CN1620199A - 复合型电热炭膜及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种复合型电热炭膜及制备方法。复合型电热炭膜构成包含耐热基板、电热炭膜、抗氧化防护涂层、导电电极。电热炭膜由鳞片石墨、炭纤维、钢纤维、酚醛树脂、煤沥青和丙硐组成；或电热炭膜由鳞片石墨、炭纤维、硬脂酸锌、酚醛树脂、聚乙烯醇缩醛和丙硐组成。抗氧化防护涂层由碳化硼、碳化硅、硅粉、微量磷酸铝和水组成。复合型电热炭膜制备方法是通过涂刷或热压、隔氧炭化、喷涂后固化等工艺制成复合型电热炭膜。本发明优点是制造工艺简单，该电热炭膜在低电压下发热升温迅速，在一定还原气氛等条件下表面发热温度突破了传统的电热材料加热产生的表面温度，其表面发热温度可以突破2000℃，热效率高，长时间耐高温性能优良，安全可靠；而且还可制成单一平面或曲面状可拆分电热炭膜元件，安全性高，成本低，适用范围广，使用和维护更便利。

Description

复合型电热炭膜及制备方法

技术领域：

本发明涉及一种复合型电热炭膜及制备方法，属于电加热技术领域。

背景技术：

传统的电热材料主要有电热丝、电热棒和普通电热膜，电阻丝加热时热效率低，导致了传统的电热材料在通电发热过程中耗电多，表面发热温度不高。而普通的电热膜通常分为半导体型电热膜和陶瓷型电热膜。半导体型电热膜的制备工艺复杂，需用真空涂镀等专用设备，制造成本偏高，限制了其广泛的应用；陶瓷型电热膜易脆，不能独立成型而制成可拆分的单一平面或曲面状电发热元件，而且柔韧性和附着性较差，使得其在实际应用方面受到严重制约，不能形成产业化生产。并且，普通的电热膜在空气中使用一段时间后易发生氧化，进而出现硬化、发脆，容易开裂折断等现象，使用寿命短。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术缺陷，提供一种表面发热温度更高，低电压下电热性能优异，长时间耐高温，与耐热基板附着力优良，长时间通电加热其电阻能保持稳定，且价廉物美的电热炭膜及制备方法。

本发明的技术解决方案是一种复合型电热炭膜，它是一种分层复合结构的电热炭膜，其构成包含电热炭膜和电极、抗氧化防护涂层、耐热基板，其特征是：

(1)电热炭膜的组成成分及其重量百分比为：(a)60-80％鳞片石墨、3-6％炭纤维、15-25％酚醛树脂、5-8％钢纤维、5-8％煤沥青，另加适量稀释剂丙酮或甲苯，电热炭膜的组成成分的最佳百分值重量为，鳞片石墨61.5％、炭纤维5.5％、钢纤维8％、酚醛树脂20％、煤沥青5％；(b)或为60-80％鳞片石墨、3-6％炭纤维、15-25％酚醛树脂、3-5％硬脂酸锌、2-5％聚乙烯醇缩醛，另加适量稀释剂丙酮或甲苯，电热炭膜的组成成分的最佳百分值重量为，鳞片石墨80％、炭纤维3％、酚醛树脂12％、聚乙烯醇缩醛2％、硬脂酸锌3％。

(2)抗氧化膜防涂层的组成成分及其重量百分比为：35-45％碳化硼、32-42％碳化硅、15-25％硅粉、2-4％磷酸铝，另加适量水，抗氧化防护涂层的组成成分的最佳百分值重量为，碳化硼40％、碳化硅37％、硅粉20％、磷酸铝3％。

其分层复合结构为：由电热炭膜两表面分别联接抗氧化防护涂层和耐热基板，电极置于电热炭膜内，耐热基板为耐火硅藻土；或由电热炭膜表面包覆抗氧化防护涂层，电极置于电热炭膜内。

一种复合型电热炭膜的制备方法，按照上述的复合型电热炭膜的(1)电热炭膜各组成成分的百分值重量a款备料，将炭纤维，钢纤维、鳞片石墨依次加入到改性酚醛树脂中，充分搅拌均匀，涂刷在耐火硅藻土基板表面，制得厚为0.1mm-0.15mm的膜，晾干后固化干燥，再隔氧炭化，最后在炭膜表面喷涂抗氧化防护涂层，固化干燥后，即为复合型电热炭膜；该方法备料的最佳百分值重量是将5.5％炭纤维、8％钢纤维、61.5％鳞片石墨依次加入到25％改性酚醛树脂中，充分搅拌均匀，涂刷在耐火硅藻土基板表面，制得厚为0.1mm-0.15mm的膜，晾干后固化干燥，再隔氧炭化，最后在炭膜表面喷涂抗氧化防护涂层，固化干燥后，即为复合型电热炭膜。

