CN107046741A - 一种柔性片状碳纤维发热体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性片状碳纤维发热体，包括采用聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或黏胶基碳纤维制成的碳纤维毡，固定连接在碳纤维毡两端的金属导体，固定于碳纤维毡表面的控制温度的热感应装置，固定在碳纤维毡的上下表面的固定用纤维布或毡。本发明的发热体为柔性材料，可以任意折叠，可以直接水洗，通过控制碳纤毡的面密度调整发热体的电阻，发热体电阻可以任意设计。本发明的发热体为片状发热材料，为面发热，具有高的发热比表面积，发热效果耐久性、均匀性好。发热体内部的热感应装置，可以控制发热体表面的最高温度，安全性高，可作为内嵌发热体广泛用于穿戴设备、服饰、鞋、家纺等领域中。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维发热体，特别涉及一种柔性片状碳纤维发热体，属于加热材料技术领域。
技术背景
碳纤维由于具有电磁辐射小，电热转化效率高，远红外的保健作用，加热速度快等特点，已经作为发热材料广泛地应用于取暖和加热设备中，其应用最广的是家庭地暖、取暖器和浴霸。
目前，主要采用束丝发热或者碳纤维混抄纸的面状发热体。中国专利200610086660.1公开了一种利用碳纤维制造多功能发热体的方法，将造纸用纸浆和人造纤维制备第一层初纸，用极细碳纤维、造纸用纸浆和人造纤维混合制备第二层初纸，将第一层初纸和第二层初纸叠加形成原纸，之后在第二层初纸的花纹上涂布碳粉混合物，形成发热基体。中国专利201310284007.6公开了一种加热服装的碳纤维发热件，包括碳纤维加热条和布块，布块包括面布块和底布块，面布块与底布块缝合在一起，并形成有一容置空间，碳纤维加热条放于容置空间内。上述发热结构柔性不高，不易洗涤、发热不均，不能应用于对柔性要求较高、对洗涤有一定要求、对发热均匀性要求较高、低电压发热等领域。
发明内容
针对现有的发热体柔软性不足，发热体表面热量积聚，发热不均匀，可洗涤性差的问题，本发明提供了一种柔性片状碳纤维发热体，可作为内嵌发热体广泛用于穿戴设备、服饰、鞋、家纺等领域中。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种柔性片状碳纤维发热体，包括：
采用碳纤维制成的碳纤维毡，所述的碳纤维毡采用聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或黏胶基碳纤维制成，纤维长度为5-200mm，面密度为10-1000g/m2，纤维直径为3-15μm，碳纤维毡通过针刺而成，通过树脂粘结剂乳液后压制形成树脂粘结剂的含量为0.5-5wt.％的柔性碳纤维毡；
固定连接在碳纤维毡两端的金属导体，所述的金属导体是铜膜或镍膜等金属膜，所述的金属膜采用针刺固定连接在碳纤维毡的两端；
金属导体连接导线；
控制温度的热感应装置，所述热感应装置是一个感应温度的控制通断装置，固定于碳纤维毡表面，根据发热体温度需要，可以选择不同温度等级的热感应装置；
固定用纤维布或毡，所述的固定用纤维布或毡固定在碳纤维毡的上下表面，所述固定用的纤维布或毡为有机纤维布或毡，采用缝制或热熔焊接而固定内部的发热元器件。
优选地，所述的碳纤维毡采用聚丙烯腈基碳纤维或黏胶基碳纤维制成。
优选地，所述的碳纤维长度为10-100mm，面密度为50-500g/m2，纤维直径为5-10μm，粘结剂含量为0.7-2wt.％。
优选地，所述的固定用纤维布或毡采用有机纤维制成，更优选采用聚酯纤维。
优选地，所述的固定用纤维布或毡固定方式为超声波焊接。
本发明还提供上述柔性片状碳材料发热体的制备方法，具体步骤如下：
将碳纤维短切后制成碳纤维毡，将碳纤维毡连续通过树脂粘结剂乳液槽，压制后干燥制得成品碳纤维毡，成品碳纤维毡分割成片状，将金属膜针刺固定在碳纤维毡的两端，在电路中串联热感应装置，并将热感应装置放置于碳纤维毡的表面组装得到发热元器件，在发热元器件的上下表面放置纤维布或毡，采用缝制或热熔焊接固定发热元器件，制得柔性片状碳材料发热体。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的柔性片状碳材料发热体，具有良好的可折叠性，形状与尺寸可设计性强；
2、本发明的柔性片状碳材料发热体，将发热碳纤维毡作为夹层，采用纤维布或毡将发热碳纤维毡固定，具有很好的尺寸稳定性，能抵抗拉扯、洗涤和暴晒等，发热碳纤维毡不易断裂，抗拉强度可达到25KGF/m2，撕裂强度达到1200GF/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的90％以上；
3、本发明的柔性片状碳材料发热体，发热碳纤维毡电阻可以设计，发热功率可控性强，适用于低电压条件；
4、本发明的柔性片状碳材料发热体，片状发热体比表面积大，整个面可以向外辐射远红外线，热量容易散发出去，不会导致热量集中带来安全隐患，而且热辐射均匀性好；
5、本发明的柔性碳材料片状发热体，由于整个片材都是电子通道，电流密度及其低，加上碳纤维本身电磁辐射几乎为零，所以对人体毫无伤害；
6、本发明的柔性碳材料片状发热体，由于内置了热感应装置，发热体达到一定温度，该装置就会切断电源，具有非常高的安全性。
附图说明
图1是本发明发热体的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明发热体的结构示意图。如图1所示，本发明的柔性片状碳材料发热体，包括碳纤维毡2，连接碳纤维毡的金属导体3，控制温度的热感应装置4，放置在碳纤维毡上下表面的固定用纤维布或毡1，金属导体连接导线5。
实施例1
将聚丙烯腈基碳纤维按5mm的长度短切，纤维直径为7μm，通过制毡设备制备成10g/m2碳纤维毡，将碳纤维毡连续通过树脂粘结剂乳液槽，控制树脂粘接剂含量为0.5wt％，压制后干燥制成成品碳纤维毡2。用铜膜3针刺固定在碳纤维毡的两端，固定后采用铜线5引出。在电路中串联热感应装置4，热感应装置放置于碳纤维毡的表面，制得发热元器件。在发热元器件的上下表面放置涤纶纤维毡1，采用热熔焊接固定内部的发热元器件，发热功率达到5000W/m2，抗拉强度达到25KGF/m2，撕裂强度达到1200GF/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的90％以上。
实施例2
