CN1889794A - 利用碳纤维制造面状发热体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用碳纤维制造面状发热体的方法，该方法的步骤包括：将长5~25mm、粗20μm－100μm的极细碳纤维、聚酯人造纤维、含有造纸用纸浆、水溶性粘合剂和水混合形成极细碳纤维混合液来制备初纸；将占初纸重量的3~50％的碳粉、占初纸重量的2~30％的导电聚合物、占初纸重量的1~10％的水溶性粘合剂与水混合制成碳粉混合液；在上述初纸上分别涂布导电聚合物、上述碳粉混合液后，制备银电极线和铜箔电极线，在上述设有银电极线和铜箔电极线的面状发热基体上熔融绝缘材料、烘干，形成绝缘层，从而完成发热体的制备。本发明利用复合结构碳纤维发热体显著改善温度限制幅度，可在高温中使用，适用于多种用途。

Description

利用碳纤维制造面状发热体的方法

技术领域

本发明涉及一种制造面状发热体的方法，具体是涉及一种利用极细碳纤维制造面状发热体的方法。

背景技术

以往制造面状发热体的方式为，将碳粉和粘合剂混合后按一定样式印刷在PET(聚酯)膜上，然后利用聚酯膜或EVA等热熔胶粘剂进行绝缘粘接来形成面状发热体。

但是，以往的面状发热体，发热温度很难达到83℃，用途有限，且可使用的绝缘膜材料也有限制，当温度高于65℃，绝缘膜鼓起，破坏面状发热体外观及性能。

此外，以往的面状发热体不抗皱，一旦绝缘膜起皱，就会在褶皱界面发生集电现象，容易诱发火化，存在火灾和断电隐患。

发明内容

本发明目的在于解决上述问题，利用复合结构碳纤维发热体显著提高其温度极限，可在高温中使用，适用于多种用途；

此外，本发明目的在于，可根据不同发热温度选择采用不同绝缘表面处理材料形成绝缘层，从而完成不同温度发热体；

此外，本发明目的在于，可自由选择具有抗皱性的PE、LDPE、LLDPE、PVC、防水油布(Tarpaulin)或TPU、PU(聚氨酯)等材料和采用提高机械强度的具有硬性的玻璃纤维-环氧预浸料坯(Prepreg)、玻璃纤维-酚醛预浸料坯等绝缘膜，使其用途和功能多样化。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的：

一种利用极细碳纤维制造面状发热体的方法，其步骤包括：

(1)将长5mm～25mm、直径20μm～100μm的极细碳纤维、造纸用纸浆、水溶性粘合剂及水混合形成极细碳纤维混合液，用该极细碳纤维混合液制备初纸；

(2)将占初纸重量的3％～50％的碳粉、占初纸重量的2％～30％的导电聚合物、占初纸重量的1％～5％的水溶性粘合剂与水混合制成碳粉混合液；

(3)在上述由极细碳纤维制成的初纸上涂布导电聚合物，形成导电聚合物层；

(4)在上述形成导电聚合物层的初纸的单面或双面上含浸或涂布上述碳粉混合液、烘干，形成碳粉混合层后，构成面状发热基体；

(5)将上述基体，按一定宽度进行切割；

(6)在切割后的基体一面的两侧，以宽10mm～25mm涂布银粉、水溶性粘合剂和稀释剂混合形成的银粉混合液、烘干，形成银电极线；

(7)通过涂布以导电聚合物为基本成分的导电胶粘剂或粘合剂，在基体的银电极线上叠压厚35μm～50μm、宽10mm～25mm的铜箔电极线，该铜箔电极线与上述银电极线具有相同长度；

(8)在上述设有银电极线和铜箔电极线的基体上涂布绝缘材料、烘干，形成绝缘层。

进一步，在步骤(1)中，可将极细碳纤维混合液保持在60℃～150℃，采用喷射方式形成初纸。

进一步，可在步骤(1)中的极细碳纤维混合液中添加聚酯人造纤维。

进一步，可在步骤(1)中的极细碳纤维混合液中可按占初纸重量的1～5％的比例，添加电气石、星光石之一或两者的混合物。

进一步，在步骤(2)中的碳粉混合液中可按占初纸重量的1～5％的比例，添加电气石、星光石之一或两者的混合物。

进一步，上述导电聚合物可采用聚合物聚苯胺(POLYANILINE POLYMER)、聚合物聚吡咯(POLYPYRROLE POLYMER)、聚合物聚噻吩(POLYTHIOPHENEPOLYMER)DIOPEN之一，或者上述材料两种或多种混合。

