的两端用连接接头与电极和限温器连接，再在表面铺设一层绝缘层，在5MPa和120℃下，经真空高温固化30min固化成型，形成碳纤维发热层。
(3)依次将导热层、步骤(2)制备的碳纤维发热层、防潮层层叠铺设在一起，然后对表面进行预压形成小板，预压的工艺为：在8MPa和180℃下，真空高温固化90min，最后将小板的四周进行倒角、开槽、磨孔，形成长丝碳纤维面发热供暖地板。
实施例2：
(1)将碳纤维长丝施加150捻/10cm的捻度形成弱捻的碳纤维长丝，然后与化学纤维经织造、剪裁形成碳纤维机织布。
(2)将步骤(1)制备的碳纤维机织布铺设在一层环氧树脂绝缘层上，在碳纤维发热层的两端用连接接头与电极和限温器连接，再在表面铺设一层绝缘层，在6MPa和150℃下，经真空高温固化50min固化成型，形成碳纤维发热层。
(3)依次将导热层、步骤(2)制备的碳纤维发热层、防潮层层叠铺设在一起，其中碳纤维发热层为2层碳纤维发热层组成，各发热层间含有绝缘层，然后对表面进行预压形成小板，预压的工艺为：在7MPa和150℃下，真空高温固化60min，最后将小板的四周进行倒角、开槽、磨孔，形成长丝碳纤维面发热供暖地板。
实施例3：
(1)将碳纤维长丝施加100捻/10cm的捻度形成弱捻的碳纤维长丝，然后与化学纤维经织造、剪裁形成碳纤维机织布。
(2)将步骤(1)制备的碳纤维机织布铺设在一层环氧树脂绝缘层上，在碳纤维发热层的两端用连接接头与电极和限温器连接，再在表面铺设一层绝缘层，在5.5MPa和130℃下，经真空高温固化40min固化成型，形成碳纤维发热层。
(3)依次将导热层、步骤(2)制备的碳纤维发热层、防潮层层叠铺设在一起，其中碳纤维发热层为多层碳纤维发热层组成，各发热层间含有绝缘层，然后对表面进行预压形成小板，预压的工艺为：在7.5MPa和170℃下，真空高温固化80min，最后将小板的四周进行倒角、开槽、磨孔，形成长丝碳纤维面发热供暖地板。
实施例4：
(1)将碳纤维长丝施加125捻/10cm的捻度形成弱捻的碳纤维长丝，然后与化学纤维经织造、剪裁形成碳纤维机织布。
(2)将步骤(1)制备的碳纤维机织布铺设在一层环氧树脂绝缘层上，在碳纤维发热层的两端用连接接头与电极和限温器连接，再在表面铺设一层绝缘层，在5MPa和150℃下，经真空高温固化40min固化成型，形成碳纤维发热层。
(3)依次将导热层、步骤(2)制备的碳纤维发热层、防潮层层叠铺设在一起，其中碳纤维发热层为3层碳纤维发热层组成，各发热层间含有绝缘层，然后对表面进行预压形成小板，预压的工艺为：在7MPa和160℃下，真空高温固化70min，最后将小板的四周进行倒角、开槽、磨孔，形成长丝碳纤维面发热供暖地板。
实施例5：
(1)将碳纤维长丝施加80捻/10cm的捻度形成弱捻的碳纤维长丝，然后与化学纤维经织造、剪裁形成碳纤维机织布。
(2)将步骤(1)制备的碳纤维机织布铺设在一层环氧树脂绝缘层上，在碳纤维发热层的两端用连接接头与电极和限温器连接，再在表面铺设一层绝缘层，在6MPa和130℃下，经真空高温固化30min固化成型，形成碳纤维发热层。
(3)依次将导热层、步骤(2)制备的碳纤维发热层、防潮层层叠铺设在一起，其中碳纤维发热层为多层碳纤维发热层组成，各发热层间含有绝缘层，然后对表面进行预压形成小板，预压的工艺为：在7MPa和180℃下，真空高温固化80min，最后将小板的四周进行倒角、开槽、磨孔，形成长丝碳纤维面发热供暖地板。
实施例6：
(1)将碳纤维长丝施加100捻/10cm的捻度形成弱捻的碳纤维长丝，然后与化学纤维经织造、剪裁形成碳纤维机织布。
(2)将步骤(1)制备的碳纤维机织布铺设在一层环氧树脂绝缘层上，在碳纤维发热层的两端用连接接头与电极和限温器连接，再在表面铺设一层绝缘层，在6MPa和130℃下，经真空高温固化30min固化成型，形成碳纤维发热层。
(3)依次将导热层、步骤(2)制备的碳纤维发热层、防潮层层叠铺设在一起，其中碳纤维发热层为多层碳纤维发热层组成，各发热层间含有绝缘层，然后对表面进行预压形成小板，预压的工艺为：在8MPa和150℃下，真空高温固化90min，最后将小板的四周进行倒角、开槽、磨孔，形成长丝碳纤维面发热供暖地板。
实施例7：
(1)将碳纤维长丝施加150捻/10cm的捻度形成弱捻的碳纤维长丝，然后与化学纤维经织造、剪裁形成碳纤维机织布。
