CN108744297B - 一种远红外纸及其制备方法和一种芳纶远红外理疗电暖装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种远红外纸，该远红外纸具有夹芯结构，所述夹芯结构的表层为芳纶绝缘纸，所述夹芯结构的芯层为芳纶‑碳纳米管纸。本发明将该远红外纸用于电暖设备，得到的芳纶远红外理疗电暖装置供暖均匀，功率可调，电热转换效率高(接近100％)，节约能源，且兼具理疗、保暖、养生等功效，可以满足不同用户的需求。
Description
技术领域
本发明涉及采暖理疗设备技术领域，尤其涉及一种远红外纸及其制备方法和一种芳纶远红外理疗电暖装置。
背景技术
随着人们生活水平的提高，采暖问题一直受到很大的关注，特别是在冬天和北方寒冷城市，采暖不仅仅是远离寒冷的问题，还要讲究舒适和健康。目前大多数用的采暖设备是电地暖类器件，其通过发热电缆加热地板或瓷砖，以温控器控制室温或地面温度，实现地面辐射供暖的供暖方式。然而，上述采暖方式不仅供暖不均、电热转换效率较低、浪费电力，而且这种方式长时间的散热会使空气干燥，引起身体不适。
为了兼顾人们采暖、健康和安全高效等问题，迫切需要开发一种新型的、电热转换效率高且供热均匀的采暖设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种远红外纸，该远红外纸用于理疗电暖装置，能够实现供暖均匀、电热转换效率高，且功率可调，可以满足不同人群的需要，从而解决上述背景技术中存在的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种远红外纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将对位芳纶短切纤维的分散液和对位芳纶沉析纤维的分散液混合，进行打浆，得到芳纶纤维浆料；
(2)将所述芳纶纤维浆料与增强剂混合，依次经过抄造成型、干燥和碾压，得到芳纶绝缘纸；
(3)将所述芳纶纤维浆料与碳纳米管的分散液和增强剂混合，将所得芳纶-碳纳米管纤维浆料吸附到滤纸上，依次经过干燥、碾压和剥离滤纸，得到芳纶-碳纳米管纸；
(4)将所述芳纶绝缘纸与芳纶-碳纳米管纸层叠为芯层为芳纶-碳纳米管纸、表层为芳纶绝缘纸的夹芯结构进行热压，得到远红外纸；
所述步骤(2)和步骤(3)没有时间顺序限定。
优选的，所述步骤(1)中对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维的质量比为2：3～5。
优选的，所述步骤(3)中碳纳米管的质量与所述步骤(1)中对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维总质量的比为1：2～4。
优选的，所述步骤(2)和步骤(3)中增强剂的质量与所述步骤(1)中对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维的总质量的比独立为0.03～0.08：1。
优选的，所述步骤(2)和步骤(3)中增强剂为阴离子聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素；所述步骤(2)和步骤(3)增强剂中阴离子聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素的质量比独立为0.5～2:1。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的远红外纸，具有夹芯结构，所述夹芯结构的表层为芳纶绝缘纸，所述夹芯结构的芯层为芳纶-碳纳米管纸。
优选的，所述远红外纸的厚度为0.1～1mm。
优选的，所述芳纶绝缘纸的厚度为0.05～0.5mm；所述芳纶-碳纳米管纸的厚度为0.05～0.5mm。
本发明提供了一种芳纶远红外理疗电暖装置，包括电源、导线、单控开关和远红外纸，所述远红外纸的长边的一端通过导线与所述单控开关连接，所述单控开关再通过导线连接至所述电源的正极；所述远红外纸的长边的另一端通过导线连接至所述电源的负极；其中，所述远红外纸为上述技术方案所述远红外纸。
优选的，所述芳纶远红外理疗电暖装置中远红外纸的数量为1～8张，当所述远红外纸的数量为2～8张时，所述远红外纸通过并联的方式连接至所述电源。
