CN1356855A

CN1356855A - 远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺

Info

Publication number: CN1356855A
Application number: CN 01133411
Authority: CN
Inventors: 刘磊; 刘玉珍; 张忠国; 高敏; 刘立志
Original assignee: 刘磊
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2002-07-03
Anticipated expiration: 2021-11-06
Also published as: CN1225943C

Abstract

本发明是一种远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺,它是一处将短碳纤维混入树脂中经混炼、拉伸、压延而成的远红外碳纤维树脂膜、片、无纺布,再经粘涂电极、密封压合而成的电热元件,它节能效果明显、温度均匀,使用温度范围大;增加辅助电极,防止了电极过热,使用寿命延长;同时安装环境不受限制,可以制成各种形状,可以方便地装在顶棚、地面、墙壁,甚至水下,距受热物质量近处,从而获得最好节能效果。

Description

远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺

本发明是一种远红外短碳纤维发热元件，特别是远红外碳纤维树脂发热元件及其制造方法。

此前，关于室内取暖、花房、蔬菜大棚的取暖以及用于保健取暖、石油输送等等领域，可以利用碳纤维发热片的课题，提出了多种方案，基本上都是将导电纤维与天然纸浆混抄制成发热导电纸，例如，JP45-32766专利中，就是天然纸浆与碳纤维混抄而成为导电线；而JP49-21242则是天然纸浆与锈钢纤维混抄而成的导电纸。中国专利CN1124907A“导电发热用的碳纤维复合纸及其制造方法”，它是利用丙烯腈碳纤维与纤维素纸浆混合抄纸而制成的。

使用上述技术存在的主要问题是：碳纤维或不锈钢纤维在纸浆中极难分散均匀，由于分散不均匀，使制成的发热片上电阻不均匀，温度不一致，所以发热片的面积不能太大，使用时只能将大张裁断、拼接；为使碳纤维分散，以及使碳纤维与纸浆中的植物纤维形成坚固网络，还必须采用添加粘接剂、分散剂的方法，但分散剂、粘接剂的成分会改变发热片的导电性能，影响功率，它的剂量受到限制，仍然不能彻底解决碳纤维在纸浆中不能充分分散的问题。因此发热纸的温度难以控制，当温度设定在100-120℃时，局部温度会过高而引起火灾，也可能局部不热；由于碳纤维纸是易燃的导电纸，更加增了火灾的危险。同时，由于碳纤维遇到温度突然升高，会使其产生氧化，从而降低寿命；另外，现有的碳纤维发热纸使用的电极为银糊铜片，实际作电极的部分发热温度不均匀，而且由于电极的电阻较发热纸上的两电极间的电阻大，电极自身发热容易引起燃烧，而且难以控制。

本发明的目的是提供一种电阻和温度均匀稳定的、质轻而强度优良的远红外短碳纤维树脂发热元件和它的制造方法。按本发明方法制造出来的碳纤维发热片电阻均匀，温度一致而稳定，而且机械强度好，节能、安全，使用寿命得以提高。

本发明的要点是：

1、它是一种含有短碳纤维6-30％(重量)树脂94-70％和占碳纤维和树脂总量20-40％的添加剂，经混炼、拉伸、压延而成的红外短碳纤维树脂膜片发热元件；

2、所含的短碳纤维包括石油基碳纤维、丙烯腈碳纤维、PAN类碳纤维和粘胶碳纤维，以抗张强度200-800kg/cm²的高弹性碳纤维为好；

3、所含的树脂包括聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PPE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈乙二烯(ABS)、聚氟乙烯(PVF)、聚四氟乙烯树脂(PTFE)、聚矾(PSU)、聚苯醚(PPO)树脂、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺树脂(尼龙66、尼龙610、尼龙1010)以及ABS/PVC、ABS/PC混合脂，聚苯乙烯树脂(PS)、高耐冲性聚苯乙烯树脂(PEE)、酚醛树脂(PF)、聚乙烯树脂(PE)，选其中一种或两种以上；

4、所含碳纤维的长度包括碳纤维粉320-400目，和3mm、4mm、5mm、以及6mm、8mm或10mm以下的短碳纤维丝，选用至少有一种或两种以上不同长度的短碳纤维；

