CN112118646A - 一种碳纤维发热格栅及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纤维发热格栅及其制造方法，该碳纤维发热格栅包括多条平行设置的经纱以及若干个沿经纱长度方向排列的纬纱组，所述纬纱组包括呈蛇形布置的纬纱以及连接在纬纱两端的端子，所述纬纱和经纱交叉设置，还包括连接纬纱和经纱的捆绑纱，所述纬纱包括混编在一起的纬纱纤维以及碳纤维发热线，所述碳纤维发热线包括碳纤维基体以及覆盖在碳纤维基体表面的浸渍层，所述纬纱、经纱和捆绑纱上均覆盖有涂覆层，通过向碳纤维发热线供电实现加热，浸渍层可以提高碳纤维的绝缘强度、耐潮防湿性、机械强度、导热性、散热效果、耐热性，通设置涂覆层，可进一步提高碳纤维发热线阻燃性、绝缘性、抗静电性、耐磨性、以及与混凝土的适应性。

Description

一种碳纤维发热格栅及其制造方法

技术领域

本发明涉及格栅技术领域，具体是指一种碳纤维发热格栅及其制造方法。

背景技术

碳纤维（Carbon Fiber）是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。用碳纤维制成的各种规格的发热线属于新型发热材料，具有低密度、耐高温、耐磨擦、耐腐蚀、热膨胀系数低、寿命长、安全、环保、节能等优点。碳纤维发热迅速，电热转换效率高，发热温度、发热能量可随电线长度、电压进行调节控制；在相同的电流负荷面积下，碳纤维的强度比金属丝高6~10倍，在使用过程中不易折断，使用寿命长。碳纤维发热线是目前国际上最先进的绿色节能发热材料。与以往发热电缆相比具有多项优势：价格相当于同等长度金属发热线的十分之一；生热迅速，最高运行温度可达100 ℃以上；克服了传统发热体强度低易氧化烧断、电热膜存在弥散性局部击穿的问题，性能更稳定；热转化效率高，电热功率无衰减，质量轻、体积小。

碳纤维发热线，具有环保、节能、易于施工、安全可靠、经济性好的优势，在工程中得到了越来越多的应用。例如：碳纤维发热线可以铺设在复合地板、大理石、瓷砖等地面下，组成低温辐射电热采暖系统，采暖效果和普通地暖一样。适用于家庭居室、桑拿房、教室、游泳池、体育场馆、儿童游乐场所、恒温育雏、蔬菜花卉大棚室等场所。碳纤维发热线可以铺设路面以下，适用于道路化雪、机场跑道化雪、屋檐、落水沟融雪、管道保温、排水沟防冻、足球场、公共绿地、土壤保温、楼梯化雪、罐体加温防冻等。

随着碳纤维发热线的不断发展，越来越多的企业开发出以碳纤维为基体的加热产品。中国专利公开号CN 110049582 A于2019年7月23日公布了一种“碳纤维电加热融雪条及其加工方法”，其技术特征在于：该融雪条为扁带状直型、U型或L型。包括碳纤维发热丝、导线、导热弹性体、瓷化硅橡胶护套、外侧不锈钢。其中碳纤维发热丝的端头连接有电源线，碳纤维发热丝和导线通过钛合金锁扣紧密结合，弹性体表面和碳纤维发热丝、导线外表面形成紧密接触，外侧包覆瓷化硅橡胶护套，碳纤维发热线输送到圆形不锈钢管内，在不锈钢管内填充高压氧化镁粉末形成绝缘层。并介绍了其辊压成型的具体加工方法。