将实施例1中所述碳纤维按10mm之间的长度短切，通过制毡设备制备成50g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到1500W/m2，抗拉强度为15KGF/m2，撕裂强度达到900GF/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的92％。
实施例3
将实施例1中所述碳纤维按100mm之间的长度短切，通过制毡设备制备成100g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到2000W/m2，抗拉强度为18KGF/m2，撕裂强度达到1000GF/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的95％。
实施例4
将实施例1中所述碳纤维按100mm之间的长度短切，通过制毡设备制备成500g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到3500W/m2，抗拉强度为20KGF/m2，撕裂强度达到1100GF/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的93％。
实施例5
将实施例1中所述碳纤维按200mm之间的长度短切，通过制毡设备制备成1000g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到5000W/m2，抗拉强度为25KGF/m2，撕裂强度达到1200GF/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的94％。
实施例6
将实施例1中所述聚丙烯腈基碳纤维，采用直径为5μm，通过制毡设备制备成50g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到1200W/m2，抗拉强度为16KGF/m2，撕裂强度达到950GF/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的90％。
实施例7
将实施例1中所述聚丙烯腈基碳纤维改为沥青基碳纤维，纤维直径为13μm，通过制毡设备制备成50g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到800W/m2，抗拉强度为17KGF/m2，撕裂强度达到900GF/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的92％。
实施例8
将实施例1中所述聚丙烯腈基碳纤维改为沥青基碳纤维，纤维直径特征值为10μm，通过制毡设备制备成50g/m2碳纤维毡，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到1000W/m2，抗拉强度为18KGF/m2，撕裂强度达到960GF/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的90％。
实施例9
将实施例1中所述控制树脂粘接剂含量特征值改为0.7wt％，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到1000W/m2，抗拉强度为22KGF/m2，撕裂强度达到1100GF/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的94％。
实施例10
将实施例1中所述控制树脂粘接剂含量特征值改为2wt％，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到900W/m2，抗拉强度为14KGF/m2，撕裂强度达到850GF/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的89％。
实施例11
将实施例1中所述控制树脂粘接剂含量特征值改为5wt％，其他制作方法与实施例1相同，发热功率达到700W/m2，抗拉强度为20KGF/m2，撕裂强度达到1000GF/m2，模拟正常热洗10000次后，发热功率保持在原有设计功率的92％。
对比例
市场的碳纤维发热件，模拟正常热洗10000次后，发热功率下降到初始功率的60％，并且部分发热件由于纤维水洗过程中断裂失去发热功能。
Claims (10)
1.一种柔性片状碳纤维发热体，其特征在于，包括：
采用碳纤维制成的、树脂粘结剂的含量为0.5-5wt.％的碳纤维毡，所述的碳纤维毡采用聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或黏胶基碳纤维制成，纤维长度为5-200mm，面密度为10-1000g/m2，纤维直径为3-15μm；
固定连接在碳纤维毡两端的金属导体；
金属导体连接导线；
固定于碳纤维毡表面的控制温度的热感应装置；
和固定在碳纤维毡的上下表面的固定用纤维布或毡。
2.根据权利要求1所述的柔性片状碳纤维发热体，其特征在于，所述的碳纤维毡由碳纤维经针刺制成初形后通过树脂粘结剂乳液后压制形成。
3.根据权利要求1所述的柔性片状碳纤维发热体，其特征在于，所述的金属导体为铜膜或镍膜。
4.根据权利要求3所述的柔性片状碳纤维发热体，其特征在于，所述的金属膜采用针刺固定在碳纤维毡的两端。
5.根据权利要求1所述的柔性片状碳纤维发热体，其特征在于，所述的固定用纤维布或毡为有机纤维布或毡。
6.根据权利要求1所述的柔性片状碳纤维发热体，其特征在于，所述的碳纤维长度为10-100mm，面密度为50-500g/m2，纤维直径为5-10μm，树脂粘结剂含量为0.7-2wt.％。
7.根据权利要求3所述的柔性片状碳纤维发热体，其特征在于，所述的金属导体的厚度为0.05-0.1mm。
8.根据权利要求5所述的柔性片状碳纤维发热体，其特征在于，所述的固定用纤维布或毡为聚酯纤维布或毡。
9.根据权利要求1所述的柔性片状碳纤维发热体，其特征在于，所述的固定用纤维布或毡固定方式为超声波焊接。
10.根据权利要求1所述的柔性片状碳纤维发热体的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
将碳纤维短切后制成碳纤维毡，将碳纤维毡连续通过树脂粘结剂乳液槽，压制后干燥制得成品碳纤维毡，成品碳纤维毡分割成片状，将金属膜针刺固定在碳纤维毡的两端，在电路中串联热感应装置，并将热感应装置放置于碳纤维毡的表面组装得到发热元器件，在发热元器件的上下表面放置纤维布或毡，采用缝制或热熔焊接固定发热元器件，制得柔性片状碳材料发热体。
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