CN112188659B - 一种具有面加热功能的尿素管及其制备方法 - Google Patents

一种具有面加热功能的尿素管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车尿素管领域，尤其涉及一种具有面加热功能的尿素管及其制备方法。本发明所设计的具有面加热功能的尿素管，包括传输管和同心卷绕在传输管上的电热膜，所述电热膜包括耐热冲击基膜、导电薄膜、电极和绝缘薄膜，所述导电薄膜为导电浆料涂覆在耐热冲击基膜上而形成，所述电极粘附在导电薄膜的两端宽边上，所述绝缘薄膜覆盖在导电薄膜和电极上。本发明通过控制电热膜卷绕的层数或者控制电热膜中导电薄膜厚度，满足不同加热功率的需求，其通用性更强，能够达到批量生产和设计灵活性高的需求。

Description

一种具有面加热功能的尿素管及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车尿素管领域，尤其涉及一种具有面加热功能的尿素管及其制备方法。
背景技术
尿素管是汽车尾气选择性催化还原系统中传输符合标准要求的尿素溶液管路。为了避免在低温环境中管腔内尿素溶液冷冻结晶，无法正常喷射和流动，导致发动机不能正常运行，目前尿素管路普遍采用了加热层设计。常规的加热方式有两种：PTC自控加热和电阻丝式加热。这两种加热方式适用于不同的场景：PTC自控加热层为硬质尼龙改性而成，为了避免窝折导致传输层不能回弹，其传输层材质亦为硬质材料；电阻丝式加热主要应用在对尿素管路的膨胀空间有一定要求的尾气后处理系统。
针对橡胶材质输送管，一般采用电阻丝式加热尿素管，但是电阻丝式加热尿素管受电阻形成原理限制，其通用性差。这是因为当尿素管路越长，需要更大加热功率。但是，在电阻直径一定时，电阻丝越长，电阻越大，功率反倒越小，与需求恰好相反。因此，不同长度的尿素管，需要匹配不同直径的电阻丝，这消耗极大的设计和生产成本。
另外，电阻丝为缠绕式组装，存在一定螺距，管内尿素受热不均。电阻丝温度过高时，尿素容易变质；电阻丝温度过低时，尿素解冻速度慢。而且，尿素加热管常只在一端设置电源快插接头，电阻丝在另外一端需要弯折，因电阻丝韧性较差，在制造生产过程中即发生断裂，次品率高。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种具有面加热功能的尿素管及其制备方法，具有通用性强，加热均匀的特点。
为实现上述目的，本发明所设计的具有面加热功能的尿素管，所述具有面加热功能的尿素管包括传输管，其特征在于，它还包括同心卷绕在传输管上的电热膜，所述电热膜包括耐热冲击基膜、导电薄膜、电极和绝缘薄膜，所述导电薄膜为导电浆料涂覆在耐热冲击基膜上而形成，所述电极粘附在导电薄膜的两端宽边上，所述绝缘薄膜覆盖在导电薄膜和电极上。
作为优选方案，所述电热膜卷绕的方式为：所述电热膜的上侧长边与所述传输管的轴向侧壁对齐并粘附在传输管的侧壁上，所述电热膜的下侧长边绕传输管的外壁圆周卷绕在传输管上，所述电热膜为矩形，其长边的长度与传输管的长度相同，其宽边的长度与传输管的外壁圆周长的比值为电热膜卷绕的层数。
作为优选方案，所述电热膜中导电薄膜的厚度为50～80μm，所述电热膜卷绕的层数为3～20。
作为优选方案，所述导电浆料按重量份数比计，包括8～20份的导电功能材料、35～45份的水性树脂和70～90份的去离子水；所述导电料浆的黏度为80～100Cps。
作为优选方案，所述导电功能材料为石墨烯和/或碳纳米管，所述水性树脂为水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性聚丁二烯树脂中的任意一种。
作为优选方案，所述耐热冲击基膜选自聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、聚酰胺薄膜和有机棉纤维布中的一种，其厚度为10～20μm。
作为优选方案，它包括绝缘胶带层和保护套管，所述电热膜卷绕在传输管上后利用绝缘胶带螺旋缠绕电热膜上形成所述绝缘胶带层，所述保护套管套设在绝缘胶带层外，所述保护套管选自聚丙烯波纹管、聚乙烯波纹管和聚酰胺波纹管中的一种。