(2)将步骤(1)制备的碳纤维机织布铺设在一层环氧树脂绝缘层上，在碳纤维发热层的两端用连接接头与电极和限温器连接，再在表面铺设一层绝缘层，在6MPa和150℃下，经真空高温固化50min固化成型，形成碳纤维发热层。
(3)依次将导热层、步骤(2)制备的碳纤维发热层、防潮层层叠铺设在一起，其中碳纤维发热层为多层碳纤维发热层组成，各发热层间含有绝缘层，然后对表面进行预压形成小板，预压的工艺为：在8MPa和180℃下，真空高温固化90min，最后将小板的四周进行倒角、开槽、磨孔，形成长丝碳纤维面发热供暖地板。
经检测，实施例1-7制备的长丝碳纤维面发热供暖地板的升温速率、上下温差、耗电量的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的长丝碳纤维面发热供暖地板的发热效果好，发热均匀性好，而且电能消耗率小，节约用电。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板，其特征在于，所述长丝碳纤维面发热供暖地板包括防潮层、绝热层、导热层、发热层、限温器、电极和连接接头，所述发热层为碳纤维发热层，所述碳纤维为碳纤维长丝，所述碳纤维发热层为碳纤维机织布。
2.根据权利要求1所述的一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板，其特征在于，所述碳纤维机织布中碳纤维含量高于90％。
3.一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将碳纤维长丝施加捻度形成弱捻的碳纤维长丝，然后与其他纤维经织造、剪裁形成碳纤维机织布；
(2)将步骤(1)制备的碳纤维机织布铺设在一层绝缘层上，在碳纤维发热层的两端用连接接头与电极和限温器连接，再在表面铺设一层绝缘层，经真空高温固化成型，形成碳纤维发热层；
(3)依次将导热层、步骤(2)制备的碳纤维发热层、防潮层层叠铺设在一起，对表面进行预压形成小板，将小板的四周进行倒角、开槽、磨孔，形成长丝碳纤维面发热供暖地板。
4.根据权利要求3所述的一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板的加工工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，捻度为50-150捻/10cm。
5.根据权利要求3所述的一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板的加工工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，其他纤维为化学纤维。
6.根据权利要求3所述的一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板的加工工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，绝缘层为环氧树脂层。
7.根据权利要求3所述的一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板的加工工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，真空高温固化成型的工艺为：在5-6MPa和120-150℃下，真空高温固化30-50min。
8.根据权利要求3所述的一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板的加工工艺，其特征在于：所述步骤(3)中，碳纤维发热层的层数为一层或者多层。
9.根据权利要求8所述的一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板的加工工艺，其特征在于：所述多层的碳纤维发热层间含有绝缘层。
10.根据权利要求3所述的一种新型长丝碳纤维面发热供暖地板的加工工艺，其特征在于：所述步骤(3)中，预压的工艺为：在7-8MPa和150-180℃下，真空高温固化60-90min。
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