CN108248078A - 一种三维多层间隔结构电热复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三维多层间隔织物结构电热复合材料及其制备方法。所述复合材料包括依次复合的保护层、电热层、中空隔热层、支撑层，间隔纱将各层复合为一体。制备方法为：采用三维织造技术，间隔纱通过相互交织，将保护层、电热层、支撑层捆绑在一起，电热层与支撑层之间嵌入间隔片，形成三维间隔结构机织物，取出间隔片后，保护层与支撑层之间的间隔纱构成中空隔热层；然后将三位间隔结构机织物与环氧树脂复合后，得到三维多层间隔织物结构电热复合材料。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，用于民用和军用设施的加热保暖领域。

Description

一种三维多层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多层间隔结构电热复合材料及其制备方法，属于复合材料的制备技术领域。
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：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多层间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，包括依次复合的保护层、电热层、中空隔热层、支撑层，间隔纱将各层复合为一体；保护层由保护层经纱、保护层纬纱构成，电热层由电热层经纱、电热层纬纱构成，中空隔热层由间隔纱构成，支撑层由支撑层经纱、支撑层纬纱构成。
优选地，所述保护层经纱、保护层纬纱采用玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维和玻璃纤维中的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。
优选地，所述电热层经纱、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。
更优选地，所述支撑层经纱、支撑层纬纱、间隔纱采用膨体纱结构，目的是粘附更多的树脂，获得更好的支撑效果。
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多层间隔织物结构电热复合材料的制备方法，其特征在于，采用三维织造技术，间隔纱通过相互交织，将保护层、电热层、支撑层捆绑在一起，电热层与支撑层之间嵌入间隔片，形成三维间隔结构机织物，取出间隔片后，保护层与支撑层之间的间隔纱构成中空隔热层；然后将三位间隔结构机织物与环氧树脂复合后，得到三维多层间隔织物结构电热复合材料。
优选地，所述中空隔热层的厚度由间隔片的高度决定，间隔片的高度为0.3～2cm。
优选地，所述的环氧树脂采用不饱和聚酯、酚醛树脂或聚酰亚胺树脂。
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多层间隔织物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1-3制得的一种三维多层间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，包括依次复合的保护层1、电热层2、中空隔热层3、支撑层4，间隔纱11将各层复合为一体；保护层1由保护层经纱5、保护层纬纱6构成，电热层2由电热层经纱7、电热层纬纱8构成，中空隔热层3由间隔纱11构成，支撑层4由支撑层经纱9、支撑层纬纱10构成。
实施例1
一种基于铜丝的三维结构电热织物及其制备方法：
1、纱线选择
选用1000tex的玄武岩纤维(石金玄武岩纤维有限公司)作为保护层经纱5、保护层纬纱6；选用直径为1毫米的铜丝束作为电热层经纱7、电热层纬纱8；选用1000tex的玄武岩纤维作为支撑层经纱9、支撑层纬纱10、间隔纱11；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11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11；
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11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0.65kg/cm3，拉伸强度810mPa，连接220V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结构电热复合材料的制备方法：
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。
具体方法为：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；将织物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0.95kg/cm3，拉伸强度860MPa，压缩强度39MPa，连接220V电压后，在40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)作为保护层经纱5、保护层纬纱6；选用300tex的玻璃纤维包缠直径1毫米的铜绞线作为电热层经纱7、电热层纬纱8，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9、支撑层纬纱10、间隔纱11；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11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11；
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11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1.2厘米。该电热织物密度0.45kg/cm3，拉伸强度930MPa，连接220V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结构电热复合材料及其制备方法：
采用实施例3制备的玻璃纤维包缠铜丝的三维结构电热织物，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结构电热复合材料。
具体方法为：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；将织物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0.84kg/cm3，拉伸强度900MPa，压缩强度32MPa，连接220V电压后，在40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)作为保护层经纱5、保护层纬纱6；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)作为电热层经纱7、电热层纬纱8，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9、支撑层纬纱10、间隔纱11；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11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11；
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11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1.7厘米，结构示意图如图1所示。
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；将织物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0.54kg/cm3，拉伸强度1200MPa，压缩强度21MPa，连接220V电压后，在40秒内温度上升到60℃。

Claims (8)

1.一种三维多层间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，包括依次复合的保护层(1)、电热层(2)、中空隔热层(3)、支撑层(4)，间隔纱(11)将各层复合为一体；保护层(1)由保护层经纱(5)、保护层纬纱(6)构成，电热层(2)由电热层经纱(7)、电热层纬纱(8)构成，中空隔热层(3)由间隔纱(11)构成，支撑层(4)由支撑层经纱(9)、支撑层纬纱(10)构成。
2.如权利要求1所述的三维多层间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，所述保护层经纱(5)、保护层纬纱(6)采用玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维和玻璃纤维中的任意一种或几种的混杂。
3.如权利要求1所述的三维多层间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，所述电热层经纱(7)、电热层纬纱(8)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。
4.如权利要求1所述的三维多层间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，所述支撑层经纱(9)、支撑层纬纱(10)、间隔纱(11)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。
5.如权利要求4所述的三维多层间隔织物结构电热复合材料，其特征在于，所述支撑层经纱(9)、支撑层纬纱(10)、间隔纱(11)采用膨体纱结构。
6.一种权利要求1-5所述的三维多层间隔织物结构电热复合材料的制备方法，其特征在于，采用三维织造技术，间隔纱(11)通过相互交织，将保护层(1)、电热层(2)、支撑层(4)捆绑在一起，电热层(2)与支撑层(4)之间嵌入间隔片，形成三维间隔结构机织物，取出间隔片后，保护层(1)与支撑层(4)之间的间隔纱(11)构成中空隔热层(3)；然后将三位间隔结构机织物与环氧树脂复合后，得到三维多层间隔织物结构电热复合材料。
7.如权利要求6所述的三维多层间隔织物结构电热复合材料的制备方法，其特征在于，所述中空隔热层(3)的厚度由间隔片的高度决定，间隔片的高度为0.3～2cm。
8.如权利要求6所述的三维多层间隔织物结构电热复合材料的制备方法，其特征在于，所述的环氧树脂采用不饱和聚酯、酚醛树脂或聚酰亚胺树脂。
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