本发明提供了一种远红外纸，具有夹芯结构，所述夹芯结构的表层为芳纶绝缘纸，所述夹芯结构的芯层为芳纶-碳纳米管纸。本发明的远红外纸发射出的红外线中远红外线的比例高达90％以上，其中的碳纳米管具有良好的热学性能和机械性能，芳纶纤维具有良好的强度和韧性。本发明将该远红外纸用于电暖设备，得到的芳纶远红外理疗电暖装置供暖均匀，功率可调，电热转换效率高(接近100％)，节约能源，本发明的电暖设备中碳纳米管具有良好的导电性，且其红外转换效率接近百分之百，远红外线的振动频率和人体内细胞分子的振动频率接近，其间产生的共振不仅会使人体皮下深层温度上升，可以起到保暖的作用；并使微细血管扩张，其可促进血液循环、加快新陈代谢、舒缓肌肉酸痛，达到活化组织细胞、防止老化、强化免疫系统的目的，即兼具理疗、保暖、养生等功效，可以满足不同用户的需求。
附图说明
图1为本发明的芳纶远红外理疗电暖装置结构示意图；
图2为本发明的远红外纸的剖面结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种远红外纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将对位芳纶短切纤维的分散液和对位芳纶沉析纤维的分散液混合，进行打浆，得到芳纶纤维浆料；
(2)将所述芳纶纤维浆料与增强剂混合，依次经过抄造成型、干燥和碾压，得到芳纶绝缘纸；
(3)将所述芳纶纤维浆料与碳纳米管的分散液和增强剂混合，将所得芳纶-碳纳米管纤维浆料吸附到滤纸上，依次经过干燥、碾压和剥离滤纸，得到芳纶-碳纳米管纸；
(4)将所述芳纶绝缘纸与芳纶-碳纳米管纸层叠为芯层为芳纶-碳纳米管纸、表层为芳纶绝缘纸的夹芯结构进行热压，得到远红外纸。
本发明将对位芳纶短切纤维的分散液和对位芳纶沉析纤维的分散液混合，进行打浆，得到芳纶纤维浆料。本发明优选将对位芳纶短切纤维与十二烷基苯磺酸钠水溶液混合，然后利用高速乳化剪切机对所得混合液进行剪切30～60min，再用去离子水清洗，得到对位芳纶短切纤维的分散液。本发明利用十二烷基苯磺酸钠疏解短切纤维。本发明通过清洗能够去除十二烷基苯磺酸钠，避免十二烷基苯磺酸钠产生的气泡对分散液的影响；本发明优选通过过滤的方式进行清洗。在本发明中，所述对位芳纶短切纤维的分散液的质量浓度优选为3％～5％。本发明优选将对位芳纶沉析纤维与水混合，然后利用高速乳化剪切机对所得混合液进行剪切30～60min，得到对位芳纶沉析纤维的分散液。在本发明中，所述对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维的质量比优选为2：3～5。本发明对所述对位芳纶短切纤维的分散液和对位芳纶沉析纤维的分散液混合的方式没有特殊的限定，选用本领域技术人员熟知的方式进行混合即可。在本发明中，所述对位芳纶短切纤维的长度优选为3～5mm，直径优选为8～12μm；所述对位芳纶沉析纤维的长度优选为0.2～1mm，宽度优选为0.2～1mm，厚度优选为3～5μm。在本发明中，所述打浆的时间优选为30～60min，更优选为40～50min，所述打浆的浓度优选为5～8％，更优选为6～7％。本发明优选在槽式打浆机中进行所述打浆。
得到芳纶纤维浆料后，本发明将所述芳纶纤维浆料与增强剂混合，依次经过抄造成型、干燥和碾压，得到芳纶绝缘纸。在本发明中，所述增强剂优选为阴离子聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素；所述阴离子聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素的质量比优选为0.5～2:1。在本发明中，所述增强剂的质量与所述对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维的总质量的比优选为0.03～0.08：1。本发明对所述混合、抄造成型、干燥和碾压的方式没有特殊的限定，选用本领域技术人员熟知的方式即可。
