CN210381336U - 一种石墨烯聚合纳米能量发热丝 - Google Patents

Abstract

一种石墨烯聚合纳米能量发热丝，包括发热芯体、保护层，所述发热芯体由若干根聚合纳米能量丝采用三维编织而成，所述保护层包括由内至外依次设置的绝缘层和防水层，并紧密包覆所述发热芯体。本实用新型所述的一种石墨烯聚合纳米能量发热丝，整体性好，克服了其他编织方法强度低、易分层、需要缝合和机械加工的缺陷。通过三维编织而成的发热丝，连续性强，具有优良的柔软性，抗弯折、不易折断，使用寿命长，保护层包括绝缘层和防水层，防水防触电防火。

Description

一种石墨烯聚合纳米能量发热丝

技术领域

本实用新型涉及加热元件领域，具体涉及一种石墨烯聚合纳米能量发热丝。

背景技术

随着人民生活水平的不断提高，城乡居民的居住环境有了极大的改善，越来越多的家庭采用使用感更舒适、环保节能的地暖取代常规的空调设备。地暖是地板辐射采暖的简称，是以整个地面为散热器，通过地板辐射层中的热媒，均匀加热整个地面，利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导，来达到取暖的目的。

现有的地暖包括传统水地暖、发热电缆、电热膜、碳晶发热板。其中，应用的比较多的是碳晶发热板(尤其是碳晶发热片)。碳晶发热板铺设后，使用寿命较短，发热片容易老化，有较强的电磁辐射，同时接头较多，容易存在散热不均，冷暖不匀的情况。此外，还有很多研究机构在进行发热电缆的研究，但一般的发热电缆都是将金属发热线或非金属发热线裁剪成一定的功率后再进行与电源导线的连接，这种发热电缆的金属发热线与电源导线的连接处的绝缘性无法保证，且通电后有电磁辐射产生。现有技术中也有利用碳纤维作为电热导线来制作地暖或电热毯的，但碳纤维的热量衰减严重，无法保证供暖温度，耗费能源。

中国专利申请号为CN201320046173.8公开了一种多层复合碳晶发热体，采用常规编织方法，受力后容易分层，导致损坏，寿命短，并且没有防水层，容易有安全隐患。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服以上不足，本实用新型的目的是提供一种石墨烯聚合纳米能量发热丝，整体性好，克服了其他编织方法强度低、易分层、需要缝合和机械加工的缺陷。通过三维编织而成的发热丝，连续性强，具有优良的柔软性，抗弯折、不易折断，使用寿命长，保护层包括绝缘层和防水层，防水防触电防火。

技术方案：一种石墨烯聚合纳米能量发热丝，包括发热芯体、保护层，所述发热芯体由若干根聚合纳米能量丝采用三维编织而成，所述保护层包括由内至外依次设置的绝缘层和防水层，并紧密包覆所述发热芯体。

传统的发热丝材料制件，为了达到厚度上的要求，绝大多数采用层合的形式，即用多层二维编制物来增强或用纤维缠绕来增强。这种二维分层结构复合材料制件层间存在着纯基体层，受力后容易分层，导致损坏，寿命短。所述发热芯体由若干根聚合纳米能量丝采用三维编织而成(三维编织这一现有技术的参考文献：李嘉禄.三维编织技术和三维编织复合材料[J].新材料产业,2010(1):46-49)，聚合纳米能量丝纤维沿空间多个方向延伸并相互交叉，整体性好，克服了其他编制方法强度低、易分层、需要缝合和机械加工的缺陷。通过三维编织而成的发热丝，整体性好，连续性强，具有优良的柔软性，抗弯折、不易折断。并且所述保护层包括绝缘层和防水层，使得所述石墨烯聚合纳米能量发热丝防水防触电防火。

进一步的，上述的一种石墨烯聚合纳米能量发热丝，所述发热芯体由若干根聚合纳米能量丝采用1×1四步法三维编织方法编织而成。

四步法就是将聚合纳米能量丝的一个运动循环分为四步，第一步，不同行的聚合纳米能量丝交替地以不同的方向向左或者向右运动一个聚合纳米能量丝的位置；在第二步中，不同列的聚合纳米能量丝交替地以不同的方向向上或者向下运动到一个聚合纳米能量丝位置；在第三步中，第三步的运动方向与第一步的相同；在第四步中，第四步的运动方向与第二步相反。聚合纳米能量丝不断重复上述四个步骤，再加上打紧运动和芯体输出运动就可完成编织过程。在以上运动过程中，聚合纳米能量丝横向运动时只移动一个聚合纳米能量丝的位置，聚合纳米能量丝纵向运动时也只移动一个聚合纳米能量丝的位置，即1×1四步法三维编织方法(参考文献：汪昭君.新型三维编织体结构的开发研究[D].江南大学,2010)。