进一步，上述水溶性粘合剂采用环氧树脂(EPOXY RESIN)、丙稀酸树脂(ACRYLICRESIN)、聚氨酯树脂(URETHANE RESIN)之一，或者上述材料两种或多种混合。

进一步，极细碳纤维混合液包括：占初纸重量8～30％的极细碳纤维、占初纸重量的2～30％聚酯人造纤维和占初纸重量40～90％的纸浆。

进一步，步骤(8)中将绝缘材料高温熔融形成绝缘液，涂布在设有上述银电极线和铜箔电极线的面状发热基体上，在此之上再粘合一层绝缘膜以形成绝缘层，然后在此绝缘层上再次涂布上述绝缘液、再次粘合绝缘膜，形成至少2层以上的上述绝缘层。

进一步，上述绝缘材料可采用HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、PP、PEN、PET、阻燃PET、PVC、阻燃PVC、PU、TPU、PI、硅胶、耐热硅胶之一，或者上述材料两种或多种混合。

发明的技术效果

本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法，显著提高其温度极限，可在高温中使用，适用于多种用途，且可根据不同发热温度选择性采用不同绝缘表面处理材料来构成绝缘层，从而完成不同温度发热体。

此外，本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法，与以往的面状发热体相比，更有效节省能源，去除了面状发热体自身所不需要的能量，从而达到最高节省75％能源的效果；因采用可大量辐射碳的基本物性-远红外线的环保型材料，可有利于现代人的健康。

此外，按照本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法，形成绝缘层时，摆脱目前通过热体或热辊来进行层压的方式，以T-DIE挤压成型方式或热压机加压成型使极细碳纤维粒子混入有机粘合剂，从根本上杜绝极细碳纤维接触空气的可能性，从而相对改善发热体的使用寿命；

可自由选择具有抗皱性的PE、LDPE、LLDPE、PVC、防水油布或TPU、PU(聚氨酯)等和提高绝缘物机械强度的具有硬性的玻璃纤维-环氧预浸料坯、玻璃纤维-酚醛预浸料坯等树脂膜作为绝缘材料，使其具有多种用途和功能。

附图说明

图1是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法的工序示意图；

图2是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法中，利用极细碳纤维制备的初纸的平面图；

图3是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法中，初纸制造设备的侧面图；

图4是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法中，在初纸上涂布碳粉混合液后的剖面图；

图5是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法中，银粉涂布设备的侧面图；

图6是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法中，压延铜箔设置设备的侧面图；

图7是按照本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法，在形成碳粉混合层的面状发热基体上设置电极线的平面图；

图8是按照本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法制造的面状发热体的剖面图。

其中：

1-极细碳纤维；2-聚酯人造纤维；3-纸浆；4-面状发热体；5-碳粉混合层；6-导电聚合物层；7-银电极线；8-铜箔电极线

具体实施方式

本发明制造面状发热体的方法中包含下列工序：通过将长5～25mm、直径20μm～100μm的极细碳纤维、长5～25mm、0.05～10丹尼尔(deniel)的聚酯纤维、含有造纸用纸浆和水溶性粘合剂的制备纸浆用药剂与水混合形成的极细碳纤维混合液来形成初纸；将占初纸重量的3～50％的碳粉、占初纸重量的2～30％的导电聚合物、占初纸重量的1～5％的水溶性粘合剂与水混合制成碳粉混合液；在上述由极细碳纤维形成的初纸上涂布导电聚合物，从而形成导电聚合物层；在上述形成导电聚合物层的初纸单面或双面含浸或涂布上述碳粉混合液后烘干，从而形成碳粉混合层；将形成上述碳粉混合层的面状发热基体，按一定的宽度进行切割；在基体一面的两侧，以宽10～25mm涂布银粉、水溶性粘合剂和稀释剂混合形成的银粉混合液后烘干，从而形成银电极线；再在银电极线上涂布以上述导电聚合物为基本成分的导电胶粘剂或粘合剂，叠压与其长度相同，厚25～50μm、宽10～25mm的铜箔电极线；以及在上述设有银电极线和铜箔电极线的基体上熔融绝缘材料后涂布、烘干，从而形成绝缘层。

