CN112469153A - 一种节能高效发热电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能高效发热电缆，包括线芯，所述线芯包括金属丝、碳纤维线束，所述金属丝与碳纤维线束之间填充有胶合剂，所述线芯的外壁包覆设置有绝缘层，所述绝缘层的外壁包覆设置有导热层，所述导热层的外壁设置有外皮；所述导热层由导热硅胶条绕制而成，构成所述导热层的导热硅胶单元总体的纵截面总体相应呈Z字型。本发明通过由第一条体与第二条体一体成型的导热硅胶条，可对绝缘层外表面进行良好的包覆，从而起到优良的导热效果，同时利用硅胶自身的弹性，挡杆线芯受热膨胀时，可将导热层撑起，从而避免发热线缆处于紧绷状态，以提高发热电缆的使用寿命。

Description

一种节能高效发热电缆
技术领域
本发明涉及一种发热电缆，具体是一种节能高效发热电缆。
背景技术
发热电缆辐射供暖系统目前在国内常见有两种：一种是金属发热材料的电缆，另一种是以远红外碳纤维为发热材料的电缆。以金属发热为发热材料的电缆，供热原理是：金属导线通电后，由于自身的电阻而发热，再将热量以热传导形式散出。以碳素纤维为发热材料的电缆发热原理是在碳素纤维两端加以电压，远红外碳纤维以远红外线方式向外辐射能量。
碳纤维发热电缆是一种并联连接电路，即在火线与地线这两根电源线之间并联多根碳纤维发热电缆的方式进行铺设和工作的，每一根发热线的电流不大于0.8A，所以碳纤维发热电缆地暖系统启动时电流平稳，且电磁辐射小。
现有碳纤维发热电缆还存在有很大的使用局限性，并且发热电缆在发热情况下自身会产生膨胀，使发热电缆处于拉紧状态，拉紧力的作用会导致发热电缆长时间工作时会处于紧绷的状态，从而降低了疲劳强度，使用寿命降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节能高效发热电缆，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种节能高效发热电缆，包括线芯，所述线芯包括金属丝、碳纤维线束，所述金属丝与碳纤维线束之间填充有胶合剂，所述线芯的外壁包覆设置有绝缘层，所述绝缘层的外壁包覆设置有导热层，所述导热层的外壁设置有外皮；所述导热层由导热硅胶条绕制而成，所述导热硅胶条包括第一条体、第二条体与第三条体，第一条体、第二条体和第三条体各自以分别环绕绝缘层设置的方式形成正圆周面状硅胶基体，第三条体形成的第三正圆周面状硅胶基体设置于第一条体与第二条体之间，第一条体形成的第一正圆周面状硅胶基体与第二条体形成的第二正圆周面状硅胶基体径向厚度相等，第一正圆周面状硅胶基体、圆锥周面状硅胶基体和第二正圆周面状硅胶基体共同形成导热硅胶单元，导热硅胶单元整体仅沿线芯周长方向形成一体化结构，第一正圆周面状硅胶基体外径等于与第二正圆周面状硅胶基体内径，第一正圆周面状硅胶基体后端正圆周面状端部通过总体呈圆锥周面状的圆锥周面状硅胶基体一体固接第二正圆周面状硅胶基体前端正圆周面状端部，构成所述导热层的所述导热硅胶单元总体的纵截面总体相应呈Z字型；导热硅胶单元沿线芯1长度方向套叠布设固定：在相邻两个导热硅胶单元—第一导热硅胶单元和第二导热硅胶单元当中，第一导热硅胶单元中的第二正圆周面状硅胶基体固定套装在第二导热硅胶单元中的第一正圆周面状硅胶基体上，所述第一条体、第三条体和第二条体依序连为一体。
作为本发明进一步的方案：所述金属丝与碳纤维线束的数量比例为1:2～1:5，所述线芯与金属丝呈螺旋形卷绕。
作为本发明进一步的方案：所述胶合剂主要由下述重量百分比的原料组成：环氧树脂：60～75%、固化剂：8～15%、银粉：10～20%、促进剂：5～10%和增韧剂：5～10%。