进一步的，上述的一种石墨烯聚合纳米能量发热丝，所述发热芯体具有三维四向编织结构，所述发热芯体位于最外侧的直角柱段的编织角为20.7°，沿发热芯体横向且与发热芯体表面成方向上的角柱段曲轴线和内部柱段直轴线最大偏距为0.29。

所述发热芯体具有三维四向编织结构，并且位于最外侧的直角柱段的编织角为20.7°，沿发热芯体横向且与发热芯体表面成45°方向上的角柱段曲轴线和内部柱段直轴线最大偏距为0.29，这使得发热芯体具有更优良的柔软性，抗弯折、不易折断。

进一步的，上述的一种石墨烯聚合纳米能量发热丝，所述发热芯体是由20K根聚合纳米能量丝编织而成。

K是根超导丝根数的意思，20K就是20*1000＝20000根，即每一个发热芯体是由20000根聚合纳米能量丝集聚组成。发热丝的发热芯体由20000根聚合纳米能量丝聚集而成，不仅增强了发热丝的整体抗拉强度，且保证发热丝整体发热迅速、稳定。

进一步的，上述的一种石墨烯聚合纳米能量发热丝，所述绝缘层是由硅胶制成，所述绝缘层表面设有抗氧化层。

所述绝缘层由硅胶制成，硅胶具有耐酸耐碱、防水、耐高温、寿命长等特性，抗氧化层可以是常见的酚类抗氧化剂、胺类抗氧化剂、磷系抗氧化剂、硫系抗氧化剂的一种或几种的混合。将该绝缘层包覆在发热芯体上，使发热丝具有优良的柔软性，抗弯折、无热胀冷缩变形、不易折断，使得发热丝使用中的安全性得到充分保证。

进一步的，上述的一种石墨烯聚合纳米能量发热丝，所述绝缘层的外径为1mm。

所述绝缘层的外径为1mm，既保证了优良的绝缘性，还不妨碍热量的传递。

进一步的，上述的一种石墨烯聚合纳米能量发热丝，所述防水层为聚丙烯酸酯防水涂层，所述防水层的表面上设有若干个透散湿气的微孔。

所述防水层为聚丙烯酸酯防水涂层，进一步提升了防水性能，使得发热丝使用中的安全性得到更充分的保证。同时，聚丙烯酸酯防水涂层的表面上布满若干个透散湿气的微孔，不妨碍热量的传递，还增加了使用寿命。

本实用新型的有益效果为：

(1)发热芯体由若干根聚合纳米能量丝采用1×1四步法三维编织方法编织而成，具有三维四向编织结构，聚合纳米能量丝纤维沿空间多个方向延伸并相互交叉，整体性好，克服了其他编制方法强度低、易分层、需要缝合和机械加工的缺陷。通过三维编织而成的发热丝，整体性好，连续性强，具有优良的柔软性，抗弯折、不易折断；

(2)保护层包括由内至外依次设置的绝缘层和防水层，并紧密包覆所述发热芯体，所述绝缘层由硅胶制成，硅胶具有耐酸耐碱、防水、耐高温、寿命长等特性，在其表面涂抹一层抗氧化剂，进一步提升了性能。所述防水层为聚丙烯酸酯防水涂层，且表面上布满若干个透散湿气的微孔，不妨碍热量的传递，还增加了使用寿命，使得发热丝使用中的安全性得到更充分的保证，防水防触电防火。

附图说明

图1为本实用新型所述一种石墨烯聚合纳米能量发热丝的结构示意图；

图2为本实用新型所述一种石墨烯聚合纳米能量发热丝的由 1×1四步法三维编织工艺示意图

图3为本实用新型所述一种石墨烯聚合纳米能量发热丝的由 1×1四步法三维编织方法编织的发热芯体的表面结构示意图

图4为本实用新型所述一种石墨烯聚合纳米能量发热丝的由1×1四步法三维编织方法编织的发热芯体的立体结构示意图

图5为本实用新型所述一种石墨烯聚合纳米能量发热丝的发热芯体位于最外侧的直角柱段的编织角示意图

图6为本实用新型所述一种石墨烯聚合纳米能量发热丝的发热芯体直角柱段曲轴线和内部柱段直轴线的坐标系方位示意图

图中：1发热芯体、11聚合纳米能量丝、2保护层、21绝缘层、 211抗氧化层、22防水层、221微孔；a直角柱段、b内部柱段；c 编织角、d直角柱段曲轴线和内部柱段直轴线的最大偏距。