中国专利公开号CN 110202799 A于2019年9月6日公开了一种“内嵌碳纤维发热电缆的玄武岩加强筋及其制备方法”，其技术特征在于：提供一种内嵌碳纤维发热电缆的玄武岩纤维加强筋及其制备方法。该加强筋以碳纤维电缆线与玄武岩纤维为主要材料，最外层玄武岩纤维起到骨架作用保护内部碳纤维，提高工作状态。制备方法：采用连续玄武岩纤维无捻粗纱对碳纤维电缆线进行环向缠绕；将玄武岩纤维束放置在纱架上排纱，再引出进入浸渍装置，浸渍过的玄武岩纤维束与碳纤维电缆线进入挤压预成型模具复合，利用电动缠绕机给复合材料环向缠绕塑胶带，表面形成环向的肋痕；在模具中固化后在室温中放置一段时间，根据需要裁切成材。

以上专利所述产品均在碳纤维发热线结构做出了创新，扩大了碳纤维发热线的应用。但是也存在结构复杂，可制造性差，只能适合较少的应用场景，生产效率低，难以标准化、难以大规模生产等问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种碳纤维发热格栅及其制造方法，该碳纤维发热格栅具有结构简单、性能优良、易于施工、易于实现标准化、易于大规模生产、应用场景广泛等特点；尤其是在道路、桥梁、隧道、机场跑道等重要路面融雪化冰方面，可以解决施工困难、损伤路面的问题。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种碳纤维发热格栅，包括多条平行设置的经纱以及若干个沿经纱长度方向排列的纬纱组，所述纬纱组包括呈蛇形布置的纬纱以及连接在纬纱两端的端子，所述纬纱和经纱交叉设置，还包括连接纬纱和经纱的捆绑纱，所述纬纱包括混编在一起的纬纱纤维以及碳纤维发热线，所述碳纤维发热线包括碳纤维基体以及覆盖在碳纤维基体表面的浸渍层，所述纬纱、经纱和捆绑纱上均覆盖有涂覆层。

本方案中的碳纤维发热线与端子电性连接，通过向碳纤维发热线供电实现加热功能，碳纤维基体通过浸渍处理，可以提高碳纤维的绝缘强度、耐潮防湿性、机械强度、导热性、散热效果、耐热性等，同时也可以避免碳纤维粉末对电气设备的损伤，便于后续加工。通过在纬纱、经纱和捆绑纱上均覆盖有涂覆层，涂覆后可进一步提高碳纤维发热线阻燃性、绝缘性、抗静电性、耐磨性、以及与混凝土的适应性等，还可以提高纬纱、经纱和捆绑纱之间的连接强度。

作为优化，所述纬纱和经纱垂直设置。本方案中的纬纱和经纱垂直设置，从而增强格栅在横向和纵向的拉伸强度。

作为优化，所述端子设置在经纱的同侧。本方案中的端子设置在经纱的同侧，便于在同一侧对端子进行供电

作为优化，所述纬纱纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维。本方案中的玻璃纤维和玄武岩纤维均具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高的特点。

作为优化，所述经纱为玻璃纤维或玄武岩纤维。本方案中的玻璃纤维和玄武岩纤维均具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高的特点。

作为优化，所述浸渍层的材料为环氧树脂、聚氰胺醇酸树脂或酚醛树脂。本方案中的环氧树脂、聚氰胺醇酸树脂和酚醛树脂均具有粘性高、绝缘性高、固化强度高的特点。

作为优化，所述涂覆层的材料为改性沥青、PVC糊树脂或化纤胶。本方案中的改性沥青、PVC糊树脂和化纤胶均具有配置方便、性能稳定、易控制、使用方便、制品性能优良、化学稳定性好的特点，且均具有一定的机械强度。

一种碳纤维发热格栅的制造方法，包括如下步骤：a、浸渍处理：将丝状的碳纤维基体上浸渍覆盖一层浸渍层，从而构成碳纤维发热线；b、混合编织：将经纱、纬纱纤维、碳纤维发热线和捆绑纱通过衬纬双轴向经编机编织成双轴向经编格栅；c、涂覆处理：将编织好的格栅通过涂层机，涂覆上涂覆层；d、定型收卷：烘干、拉幅定型后收卷包装。