作为本发明进一步的方案：所述绝缘层由多层云母带组成，所述云母带的层数为2～5层。
一种节能高效发热电缆的制备方法：包括以下步骤：
步骤一：使用束绞机将数量比例为1:2～1:5的金属丝与碳纤维线束束绞成线束，在束绞过程中向金属丝、碳纤维线束的表面淋喷胶合剂，得到线束胚体；
步骤二：将线束胚体置入负压容器内，向负压容器内注入搅拌混合均匀的胶合剂，直至胶合剂完全没过线束胚体，保持容器压力为0.01～0.04MPa，浸渍5～10min；
步骤三：将浸渍后的线束胚体置入模具内，再向模具内注入过量的胶合剂，之后保持模具内压力为1.5～3.5MPa，并将模具逐渐升温至300～420℃，保持1～1.5h，温升速率为15～30℃/min，制得半成品线束；
步骤四：将半成品线束自然风冷至室温后，对半成品线束的外表面进行打磨，制得线芯；
步骤五：沿线芯轴线方向，采用绕包法在线芯的外表面缠绕2～5层云母带，完成绝缘层的包覆，其中一层云母带的缠绕方向与线芯的轴线方向的夹角度数为25～55°，两层相邻的云母带的缠绕方向相互垂直；
步骤六：沿线芯轴线方向，采用绕包法在绝缘层的外表面缠绕导热硅胶条，完成导热层的包覆，其中每圈导热硅胶条的第一条体与绝缘层的外表面贴合，每圈导热硅胶条的第一条体与上一圈导热硅胶条的第二条体相互贴合；
步骤七：采用挤包工艺在导热层外表面包覆外皮。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过由第一条体与第二条体一体成型的导热硅胶条，可对绝缘层外表面进行良好的包覆，从而起到优良的导热效果，同时利用硅胶自身的弹性，挡杆线芯受热膨胀时，可将导热层撑起，从而避免发热线缆处于紧绷状态，以提高发热电缆的使用寿命。
2、本发明通过设置由多层云母带互相垂直缠绕而成的绝缘层，可为线芯提供良好的绝缘效果，避免线芯在使用时出现漏电、爬电现象。
3、本发明通过采用金属丝与碳纤维线束绞合而成的线芯，使发热电缆可同时通过电阻发热与远红外发热的方式进行供热，从而有效提高电能的利用率与制热效率，经济效益良好。
附图说明
图1为一种节能高效发热电缆的结构示意图。
图2为一种节能高效发热电缆中导热层的立体剖视结构示意图。
其中，线芯1、金属丝2、碳纤维线束3、胶合剂4、绝缘层5、导热层6、外皮7、导热硅胶条8、第一条体9（第一正圆周面状硅胶基体）、第二条体10（第二正圆周面状硅胶基体）、第三条体11（圆锥周面状硅胶基体10）。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～2，一种节能高效发热电缆，包括线芯1，所述线芯1包括金属丝2、碳纤维线束3，所述金属丝2与碳纤维线束3之间填充有胶合剂4，所述线芯1的外壁包覆设置有绝缘层5，所述绝缘层5的外壁包覆设置有导热层6，所述导热层6的外壁设置有外皮7；所述导热层6由导热硅胶条8绕制而成，所述导热硅胶条8包括第一条体9、第二条体10与第三条体11，第一条体9、第二条体10和第三条体11各自以分别环绕绝缘层5设置的方式形成正圆周面状硅胶基体，第三条体11形成的第三正圆周面状硅胶基体设置于第一条体9与第二条体10之间，第一条体9形成的第一正圆周面状硅胶基体与第二条体10形成的第二正圆周面状硅胶基体径向厚度相等，第一正圆周面状硅胶基体、圆锥周面状硅胶基体和第二正圆周面状硅胶基体共同形成导热硅胶单元，导热硅胶单元整体仅沿线芯1周长方向形成一体化结构，第一正圆周面状硅胶基体外径等于与第二正圆周面状硅胶基体内径，第一正圆周面状硅胶基体后端正圆周面状端部通过总体呈圆锥周面状的圆锥周面状硅胶基体一体固接第二正圆周面状硅胶基体前端正圆周面状端部，构成所述导热