得到芳纶纤维浆料后，本发明将所述芳纶纤维浆料与碳纳米管的分散液和增强剂混合，将所得芳纶-碳纳米管纤维浆料吸附到滤纸上，依次经过干燥、碾压和剥离滤纸，得到芳纶-碳纳米管纸。在本发明中，所述增强剂优选为阴离子聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素；所述阴离子聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素的质量比优选为0.5～2:1。在本发明中，所述增强剂的质量与所述对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维的总质量的比优选为0.03～0.08：1。本发明优选将碳纳米管与乙醇混合，得到碳纳米管的分散液；所述碳纳米管的分散液的质量浓度优选为2％～3％。本发明对所述混合的方式没有特殊的限定，选用本领域技术人员熟知的方式进行混合即可。在本发明中，所述碳纳米管优选为自主研发的直线型高纯度高结晶度碳纳米管，所述碳纳米管的制备方法请参见文献Sun X G,Qiu Z W,Chen L,etal.Industrial synthesis of Whisker carbon nanotubes[C]//Materials ScienceForum.Trans Tech Publications Ltd.,2016,852:514。
在本发明中，所述碳纳米管的质量与所述对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维总质量的比优选为1：2～4。在本发明中，所述芳纶纤维浆料与碳纳米管的分散液和增强剂混合的顺序优选为先将芳纶纤维浆料与碳纳米管的分散液混合，然后将增强剂加入到所得混合液中；本发明优选通过气流对撞机将所述芳纶纤维浆料与碳纳米管的分散液进行混合，能够提高浆料的混合速度和均匀性。本发明优选采用真空泵将所得芳纶-碳纳米管纤维浆料吸附到滤纸上。本发明对所述干燥、碾压和剥离滤纸的方式没有特殊的限制，使用本领域技术人员熟知的方式即可。本发明利用对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维能够增强芳纶-碳纳米管纸的强度和韧性。
得到芳纶-碳纳米管纸后，本发明将所述芳纶绝缘纸与芳纶-碳纳米管纸层叠为芯层为芳纶-碳纳米管纸、表层为芳纶绝缘纸的夹芯结构进行热压，得到远红外纸。本发明对所述热压的方式没有特殊的限制，选用本领域技术人员熟知的方式进行热压即可。在本发明中，具体是将芳纶-碳纳米管纸置于两张芳纶绝缘纸之间，进行热压，最终形成具有夹芯结构的芳纶-碳纳米管纸，芯层为芳纶-碳纳米管纸，表层为芳纶绝缘纸。本发明对所述远红外纸的尺寸大小没有特殊的限定。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的远红外纸，具有夹芯结构，所述夹芯结构的表层为芳纶绝缘纸，所述夹芯结构的芯层为芳纶-碳纳米管纸。本发明提供的远红外纸的剖面结构示意图如图2，由图可知，远红外纸的表层为芳纶绝缘纸，芯层为芳纶-碳纳米管纸。
在本发明中，所述远红外纸的厚度优选为0.1～1mm，更优选为0.3～0.8mm；所述芳纶绝缘纸的厚度优选为0.05～0.5mm；所述芳纶-碳纳米管纸的厚度优选为0.05～0.5mm。在本发明中，所述远红外纸优选为长方形，包括长边和短边。
本发明提供了一种芳纶远红外理疗电暖装置，包括电源、导线、单控开关和远红外纸，所述远红外纸的长边的一端通过导线与所述单控开关连接，所述单控开关再通过导线连接至所述电源的正极；所述远红外纸的长边的另一端通过导线连接至所述电源的负极；其中，所述远红外纸为上述技术方案所述远红外纸或上述技术方案所述制备方法制备得到的远红外纸。在本发明中，所述芳纶远红外理疗电暖装置中远红外纸的数量优选为1～8张，更优选为3～6张。在本发明中，当所述远红外纸的数量为2～8张时，所述远红外纸优选通过并联的方式连接至所述电源；所述远红外纸的尺寸和厚度相同。在本发明中，所述电源优选为220V交流电源或5V直流电源。本发明提供的芳纶远红外理疗电暖装置的结构示意图见图1。
在本发明中，所述芳纶远红外理疗电暖装置的功率可通过并联接入远红外纸的数量和电阻来控制，远红外纸的电阻可以通过远红外纸的大小和厚度控制。本发明提供的芳纶远红外理疗电暖装置的功率范围优选为1～10000W。以下通过公式举例如何计算远红外纸的数量和电阻。当电源为V＝220V交流电源，输出功率N＝1000W时，N＝IV＝V2/R总，R总＝V2/N＝2202/1000＝48.4Ω；当并联远红外纸的数量为6张时，1/R总＝1/R1+1/R2+…+1/R6＝6/R，即每张远红外纸的电阻R≈8Ω。