另一种复合型电热炭膜的制备方法按照上述的复合型电热炭膜的(1)电热炭膜各组成成分的重量百分比(b)款备料，将炭纤维、鳞片石墨、硬脂酸锌依次加入到改性酚醛树脂中，混合均匀，经轧片处理，磨粉后热压成型，成为厚1mm左右的膜，固化干燥后再隔氧炭化，最后在炭膜表面喷涂抗氧化防护涂层，即为复合型电热炭膜。该方法备料的最佳百分值重量是将3％的炭纤维、80％的鳞片石墨、3％的硬脂酸锌依次加入到14％改性酚醛树脂中，湿混均匀，经轧片处理，磨粉后热压成型，成为厚1mm左右的膜，固化干燥后再隔氧炭化，最后在炭膜表面喷涂抗氧化防护涂层，即为复合型电热炭膜。

上述复合型电热炭膜制备方法中，(1)制备电热炭膜的原材料处理：鳞片石墨采用平均粒度小于28μm的粉末；将炭纤维在溶剂中充分分散；将钢纤维作(1mm-3mm)短切处理；(2)改性酚醛树脂是将煤沥青或聚乙烯醇缩醛用稀释剂溶解后，取一定量的溶混物加入到酚醛树脂中，使其混合均匀得到。

附图说明：

图1是本发明实施例1复合型电热炭膜分层复合结构示意图

图2是本发明实施例2复合型电热炭膜分层复合结构示意图

图3是本发明实施例1的工艺流程图

图4是本发明实施例2的工艺流程图

具体实施方式：

本发明结合具体实施例参见附图进一步说明如下：

实施例1

一种复合型电热炭膜，是一种分层复合结构的电热炭膜，其分层复合结构参见附图1，由电热炭膜1两表面分别联接抗氧化防护涂层2和耐热基板3，电极4置于电热炭膜1内。

电热炭膜1组成成分的百分值重量为：

鳞片石墨                      61.5％

炭纤维                        5.5％

钢纤维                        8％

酚醛树脂                      20％

煤沥青                        5％

丙酮                          适量

抗氧化防护涂层2组成成分百分值重量为：

碳化硼                        40％

碳化硅                        37％

硅粉                          20％

磷酸铝                        3％

水                            适量

耐热基板3成分是耐火硅藻土。

制备方法是：将鳞片石墨过500目筛；将炭纤维在溶剂中充分分散；将钢纤维作(1mm-3mm)短切处理；将煤沥青用稀释剂溶解后加入到酚醛树脂中，充分混合制到改性酚醛树脂。将炭纤维、钢纤维、鳞片石墨依次加入到改性酚醛树脂中，变速搅拌料浆，加分散剂、固化剂，充分分散调粘度后涂刷在耐火硅藻土表面，膜厚为0.1mm-0.15mm为最佳，晾干后固化干燥，再隔氧炭化，最后在炭膜表面喷涂抗氧化防护涂层，将其固化干燥后，即制得复合型电热炭膜。制备方法的工艺流程参见附图3。

实施例2

一种复合型电热炭膜，是一种分层复合结构的电热炭膜，其分层复合结构参见附图2，由电热炭膜1表面包覆抗氧化防护涂层2，电极4置于电热炭膜1内。

电热炭膜1组成成分的百分值重量为：

鳞片石墨                       80％

炭纤维                         3％

酚醛树脂                       12％

聚乙烯醇缩醛                   2％

硬脂酸锌                       3％

丙酮                           适量

抗氧化防护涂层组成成分的百分值重量同实施例1

制备方法是：将鳞片石墨过500目筛；将炭纤维在溶剂中充分分散；将聚乙烯醇缩醛用稀释剂溶解后，加入到酚醛树脂中，搅拌分散，得到改性酚醛树脂。将炭纤维、鳞片石墨、硬脂酸锌依次加入到改性酚醛树脂中，经湿混分散，轧片处理，磨粉后热压成型，固化干燥后再隔氧炭化，最后在炭膜表面喷涂抗氧化防护涂层，即制得复合型电热炭膜。

在实例1和2中制备的复合型电热炭膜有下列特性：

电热炭膜的室温体积电阻率：97-1160μΩ·m

电热炭膜厚度：0.10mm-0.15mm(实施例1)或1.0mm-1.2mm(实施例2)

电热炭膜表面发热温度：常温至357.4℃(实施例1)

实验条件：在20V电压下，持续通电3min，电热炭膜涂层表面积为100mm×25mm，

          室温19±2℃

电热炭膜表面发热温度：常温至660℃(实施例2)