在此，上述初纸形成工序包括：将上述极细碳纤维混合液在培养罐中保持60～150℃的加热温度的情况下，通过顶箱(head box)向用来形成初纸的基布喷射上述极细碳纤维混合液；为防止因极细碳纤维较长，通过上述顶箱喷射时出现堵塞或缠结现象，以开放式顶箱进行二次喷涂。

在此，上述极细碳纤维混合液，是将上述极细碳纤维、纸浆、水溶性粘合剂及水混合而成，或者是将上述极细碳纤维、纸浆、聚酯人造纤维、水溶性粘合剂及水分别混合后的混合液混合而成。

在此，上述极细碳纤维混合液，还按一定比例添加电气石、星光石之一或混合两种以上的功能性无机物。

在此，上述碳粉混合液，还按占初纸重量的1～5％的比例，添加电气石、星光石之一或混合两种以上的功能性无机物。

在此，碳粉可以选择性使用乙炔基、沥青基、聚丙烯腈基(PAN)、椰壳之一，或者至少混合两种以上后使用。

在此，上述导电聚合物，选择性使用聚合物聚苯胺、聚合物聚吡咯、聚合物聚噻吩、DIOPEN之一，或者上述材料两种或多种混合。

在此，上述水溶性粘合剂，或者选择性使用环氧树脂、丙稀酸树脂、聚氨酯树脂之一，或者至少混合两种以上后使用。

在此，上述银电极线形成工序，在上述银粉混合液储罐内，安装具备旋转翼的抽吸辊(pumping roller)后，以使上述银粉混合液飞溅涂布，然后通过上述抽吸辊，在具有坑纹表面的不锈钢印刷辊上涂布上述银粉混合液，以使形成上述银电极线的部位和相应位置含有上述银粉混合液，然后将涂布上述碳粉混合液后烘干的面状发热体，通过上述电极印刷辊和压辊进行印刷后，烘干。

在此，上述铜箔电极线，在对齐上述银电极线后叠压，或者在银电极线内侧2～10mm处叠压。

在此，上述绝缘层形成工序，将高温熔融上述绝缘材料而成的绝缘液，涂布在设置上述银电极线和铜箔电极线的面状发热体的两面，在此之上熔融粘合绝缘膜，然后在上述绝缘膜上再次涂布上述绝缘液，在此至上再次形成上述绝缘膜，从而形成至少2层以上的绝缘层。

在此，上述绝缘材料及绝缘膜，或者选择性使用HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、PP、PEN、PET、阻燃PET、PVC、防水油布、阻燃PVC、PU、TPU、PI、玻璃纤维-环氧预浸料坯(Prepreg)、玻璃纤维-酚醛预浸料坯、硅胶、耐热硅胶之一，或者至少混合两种上述材料。其中，PE：POLYETHYLENE(聚乙烯)PP：POLYPROPYLENE(聚丙烯)PU：POLYURETHANE(聚亚安酯)PET：POLYETHYLENE TEREPHTHATATE(聚对苯二甲酸乙二醇酯)PI：POLYIMIDE(聚酰亚胺)硅树脂：SILICONE PVC：POLYVINYL CHLORIDE(聚氯乙烯)

下面，结合附图对本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法做进一步说明。

<初纸形成工序>

图1是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法的工序示意图；图2是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法中，利用极细碳纤维制备的初纸的平面图及剖面图；图3是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法中，初纸制造设备的侧面图。

