发明内容
为了解决上述的现有技术中存在的发热层电阻率比较大,不能在安全电压下快速发热等问题,本发明提供了一种基于碳纸作为发热层和玻纤纸作为隔热层的新型木质地板及其制备方法,本发明采用造纸湿法成型技术制备得到碳纤维纸层,另外通过浸渍、热压技术将聚吡咯均匀分布在碳纤维纸层上,制备得到低电阻发热层,能够实现低电压快速发热的功能,本发明方法简单,绿色环保,工艺技术成熟,成本低,对人体健康有益,适合于工业化生产。
首先,本发明提供了一种基于碳纸作为发热层的木质地板的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(1)制备碳纤维纸发热层:
S1将经过去油去脂的碳纤维与打浆后的木浆进行混合,加入分散剂,在疏解器中疏解30min,得到混合浆料,经过湿法成形、脱水、烘干,得到碳纤维纸;
S2取吡咯进行减压蒸馏预处理,将得到的吡咯与十二烷基苯磺酸钠(DBSNa)以2:1的摩尔比混合后溶于含20%(体积比)乙醇的水溶液中,机械搅拌使其溶解,同时缓慢将吡咯质量的1~2%的0.1~2mol/L的过硫酸铵(APS)滴加到反应体系中,就行在零下温度下搅拌24小时,最后抽滤干燥得到聚吡咯;再按照聚吡咯和环氧树脂1:5的摩尔质量比溶于丙酮中,超声处理30~60min制备得到聚吡咯悬浮液,将上述制备的碳纤维纸在聚吡咯悬浮液中浸渍、烘干、热压,得到碳纤维纸复合层;
S3在上述得碳纤维纸复合层上安装导电片和导电针组成得导电电极,即可得到得碳纤维纸发热层;
(2)制备隔热层:取两种不同直径的玻璃棉纤维按照1:1的质量比放入疏解器中,在浆料疏解器疏解15min,将疏解好的玻璃棉浆料放入成型器中加水成型器体积的70~90%,并调节玻璃棉纤维浆料的pH值为2.5~3.5,经过湿法成形、脱水、烘干,得到玻璃纤维纸;
(3)将步骤(1)制备得到的碳纤维纸发热层和步骤(2)制备得到的玻璃纤维纸通过加入粘结剂使其复合得到复合层,其中玻璃纤维层位于下层;
(4)将装饰层、芯层、步骤(3)制备得到的复合层、底层按照由上到下的顺序,通过树脂或胶粘剂进行热压得到基于碳纸作为发热层的木质地板。
在本发明的一种实施方式中,所述木浆为针叶木浆,加入量为总量的70~80%,所述打浆的打浆度为30~50° SR。
在本发明的一种实施方式中,所述碳纤维是长度为3~10mm。
在本发明的一种实施方式中,所述混合浆料中碳纤维含量为混合浆料的总质量的5%~30%。
在本发明的一种实施方式中,所述分散剂加入量为纤维总量的0.5wt%~1wt%,分散剂种类有APAM(阴离子聚丙烯酰胺)、CMC(羧甲基纤维素)、PEO(聚氧化乙烯)、Tween 80(吐温80)或SDBS(十二烷基苯磺酸钠)中的一种或几种。
在本发明的一种实施方式中,步骤S1中所述的在105℃下烘30min。
在本发明的一种实施方式中,所述两种玻璃棉纤维的直径分别为3~5μm和1~2μm,所述玻璃棉纤维是通过火焰法制备得到的。
在本发明的一种实施方式中,所述pH值得调节通过添加10~15wt%硫酸溶液或盐酸溶液实现。
在本发明的一种实施方式中,步骤(2)中所述烘干的温度为90~120℃,时间为30min。
在本发明的一种实施方式中,所述胶粘剂为氰基丙烯酸酯或氰基丙烯酸酯-乙酰化羟丙基纤维素。
在本发明的一种实施方式中,所述装饰层、芯层和底层为木质层。
本发明还提供了上述方法制备得到的一种基于碳纸作为发热层的木质地板。
本发明同现有技术相比具有如下的有益效果:
(1)发热层采用碳纤维纸发热层,碳纤维的热效率高,工作过程中光通量远远小于金属发热体,电热转换效率最高可高达98%;本发明中的发热层采用湿法成型技术制备而成的纸张,其都具有薄而轻,匀度好的特点,使得比其他的采用碳纤维做成的产品发热更加均匀,温度均匀性高达98%,且本发明的发热层的发热迅速,在36V电压下能够在30min从温度10℃升温50℃,能够更好的满足消费者的需求;此外,使用碳纤维纸作为发热层,碳纤维的含量仅占碳纤维纸层的5~30%,相对于现有技术而言,大大的节省了碳纤维的用量,降低了生产成本;使用聚吡咯使得碳纤维纸层的电阻大大减小,能够实现在低电压、快速发热的功能。
(2)发热层使用的碳纸,其产生的红外线促进对人体血液循环,对人体健康非常有益;
(3)隔热层采用两种不同直径的玻璃棉纤维疏解后,通过湿法成型技术制备,使得其不但轻薄,且具有与现有技术相比更强的隔热效果;除此之外,本发明制备的隔热层还具有良好的隔音效果,为用户提供了良好的休息睡眠环境;
(4)本发明中,发热层与隔热层同时放在地板内部,避免了现有技术中需单独铺设保温隔热层的问题,节约空间并减少了装修费用;
(5)隔热层和发热层都是使用纸张材料,易于加工生产,且纸张轻薄,地板厚度或者重量等不会因隔热层和发热层的加入发生明显改变;
(6)本发明方法造价成本大大降低,工艺条件成熟,且制备过程绿色环保,能够大规模生产和应用。
具体实施方式
采用Agilent高精度表,测量时在两电极上施加2kg以上的压力以减小接触电阻,提高测量的准确性,体积电阻率计算公式如下:
式中:ρ—材料的体积电阻率,Ω·cm;
R—样品电阻的测量值,Ω;
h—所测样品截面宽度,cm;
d—测样品截面厚度,cm;
L—两测量电极之间距离,cm。
体积电阻率是一个与材料基本尺寸无关的常数,由材料本身性质决定,反映了材料间导电性能的差异。其值越小,材料在相同尺寸条件下的导电性就越高。
温度均匀性的测试和计算方法:将碳纤维纸和电极制备电热膜,采用夹具对电极处进行夹紧,输入相对应的电压,通电30min,采用FLUKE Ti100红外热成像仪(infraredthermal imager)测试幅面上的温度分布情况,上述测试在密闭空间中进行,环境温度为23℃,相对湿度为50%。
实施例1:
一种基于碳纸作为发热层玻纤纸作为隔热层的新型木质地板及其制备工艺,包括以下步骤:
(1)制备碳纤维纸发热层:
S1对5mm的碳纤维进行去油去脂处理,将经过去油去脂的碳纤维与打浆度为40°SR的针叶木浆按绝干质量1:9进行混合,加入占混合浆料绝干质量分数为0.5%的分散剂APAM(阴离子聚丙烯酰胺),在疏解器中疏解30min,得到混合浆料,经过湿法成形、脱水、烘干,得到碳纤维纸;
S2取吡咯进行减压蒸馏预处理,将得到的吡咯与十二烷基苯磺酸钠(DBSNa)以2:1的摩尔比混合后溶于含20%(体积比)乙醇的水溶液中,机械搅拌使其溶解,同时缓慢将吡咯质量的1%的2mol/L的过硫酸铵(APS)滴加到反应体系中,就行在零下温度下搅拌24小时,最后抽滤干燥得到聚吡咯,按照聚吡咯和环氧树脂1:5的摩尔质量比溶于丙酮中,超声处理1小时,制备得到聚吡咯悬浮液,将上述制备的碳纤维纸在聚吡咯悬浮液中浸渍、烘干、热压,得到碳纤维纸复合层;原碳纸的电阻率为20.321Ω·cm,加入PPY并干燥完成后测的碳纤维纸复合层电阻率为5.625Ω·cm;
S3在上述得碳纤维纸复合层上安装导电片和导电针组成得导电电极,即可得到得碳纤维纸发热层;