层6的所述导热硅胶单元总体的纵截面总体相应呈Z字型（形）；导热硅胶单元沿线芯1长度方向套叠布设固定：在相邻两个导热硅胶单元—第一导热硅胶单元和第二导热硅胶单元当中，第一导热硅胶单元中的第二正圆周面状硅胶基体固定套装在第二导热硅胶单元中的第一正圆周面状硅胶基体上，即第一导热硅胶单元中的第二正圆周面状硅胶基体以环绕第二导热硅胶单元中的第一正圆周面状硅胶基体的方式和第二导热硅胶单元中的第一正圆周面状硅胶基体固装在一起，第一导热硅胶单元中的第二正圆周面状硅胶基体通过自身恢复缩小至原状的形变弹性力包绕在第二导热硅胶单元中的第一正圆周面状硅胶基体上，并且，第一导热硅胶单元中的第二正圆周面状硅胶基体通过形变弹性力所产生的自身与第二导热硅胶单元中的第一正圆周面状硅胶基体相互接触而产生的静摩擦力箍紧固定在第二导热硅胶单元中的第一正圆周面状硅胶基体上，所述第一条体9、第三条体11和第二条体10依序共同形成一体成型结构。
导热硅胶单元沿线芯1长度方向套叠布设固定的结构有利于本发明将通电时所产生的热量快速散出至外界，线芯1中的金属丝2因高电阻在导电时产生的热量通过绝缘层5传递给导热层6，即：在相邻两个导热硅胶单元—第一导热硅胶单元和第二导热硅胶单元当中，可热传导的一部分热量依次经第二导热硅胶单元中的第一正圆周面状硅胶基体、第一导热硅胶单元中的第二正圆周面状硅胶基体传递至外皮7并且，可热传导的另一部分热量依次经第二导热硅胶单元中的第一正圆周面状硅胶基体、第三正圆周面状硅胶基体、第二正圆周面状硅胶基体传递至外皮7，在导热层6通过外皮7与外界发生热交换后，导热层6快速吸收热量并通过外皮7将热量传递给外界，继而达到给线芯1自热散热降温的目的，延缓发明的正常发热工作寿命；除此之外，导热硅胶单元沿线芯1长度方向套叠布设固定的结构可使导热层6的构成模块化，导热硅胶单元沿线芯1由最基本的导热硅胶单元沿线芯1长度方向依序衔接套叠固定构成，有助于降低导热层6的缺陷率，预制模块化生产；在本发明的成品质检过程中，如果在沿线芯1长度方向上的长度一定的导热层6的局部某个导热硅胶单元出现成型不足、破损等缺陷，则可将预制好的无缺陷且有导热硅胶构成的条体替换有缺陷的导热硅胶单元后，通过硅胶粘合剂固接成环状后，绕包本发明位于原先有缺陷的导热硅胶单元所在部位而形成新的成型合格的导热硅胶单元，再按照导热硅胶单元沿线芯1长度方向套叠布设固定的结构与其相邻的导热硅胶单元匹配套叠在一起。导热硅胶单元沿线芯长度方向一体化连接，但导热硅胶单元沿线芯周长方向则并非替换成型，而是通过将条体两端通过硅胶粘合剂固定粘结成导热硅胶单元）。
所述金属丝2与碳纤维线束3的数量比例为1:2～1:5，所述线芯1与金属丝2呈螺旋形卷绕。
所述胶合剂4主要由下述重量百分比的原料组成：环氧树脂：60～75%、固化剂：8～15%、银粉：10～20%、促进剂：5～10%和增韧剂：5～10%。
所述绝缘层5由多层云母带组成，所述云母带的层数为2～5层。
一种节能高效发热电缆的制备方法：包括以下步骤：
步骤一：使用束绞机将数量比例为1:2～1:5的金属丝2与碳纤维线束3束绞成线束，在束绞过程中向金属丝2、碳纤维线束3的表面淋喷胶合剂4，得到线束胚体；
步骤二：将线束胚体置入负压容器内，向负压容器内注入搅拌混合均匀的胶合剂4，直至胶合剂4完全没过线束胚体，保持容器压力为0.01～0.04MPa，浸渍5～10min；
步骤三：将浸渍后的线束胚体置入模具内，再向模具内注入过量的胶合剂4，之后保持模具内压力为1.5～3.5MPa，并将模具逐渐升温至300～420℃，保持1～1.5h，温升速率为15～30℃/min，制得半成品线束；
步骤四：将半成品线束自然风冷至室温后，对半成品线束的外表面进行打磨，制得线芯1；