作为优化，所述浸渍处理包括如下步骤：先将多根碳纤维基体分别穿过多孔板上的多个穿过孔进行碳纤维穿纱，然后经过张力轮组进行张力调整，然后进入浸渍槽进行浸渍定型，然后通过加热风筒进行烘干，最后通过收卷机进行收卷。

作为优化，所述经纱、纬纱纤维、碳纤维发热线和捆绑纱进行混合编织之前进行恒温恒湿自动处理。

本发明的有益效果为：

利用该制造方法生产的碳纤维发热格栅，由于结构简单，加工过程流水化，非常适合工厂大规模生产，因此可以大幅降低生产成本。

这种碳纤维发热格栅可以做出不同功率的标准化产品，只需根据使用的场景不同，选用相应的发热格栅。

有加强作用，施工便捷。该种碳纤维发热格栅，铺设容易、接线方便，因此可高效、快速完成安装，极大的节距施工成本。

这种发热格栅的结构以及施工便利性，决定了它可以适用于于大部分的应用场景。家庭居室、桑拿房、教室、游泳池、体育场馆、道路化雪、机场跑道化雪、屋檐、落水沟融雪、管道保温、排水沟防冻、足球场、公共绿地、土壤保温、楼梯化雪、罐体加温等均可使用这种发热格栅，

这种碳纤维加热格栅具有地基加强特性，尤其是在道路、桥梁、隧道、机场跑道等重要路面融雪化冰方面，发热格栅铺设便捷、升温快、质量轻、对路面有增强左右、与混凝土、沥青等实用性好等特点，这都是其他加热产品不具备的。

该种碳纤维发热格栅具有多层保护层，具有优良的抗老化线、蠕变性能，结构稳定耐用，使用寿命可达百年以上，是永久性工程的最佳选择。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明图1中A部放大图；

图3为本发明碳纤维发热线示意图；

图4为本发明的制造方法流程图；

图5为本发明浸渍处理的流程示意图；

图中所示：

1、经纱，2、纬纱，3、端子，4、捆绑纱，5、碳纤维基体，6、浸渍层，7、涂覆层，8、碳纤维纱架， 9、多孔板，10、张力轮组，11、浸渍槽，12、加热风筒，13、收卷机。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1~5所示，本发明的一种碳纤维发热格栅，包括多条平行设置的经纱1以及若干个沿经纱1长度方向排列的纬纱组。

所述经纱1等间距排列，所述经纱1为玻璃纤维或玄武岩纤维制成。

所述纬纱组包括呈蛇形布置的纬纱2以及连接在纬纱2两端的端子3，纬纱2呈蛇形往复排列，每次往复均穿过所有经纱1。所述端子3设置在经纱1的同侧。

所述纬纱2和经纱1交叉设置，所述纬纱2和经纱1垂直设置。

还包括连接纬纱2和经纱1的捆绑纱4，所述捆绑纱为玻璃纤维或玄武岩纤维，捆绑纱将纬纱2和经纱1的交接处捆绑连接。

所述纬纱2包括混编在一起的纬纱纤维以及碳纤维发热线，所述端子3与碳纤维发热线电性连接。所述纬纱纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维。

所述碳纤维发热线包括碳纤维基体5以及覆盖在碳纤维基体5表面的浸渍层6，碳纤维基体5与端子3电性连接，端子3为铜制端子，所述浸渍层6的材料为环氧树脂、聚氰胺醇酸树脂或酚醛树脂。