下面结合实施例对本发明提供的远红外纸及芳纶远红外理疗电暖装置进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将1.5g对位芳纶短切纤维在十二烷基苯磺酸钠水溶液中进行剪切分散处理40min，用去离子水清洗干净，得到对位芳纶短切纤维的分散液；将3.5g对位芳纶沉析纤维在水溶液中进行剪切分散处理40min，得到对位芳纶沉析纤维的分散液，将上述对位芳纶短切纤维的分散液和对位芳纶沉析纤维的分散液混合，并在槽式打浆机中打浆40min，控制打浆浓度为5％，得到芳纶纤维浆料；向所得芳纶纤维浆料中加入0.03g阴离子聚丙烯酰胺和0.03g羧甲基纤维素作为增强剂，通过抄造成型、干燥、碾压，得到芳纶绝缘纸；
将1g碳纳米管均匀地分散在乙醇溶剂中，得到碳纳米管分散液；
将1.6g对位芳纶短切纤维在十二烷基苯磺酸钠水溶液中进行剪切分散处理40min，用去离子水清洗干净，得到对位芳纶短切纤维的分散液；将2.4g对位芳纶沉析纤维在水溶液中进行剪切分散处理40min，得到对位芳纶沉析纤维的分散液，将上述对位芳纶短切纤维的分散液和对位芳纶沉析纤维的分散液混合，并在打浆机中打浆40min，控制打浆浓度为6％，得到芳纶纤维浆料；将碳纳米管分散液和芳纶纤维浆料通过气流对撞机进行均匀混合后，加入0.03g阴离子聚丙烯酰胺和0.03g羧甲基纤维素作为增强剂，得到芳纶-碳纳米管纤维浆料；
将所述芳纶-碳纳米管纤维浆料采用真空泵均匀吸附到滤纸上，干燥，碾压，剥离滤纸，得到芳纶-碳纳米管纸；
将所述芳纶绝缘纸与芳纶-碳纳米管纸层叠为芯层为芳纶-碳纳米管纸、表层为芳纶绝缘纸的夹芯结构进行热压，得到远红外纸。
本实施例中制备得到的远红外纸的厚度为0.5mm，长度为12cm，宽度为8cm。
将上述制得的远红外纸按照图1所述结构用于芳纶远红外理疗电暖装置，采用电源为220V的交流电源；控制远红外纸的电阻为8Ω，远红外纸的并联数为6个，芳纶远红外理疗电暖的输出功率约为1000W。
实施例2
将2g对位芳纶短切纤维在十二烷基苯磺酸钠水溶液中进行剪切分散处理40min，用去离子水清洗干净，得到对位芳纶短切纤维的分散液；将4g对位芳纶沉析纤维在水溶液中进行剪切分散处理40min，得到对位芳纶沉析纤维的分散液，将上述对位芳纶短切纤维的分散液和对位芳纶沉析纤维的分散液混合，并在槽式打浆机中打浆30min，控制打浆浓度为6％，得到芳纶纤维浆料，加入0.03g阴离子聚丙烯酰胺和0.03g羧甲基纤维素作为增强剂，通过抄造成型、干燥、碾压，得到芳纶绝缘纸；
将1g碳纳米管均匀地分散在乙醇溶剂中，得到碳纳米管分散液；
将2g对位芳纶短切纤维在十二烷基苯磺酸钠水溶液中进行剪切分散处理，用去离子水清洗干净；将4g对位芳纶沉析纤维在水溶液中进行剪切分散处理40min，将上述剪切分散处理的两种纤维混合在打浆机中打浆30min，控制打浆浓度为6％，得到芳纶纤维浆料；
将所述碳纳米管分散液和芳纶纤维浆料通过气流对撞机进行均匀混合后，加入0.03g阴离子聚丙烯酰胺和0.03g羧甲基纤维素作为增强剂，得到芳纶/碳纳米管纤维浆料；将所述芳纶-碳纳米管纤维浆料采用真空泵均匀吸附到滤纸上，干燥，碾压，剥离滤纸，得到芳纶-碳纳米管纸；
将所述芳纶绝缘纸与芳纶-碳纳米管纸层叠为芯层为芳纶-碳纳米管纸、表层为芳纶绝缘纸的夹芯结构进行热压，得到远红外纸。本实施例中制备得到的远红外纸的厚度为0.75mm，长度为12cm，宽度为5cm。
将上述制得的远红外纸按照图1所述结构用于芳纶远红外理疗电暖装置，采用电源为220V的交流电源；控制远红外纸的电阻为12Ω，远红外纸的并联数为4个，芳纶远红外理疗电暖的输出功率约为1000W。
实施例3
将1g对位芳纶短切纤维在十二烷基苯磺酸钠水溶液中进行剪切分散处理40min，用去离子水清洗干净，得到对位芳纶短切纤维的分散液；将2.5g对位芳纶沉析纤维在水溶液中进行剪切分散处理40min，得到对位芳纶沉析纤维的分散液，将上述对位芳纶短切纤维的分散液和对位芳纶沉析纤维的分散液混合，并在打浆机中打浆30min，控制打浆浓度为4％，加入0.02g阴离子聚丙烯酰胺和0.02g羧甲基纤维素作为增强剂，通过抄造成型、干燥、碾压，得到芳纶绝缘纸；
将0.8g碳纳米管均匀地分散在乙醇溶剂中，得到碳纳米管分散液；
将1.6g对位芳纶短切纤维在十二烷基苯磺酸钠水溶液中进行剪切分散处理.40min，用去离子水清洗干净，得到对位芳纶短切纤维的分散液；将2.4g对位芳纶沉析纤维在水溶液中进行剪切分散处理40min，对位芳纶沉析纤维的分散液；将上述对位芳纶短切纤维的分散液和对位芳纶沉析纤维的分散液混合，并在槽式打浆机中打浆40min，控制打浆浓度为4％，得到芳纶纤维浆料；
