CN108221132A - 一种三维间隔结构电热复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种三维间隔结构电热复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三维间隔织物结构电热复合材料及其制备方法。所述复合材料包括电热层、支撑层，间隔纱将两者捆绑为一体，使电热层与支撑层之间形成中空隔热层，电热层由电热层经纱、电热层纬纱构成，支撑层由支撑层经纱、支撑层纬纱构成。制备方法为：按照纱线的选择方案排布各层经纱和间隔纱；同步引入各层纬纱；各层经纱相互交织：在电热层与支撑层之间插入间隔片，间隔纱相互交织，将各层织造成一体；步进电机卷取；完成需要的织造循环后下机。本发明具有结构简单，质量轻，结构整体性好，耐湿热老化，耐冲击等性能，在民用和军用领域都有广泛的应用。

Description

一种三维间隔结构电热复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种三维间隔结构电热复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，对人居环境的要求已不仅要满足基本的生活条件，而且要求创造舒适、安逸的人居环境，对室内环境提出更高的要求，要求室内环境满足温度、湿度、室内风速、污染物浓度等要求控制在一定范围之内。基于室内温度的调控，尤其是冬季的室内的保温问题，电热产品发展迅速，逐渐出现在人们的日常生活中，市场上出现的电采暖主要有：电暖器、电锅炉、电热膜、电缆线、电地板等，其中电热地板有较高的发展前景。
随着科学技术的发展，电热地材料不断得到完善，技术也越来越成熟。目前的电热板材应用比较广泛，主要由胶合技术形成的复合材料合成电热地板。虽然能够一定程度上供暖，但是有热能转换效率低，且力学性能较差，不耐湿，容易分层等缺点。因此，一款集加热效果好，结构稳定，性能较好的新型电热地板亟待开发。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种发热效率高，结构稳定，力学性能优异的新型电热复合材料。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种三维间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，包括电热层、支撑层，间隔纱将两者捆绑为一体，使电热层与支撑层之间形成中空隔热层，电热层由电热层经纱、电热层纬纱构成，支撑层由支撑层经纱、支撑层纬纱构成。
优选地，所述复合材料与环氧树脂复合。
优选地，所述电热层纬纱为电热纤维。
更优选地，所述电热层经纱采用玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维和玻璃纤维中任意一种或几种的混杂，目的是保护电热纤维，避免其与外界接触；电热层纬纱采用金属导电纤维、金属镀层纤维，或者由玄武岩纤维、芳纶纤维或玻璃纤维包缠的导电纤维，目的避免是织造过程中电热纤维磨损以及相互接触造成短路。
优选地，所述支撑层经纱、支撑层纬纱、间隔纱采用玻璃纤维、芳纶纤维、石英纤维和玄武岩纤维中的任意一种或几种的混杂。
优选地，所述支撑层经纱、支撑层纬纱、间隔纱为膨体纱结构，目的是粘附更多的树脂，获得更好的支撑效果。
更优选地，所述环氧树脂采用不饱和聚酯、酚醛树脂或聚酰亚胺树脂。
该材料可以采用复合材料形式，也可以单独采用织物形式，用于民用和军用设施的加热保暖领域。
本发明还提供了上述三维间隔织物结构电热复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：按照纱线的选择方案排布各层经纱和间隔纱；
第二步：同步引入各层纬纱；
第三步：各层经纱相互交织：
第四步：在电热层与支撑层之间插入间隔片，间隔纱相互交织，将各层织造成一体；
第五步：步进电机卷取；
第六步：完成需要的织造循环后下机。
优选地，第四步中所述间隔片的高度为0.3～2厘米。
优选地，还包括第七步：将电热层中的电热纤维与导电纤维焊接后，采用手糊工艺，将复合材料与环氧树脂进行复合，然后放到烘箱中烘干。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明得到的电热复合材料具有三维一体织物结构，质量轻，加热速度快，发热效率高，耐冲击等优点；
2.本发明得到的电热复合材料的中空隔热层，可以有效阻止热量向下传递，减少热量损失，提高加热效率；
3.本发明得到的电热复合材料中，电热纤维有效的束缚到三维织物结构中，提高了电热地板的力学性能，有耐湿耐老化，耐冲击等优良特点；
4.本发明得到的电热复合材料可以采用复合材料形式，也可以单独采用织物形式，用于民用和军用设施的加热保暖领域。
附图说明
图1为本发明提供的三维间隔结构电热复合材料的示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1-5得到的三维间隔织物结构电热复合材料如图1所示，其包括电热层1、支撑层3，间隔纱8将两者捆绑为一体，使电热层1与支撑层3之间形成中空隔热层2，电热层1由电热层经纱4、电热层纬纱5构成，支撑层3由支撑层经纱6、支撑层纬纱7构成。