作为优选方案，所述电极为铜胶带或银胶带，所述电极的长度大于导电薄膜的宽度，所述电极的宽度为5～9mm，且电极与导电薄膜接触边界处涂覆有导电的铜浆或银浆。
作为优选方案，所述绝缘薄膜为聚乙烯醇薄膜或聚酰胺薄膜。
一种制备具有面加热功能的尿素管的方法，包括步骤：
1)电热膜的制备
a.按重量份数比计称取8～20份的导电功能材料、35～45份的水性树脂和70～90份的去离子水；
b.将水性树脂采用去离子水稀释，然后注入双行星动力混合机，然后加入导电功能材料；在转速为1500～2000r/min，0.12MPa～0.01MPa的真空条件下搅拌均匀；得到导电浆料；
c.将上述导电浆料注入涂布机料仓，在涂布速度不高于10m/min条件下，将导电浆料涂布于耐热冲击基膜表面，在烘烤温度为80～100℃条件下烘烤时间30～40min，得到导电薄膜；
d.将导电薄膜通过辊压机辊压；辊压后的导电薄膜厚度为50～80μm，并通过模切机裁剪，使导电薄膜的长度与传输管的长度相同，导电薄膜的宽度满足导电薄膜卷绕在传输管的层数为3～20，在导电薄膜两端的宽边上粘附电极，并在电极与导电薄膜接触边界涂覆导电的铜浆或银浆并烘干；
e.将步骤d的导电薄膜和电极表面覆盖绝缘薄膜，电极伸出导电薄膜边缘外5～10mm；得到电热膜；
2)将注塑成型的传输管牵直，传输管长度为0.5～3m；
3)沿着传输管的管身粘贴双面胶带，将电热膜的上侧长边与传输管轴向侧壁对齐并且粘附在传输管的侧壁上，电热膜的下侧长边绕传输管的外壁圆周卷绕在传输管上，然后用绝缘胶带螺旋缠绕固定电热膜形成绝缘胶带层，最后将保护套管套在绝缘胶带层外表面，即得具有面加热功能的尿素管。
与现有的传统电阻丝式尿素管相比，本发明具有面加热功能的尿素管具有加热更加均匀的特点，而且通过控制电热膜卷绕的层数或者控制电热膜中导电薄膜厚度，即可设计不同的加热功率，其通用性更强，能够达到批量生产和设计灵活性高的需求。
附图说明
图1为本发明具有面加热功能的尿素管的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1中电热膜的结构示意图；
图4为图3的B-B剖视图；
图中各部件标号如下：传输管1、电热膜2、耐热冲击基膜2.1、导电薄膜2.2、电极2.3、绝缘薄膜2.4、绝缘胶带层3、保护套管4。
具体实施方式
为更好地理解本发明，以下将结合具体实例对发明进行详细的说明。
实施例1～5
结合图1和图2所示，本实施例1～5的具有面加热功能的尿素管，由内至外依次包括传输管1、电热膜2、绝缘胶带层3和保护套管4。
传输管1采用EPMD橡胶材质。
结合图3和图4所示，电热膜2包括耐热冲击基膜2.1、导电薄膜2.2、电极2.3和绝缘薄膜2.4；
耐热冲击基膜2.1选自聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、聚酰胺薄膜和有机棉纤维布中的一种，其厚度为10～20μm。
导电薄膜2.2为导电浆料涂覆在耐热冲击基膜2.2上后经辊压机辊压形成，导电浆料按重量份数比计,包括8～20份的导电功能材料(石墨烯和/或碳纳米管)、35～45份的水性树脂(水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性聚丁二烯树脂中的一种)和70～90份的去离子水，导电料浆的黏度为80～100Cps，导电薄膜2.2为矩形，其长边的长度与传输管1的长度相同，其宽边的长度与传输管1的外壁圆周长的比值为3～20，导电薄膜2.2的厚度为50～80μm。
两个电极2.3均为铜胶带或银胶带，电极2.3的长度大于导电薄膜2.2的宽度，电极2.3的宽度为5～9mm，两个电极2.3分别粘贴在导电薄膜2.2的两端的宽边上，由于电极2.3的长度大于导电薄膜2.2的宽度，因此电极2.3从导电薄膜2.2伸出方便直接向电极2.3加载电压，并且电极2.3与导电薄膜2.2接触边界处涂覆有导电的铜浆或银浆，减小电极2.3与导电薄膜2.2的接触内阻。最后向电极2.3和导电薄膜2.2上覆盖绝缘薄膜2.4形成电热膜2，绝缘薄膜5.4选用聚乙烯醇薄膜或聚酰胺薄膜。
电热膜2卷绕在传输管1的具体方式为，电热膜2的上侧长边与所述传输管1的轴向侧壁对齐并粘附在传输管1的侧壁上，电热膜2的下侧长边绕传输管1的外壁圆周卷绕在传输管1上，即电热膜绕传输管同心卷绕3～20圈。