(2)制备隔热层:两种平均直径3.4μm和1.4μm的火焰法制得的玻璃棉纤维按1:1加入到疏解器中,在浆料疏解器疏解20min,将疏解好的玻璃棉浆料放入成型器中加入9L的水至成型器的80%,并调节玻璃棉纤维浆料的pH值为3.0,经过湿法成形、脱水、烘干,得到玻璃纤维纸;
(3)将步骤(1)制备得到的碳纤维纸发热层和步骤(2)制备得到的玻璃纤维纸通过粘结剂复合得到复合层,其中玻璃纤维层位于下层;
(4)将装饰层、芯层、步骤(3)制备得到的复合层、底层按照由上到下的顺序,通过胶粘剂氰基丙烯酸酯进行热压得到基于碳纸作为发热层的木质地板。
实施例2
一种基于碳纸作为发热层玻纤纸作为隔热层的新型木质地板及其制备工艺,包括以下步骤:
(1)制备碳纤维纸发热层:
S1对5mm的碳纤维进行去油去脂处理,将经过去油去脂的碳纤维与打浆度为40°SR的针叶木浆按绝干质量3:7进行混合,加入占混合浆料绝干质量分数为0.5%的分散剂CMC(羧甲基纤维素),在疏解器中疏解30min,得到混合浆料,经过湿法成形、脱水、烘干,得到碳纤维纸;
S2取吡咯进行减压蒸馏预处理,将得到的吡咯与十二烷基苯磺酸钠(DBSNa)以2:1的摩尔比混合后溶于含20%(体积比)乙醇的水溶液中,机械搅拌使其溶解,同时缓慢将吡咯质量的1%的2mol/L的过硫酸铵(APS)滴加到反应体系中,就行在零下温度下搅拌24小时,最后抽滤干燥得到聚吡咯。按照聚吡咯和环氧树脂1:5的摩尔质量比溶于丙酮中,超声处理1小时,制备得到聚吡咯悬浮液,将上述制备的碳纤维纸在聚吡咯悬浮液中浸渍、烘干、热压,得到碳纤维纸复合层;原碳纸的电阻率为3.235Ω·cm,加入ppy并干燥完成后测的碳纤维纸复合层电阻率为1.463Ω·cm
S3在上述得碳纤维纸复合层上安装导电片和导电针组成得导电电极,即可得到得碳纤维纸发热层;
(2)制备隔热层:两种平均直径3.4μm和1.4μm的火焰法制得的玻璃棉纤维按1:1加入到疏解器中,在浆料疏解器疏20min,将疏解好的玻璃棉浆料放入成型器中加入9L的水,并调节玻璃棉纤维浆料的pH值为2.5,经过湿法成形、脱水、烘干,得到玻璃纤维纸;
(3)将步骤(1)制备得到的碳纤维纸发热层和步骤步骤(2)制备得到的玻璃纤维纸通过粘结剂复合得到复合层,其中玻璃纤维层位于下层;
(4)将装饰层、芯层、步骤(3)制备得到的复合层、底层按照由上到下的顺序,通过胶粘剂氰基丙烯酸酯进行热压得到基于碳纸作为发热层的木质地板。
实施例3
一种基于碳纸作为发热层玻纤纸作为隔热层的新型木质地板及其制备工艺,包括以下步骤:
(1)制备碳纤维纸发热层:
S1对5mm的碳纤维进行去油去脂处理,将经过去油去脂的碳纤维与打浆度为40°SR的针叶木浆按绝干质量2:3进行混合,加入占混合浆料绝干质量分数为0.5%的分散剂APAM(阴离子聚丙烯酰胺),在疏解器中疏解30min,得到混合浆料,经过湿法成形、脱水、烘干,得到碳纤维纸;
S2取吡咯进行减压蒸馏预处理,将得到的吡咯与十二烷基苯磺酸钠(DBSNa)以2:1的摩尔比混合后溶于含20%(体积比)乙醇的水溶液中,机械搅拌使其溶解,同时缓慢将吡咯质量的1%的2mol/L的过硫酸铵(APS)滴加到反应体系中,就行在零下温度下搅拌24小时,最后抽滤干燥得到聚吡咯,按照聚吡咯和环氧树脂1:5的摩尔质量比溶于丙酮中,超声处理1小时,制备得到聚吡咯悬浮液,将上述制备的碳纤维纸在聚吡咯悬浮液中浸渍、烘干、热压,得到碳纤维纸复合层;原碳纸的电阻率为1.672Ω·cm,加入ppy并干燥完成后测的碳纤维纸复合层电阻率为0.982Ω·cm;
S3在上述得碳纤维纸复合层上安装导电片和导电针组成得导电电极,即可得到得碳纤维纸发热层;