所述纬纱2、经纱1和捆绑4纱上均覆盖有涂覆层7。所述涂覆层7的材料为改性沥青、PVC糊树脂或化纤胶。

一种碳纤维发热格栅的制造方法，包括如下步骤：

a、浸渍处理：将丝状的碳纤维基体5上浸渍覆盖一层浸渍层6，从而构成碳纤维发热线；如图5所示，所述浸渍处理包括如下步骤：将碳纤维基体5放置在碳纤维纱架8上，然后将多根碳纤维基体5分别穿过多孔板9上的多个穿过孔进行碳纤维穿纱，然后经过张力轮10组进行张力调整，然后进入浸渍槽11进行浸渍定型，然后通过加热风筒12进行烘干，最后通过收卷机13进行收卷，收卷机13与加热风筒12之间也设有多孔板9，用于对发热线进行导向。

b、混合编织：所述经纱1、纬纱纤维、碳纤维发热线和捆绑纱4进行混合编织之前进行恒温恒湿自动处理，然后将经纱1、纬纱纤维、碳纤维发热线和捆绑纱4通过衬纬双轴向经编机编织成双轴向经编格栅，在纬纱2两端安装端子。

c、涂覆处理：将编织好的格栅通过立式涂层机，涂覆上涂覆层7。

d、定型收卷：将涂覆好的格栅通过烘干机进行烘干，然后通过宽幅拉幅机进行拉幅定型，然后通过牵引储布架后进入自动张力收卷机进行收卷，最后进行包装。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种碳纤维发热格栅，其特征在于：包括多条平行设置的经纱（1）以及若干个沿经纱（1）长度方向排列的纬纱组，所述纬纱组包括呈蛇形布置的纬纱（2）以及连接在纬纱（2）两端的端子（3），所述纬纱（2）和经纱（1）交叉设置，还包括连接纬纱（2）和经纱（1）的捆绑纱（4），所述纬纱（2）包括混编在一起的纬纱纤维以及碳纤维发热线，所述碳纤维发热线包括碳纤维基体（5）以及覆盖在碳纤维基体（5）表面的浸渍层（6），所述纬纱（2）、经纱（1）和捆绑（4）纱上均覆盖有涂覆层（7）。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维发热格栅，其特征在于：所述纬纱（2）和经纱（1）垂直设置。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维发热格栅，其特征在于：所述端子（3）设置在经纱（1）的同侧。

4.根据权利要求1所述的一种碳纤维发热格栅，其特征在于：所述纬纱纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维。

5.根据权利要求1所述的一种碳纤维发热格栅，其特征在于：所述经纱（1）为玻璃纤维或玄武岩纤维。

6.根据权利要求1所述的一种碳纤维发热格，其特征在于：所述浸渍层（6）的材料为环氧树脂、聚氰胺醇酸树脂或酚醛树脂。

7.根据权利要求1所述的一种碳纤维发热格，其特征在于：所述涂覆层（7）的材料为改性沥青、PVC糊树脂或化纤胶。

8.一种权利要求1~7任一项所述碳纤维发热格栅的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：a、浸渍处理：将丝状的碳纤维基体（5）上浸渍覆盖一层浸渍层（6），从而构成碳纤维发热线；b、混合编织：将经纱（1）、纬纱纤维、碳纤维发热线和捆绑纱（4）通过衬纬双轴向经编机编织成双轴向经编格栅；c、涂覆处理：将编织好的格栅通过涂层机，涂覆上涂覆层（7）；d、定型收卷：烘干、拉幅定型后收卷包装。

9.根据权利要求8所述的一种碳纤维发热格栅的制造方法，其特征在于：所述浸渍处理包括如下步骤：先将多根碳纤维基体（5）分别穿过多孔板（9）上的多个穿过孔进行碳纤维穿纱，然后经过张力轮（10）组进行张力调整，然后进入浸渍槽（11）进行浸渍定型，然后通过加热风筒（12）进行烘干，最后通过收卷机（13）进行收卷。

10.根据权利要求8所述的一种碳纤维发热格栅的制造方法，其特征在于：所述经纱（1）、纬纱纤维、碳纤维发热线和捆绑纱（4）进行混合编织之前进行恒温恒湿自动处理。

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