首先，本发明中初纸形成工序是，将长5～25mm、直径20～100μm的极细碳纤维1和造纸用纸浆3、水溶性粘合剂及水混合，或者将极细碳纤维1和聚酯人造纤维2、造纸用纸浆3、水溶性粘合剂及水混合制成极细碳纤维混合液，具体为占初纸重量8～30％的极细碳纤维、占初纸重量的2～30％聚酯人造纤维和占初纸重量40～90％的纸浆、水溶性粘合剂及水(S1)。

在此，极细碳纤维混合液，还可按一定比例添加粉状电气石、星光石之一或混合两种以上的功能性无机物。

之后，将极细碳纤维混合液加热，温度保持在60～150℃的情况下，通过顶箱32向用来形成初纸的基布进行一次喷射后，为防止因极细碳纤维较长，避免顶箱喷射过程中出现堵塞或缠结现象，以开放式顶箱31进行二次喷涂，从而形成初纸。通过这些过程，解决了不能形成具有30～100cm以上宽度的发热体的缺点，可以使形成的极细碳纤维发热体达到30～240cm以上。

结合图2对这些工序做进一步说明如下：将极细碳纤维1、聚酯人造纤维2、造纸用纸浆3、水溶性粘合剂-聚丙稀腈树脂或环氧树脂或聚氨酯树脂与水混合而成的极细碳纤维混合液，投入加热的培养罐内，通过安装在培养罐内的可向顺时针、逆时针方向旋转的旋转翼，搅拌极细碳纤维混合液。

之后，通过喷射装置-顶箱32和开放式顶箱31，将极细碳纤维混合液按一定喷射率喷射在基布层上，为培养并赋予极细碳纤维方向性，采用联合(combi)、凹印、窄扁钢(strip bar)方式，使极细碳纤维的初纸成为面状发热体的具有基础电阻的通电物质。

之后，通过空气减压装置，以减压空气去除初纸水分，以热烘干机烘干初纸后，卷成一定长度，经过去初纸两面杂质的切割工序，即完成本发明的混入极细碳纤维的初纸。

<碳粉混合液制备工序>

本发明中碳粉混合液制备工序，选择性使用乙炔基、沥青基、聚丙烯腈基(PAN)、椰壳之一，或以适当比率混合上述两种或两种以材料上后，形成碳粉，将占初纸重量的0.1～50％的碳粉、占初纸重量的0.2～30％的导电聚合物、占初纸重量的0.1～40％的水溶性粘合剂与水混合制成碳粉混合液(S2)。

在此，极细碳纤维混合液，还可按占初纸重量的0.1～45％的比例，添加电气石、星光石之一或混合两种以上的功能性无机物。

此外，以往的面状发热体，在利用有机粘合剂固定粘合碳粉时，使用有毒挥发性物质(MEK等)，对空气污染及作业环境的影响很大，而且只有粘合剂和稀释剂的挥发残留量保持在5％以下，才不会因温度升高出现发热体鼓起或碳粉混合层6龟裂的现象，但是制造工序难以在短时间内完成烘干，导致难以保持挥发残留量。

为解决上述问题，本发明中可通过使用100％水溶性粘合剂和水，简化和计量化解决环境问题和保持挥发残留量的工序，以往所使用碳粉混合液的电阻范围为400～600Ω，而本发明可在30～5800Ω范围内任意实现，克服了发热体宽度和发热温度上的局限性，可制备多种发热体。

<导电聚合物层形成工序>

图4是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法中，在初纸上涂布碳粉混合液后的剖面图；本发明中导电聚合物层形成工序，将选择性使用聚合物聚苯胺、聚合物聚吡咯、DIOPEN之一或至少混合两种以上而成的导电聚合物，涂布在形成极细碳纤维的初纸上，从而形成导电聚合物层5(S3)。

<碳粉混合液涂布工序>

图4是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法中，在初纸上涂布碳粉混合液后的剖面图；在形成导电聚合物层的初纸单面或双面，含浸或涂布碳粉混合液后烘干，从而形成碳粉混合层6(S4)。