实施例1
一种基于铜丝的三维间隔结构电热织物及其制备方法：
1、纱线选择
选用800tex的玄武岩纤维(石金玄武岩纤维有限公司)作为电热层经纱4；选用直径为1毫米的铜丝束作为电热层纬纱5；选用1000tex的玄武岩纤维作为支撑层经纱6、支撑层纬纱7；选用1000tex的玻璃纤维作为间隔纱8；采用三维机织织造工艺，设定织物的宽度10厘米；经纬密度：5根/厘米；间隔纱8的密度：5根/厘米。
2、织造过程
第一步：按照纱线的选择方案排布各层经纱和间隔纱8；
第二步：同步引入各层纬纱；
第三步：各层经纱相互交织；
第四步：插入高度0.5厘米的间隔片，间隔纱8相互交织，将各层经纬纱织造成一体；
第五步：步进电机卷取；
第六步：完成100个织造循环后下机。
所获得的基于铜丝的三维结构电热织物，长度20厘米，厚度0.7厘米。该电热织物密度0.55kg/cm3，拉伸强度710兆帕，连接220伏电压后，在30秒内温度上升到60℃。
实施例2
一种基于铜丝的三维间隔结构电热复合材料及其制备方法：
采用实施例1得到的三维间隔结构电热织物，将其与环氧树脂复合，制备基于铜丝的三维间隔结构电热复合材料。
将环氧树脂(广州恒粤化工有限公司，牌号：E-51)与固化剂按照体积比例为4∶1的关系制成环氧树脂溶液1000毫升；将电热层1中的电热纤维与导电纤维焊接后，采用手糊工艺，将织物与环氧树脂进行复合后，放到烘箱中，调节温度至45℃烘干4个小时；然后温度升至70℃烘干4小时。
所获得基于铜丝的三维间隔填充结构电热复合材料，长度20厘米，厚度0.7厘米。该电热复合材料密度1.1kg/cm3，压缩强度37兆帕，拉伸强度750兆帕，连接220伏电压后，在30秒内温度上升到60℃。
实施例3
一种基于玻璃纤维包缠铜丝的三维间隔结构电热织物及其制备方法：
1、纱线选择
选用1000tex的无碱玻璃纤维(巨石集团)作为电热层经纱4；选用300tex的玻璃纤维包缠直径1毫米的铜绞线作为电热层纬纱5，包缠参数：喂入速度比1.5∶1；选用1000tex玻璃纤维膨体纱作为支撑层经纱6、支撑层纬纱7和间隔纱8；采用三维机织织造工艺，设定织物的宽度10厘米；经纬密度：5根/厘米；间隔纱8的密度：5根/厘米。
2、织造过程
第一步：按照纱线的选择方案排布各层经纱和间隔纱8；
第二步：同步引入各层纬纱；
第三步：各层经纱相互交织；
第四步：插入高度1厘米的间隔片，间隔纱8相互交织，将各层经纬纱织造成一体；
第五步：步进电机卷取；
第六步：完成100个织造循环后下机。
所获得的基于玻璃纤维包缠铜丝的三维间隔结构电热织物，长度20厘米；厚度1.2厘米。该电热织物密度0.38kg/cm3，拉伸强度690兆帕，连接220伏电压后，在30秒内温度上升到60℃。
实施例4
一种基于玻璃纤维包缠铜丝的三维间隔结构电热复合材料及其制备方法：
采用实施例3得到的玻璃纤维包缠铜丝的三维间隔结构电热织物，将其与不饱和聚酯复合，制备基于玻璃纤维包缠铜丝的三维间隔结构电热复合材料。
复合过程：将不饱和聚酯树脂(广州恒粤化工有限公司，牌号：901-VP)与配套的固化剂按照体积比例为10∶1的关系制成树脂溶液800毫升；将电热层1中的电热纤维与导电纤维焊接后，采用手糊工艺，将织物与环氧树脂进行复合后，放到烘箱中，调节温度至80℃烘干6小时。
所获得基于玻璃纤维包缠铜丝的三维间隔结构电热复合材料，长度20厘米，厚度1.2厘米。该电热复合材料密度0.85kg/cm3，压缩强度33兆帕，拉伸强度750兆帕，连接220伏电压后，在30秒内温度上升到60℃。
实施例5
一种基于玻璃纤维包缠镀镍碳纤维的三维结构电热织物复合材料及其制备方法：
1、纱线选择
选用1000tex的无碱玻璃纤维(巨石集团)作为电热层经纱4；选用300tex的玻璃纤维包缠12k的镀镍碳纤维(苏州捷迪纳米科技有限公司)作为电热层纬纱5，包缠参数：喂入速度比2∶1；选用1000tex玄武岩纤维膨体纱作为支撑层经纱6、支撑层纬纱7和间隔纱8；采用三维机织织造工艺，设定织物的宽度10厘米；经纬密度：5根/厘米；间隔纱8的密度：5根/厘米。
2、织造过程
第一步：按照纱线的选择方案排布各层经纱和间隔纱8；
第二步：同步引入各层纬纱；
第三步：各层经纱相互交织；
第四步：插入高度1.5厘米的间隔片，间隔纱8相互交织，将各层经纬纱织造成一体；
第五步：步进电机卷取；
第六步：完成100个织造循环后下机。
3、复合过程：将不饱和聚酯树脂(广州恒粤化工有限公司，牌号：901-VP)与配套的固化剂按照体积比例为10∶1的关系制成树脂溶液800毫升；将电热层1中的电热纤维与导电纤维焊接后，采用手糊工艺，将织物与环氧树脂进行复合后，放到烘箱中，调节温度至80℃烘干6小时。
所获得基于玻璃纤维包缠镀镍碳纤维的三维结构电热织物复合材料，长度20厘米，厚度1.7厘米。该电热复合材料密度0.35kg/cm3，压缩强度20兆帕，拉伸强度1100兆帕，连接220伏电压后，在30秒内温度上升到60℃。