(2)制备隔热层:两种平均直径3.4μm和1.4μm的火焰法制得的玻璃棉纤维按1:1加入到疏解器中,在浆料疏解器疏解20min,将疏解好的玻璃棉浆料放入成型器中加入10L的水,并调节玻璃棉纤维浆料的pH值为2.5,经过湿法成形、脱水、烘干,得到玻璃纤维纸;
(3)将步骤(1)制备得到的碳纤维纸发热层和步骤步骤(2)制备得到的玻璃纤维纸复合得到复合层,其中玻璃纤维层位于下层;
(4)将装饰层、芯层、步骤(3)制备得到的复合层、底层按照由上到下的顺序,通过胶粘剂氰基丙烯酸酯进行热压得到基于碳纸作为发热层的木质地板。
实施例4
一种基于碳纸作为发热层玻纤纸作为隔热层的新型木质地板及其制备工艺,包括以下步骤:
(1)制备碳纤维纸发热层:
S1对7mm的碳纤维进行去油去脂处理,将经过去油去脂的碳纤维与打浆度为40°SR的针叶木浆按绝干质量1:1进行混合,加入占混合浆料绝干质量分数为0.5%的分散剂CMC(羧甲基纤维素),在疏解器中疏解30min,得到混合浆料,经过湿法成形、脱水、烘干,得到碳纤维纸;
S2取吡咯进行减压蒸馏预处理,将得到的吡咯与十二烷基苯磺酸钠(DBSNa)以2:1的摩尔比混合后溶于含20%(体积比)乙醇的水溶液中,机械搅拌使其溶解,同时缓慢将吡咯质量的1%的2mol/L的过硫酸铵(APS)滴加到反应体系中,就行在零下温度下搅拌24小时,最后抽滤干燥得到聚吡咯,按照聚吡咯和环氧树脂1:5的摩尔质量比溶于丙酮中,超声处理1小时,制备得到聚吡咯悬浮液,将上述制备的碳纤维纸在聚吡咯悬浮液中浸渍、烘干、热压,得到碳纤维纸复合层;原碳纸的电阻率为0.723Ω·cm,加入ppy并干燥完成后测的碳纤维纸复合层电阻率为0.421Ω·cm;
S3在上述得碳纤维纸复合层上安装导电片和导电针组成得导电电极,即可得到得碳纤维纸发热层;
(2)制备隔热层:两种平均直径3.4μm和1.4μm的火焰法制得的玻璃棉纤维按1:1加入到疏解器中,在浆料疏解器疏解20min,将疏解好的玻璃棉浆料放入成型器中加入9L的水,并调节玻璃棉纤维浆料的pH值为3.0,经过湿法成形、脱水、烘干,得到玻璃纤维纸;
(3)将步骤(1)制备得到的碳纤维纸发热层和步骤步骤(2)制备得到的玻璃纤维纸通过粘结剂复合得到复合层,其中玻璃纤维层位于下层;
(4)将装饰层、芯层、步骤(3)制备得到的复合层、底层按照由上到下的顺序,通过氰基丙烯酸酯进行热压得到基于碳纸作为发热层的木质地板。
实施例5
一种基于碳纸作为发热层玻纤纸作为隔热层的新型木质地板及其制备工艺,包括以下步骤:
(1)制备碳纤维纸发热层:
S1对5mm的碳纤维进行去油去脂处理,将经过去油去脂的碳纤维与打浆度为40°SR的针叶木浆按绝干质量7:3进行混合,加入占混合浆料绝干质量分数为0.5%的分散剂APAM(阴离子聚丙烯酰胺),在疏解器中疏解30min,得到混合浆料,经过湿法成形、脱水、烘干,得到碳纤维纸;
S2取吡咯进行减压蒸馏预处理,将得到的吡咯与十二烷基苯磺酸钠(DBSNa)以2:1的摩尔比混合后溶于含20%(体积比)乙醇的水溶液中,机械搅拌使其溶解,同时缓慢将吡咯质量的1%的2mol/L的过硫酸铵(APS)滴加到反应体系中,就行在零下温度下搅拌24小时,最后抽滤干燥得到聚吡咯,按照聚吡咯和环氧树脂1:5的摩尔质量比溶于丙酮中,超声处理1小时,制备得到聚吡咯悬浮液,将上述制备的碳纤维纸在聚吡咯悬浮液中浸渍、烘干、热压,得到碳纤维纸复合层;原碳纸的电阻率为0.343Ω·cm,加入ppy并干燥完成后测的碳纤维纸复合层电阻率为0.125Ω·cm;