具体实施方式

实施例

下面结合附图1～6和实施例，进一步阐明本实用新型。

如图1所示的上述结构的一种石墨烯聚合纳米能量发热丝，包括发热芯体1、保护层2。

所述发热芯体1由若干根聚合纳米能量丝11采用1×1四步法三维编织方法编织而成。如图2所示，聚合纳米能量丝11的编织运动循环分为四步，第一步，不同行的聚合纳米能量丝11交替地以不同的方向向左或者向右运动一个聚合纳米能量丝的位置；在第二步中，不同列的聚合纳米能量丝11交替地以不同的方向向上或者向下运动到一个聚合纳米能量丝11位置；在第三步中，第三步的运动方向与第一步的相同；在第四步中，第四步的运动方向与第二步相反。聚合纳米能量丝11不断重复上述四个步骤，再加上打紧运动和芯体输出运动就可完成编织过程。在以上运动过程中，聚合纳米能量丝11横向运动时只移动一个聚合纳米能量丝11的位置，聚合纳米能量丝11 纵向运动时也只移动一个聚合纳米能量丝11的位置，即1×1四步法三维编织方法。

所述发热芯体1具有三维四向编织结构(如图3、4所示)，所述发热芯体1位于最外侧的直角柱段a的编织角为20.7°(如图5 所示)，沿发热芯体1横向且与发热芯体1表面成45°方向上的角柱段a曲轴线和内部柱段b直轴线最大偏距为0.29(如图6所示)。所述发热芯体1是由20K根聚合纳米能量丝11编织而成。

此外，所述保护层2包括由内至外依次设置的绝缘层21和防水层22，并紧密包覆所述发热芯体1。所述绝缘层21是由硅胶制成，该硅胶具有耐酸耐碱、防水、耐高温、寿命长等特性，所述绝缘层 21表面设有抗氧化层211(如图1所示)。并且，所述绝缘层21的外径为1mm。既保证了优良的绝缘性，还不妨碍热量的传递，使得发热丝使用中的安全性得到充分保证。

此外，所述防水层22为聚丙烯酸酯防水涂层，所述防水层22的表面上设有若干个透散湿气的微孔221(如图1所示)。

效果验证：

按照下述标准对由上述实施例得到的石墨烯聚合纳米能量发热丝进行性能检测，测试结果如表1所示。

参照GB/T 2951-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法-机械性能试验》；

参照GB/T 3048.5-2007《电线电缆电性能试验方法第5部分：绝缘电阻试验》；

参照《辐射供暖供冷技术规程JGJ142-2012》。

此外，由上述实施例得到的石墨烯聚合纳米能量发热丝发热性能、低温适应性、高温适应性等各方面均达到《辐射供暖供冷技术规程 JGJ142-2012》标准。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的实施方式之间可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (7)

1.一种石墨烯聚合纳米能量发热丝，其特征在于，包括发热芯体（1）、保护层（2），所述发热芯体（1）由若干根聚合纳米能量丝（11）采用三维编织而成，所述保护层（2）包括由内至外依次设置的绝缘层（21）和防水层（22），并紧密包覆所述发热芯体（1）。

2.根据权利要求1所述的石墨烯聚合纳米能量发热丝，其特征在于，所述发热芯体（1）由若干根聚合纳米能量丝（11）采用1×1四步法三维编织方法编织而成。

3.根据权利要求1所述的石墨烯聚合纳米能量发热丝，其特征在于，所述发热芯体（1）具有三维四向编织结构，所述发热芯体（1）位于最外侧的直角柱段的编织角为20.7°，沿发热芯体（1）横向且与发热芯体（1）表面成45°方向上的角柱段曲轴线和内部柱段直轴线最大偏距为0.29。

4.根据权利要求1所述的石墨烯聚合纳米能量发热丝，其特征在于，所述发热芯体（1）是由20K根聚合纳米能量丝（11）编织而成。

5.根据权利要求1所述的石墨烯聚合纳米能量发热丝，其特征在于，所述绝缘层（21）是由硅胶制成，所述绝缘层（21）表面设有抗氧化层（211）。

6.根据权利要求5所述的石墨烯聚合纳米能量发热丝，其特征在于，所述绝缘层（21）的外径为1mm。

7.根据权利要求1所述的石墨烯聚合纳米能量发热丝，其特征在于，所述防水层（22）为聚丙烯酸酯防水涂层，所述防水层（22）的表面上设有若干个透散湿气的微孔（221）。

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