步骤五：沿线芯1轴线方向，采用绕包法在线芯1的外表面缠绕2～5层云母带，完成绝缘层5的包覆，其中一层云母带的缠绕方向与线芯1的轴线方向的夹角度数为25～55°，两层相邻的云母带的缠绕方向相互垂直；
步骤六：沿线芯1轴线方向，采用绕包法在绝缘层5的外表面缠绕导热硅胶条8，完成导热层6的包覆，其中每圈导热硅胶条8的第一条体9与绝缘层5的外表面贴合，每圈导热硅胶条8的第一条体9与上一圈导热硅胶条8的第二条体10相互贴合；
步骤七：采用挤包工艺在导热层6外表面包覆外皮7。
实施例一：
使用束绞机将数量比例为1:3的金属丝2与碳纤维线束3束绞成线束，在束绞过程中向金属丝2、碳纤维线束3的表面淋喷胶合剂4，得到线束胚体；
将线束胚体置入负压容器内，向负压容器内注入搅拌混合均匀的胶合剂4，直至胶合剂4完全没过线束胚体，保持容器压力为0.02MPa，浸渍8min，以使胶合剂4完全包覆金属丝2与碳纤维线束3，同时去除线束胚体内的气泡；
将浸渍后的线束胚体置入模具内，再向模具内注入过量的胶合剂4，之后保持模具内压力为2.5MPa，并将模具逐渐升温至350℃，保持1.2h，温升速率为20℃/min，制得半成品线束；
将半成品线束自然风冷至室温后，对半成品线束的外表面进行打磨，制得线芯1；
沿线芯1轴线方向，采用绕包法在线芯1的外表面缠绕2层云母带，完成绝缘层5的包覆，其中一层云母带的缠绕方向与线芯1的轴线方向的夹角度数为45°，两层相邻的云母带的缠绕方向相互垂直；
沿线芯1轴线方向，采用绕包法在绝缘层5的外表面缠绕导热硅胶条8，完成导热层6的包覆，其中每圈导热硅胶条8的第一条体9与绝缘层5的外表面贴合，每圈导热硅胶条8的第一条体9与上一圈导热硅胶条8的第二条体10相互贴合；
采用挤包工艺在导热层6外表面包覆外皮7。
实施例二：
使用束绞机将数量比例为1:2的金属丝2与碳纤维线束3束绞成线束，在束绞过程中向金属丝2、碳纤维线束3的表面淋喷胶合剂4，得到线束胚体；
将线束胚体置入负压容器内，向负压容器内注入搅拌混合均匀的胶合剂4，直至胶合剂4完全没过线束胚体，保持容器压力为0.03MPa，浸渍10min，以使胶合剂4完全包覆金属丝2与碳纤维线束3，同时去除线束胚体内的气泡；
将浸渍后的线束胚体置入模具内，再向模具内注入过量的胶合剂4，之后保持模具内压力为3MPa，并将模具逐渐升温至330℃，保持1.4h，温升速率为25℃/min，制得半成品线束；
将半成品线束自然风冷至室温后，对半成品线束的外表面进行打磨，制得线芯1；
沿线芯1轴线方向，采用绕包法在线芯1的外表面缠绕3层云母带，完成绝缘层5的包覆，其中一层云母带的缠绕方向与线芯1的轴线方向的夹角度数为40°，两层相邻的云母带的缠绕方向相互垂直；
沿线芯1轴线方向，采用绕包法在绝缘层5的外表面缠绕导热硅胶条8，完成导热层6的包覆，其中每圈导热硅胶条8的第一条体9与绝缘层5的外表面贴合，每圈导热硅胶条8的第一条体9与上一圈导热硅胶条8的第二条体10相互贴合；
采用挤包工艺在导热层6外表面包覆外皮7。
实施例三：
使用束绞机将数量比例为1:4的金属丝2与碳纤维线束3束绞成线束，在束绞过程中向金属丝2、碳纤维线束3的表面淋喷胶合剂4，得到线束胚体；
将线束胚体置入负压容器内，向负压容器内注入搅拌混合均匀的胶合剂4，直至胶合剂4完全没过线束胚体，保持容器压力为0.02MPa，浸渍7min，以使胶合剂4完全包覆金属丝2与碳纤维线束3，同时去除线束胚体内的气泡；
将浸渍后的线束胚体置入模具内，再向模具内注入过量的胶合剂4，之后保持模具内压力为2.5MPa，并将模具逐渐升温至380℃，保持1.2h，温升速率为30℃/min，制得半成品线束；
