CN105636251A - 一种碳素地垫及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳素地垫及其生产工艺，属于采暖技术领域。一种碳纤维地暖系统，包括有石墨，所述碳素地垫从上至下依次包括第一碳素层、支撑层和第二碳素层，所述第一碳素层和所述第二碳素层中包括质量分数为75%-97%的石墨、1%-10%的纤维体、1%-15%的硅酸盐矿物粉末以及3%以下的分散剂。该碳素地垫导热速率快快、效率高、强度足够且具备保健功能、生产工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及采暖技术领域，具体涉及一种碳素地垫及其生产工艺。
背景技术
地暖是地板辐射采暖的简称，英文为RadiantFloorHeating，是以整个地面为散热器，通过地板辐射层中的热媒，均匀加热整个地面，利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导，来达到取暖的目的，符合中医“温足而顶凉”的健身理论，是目前最舒适的采暖方式。
在最初的地板结构里，地板下面会放置一个柔性的地垫，起到过渡的作用，同时具有降噪、防水等功效；之后地暖加热逐渐流行起来，普通的地垫会阻碍热量向上传递，人们发明了软木掺杂金属丝或金属粒的地点，旨在提高地垫的导热性，但软木本身为隔热材料，仅靠金属丝或金属粒进行到导电，速率慢、效率也低下；再后来人们采用带有气孔的地点复合防水膜以期提高传热性能，但防水膜的存在或多或少阻碍了热量的传播，地暖系统的导热速度和效率始终不够理想。
申请公布号为CN105217608A的中国发明专利公开了一种石墨导热膜，其导热速率快、效率高，适合用作地暖系统的地垫，但石墨材料本身质软且韧性低，长时间使用易破碎变形；且地暖加热本身复合人体特性，对人体健康有利，普通的石墨导热膜没有充分利用这一点开发更有利于人体保健的地垫。
发明内容
本发明的目的，是为了解决上述问题，提供一种导热速率快快、效率高、强度足够且具备保健功能的碳素地垫及其生产工艺。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
一种碳素地垫，包括有石墨，所述碳素地垫从上至下依次包括第一碳素层、支撑层和第二碳素层，所述第一碳素层和所述第二碳素层中包括质量分数为75%-97%的石墨、1%-10%的纤维体、1%-15%的硅酸盐矿物粉末以及3%以下的分散剂。
硅酸盐矿物如电气石、玄武岩等石材由于具有特殊的晶体结构，在该晶体结构中，两个强电荷的原子在晶格上的排列明显错开，导致该晶格一端显现正电荷、一端则显现负电荷，正负电荷之间形成了永久性的电场，晶格中的正极会吸收环境中的正离子并储存在晶格中，同时富集会释放多余电子。温度升高时，电气石等的放电特性会进一步增强，其增强效果为，温度每升高十度，放电效果约为原来的两倍。
与此同时，该类型矿物的粉末还能够发射波长为4-18μm的远红外线，当其被加热时，热量会被转换成负离子和远红外线而作用于人体，远红外线辐射产生的热量可使得人体微血管扩张、促进血液循环并软化角质层；更进一步说，人体表面所辐射的红外光波长在9-10μm左右，根据匹配吸收理论，人体对于9-10μm的远红外光线具备良好的吸收效应，该效应可以温暖细胞、促进新陈代谢，同时所述电气石也会吸收由人体所发射的相应远红外线，具备一定的自发热效果增强保暖性。
作为上述技术方案的优选，所述纤维体为金属铝或其合金纤维、金属铜或其合金纤维、碳纤维中的一种或几种的混合物。
作为上述技术方案的优选，所述纤维体的丝径为5-15微米。
纤维体作为第一碳素层和第二碳素层的根而存在，其作用于第一碳素层和第二碳素层相当于植物的根系作用于土壤，起到加固定型的作用，纤维体的材料本身导热性好，不会影响碳素地垫整体的导热性能。
作为上述技术方案的优选，所述支撑层为聚酰亚胺薄膜，厚度为0.02mm-0.1mm。
作为上述技术方案的优选，所述支撑层表面为非光滑的糙面，表面粗糙度Ra为0.05-0.2。
作为上述技术方案的优选，所述支撑层的表面上带有网格状的通孔。此类支撑层作为大的“骨架”而存在，相对的，纤维体作为小的“须根”而存在，支撑层上的通孔和糙面除开为石墨提供填充抓牢的空间外，也为纤维体这样的“须根”提供了伸展的空间，使第一碳素层和第二碳素层不易散开，附着更牢固。
聚酰亚胺薄膜本身具有耐高温性能和良好的导热性，适宜作为地热地垫的支撑层，其表面为粗糙面，配合石墨质软的特性，使得第一碳素层和第二碳素层更好的嵌合到糙面上，结合更牢固。
作为上述技术方案的优选，所述碳素地垫还包括0.5%-5%的多孔碳颗粒。
多孔碳颗粒具有吸附水份的作用，可用于调节室内湿度。
一种碳素地垫的生产工艺，包括如下步骤：
①将石墨置于真空炉内，通入惰性气体；
②梯度升温对石墨进行高温烧结；
③将烧结后的石墨取出冷却，并粉碎；
④粉碎的石墨中加入助剂在搅拌釜中搅拌均匀；
⑤将搅拌均匀的混合物加热，涂抹在支撑层的两面并通过压辊压合成型。
作为上述技术方案的优选，所述步骤②中的升温程序包括：以5-10℃/min升温至900-1100℃，再以1-3℃/min升温至2800-3100℃。烧结过程能够将石墨中的氢、氮等杂质排除。
作为上述技术方案的优选，所述助剂包括纤维体、硅酸盐矿物粉磨和分散剂。
作为上述技术方案的优选，所述助剂还包括多孔碳颗粒。