上述具有面加热功能的尿素管由以下步骤制作而成：
1)电热膜的制备
a.按重量份数比计称取8～20份的导电功能材料、35～45份的水性树脂和70～90份的去离子水；
b.将水性树脂采用去离子稀释，然后注入双行星动力混合机，然后加入导电功能材料；在转速为1500～2000r/min，0.12MPa～0.01MPa的真空条件下搅拌均匀；得到导电浆料；
c.将上述导电浆料注入涂布机料仓，在涂布速度不高于10m/min条件下，将导电浆料涂布于耐热冲击基膜2.1表面，在烘烤温度为80～100℃条件下烘烤时间30～40min，得到导电薄膜2.2；
d.将导电薄膜2.2通过辊压机辊压；辊压后的导电薄膜2.2厚度为50～80μm，并通过模切机裁剪，使导电薄膜2.2的长度与传输管1的长度相同，导电薄膜2.2的宽度满足导电薄膜2.2卷绕的层数为3～20，在导电薄膜2.2两端的宽边上粘附电极2.3，并在电极2.3与导电薄膜2.2接触边界涂覆导电的铜浆或银浆并烘干；
e.将步骤d的导电薄膜2.2和电极2.3表面覆盖绝缘薄膜2.4，电极2.3伸出导电薄膜边缘外5～10mm；得到电热膜2；
2)将注塑成型的传输管1牵直，传输管1长度为0.5～3m；
3)沿着传输管1管身粘贴双面胶带，将电热膜2的上侧长边与传输管1对齐并且粘附在传输管1的外壁上，电热膜2的下侧长边绕传输管1的外壁圆周卷绕在传输管1上，然后用绝缘胶带螺旋缠绕固定电热膜2形成绝缘胶带层3，最后将保护套管4套在绝缘胶带层3外表面，即得具有面加热功能的尿素管。
实施例1～5中各参数如表1所示：
表1
Figure BDA0002713859970000061
Figure BDA0002713859970000071
实施例1～5中具有面加热功能的尿素管的功率与导电薄膜的厚度和导电薄膜卷绕的层数的关系如表2所示：
表2
Figure BDA0002713859970000072
通过表2可以看出，通过控制涂布不同厚度导电薄膜以及电热膜卷绕的圈数控制电热膜内阻，从而达到设计不同功率的目的，导电薄膜的越厚、卷绕的层数多，内阻就越小，根据P＝U2/R可知，功率就越大；导电薄膜的越薄、卷绕的层数小，内阻就越大，根据P＝U2/R可知，功率就越小。因此，相比于传统电阻丝式加热尿素管，为了适应不同长度的尿素管，需要匹配不同直径的电阻丝来说，本发明通过控制电热膜卷绕的层数或者控制电热膜中导电薄膜厚度，即可设计不同的加热功率，其通用性更强，能够达到批量生产和设计灵活性高的需求。
另外，为了验证由实施例1～5中制备得到的尿素管加热性能、抗弯折性能：将上述实施例1～5制备所得的尿素管和对比例(电阻丝式尿素管)分别进行低温解冻试验和抗弯折试验：
加热性能检测依据为尿素喷射管内通入尿素溶液并用接头封住一端，另一端放入热电藕到管路中间，完成后放入-40℃低温箱内，持续冷冻2h后接28V电源对尿素管进行加热，20min后取出观察尿素溶液是否解冻。抗弯折性能检测依据为使用1.2V电压进行通电，试验时间12h，中途间断性折弯尿素管50次，测量电流值变化。试验结果如表3。
表3
Figure BDA0002713859970000081
Figure BDA0002713859970000091
由上表3可知，实施例1～5制作的具有面加热功能的尿素管的热电转换效率高，解冻尿素溶液速度快，并且具有良好抗弯折性能，其中，尿素管2的效果最好。
综上所述，本发明的具有面加热功能的尿素管相比于传统电阻丝式尿素管具有以下优点：
(1)本发明采用电热膜取代传统的电阻丝，实现传输管的面加热，使传输管内的尿素受热均匀，避免局部加热温度过高导致尿素变质。
(2)本发明通过控制电热膜卷绕的层数或者控制电热膜中导电薄膜厚度来控制电热膜的内阻，进而适应不同功率的需求，相比于传统电阻丝式尿素管，需设计不同粗细的电阻丝来适应尿素管所需的功率来说，本发明的通用性更强，能够达到批量生产和设计灵活性高的需求。
(3)本发明的电热膜通过同心卷绕的方式缠绕在传输管上，电极层层挤压，可以达到提高电极附着力，降低所述加热层接触内阻的目的。
(4)本发明的导电薄膜与耐热冲击基膜采用涂布辊压工艺，既提高界面结合力，避免碳材料剥落，又降低了加热层内阻，达到快速加热效果。