由极细碳纤维1、聚酯人造纤维2和纸浆3构成的初纸，经过单面或双面含浸或涂布一定量导电聚合物和碳粉混合液的工序后，可以缩小极细碳纤维1的不均匀分布或缠结导致的面状发热体的温度偏差，防止局部电阻减少导致局部急剧升温，以导电聚合物填充碳粉混合层6的细微空隙，提供均匀的温度，增加对外部集中负载的耐受力，最大限度提高单位面积的能源使用效率，从而组成耗电少的发热体。

以往的面状发热体采用在PET膜上丝印花纹的方式或将混有细碳纤维的初纸用作发热体，而在本发明中，如上所述，采用含浸或气动喷涂或凹印方式，将碳粉混合液涂布于混有极细碳纤维的初纸。

在此，含浸、涂布方式，可通过调整碳粉混合液的电阻及调整含浸工序中压辊的间隔来调整所涂碳粉混合液的厚度，从而可同时涂极细碳纤维初纸的两面，实现任意的面状发热体温度及宽度。

而气动喷涂方式，可实现通过调整碳粉混合液的组成及电阻值来减少两面发热温度差等，同时可通过调整喷射量，实现任意的面状发热体温度及宽度。

而凹印涂布方式，可通过调整碳粉混合液的粘度及电阻，依靠色差来呈现多种颜色和美丽的外观，实现任意的面状发热体发热温度及宽度。

由此，可通过初纸的极细碳纤维1含量和导电聚合物、碳粉混合液含量的不同组合来实现不同的电阻值，从而加大面状发热体的宽度，即使是相同宽度的面状发热体，也可分别实现不同的发热温度，通过形成可以通电的多层结构，完成在出褶或弯曲的情况下也不会出现短路问题的性能优异的多功能面状发热体。

以往将碳粉以一定厚度涂布于PET膜的方法为，将有机稀释剂(主要是MEK或丙酮)和粘合剂、碳粉混合涂布后快速烘干，因此烘干工序中会发生龟裂或稀释剂烘干不充分，这是导致绝缘膜从面状发热基体上脱落或鼓起，从而丧失功能的因素；而本发明中，以水为溶剂来稀释水溶性聚丙稀腈或水溶性环氧粘合剂和碳粉混合液，从而改善作业环境及引导烘干工序的充分烘干，即使有烘干不充分的部分，也可通过烘干工序之后的余热来持续烘干，因此可彻底解决烘干不充分导致的龟裂或脱落现象。

此外，可通过上述碳粉混合液，实现30～5800Ω的电阻变化幅度，因此可在一定宽度的面状发热体上实现多种发热温度，也可在不同宽度的面状发热体上实现一定的发热温度，组成多种直流或交流电发热体。

<电极线设置工序>

图5是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法中，银粉涂布设备的侧面图；图6是本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法中，压延铜箔设置设备的侧面图；图7是按照本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法，在形成碳粉混合层的面状发热基体上设置电极线的平面图。

结合图5至图7进一步说明如下：将由银(Silver)粉、硅胶或聚氨酯、聚氨酯环氧树脂共混物粘合剂和稀释剂混合而成的银粉混合液，转移到内装具备水平或垂直旋转翼的抽吸辊44和刮器(刮刀)41的银粉罐即混合罐43后，用以一定间隔、按电极宽度(1～25mm)刻有单个或多个电极形状(为形成一定的电极，凹雕出坑纹46)的橡胶或不锈钢印刷辊45沾银粉混合液与压辊42配合，在形成碳粉混合层6的面状发热基体上印刷银粉混合液、烘干，从而设置宽1～25mm的银电极线7。

之后，通过激光切割加工，将底面经过以导电聚合物(聚合物聚苯胺、聚合物聚吡咯、DIOPEN)为基本成分的导电粘合剂或胶粘剂处理的厚35～50μm压延铜箔，切割成10～25mm的宽度后，叠放于银电极线上或错开约2～10mm左右的一定间隔后层压设置，从而形成铜箔电极线。

如上设置铜箔电极线后，可防止以往的铜箔分离现象，从而应对出褶；防止放电引起火化；杜绝使用中因湿气所诱发的触电。

结合图5至图7做更具体的说明如下：在装有银粉混合液的混合罐内，持续搅拌涂布碳粉混合液后烘干的面状发热体，从而形成基础电极-银电极线7，是为了预防因电集中于电极局部而诱发的电弧现象。