5、所用添加剂包括远红外发射剂、波段调整剂、波段稳定剂，其中发射剂占添加剂总量的50％，其余两者之和为50％；

6、在发热元件上至少备有两个相对配置的糊状电极，该电极包括导电胶泥主电极和敷在主电极上的金属箔片辅助电极；所用的导电胶泥为含银粉或铜粉、铝粉的金属胶泥，所用的金属箔片辅助电极可以是铝箔、铜箔、银箔或锡、银合金箔，锌、铜合金箔；

7、短碳纤维树脂膜片分为厚度在150μ以下的膜片和厚度在150μ以上的“无纺布”及厚度在50μ以上的“膜”；

8、制造树脂发热元件的工艺方法是：将至少两种以上不同长度的碳纤维经碱法蒸煮、钝化处理成为远红外碳纤维，将远红外碳纤维按碳纤维6-30％、树脂94-70％(重量比)的比例加入到树脂中混合，在常规塑料加工条件下进行混炼、挤压成条、切割造粒，再压延、拉伸或吹塑成要求厚度的“膜”、“片”或“无纺布”，将布成的“膜”、“片”、“无纺布”裁成规定的尺寸，涂上主电极—含银胶泥，再贴上辅助电极—金属箔片，再将以上半成品附于两块绝缘树脂板中间进行热压，即成为成品。

也可将半成品夹在两块橡胶板之间进行热压成为柔性发热元件成品。

本发明与现有电热类产品相比有以下特点：

1、由于本发明采用远红外化的短碳纤维为发热材料，并加入了远红外辐射材料，其发热原理是当外介电子进入后，引发激励条件下，电子的布朗运动，相互撞击和磨擦，形成多种发热效果，使温度提高；同时由于远红外辐射材料的作用，随温度提高而增加远红外线的辐射能量，引起受热物体的分子或原子产生共振，从而使物体发热，由此可见，远红外辐射材料可以明显提高发热程度。因此同等条件下，它的节能效果明显：同电阻丝发热材料相比，节能大于40-50％，热能换率达99％以上。

2、由于使用树脂做介质，碳纤维在树脂中的分散性较在纸浆中好的多，不需添加粘结剂、分散剂等，中长度的碳纤维与树脂就可以构成坚固的网络结构，而且电阻均匀，温度均衡，恒定，因此在耗电相同的情况下，可以获得较高的温度。而且由于温度均衡使额定温度的范围得以扩大，可以设计有中温、高温的不同规格，因此适用各种需用场合。

3、由于所用介质为具有柔性的树脂，可以制成不同程度的发热膜片，或者各种异型电热元件及复杂的面状发热元件，具有使用上的灵活性且刚性极好。

4、安装应用不受环境限制，可设置在地下，墙面，亦可埋敷或裸露，还可浸于水中。室内的天棚、地面、墙面均可安装，可以设置在受热物体的最近处，从而获得最好的节能效果。

5、由于在主电极上敷设辅助电极，使电极不易烧坏，使用寿命大大延长，可保证30年。

本发明的细节通过以下实施例及其附图给出：

实施例1：取经远红外化的丙烯腈碳纤维1mm和2mm共25g、树脂(尼龙66和尼龙1010)940g一起投入小型搅拌机中搅拌，按常规塑料加工方法进行热压、挤条、造粒，使碳纤维在树脂中充分分散，再加入长度为4mm、6mm的碳纤维25g、碳素粉10g，以及发射剂100g、波段调整剂50g、波段稳定剂50g，再次搅拌、热压、挤条、造粒，然后经拉伸机进行拉膜成需要的厚度的膜片。膜片切成1030mm×610mm和1200mm×300mm或1030mm×300mm、1200mm×610mm，将各片对边两侧涂上含银胶泥，再贴上作辅助电极的金属箔片。金属箔片的面积是按发热元件的功率计算出来后，再加上70％的安全系数。这样就制成了树脂发热元件。测定发热元件的电阻，求其面积的比电阻率，然后将发热元件附于两块绝缘树脂板中间进行热压，即成为成品电热板。