(5)本发明的电热膜具有柔软可弯折的特点，多次缠绕不易断，合格率高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种具有面加热功能的尿素管，所述具有面加热功能的尿素管包括传输管(1)，其特征在于，它还包括同心卷绕在传输管(1)上的电热膜(2)，所述电热膜(2)包括耐热冲击基膜(2.1)、导电薄膜(2.2)、电极(2.3)和绝缘薄膜(2.4)，所述导电薄膜(2.2)为导电浆料涂覆在耐热冲击基膜(2.1)上而形成，所述电极(2.3)粘附在导电薄膜(2.2)的两端宽边上，所述绝缘薄膜(2.4)覆盖在导电薄膜(2.2)和电极(2.3)上；
所述电热膜(2)卷绕的方式为：所述电热膜(2)的上侧长边与所述传输管(1)的轴向侧壁对齐并粘附在传输管(1)的侧壁上，所述电热膜(2)的下侧长边绕传输管(1)的外壁圆周卷绕在传输管(1)上，所述电热膜(2)为矩形，其长边的长度与传输管(1)的长度相同，其宽边的长度与传输管(1)的外壁圆周长的比值为电热膜(2)卷绕的层数；
所述电热膜(2)中导电薄膜(2.2)的厚度为50～80μm，所述电热膜(2)卷绕的层数为3～20；
所述导电浆料按重量份数比计，包括8～20份的导电功能材料、35～45份的水性树脂和70～90份的去离子水；所述导电料浆的黏度为80～100Cps；
所述导电功能材料为石墨烯和/或碳纳米管，所述水性树脂为水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性聚丁二烯树脂中的任意一种；
所述耐热冲击基膜(2.1)选自聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、聚酰胺薄膜和有机棉纤维布中的一种，其厚度为10～20μm；
它包括绝缘胶带层(3)和保护套管(4)，所述电热膜(2)卷绕在传输管(1)上后利用绝缘胶带螺旋缠绕电热膜(2)上形成所述绝缘胶带层(3)，所述保护套管(4)套设在绝缘胶带层(3)外，所述保护套管(4)选自聚丙烯波纹管、聚乙烯波纹管和聚酰胺波纹管中的一种；
所述电极(2.3)为铜胶带或银胶带，所述电极(2.3)的长度大于导电薄膜(2.2)的宽度，所述电极(2.3)的宽度为5～9mm，且电极(2.3)与导电薄膜(2.2)接触边界处涂覆有导电的铜浆或银浆；
所述绝缘薄膜(2.4)为聚乙烯醇薄膜或聚酰胺薄膜。
2.一种制备权利要求1所述具有面加热功能的尿素管的方法，其特征在于，包括步骤：
1)电热膜的制备
a.按重量份数比计称取8～20份的导电功能材料、35～45份的水性树脂和70～90份的去离子水；
b.将水性树脂采用去离子水稀释，然后注入双行星动力混合机，然后加入导电功能材料；在转速为1500～2000r/min，0.12MPa～0.01MPa的真空条件下搅拌均匀；得到导电浆料；
c.将上述导电浆料注入涂布机料仓，在涂布速度不高于10m/min条件下，将导电浆料涂布于耐热冲击基膜(2.1)表面，在烘烤温度为80～100℃条件下烘烤时间30～40min，得到导电薄膜(2.2)；
d.将导电薄膜(2.2)通过辊压机辊压；辊压后的导电薄膜厚度为50～80μm，并通过模切机裁剪，使导电薄膜(2.2)的长度与传输管(1)的长度相同，导电薄膜(2.2)的宽度满足导电薄膜(2.2)卷绕在传输管(1)的层数为10～20，在导电薄膜(2.2)两端的宽边上粘附电极(2.3)，并在电极(2.3)与导电薄膜(2.2)接触边界涂覆导电的铜浆或银浆并烘干；
e.将步骤d的导电薄膜(2.2)和电极(2.3)表面覆盖绝缘薄膜(2.4)，电极(2.3)伸出导电薄膜(2.2)边缘外5～10mm；得到电热膜(2)；
2)将注塑成型的传输管(1)牵直，传输管(1)长度为0.5～3m；
3)沿着传输管(1)的管身粘贴双面胶带，将电热膜(2)的上侧长边与传输管(1)轴向侧壁对齐并且粘附在传输管(1)的侧壁上，电热膜(2)的下侧长边绕传输管(1)的外壁圆周卷绕在传输管(1)上，然后用绝缘胶带螺旋缠绕固定电热膜(2)形成绝缘胶带层(3)，最后将保护套管(4)套在绝缘胶带层(3)外表面，即得具有面加热功能的尿素管。
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