持续搅拌银粉混合液，可补偿铜箔电极线的电损耗，补偿通电率，从而最大限度减少电极因自身电阻产生的热量，延长电极寿命，银电极线完全贴合于面状发热体形成电极，可预防电极线上的电弧现象。

为此，需要形成性能均匀的银电极线，因此如图5所示的特殊开发的抽吸辊44，在铝或不锈钢、特殊涂装橡胶卷为材料的管上安装橡胶或金属制旋转翼后，借此向具有坑纹的不锈钢印刷辊上飞溅涂布一定量银粉。

具坑纹的不锈钢印刷辊，在坑纹装有银粉混合液的状态下旋转，并通过刮刀刮去多余部分保留一定量后，将银粉混合液移植到面状发热基体上，在面状发热基体上印刷银电极线。

待银电极线彻底烘干后，将以导电聚合物(聚合物聚苯胺、聚合物聚吡咯、DIOPEN)为基本成分的导电粘合剂或胶粘剂，以4～30μm的厚度涂布于压延铜箔板底面(与银电极线相接的面)，为避免导电粘合剂或胶粘剂相互粘连，以离型膜(PE、LDPE)暂时粘住并卷成卷(Roll)后，将压延铜箔(厚25～50μm)激光切割成5～25mm宽。

将底面经过以导电聚合物(聚合物聚苯胺、聚合物聚吡咯、DIOPEN)为基本成分的导电粘合剂或胶粘剂处理的厚35～50μm压延铜箔，切割成10～25mm宽后，叠放于银电极线7上或错开约2～10mm左右的一定间隔后层压设置，从而形成铜箔电极线。

之后，安装在如图6所示的塑料或金属制电极辊51上，引导铜箔电极线8进入具0.2～3mm深槽的塑料或特富龙(Teflon)制电极导辊52的槽内后，导入将离型膜分离并气动吸入的离型膜吸入装置，并将经过导电粘合剂或胶粘剂处理的铜箔电极线，叠放于银电极线7上或错开2～10mm左右的一定间隔后，层压设置铜箔电极线。

如上在银电极线上层压设置铜箔电极线8，可防止界面电阻增加和电集中化现象引发的电弧放电方式的电极不良；在可通电面状发热体的单件长度在15～30m²内时，接电端和末端之间无温差；组成可防止过载引发的电极线发热现象的多重电极线方式，防止电极线的部分破损和与面状发热体的界面通电电阻增加引发的电弧现象、鼓起引发的电弧现象，提高面状发热体的稳定性、最大限度减小电极线上的电磁破共振现象、延长面状发热体的寿命。

<绝缘层形成工序>

图8是按照本发明利用极细碳纤维制造面状发热体的方法制造的面状发热体的剖面图。

在形成铜箔电极线的面状发热基体上涂布由绝缘材料熔融而成的绝缘液后，层压绝缘膜或喷涂绝缘液形成绝缘层，即成为如图8所示的最终完成的面状发热体。

但是，以往制造面状发热体的方式为，将碳粉和粘合剂混合后按一定样式印刷在聚酯(PET)膜上，然后利用聚酯膜或热熔胶粘剂(EVA)绝缘粘接到面状发热体，因此以往方式的面状发热体，不能摆脱实现发热温度上的局限性(理论值83℃)，用途有限，且可使用的绝缘膜材料也有限，当发热到一定温度(约65℃)以上时，层压在绝缘膜上的热熔胶粘剂(EVA)鼓起，引发面状发热体外观及性能上的致命缺陷，因此只能制造有局限性的发热体。

本发明中与以往面状发热体制造工艺相比，对比最大的工序为绝缘材料涂布工序，其中与面状发热体的胶粘方式及胶粘材料部分形成鲜明对比。

以往制造面状发热体时所使用的绝缘层和绝缘膜，并不是多层结构，而是用具备一定物性的膜(典型的是在PET膜上涂布热熔胶粘剂的热层压绝缘膜)来加强面状发热体结构的强度，且为保证防水性、耐久性，利用热辊式层压设备，以热熔胶粘剂的胶粘力升高热辊的温度后，压下压辊以一定温度和压力使绝缘材料贴紧。