将半成品线束自然风冷至室温后，对半成品线束的外表面进行打磨，制得线芯1；
沿线芯1轴线方向，采用绕包法在线芯1的外表面缠绕2层云母带，完成绝缘层5的包覆，其中一层云母带的缠绕方向与线芯1的轴线方向的夹角度数为45°，两层相邻的云母带的缠绕方向相互垂直；
沿线芯1轴线方向，采用绕包法在绝缘层5的外表面缠绕导热硅胶条8，完成导热层6的包覆，其中每圈导热硅胶条8的第一条体9与绝缘层5的外表面贴合，每圈导热硅胶条8的第一条体9与上一圈导热硅胶条8的第二条体10相互贴合；
采用挤包工艺在导热层6外表面包覆外皮7。
本发明的工作原理是：
本发明通过采用金属丝2与碳纤维线束3绞合而成的线芯1，使发热电缆可同时通过电阻发热与远红外发热的方式进行供热，从而有效提高电能的利用率与制热效率，经济效益良好。
本发明通过设置由多层云母带互相垂直缠绕而成的绝缘层5，可为线芯1提供良好的绝缘效果，避免线芯1在使用时出现漏电、爬电现象。
本发明通过由第一条体9与第二条体10一体成型的导热硅胶条8，可对绝缘层5外表面进行良好的包覆，从而起到优良的导热效果，同时利用硅胶自身的弹性，挡杆线芯1受热膨胀时，可将导热层6撑起，从而避免发热线缆处于紧绷状态，以提高发热电缆的使用寿命。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种节能高效发热电缆，包括线芯（1），所述线芯（1）包括金属丝（2）、碳纤维线束（3），所述金属丝（2）与碳纤维线束（3）之间填充有胶合剂（4），所述线芯（1）的外壁包覆设置有绝缘层（5），所述绝缘层（5）的外壁包覆设置有导热层（6），所述导热层（6）的外壁设置有外皮（7）；其特征在于：所述导热层（6）由导热硅胶条（8）绕制而成，所述导热硅胶条（8）包括第一条体（9）、第二条体（10）与第三条体（11），第一条体（9）、第二条体（10）和第三条体（11）各自以分别环绕绝缘层（5）设置的方式形成正圆周面状硅胶基体，第三条体（11）形成的第三正圆周面状硅胶基体设置于第一条体（9）与第二条体（10）之间，第一条体（9）形成的第一正圆周面状硅胶基体与第二条体（10）形成的第二正圆周面状硅胶基体径向厚度相等，第一正圆周面状硅胶基体、圆锥周面状硅胶基体和第二正圆周面状硅胶基体共同形成导热硅胶单元，导热硅胶单元整体仅沿线芯（1）周长方向形成一体化结构，第一正圆周面状硅胶基体外径等于与第二正圆周面状硅胶基体内径，第一正圆周面状硅胶基体后端正圆周面状端部通过总体呈圆锥周面状的圆锥周面状硅胶基体一体固接第二正圆周面状硅胶基体前端正圆周面状端部，构成所述导热层（6）的所述导热硅胶单元总体的纵截面总体相应呈Z字型；导热硅胶单元沿线芯1长度方向套叠布设固定：在相邻两个导热硅胶单元—第一导热硅胶单元和第二导热硅胶单元当中，第一导热硅胶单元中的第二正圆周面状硅胶基体固定套装在第二导热硅胶单元中的第一正圆周面状硅胶基体上，所述第一条体（9）、第三条体（11）和第二条体（10）依序连为一体。
2.根据权利要求1所述的一种节能高效发热电缆，其特征在于：所述金属丝（2）与碳纤维线束（3）的数量比例为1:2～1:5，所述线芯（1）与金属丝（2）呈螺旋形卷绕。
3.根据权利要求1所述的一种节能高效发热电缆，其特征在于：所述胶合剂（4）主要由下述重量百分比的原料组成：环氧树脂：60～75%、固化剂：8～15%、银粉：10～20%、促进剂：5～10%和增韧剂：5～10%。
4.根据权利要求1所述的一种节能高效发热电缆，其特征在于：所述绝缘层（5）由多层云母带组成，所述云母带的层数为2～5层。
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