S3在上述得碳纤维纸复合层上安装导电片和导电针组成得导电电极,即可得到得碳纤维纸发热层;
(2)制备隔热层:两种平均直径3.4μm和1.4μm的火焰法制得的玻璃棉纤维按1:1加入到疏解器中,在浆料疏解器疏解20min,将疏解好的玻璃棉浆料放入成型器中加入9L的水,并调节玻璃棉纤维浆料的pH值为2.5,经过湿法成形、脱水、烘干,得到玻璃纤维纸;
(3)将步骤(1)制备得到的碳纤维纸发热层和步骤步骤(2)制备得到的玻璃纤维纸通过粘结剂复合得到复合层,其中玻璃纤维层位于下层;
(4)将装饰层、芯层、步骤(3)制备得到的复合层、底层按照由上到下的顺序,通过胶粘剂氰基丙烯酸酯进行热压得到基于碳纸作为发热层的木质地板。
实施例6
一种基于碳纸作为发热层玻纤纸作为隔热层的新型木质地板及其制备工艺,包括以下步骤:
(1)制备碳纤维纸发热层:
S1对7mm的碳纤维进行去油去脂处理,将经过去油去脂的碳纤维与打浆度为40°SR的针叶木浆按绝干质量9:1进行混合,加入占混合浆料绝干质量分数为0.5%的分散剂CMC(羧甲基纤维素),在疏解器中疏解30min,得到混合浆料,经过湿法成形、脱水、烘干,得到碳纤维纸;
S2取吡咯进行减压蒸馏预处理,将得到的吡咯与十二烷基苯磺酸钠(DBSNa)以2:1的摩尔比混合后溶于含20%(体积比)乙醇的水溶液中,机械搅拌使其溶解,同时缓慢将吡咯质量的1%的2mol/L的过硫酸铵(APS)滴加到反应体系中,就行在零下温度下搅拌24小时,最后抽滤干燥得到聚吡咯,按照聚吡咯和环氧树脂1:5的摩尔质量比溶于丙酮中,超声处理1小时,制备得到聚吡咯悬浮液,将上述制备的碳纤维纸在聚吡咯悬浮液中浸渍、烘干、热压,得到碳纤维纸复合层;原碳纸的电阻率为0.123Ω·cm,加入ppy并干燥完成后测的碳纤维纸复合层电阻率为0.023Ω·cm;
S3在上述得碳纤维纸复合层上安装导电片和导电针组成得导电电极,即可得到得碳纤维纸发热层;
(2)制备隔热层:两种平均直径3.4μm和1.4μm的火焰法制得的玻璃棉纤维按1:1加入到疏解器中,在浆料疏解器疏解20min,将疏解好的玻璃棉浆料放入成型器中加入9L的水,并调节玻璃棉纤维浆料的pH值为3.0,经过湿法成形、脱水、烘干,得到玻璃纤维纸;
(3)将步骤(1)制备得到的碳纤维纸发热层和步骤步骤(2)制备得到的玻璃纤维纸通过粘结剂复合得到复合层,其中玻璃纤维层位于下层;
(4)将装饰层、芯层、步骤(3)制备得到的复合层、底层按照由上到下的顺序,通过胶粘剂氰基丙烯酸酯-乙酰化羟丙基纤维素进行热压得到基于碳纸作为发热层的木质地板。
按照实施例1-6的方法,在温度为23±1℃,湿度为50±2%,大气压为一个大气压的环境中,测量使用实施例1-6制备木质地板,当其上表面温度都升温到30℃时所需要的时间、下表面温度变化、温度均匀性及所消耗的电能的数据,结果如表1所示:
表1实施例1-6的木质地板在相同的条件下温度由20℃上升至50℃时的测试数据
对比例1
省略S2步骤,其余操作和条件均与实施例5一致,制备得到木质地板,进行性能测试,结果如表1所示。结果表明本发明制备得到的木板在安全电压36V下也能够快速均匀的发热,并且比220V电压下发热更加迅速。
对比例2
仅仅采用单种玻璃棉纤维(平均直径3.4μm),其余操作和条件均与实施例5一致,制备得到木质地板,进行性能测试,结果如表1所示。结果表明如果采用单种的玻璃纤维,下表面的温度变化明显上升,因此采用两种玻纤复合效果更佳。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。