将所述碳纳米管分散液和芳纶纤维浆料通过气流对撞机进行均匀混合后，加入0.03g阴离子聚丙烯酰胺和0.03g羧甲基纤维素作为增强剂，得到芳纶-碳纳米管纤维浆料；将所述芳纶-碳纳米管纤维浆料采用真空泵均匀吸附到滤纸上，干燥，碾压，剥离滤纸，得到芳纶-碳纳米管纸；
将所述芳纶绝缘纸与芳纶-碳纳米管纸层叠为芯层为芳纶-碳纳米管纸、表层为芳纶绝缘纸的夹芯结构进行热压，得到远红外纸。本实施例中制备得到的远红外纸的厚度为0.35mm，长度为8.5cm，宽度为8cm。
将上述制得的远红外纸按照图1所述结构用于芳纶远红外理疗电暖装置，采用电源为220V的交流电源；控制远红外纸的电阻为6Ω，远红外纸的并联数为8个，芳纶远红外理疗电暖的输出功率约为1000W。
对实施例1～3得到的芳纶远红外理疗电暖装置进行应用测试，结果表明，本发明的芳纶远红外理疗电暖装置供暖均匀，功率可调，电热转换效率高(接近100％)。
由以上实施例可知，本发明提供了一种远红外纸及芳纶远红外理疗电暖装置，该远红外纸具有夹芯结构，所述夹芯结构的表层为芳纶绝缘纸，所述夹芯结构的芯层为芳纶-碳纳米管纸。本发明将该远红外纸用于电暖设备，得到的芳纶远红外理疗电暖装置供暖均匀，功率可调(通过控制远红外纸的数量、大小和厚度，能够得到不同功率的电暖装置)，电热转换效率高(接近100％)，节约能源，且兼具理疗、保暖、养生等功效，可以满足不同用户的需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种远红外纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将对位芳纶短切纤维的分散液和对位芳纶沉析纤维的分散液混合，进行打浆，得到芳纶纤维浆料；
(2)将所述芳纶纤维浆料与增强剂混合，依次经过抄造成型、干燥和碾压，得到芳纶绝缘纸；
(3)将所述芳纶纤维浆料与碳纳米管的分散液和增强剂混合，将所得芳纶-碳纳米管纤维浆料吸附到滤纸上，依次经过干燥、碾压和剥离滤纸，得到芳纶-碳纳米管纸；
(4)将所述芳纶绝缘纸与芳纶-碳纳米管纸层叠为芯层为芳纶-碳纳米管纸、表层为芳纶绝缘纸的夹芯结构进行热压，得到远红外纸；
所述步骤(2)和步骤(3)没有时间顺序限定；
所述步骤(1)中对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维的质量比为2：3～5；
所述步骤(3)中碳纳米管的质量与所述步骤(1)中对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维总质量的比为1：2～4。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(3)中增强剂的质量与所述步骤(1)中对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维的总质量的比独立为0.03～0.08：1。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(3)中增强剂为阴离子聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素；所述步骤(2)和步骤(3)增强剂中阴离子聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素的质量比独立为0.5～2:1。
4.权利要求1～3任一项所述制备方法制备的远红外纸，具有夹芯结构，所述夹芯结构的表层为芳纶绝缘纸，所述夹芯结构的芯层为芳纶-碳纳米管纸。
5.根据权利要求4所述的远红外纸，其特征在于，所述远红外纸的厚度为0.1～1mm。
6.根据权利要求4或5所述的远红外纸，其特征在于，所述芳纶绝缘纸的厚度为0.05～0.5mm；所述芳纶-碳纳米管纸的厚度为0.05～0.5mm。
7.一种芳纶远红外理疗电暖装置，包括电源、导线、单控开关和远红外纸，所述远红外纸的长边的一端通过导线与所述单控开关连接，所述单控开关再通过导线连接至所述电源的正极；所述远红外纸的长边的另一端通过导线连接至所述电源的负极；其中，所述远红外纸为权利要求1～3任一项所述制备方法制备的远红外纸或权利要求4～6任一项所述远红外纸。
8.根据权利要求7所述的芳纶远红外理疗电暖装置，其特征在于，所述芳纶远红外理疗电暖装置中远红外纸的数量为1～8张，当所述远红外纸的数量为2～8张时，所述远红外纸通过并联的方式连接至所述电源。
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