实验条件：在12V电压下，持续通电3min，电热炭膜为600mm×300mm×1mm，室

          温19±2℃

电热炭膜抗氧化性：在860℃热空气条件下，恒温2400h，膜层无氧化，ΔR≤0.23％

本发明的优点是制造工艺简单，该电热炭膜在低电压下发热升温迅速，在一定还原气氛等条件下表面发热温度突破了传统的电热材料加热产生的表面温度，其表面发热温度可以突破2000℃，热效率高，长时间耐高温性能优良，安全可靠；而且还可制成单一平面或曲面状可拆分电热炭膜元件，安全性高，成本低，适用范围广，使用和维护更便利。

Claims (11)

1、一种复合型电热炭膜，是一种分层复合结构的电热炭膜，其构成包含电热炭膜和电极、抗氧化防护涂层、耐热基板，其特征是：

(1)电热炭膜的组成成分及其百分值重量比为：

(a)60-80％鳞片石黑、3-6％炭纤维、15-25％酚醛树脂、5-8％钢纤维、5-8％煤沥青，另加适量稀释剂丙酮或甲苯，

(b)或为60-80％鳞片石墨、3-6％炭纤维、15-25％酚醛树脂、3-5％硬脂酸锌、2-5％聚乙烯醇缩醛，另加适量稀释剂丙酮或甲苯，

(2)抗氧化防护涂层的组成成分及其百分值重量为：35-45％碳化硼、32-42％碳化硅、15-25％硅粉、2-4％磷酸铝，另加适量水。

2、根据权利要求1所述的复合型电热炭膜，其特征在于其分层复合结构为：由电热炭膜两表面分别联接抗氧化防护涂层和耐热基板，电极置于电热炭膜内；或由电热炭膜表面包覆抗氧化防护涂层，电极置于电热炭膜内。

3、按照权利要求1所述的复合型电热炭膜，其特征是抗氧化防护涂层的组成成分的最佳百分值重量为：碳化硼40％、碳化硅37％、硅粉20％、磷酸铝3％，另加适量水。

4、按照权利要求1所述复合型电热炭膜，其特征是耐热基板为耐火硅藻土。

5、按照权利要求1、2所述的复合型电热炭膜，其特征是电热炭膜的组成成分的最佳百分值重量为：鳞片石墨61.5％、炭纤维5.5％、钢纤维8％、酚醛树脂20％、煤沥青5％。

6、按照权利要求1、2所述的复合型电热炭膜，其特征是电热炭膜的组成成分的最佳百分值重量为：鳞片石墨80％、炭纤维3％、酚醛树脂12％、聚乙烯醇缩醛2％、硬脂酸锌3％。

7、一种复合型电热炭膜的制备方法，按照权利要求1所述的复合型电热炭膜的(1)电热炭膜各组成成分的百分值重量(a)款备料，将炭纤维、钢纤维、鳞片石墨依次加入到改性酚醛树脂中，充分搅拌均匀，涂刷在耐火硅藻土基板表面，制得厚为0.1mm-0.15mm的膜，晾干后固化干燥，再隔氧炭化，最后在炭膜表面喷涂抗氧化防护涂层，固化干燥后，即为复合型电热炭膜。

8、根据权利要求7所述的复合型电热炭膜的制备方法，其特征是将5.5％的炭纤维、8％的钢纤维、61.5％的鳞片石墨依次加入到25％改性酚醛树脂中，充分搅拌均匀，涂刷在耐火硅藻土基板表面，制得厚为0.1mm-0.15mm的膜，晾干后固化干燥，再隔氧炭化，最后在炭膜表面喷涂抗氧化防护涂层，固化干燥后，即为复合型电热炭膜。

9、一种复合型电热炭膜的制备方法，按照权利要求1所述的复合型电热炭膜的(1)电热炭膜各组成成分的百分值重量比(b)款备料，将炭纤维、鳞片石墨、硬脂酸锌依次加入到改性酚醛树脂中，混合均匀，经轧片处理，磨粉后热压成型，成为厚1mm左右的膜，固化干燥后再隔氧炭化，最后在炭膜表面喷涂抗氧化防护涂层，即为复合型电热炭膜。

10、根据权利要求9所述的复合型电热炭膜的制备方法，其特征是将3％的炭纤维、80％的鳞片石墨、3％的硬脂酸锌依次加入到14％改性酚醛树脂中，湿混均匀，经轧片处理，磨粉后热压成型，成为厚1mm左右的膜，固化干燥后再隔氧炭化，最后在炭膜表面喷涂抗氧化防护涂层，即为复合型电热炭膜。

11、按照权利要求7、9所述的复合型电热炭膜制备方法，其特征是(1)电热炭膜用原材料处理：鳞片石墨采用平均粒度小于28μm的粉末；将炭纤维在溶剂中充分分散；将钢纤维作(1mm-3mm)短切处理；(2)改性酚醛树脂是将煤沥青或聚乙烯醇缩醛用稀释剂溶解后，取一定量的溶混物加入到酚醛树脂中，使其混合均匀得到。

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