这些以往的工艺，具有目前面状发热体产品的共同特征：简便、制造成本低廉，但是面状发热体在使用中达到一定温度如60～80℃以上时，用作膜胶粘剂的热熔胶粘剂(EVA)熔融，体积持续膨胀，导致面状发热体的绝缘膜鼓起，从而出现作为面状发热体的致命缺陷。

为预防上述致命缺陷、制造消费者能够放心使用的产品，本发明用绝缘材料61包括：HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、PP、PEN、PET、阻燃PET、PVC、防水油布、阻燃PVC、PU、TPU、PI、玻璃纤维-环氧预浸料坯(Prepreg)、玻璃纤维-酚醛预浸料坯、硅胶、耐热硅胶等原料(颗粒)代替目前的膜胶粘剂-热熔胶粘剂(EVA)，以T-DIE方式在挤出机上熔融后，以一定压力挤出涂布于面状发热体，之后通过螺旋桨使面状发热体经过桶和金属丝网后，在T-DIE上将绝缘膜62(HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、PP、PEN、PET、阻燃PET、PVC、阻燃PVC、PU、TPU、PI、硅胶、耐热硅胶)直接熔融粘结于面状发热体，从而摆脱目前胶粘剂的温度限制，形成任意温度的产品群，而且大大提高了耐用性和防水性。

由此，本发明利用复合结构碳纤维发热体显著改善温度限制幅度，使0.15～0.8mm厚的发热体可达到380℃，适用于多种用途，且可根据不同发热温度选择性采用不同绝缘材料及绝缘膜来构成绝缘层，从而完成不同温度发热体。

例如，100℃以下发热体，用PET复合多层膜、PVC复合多层膜和PEN复合多层膜61来形成绝缘膜，且完全不用热熔胶粘剂(EVA)，在T-DIE上熔融PVC、PET、PE、聚氨酯树脂后，将PVC、PET、PE、聚氨酯树脂62用作胶粘剂，从而最大限度控制耐热性及层压粘结热挤压膜时可能产生的空气量，保证完美的粘结力和密闭性，还从根本上消除温度升高引发的面状发热体的扭曲、皱缩、鼓起变形、功能丧失和电弧现象，实现用途多样化和保障产品寿命。

70～180℃发热体，用PEN复合多层膜或PREPREG(含浸酚醛树脂或环氧树脂的玻璃纤维材料)来形成绝缘膜，在T-DIE上熔融PVC树脂、PE树脂或聚氨酯环氧共混树脂或聚氨酯树脂后，将其用作胶粘剂；150～300℃发热体，用聚酰亚胺膜(PI)形成绝缘膜，将聚酰亚胺用作胶粘剂。

200～400℃发热体，用耐热性硅胶树脂来形成绝缘膜，根据不同温度选择性形成绝缘膜的方法，摆脱目前通过热体或热辊来进行层压的方式，以T-DIE挤压成型方式或热压机加压成型来形成碳纤维复合面状发热体，从而实现横向的比较均匀的绝缘涂布，加快膜的冷却速度，因此可在构建高速批量生产体制的同时，将产品质量保持在一定水平上；所使用绝缘膜由耐热或阻燃材料构成，因此发生电弧现象时会自动灭火，不会发展为火灾。

因此，本发明可通过有效涂布高电阻极细碳纤维和碳粉，100％取代利用镍铬耐热合金线电阻热的目前的发热体，而且可以形成面状发热体的初始模块-碳粉印刷式发热体未能实现的宽幅单件发热体和不受温度制约的超薄型发热体，一举解决了空间上的制约及安装、使用上的诸多问题，从而在使用直流及交流电形成发热体时可以不受限制地形成发热模块，实现多种便利的发热体。

此外，是一种根本不会发生以往的面状发热体所具有的电磁波危害的结构，有益健康；且与其它面状发热体相比，显著节省耗电量，因此将成为经济且最大限度减少环境污染的新一代发热模块。

