本發(fā)明涉及一種碳纖維發(fā)熱體，特別涉及一種柔性片狀碳纖維發(fā)熱體，屬于加熱材料技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
碳纖維由于具有電磁輻射小，電熱轉(zhuǎn)化效率高，遠紅外的保健作用，加熱速度快等特點，已經(jīng)作為發(fā)熱材料廣泛地應(yīng)用于取暖和加熱設(shè)備中，其應(yīng)用最廣的是家庭地暖、取暖器和浴霸。
目前，主要采用束絲發(fā)熱或者碳纖維混抄紙的面狀發(fā)熱體。中國專利200610086660.1公開了一種利用碳纖維制造多功能發(fā)熱體的方法，將造紙用紙漿和人造纖維制備第一層初紙，用極細碳纖維、造紙用紙漿和人造纖維混合制備第二層初紙，將第一層初紙和第二層初紙疊加形成原紙，之后在第二層初紙的花紋上涂布碳粉混合物，形成發(fā)熱基體。中國專利201310284007.6公開了一種加熱服裝的碳纖維發(fā)熱件，包括碳纖維加熱條和布塊，布塊包括面布塊和底布塊，面布塊與底布塊縫合在一起，并形成有一容置空間，碳纖維加熱條放于容置空間內(nèi)。上述發(fā)熱結(jié)構(gòu)柔性不高，不易洗滌、發(fā)熱不均，不能應(yīng)用于對柔性要求較高、對洗滌有一定要求、對發(fā)熱均勻性要求較高、低電壓發(fā)熱等領(lǐng)域。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有的發(fā)熱體柔軟性不足，發(fā)熱體表面熱量積聚，發(fā)熱不均勻，可洗滌性差的問題，本發(fā)明提供了一種柔性片狀碳纖維發(fā)熱體，可作為內(nèi)嵌發(fā)熱體廣泛用于穿戴設(shè)備、服飾、鞋、家紡等領(lǐng)域中。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：
一種柔性片狀碳纖維發(fā)熱體，包括：
采用碳纖維制成的碳纖維氈，所述的碳纖維氈采用聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維或黏膠基碳纖維制成，纖維長度為5-200mm，面密度為10-1000g/m2，纖維直徑為3-15μm，碳纖維氈通過針刺而成，通過樹脂粘結(jié)劑乳液后壓制形成樹脂粘結(jié)劑的含量為0.5-5wt.％的柔性碳纖維氈；
固定連接在碳纖維氈兩端的金屬導(dǎo)體，所述的金屬導(dǎo)體是銅膜或鎳膜等金屬膜，所述的金屬膜采用針刺固定連接在碳纖維氈的兩端；
金屬導(dǎo)體連接導(dǎo)線；
控制溫度的熱感應(yīng)裝置，所述熱感應(yīng)裝置是一個感應(yīng)溫度的控制通斷裝置，固定于碳纖維氈表面，根據(jù)發(fā)熱體溫度需要，可以選擇不同溫度等級的熱感應(yīng)裝置；
固定用纖維布或氈，所述的固定用纖維布或氈固定在碳纖維氈的上下表面，所述固定用的纖維布或氈為有機纖維布或氈，采用縫制或熱熔焊接而固定內(nèi)部的發(fā)熱元器件。
優(yōu)選地，所述的碳纖維氈采用聚丙烯腈基碳纖維或黏膠基碳纖維制成。
優(yōu)選地，所述的碳纖維長度為10-100mm，面密度為50-500g/m2，纖維直徑為5-10μm，粘結(jié)劑含量為0.7-2wt.％。
優(yōu)選地，所述的固定用纖維布或氈采用有機纖維制成，更優(yōu)選采用聚酯纖維。
優(yōu)選地，所述的固定用纖維布或氈固定方式為超聲波焊接。
本發(fā)明還提供上述柔性片狀碳材料發(fā)熱體的制備方法，具體步驟如下：