实施例2：远红外化的1mm和2mm短碳纤维90g、树脂800g，一起投入小型搅拌机中搅拌，按常规塑料加工方法进行热压、挤条、造粒，使碳纤维充分分散，再加入长度为4mm、8mm的短碳纤维100g、碳素粉10g，以及占添；加碳纤维和树脂总量30％的添加剂，包括发射剂123g、波段调整剂123g、波段稳定剂27g，再次进行混合、热压、挤条、造粒，然后经拉伸机进行拉膜、切片，涂金属胶泥，贴金属箔片，再测定、绝缘等密封成成品。

实施例3：碳纤维经红外化以后，总计290g(包括各种长度)、碳素粉10g、树脂700g、添加剂400g(发射剂200g、波段稳定剂150g、波段调整剂50g)，工艺过程同前例，将制成的发热元件夹在橡胶板中热压，进行绝缘密封。

本发明所使用的发射剂、波段调整剂、波段稳定剂成分及碳纤维红外化处理工艺与CN00123359.9“红外线发热纸及其生产方法”中公开的内容相同。

Claims

1、远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺，其特征是：它是一种含有短碳纤维6-30％(重量)树脂94-70％和占碳纤维和树脂总量20-50％的添加剂，经混炼、拉伸、压延而成的红外短碳纤维树脂膜片发热元件。

2、根据权利要求1所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺，其特征是：所含的短碳纤维包括石油基碳纤维、丙烯腈碳纤维、PAN类碳纤维和粘胶碳纤维，以抗张强度200-800kg/cm²的高弹性碳纤维为好。

3、根据权利要求1所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺，其特征是：所含的树脂包括聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PPE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈乙二烯(ABS)、聚氟乙烯(PVF)、聚四氟乙烯树脂(PTFE)、聚矾(PSU)、聚苯醚(PPO)树脂、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺树脂(尼龙66、尼龙610、尼龙1010)以及ABS/PVC、ABS/PC混合脂，聚苯乙烯树脂(PS)、高耐冲性聚苯乙烯树脂(PEE)、酚醛树脂(PF)、聚乙烯树脂(PE)，选其中一种或两种以上。

4、根据权利要求1所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺，其特征是：所含碳纤维的长度包括碳纤维粉320-400目，和3mm、4mm、5mm、以及6mm、8mm或10mm以下的短碳纤维丝，选用至少有一种或两种以上不同长度的短碳纤维。

5、根据权利要求1所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺，其特征是：所用添加剂包括远红外发射剂、波段调整剂、波段稳定剂，其中发射剂占添加剂总量的50％，其余两者之和为50％。

6、根据权利要求1所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺，其特征是：在发热元件上至少备有两个相对配置的糊状电极，该电极包括导电胶泥主电极和敷在主电极上的金属箔片辅助电极；所用的导电胶泥为含银粉或铜粉、铝粉的金属胶泥，所用的金属箔片辅助电极可以是铝箔、铜箔、银箔或En、Cu锡、银合金箔，锌、铜合金箔。

7、根据权利要求1所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺，其特征是：短碳纤维树脂膜片分为厚度在150μ以下的膜片和厚度在150μ以上的“无纺布”及厚度在50μ以上的“膜”。

8、远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺，其特征是：制造树脂发热元件的工艺方法是：将至少两种以上不同长度的碳纤维经碱法蒸煮、钝化处理成为远红外碳纤维，将远红外碳纤维按碳纤维6-30％、树脂94-70％(重量比)的比例加入到树脂中混合，在常规塑料加工条件下进行混炼、挤压成条、切割造粒，再压延、拉伸或吹塑成要求厚度的“膜”、“片”或“无纺布”，将布成的“膜”、“片”、“无纺布”裁成规定的尺寸，涂上主电极—含银胶泥，再贴上辅助电极—金属箔片，再将以上半成品附于两块绝缘树脂板中间进行热压，即成为成品。

9、根据权利要求2所述的远红外短碳纤维树脂发热元件及工艺，其特征是：也可将半成品夹在两块橡胶板之间进行热压成为柔性发热元件成品。