此外，为防止因接地电压产生的带电现象，可以给绝缘膜或熔融粘结树脂添加或涂布防带电剂，从而进一步提高电气安全性。

此外，与在发达国家作为电取暖模块深受青睐的印刷式面状发热体相比，也具备优异的技术价值，因此不仅可替代进口，还能成为通过出口在发热部件材料领域创汇和进行技术出口的机会。

Claims (10)

1、一种利用碳纤维制造面状发热体的方法，其步骤包括：

(1)将长5mm-25mm、直径20μm-100μm的极细碳纤维、造纸用纸浆、水溶性粘合剂及水混合形成极细碳纤维混合液，用该极细碳纤维混合液制备初纸；

(2)将占初纸重量的3％-50％的碳粉、占初纸重量的2％-30％的导电聚合物、占初纸重量的1％-5％的水溶性粘合剂与水混合制成碳粉混合液；

(3)在上述由极细碳纤维制成的初纸上涂布导电聚合物，形成导电聚合物层；

(4)在上述形成导电聚合物层的初纸的单面或双面上含浸或涂布上述碳粉混合液、烘干，形成碳粉混合层后，构成面状发热基体；

(5)将上述基体按一定宽度进行切割；

(6)在切割后的基体一面的两侧，以宽10mm-25mm涂布银粉、水溶性粘合剂和稀释剂混合形成的银粉混合液、烘干，形成银电极线；

(7)通过以导电聚合物为基本成分的导电胶粘剂或粘合剂，在基体的银电极线上叠压厚35μm-50μm、宽10mm-25mm的铜箔电极线，该铜箔电极线与上述银电极线具有相同长度；

(8)在上述设有银电极线和铜箔电极线的基体上涂布绝缘材料、烘干，形成绝缘层。

2、如权利要求1所述的利用碳纤维制造面状发热体的方法，其特征在于：在步骤(1)中，将极细碳纤维混合液保持在60℃-150℃，采用喷射方式形成初纸。

3、如权利要求1或2所述的利用碳纤维制造面状发热体的方法，其特征在于：在步骤(1)中的极细碳纤维混合液中添加聚酯人造纤维。

4、如权利要求1或2所述的利用碳纤维制造面状发热体的方法，其特征在于：在步骤(1)中的极细碳纤维混合液中可按占初纸重量的1％-5％的比例，添加电气石、星光石之一或两者的混合物。

5、如权利要求1所述的利用碳纤维制造面状发热体的方法，其特征在于：在步骤(2)中的碳粉混合液中按占初纸重量的1％-5％的比例，添加电气石、星光石之一或两者的混合物。

6、如权利要求1所述的利用碳纤维制造面状发热体的方法，其特征在于：极细碳纤维混合液包括：占初纸重量8％-30％的极细碳纤维、占初纸重量的2％-30％聚酯人造纤维和占初纸重量40％-90％的纸浆。

7、如权利要求1或6所述的利用碳纤维制造面状发热体的方法，其特征在于：上述导电聚合物可采用聚合物聚苯胺、聚合物聚吡咯、聚合物聚噻吩、DIOPEN之一，或者上述材料两种或多种混合。

8、如权利要求1或6所述的利用碳纤维制造面状发热体的方法，其特征在于：上述水溶性粘合剂采用环氧树脂、丙稀酸树脂、聚氨酯树脂之一，或者上述材料两种或多种混合。

9、如权利要求1所述的利用碳纤维制造面状发热体的方法，其特征在于：步骤(8)中将绝缘材料高温熔融形成绝缘液，涂布在设有上述银电极线和铜箔电极线的面状发热体上，在此之上再粘合一层绝缘膜以形成绝缘层，然后在此绝缘层上再次涂布上述绝缘液、再次粘合绝缘膜，形成至少2层以上的上述绝缘层。

10、如权利要求1或9所述的利用碳纤维制造面状发热体的方法，其特征在于：上述绝缘材料采用HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、PP、PEN、PET、阻燃PET、PVC、阻燃PVC、PU、TPU、PI、硅胶、耐热硅胶之一，或者上述材料两种或多种混合。

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