Claims (10)

1.一种三维间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，包括电热层(1)、支撑层(3)，间隔纱(8)将两者捆绑为一体，使电热层(1)与支撑层(3)之间形成中空隔热层(2)，电热层(1)由电热层经纱(4)、电热层纬纱(5)构成，支撑层(3)由支撑层经纱(6)、支撑层纬纱(7)构成。
2.如权利要求1所述的三维间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，所述复合材料与环氧树脂复合。
3.如权利要求1或2所述的三维间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，所述电热层纬纱(5)为电热纤维。
4.如权利要求3所述的三维间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，所述电热层经纱(4)采用玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维和玻璃纤维中任意一种或几种的混杂；电热层纬纱(5)采用金属导电纤维、金属镀层纤维，或者由玄武岩纤维、芳纶纤维或玻璃纤维包缠的导电纤维。
5.如权利要求1或2所述的三维间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，所述支撑层经纱(6)、支撑层纬纱(7)、间隔纱(8)采用玻璃纤维、芳纶纤维、石英纤维和玄武岩纤维中的任意一种或几种的混杂。
6.如权利要求1或2所述的三维间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，所述支撑层经纱(6)、支撑层纬纱(7)、间隔纱(8)为膨体纱结构。
7.如权利要求2所述的三维间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，所述环氧树脂采用不饱和聚酯、酚醛树脂或聚酰亚胺树脂。
8.一种权利要求1-7任意一项所述的三维间隔织物结构电热复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：按照纱线的选择方案排布各层经纱和间隔纱(8)；
第二步：同步引入各层纬纱；
第三步：各层经纱相互交织：
第四步：在电热层(1)与支撑层(3)之间插入间隔片，间隔纱(8)相互交织，将各层织造成一体；
第五步：步进电机卷取；
第六步：完成需要的织造循环后下机。
9.如权利要求8所述的三维间隔织物结构电热复合材料的制备方法，其特征在于，第四步中所述间隔片的高度为0.3～2厘米。
10.如权利要求8所述的三维间隔织物结构电热复合材料的制备方法，其特征在于，还包括第七步：将电热层(1)中的电热纤维与导电纤维焊接后，采用手糊工艺，将复合材料与环氧树脂进行复合，然后放到烘箱中烘干。
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CN112941704A (zh) * 2021-01-25 2021-06-11 浙江理工大学 一种三维间隔织物增强多孔复合材料的制备方法

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