综上所述，本发明具有如下优点：
本发明所述的一种碳素地垫及其生产工艺除了具有普通石墨地垫导热快、效率高的优点之外，还具有足够的强度，使用寿命长，且对人体具有相当的保健作用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面以实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：一种碳素地垫，包括有石墨，所述碳素地垫从上至下依次包括第一碳素层、支撑层和第二碳素层，所述第一碳素层和所述第二碳素层中包括质量分数为75%的石墨、8.5%的纤维体、15%的硅酸盐矿物粉末、0.5%的多孔碳颗粒以及1%的金属皂类分散剂。
所述纤维体为铝合金纤维，丝径为5微米。
所述支撑层为聚酰亚胺薄膜，厚度为0.02mm。
所述支撑层表面为非光滑的糙面，表面粗糙度Ra为0.05。
实施例2：一种碳素地垫，包括有石墨，所述碳素地垫从上至下依次包括第一碳素层、支撑层和第二碳素层，所述第一碳素层和所述第二碳素层中包括质量分数为97%的石墨、1%的纤维体、1%的硅酸盐矿物粉末以及1%的分散乳胶粉。
所述纤维体为铜纤维，丝径为15微米。
所述支撑层为聚酰亚胺薄膜，厚度为0.01mm。
所述支撑层表面为非光滑的糙面，表面粗糙度Ra为0.1。
实施例3：一种碳素地垫，包括有石墨，所述碳素地垫从上至下依次包括第一碳素层、支撑层和第二碳素层，所述第一碳素层和所述第二碳素层中包括质量分数为80%的石墨、10%的纤维体、2.5%的硅酸盐矿物粉末、5%的多孔碳颗粒以及2.5%的分散乳胶粉。
所述纤维体为铝合金纤维和碳纤维的混合物，丝径为7微米。
所述支撑层为聚酰亚胺薄膜，厚度为0.1mm。
所述支撑层表面为非光滑的糙面，表面粗糙度Ra为0.2。
实施例4：一种碳素地垫的生产工艺，包括如下步骤：
①将石墨置于真空炉内，通入惰性气体；
②梯度升温对石墨进行高温烧结：以5℃/min升温至900℃，再以1℃/min升温至2800℃；
③将烧结后的石墨取出冷却，并粉碎；
④粉碎的石墨中加入纤维体、硅酸盐矿物粉磨和分散剂在搅拌釜中搅拌均匀；
⑤将搅拌均匀的混合物加热，涂抹在支撑层的两面并通过压辊压合成型。
实施例5：一种碳素地垫的生产工艺，包括如下步骤：
①将石墨置于真空炉内，通入惰性气体；
②梯度升温对石墨进行高温烧结：以10℃/min升温至1100℃，再以3℃/min升温至3100℃；
③将烧结后的石墨取出冷却，并粉碎；
④粉碎的石墨中加入纤维体、硅酸盐矿物粉磨、分散剂和多孔碳颗粒在搅拌釜中搅拌均匀；
⑤将搅拌均匀的混合物加热，涂抹在支撑层的两面并通过压辊压合成型。
实施例6：一种碳素地垫的生产工艺，包括如下步骤：
①将石墨置于真空炉内，通入惰性气体；
②梯度升温对石墨进行高温烧结：以7℃/min升温至1000℃，再以2.5℃/min升温至3000℃；
③将烧结后的石墨取出冷却，并粉碎；
④粉碎的石墨中加入纤维体、硅酸盐矿物粉磨和分散剂在搅拌釜中搅拌均匀；
⑤将搅拌均匀的混合物加热，涂抹在支撑层的两面并通过压辊压合成型。
Claims (10)
1.一种碳素地垫，包括有石墨，其特征在于：所述碳素地垫从上至下依次包括第一碳素层、支撑层和第二碳素层，所述第一碳素层和所述第二碳素层中包括质量分数为75%-97%的石墨、1%-10%的纤维体、1%-15%的硅酸盐矿物粉末以及3%以下的分散剂。
2.根据权利要求1所述的一种碳素地垫，其特征在于：所述纤维体为金属铝或其合金纤维、金属铜或其合金纤维、碳纤维中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种碳素地垫，其特征在于：所述纤维体的丝径为5-15微米。
4.根据权利要求1所述的一种碳素地垫，其特征在于：所述支撑层为聚酰亚胺薄膜，厚度为0.02mm-0.1mm。
5.根据权利要求1或4所述的一种碳素地垫，其特征在于：所述支撑层表面为非光滑的糙面，表面粗糙度Ra为0.05-0.2。
6.根据权利要求1所述的一种碳素地垫，其特征在于：所述碳素地垫还包括0.5%-5%的多孔碳颗粒。
7.一种碳素地垫的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：
①将石墨置于真空炉内，通入惰性气体；
②梯度升温对石墨进行高温烧结；
③将烧结后的石墨取出冷却，并粉碎；
④粉碎的石墨中加入助剂在搅拌釜中搅拌均匀；
⑤将会搅拌均匀的混合物加热，涂抹在支撑层的两面并通过压辊压合成型。
8.根据权利要求7所述的一种碳素地垫的生产工艺，其特征在于：所述步骤②中的升温程序包括：以5-10℃/min升温至900-1100℃，再以1-3℃/min升温至2800-3100℃。
9.根据权利要求7所述的一种碳素地垫的生产工艺，其特征在于：所述助剂包括纤维体、硅酸盐矿物粉磨和分散剂。
10.根据权利要求9所述的一种碳素地垫的生产工艺，其特征在于：所述助剂还包括多孔碳颗粒。
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- 2016-02-02 CN CN201610071930.5A patent/CN105636251B/zh not_active Expired - Fee Related
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