將碳纖維短切后制成碳纖維氈，將碳纖維氈連續(xù)通過樹脂粘結(jié)劑乳液槽，壓制后干燥制得成品碳纖維氈，成品碳纖維氈分割成片狀，將金屬膜針刺固定在碳纖維氈的兩端，在電路中串聯(lián)熱感應(yīng)裝置，并將熱感應(yīng)裝置放置于碳纖維氈的表面組裝得到發(fā)熱元器件，在發(fā)熱元器件的上下表面放置纖維布或氈，采用縫制或熱熔焊接固定發(fā)熱元器件，制得柔性片狀碳材料發(fā)熱體。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
1、本發(fā)明的柔性片狀碳材料發(fā)熱體，具有良好的可折疊性，形狀與尺寸可設(shè)計性強；
2、本發(fā)明的柔性片狀碳材料發(fā)熱體，將發(fā)熱碳纖維氈作為夾層，采用纖維布或氈將發(fā)熱碳纖維氈固定，具有很好的尺寸穩(wěn)定性，能抵抗拉扯、洗滌和暴曬等，發(fā)熱碳纖維氈不易斷裂，抗拉強度可達到25kgf/m2，撕裂強度達到1200gf/m2，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率保持在原有設(shè)計功率的90％以上；
3、本發(fā)明的柔性片狀碳材料發(fā)熱體，發(fā)熱碳纖維氈電阻可以設(shè)計，發(fā)熱功率可控性強，適用于低電壓條件；
4、本發(fā)明的柔性片狀碳材料發(fā)熱體，片狀發(fā)熱體比表面積大，整個面可以向外輻射遠紅外線，熱量容易散發(fā)出去，不會導(dǎo)致熱量集中帶來安全隱患，而且熱輻射均勻性好；
5、本發(fā)明的柔性碳材料片狀發(fā)熱體，由于整個片材都是電子通道，電流密度及其低，加上碳纖維本身電磁輻射幾乎為零，所以對人體毫無傷害；
6、本發(fā)明的柔性碳材料片狀發(fā)熱體，由于內(nèi)置了熱感應(yīng)裝置，發(fā)熱體達到一定溫度，該裝置就會切斷電源，具有非常高的安全性。
附圖說明
圖1是本發(fā)明發(fā)熱體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了更清楚地說明本發(fā)明，以下結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
圖1是本發(fā)明發(fā)熱體的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的柔性片狀碳材料發(fā)熱體，包括碳纖維氈2，連接碳纖維氈的金屬導(dǎo)體3，控制溫度的熱感應(yīng)裝置4，放置在碳纖維氈上下表面的固定用纖維布或氈1，金屬導(dǎo)體連接導(dǎo)線5。
實施例1
將聚丙烯腈基碳纖維按5mm的長度短切，纖維直徑為7μm，通過制氈設(shè)備制備成10g/m2碳纖維氈，將碳纖維氈連續(xù)通過樹脂粘結(jié)劑乳液槽，控制樹脂粘接劑含量為0.5wt％，壓制后干燥制成成品碳纖維氈2。用銅膜3針刺固定在碳纖維氈的兩端，固定后采用銅線5引出。在電路中串聯(lián)熱感應(yīng)裝置4，熱感應(yīng)裝置放置于碳纖維氈的表面，制得發(fā)熱元器件。在發(fā)熱元器件的上下表面放置滌綸纖維氈1，采用熱熔焊接固定內(nèi)部的發(fā)熱元器件，發(fā)熱功率達到5000w/m2，抗拉強度達到25kgf/m2，撕裂強度達到1200gf/m2，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率保持在原有設(shè)計功率的90％以上。
實施例2
將實施例1中所述碳纖維按10mm之間的長度短切，通過制氈設(shè)備制備成50g/m2碳纖維氈，其他制作方法與實施例1相同，發(fā)熱功率達到1500w/m2，抗拉強度為15kgf/m2，撕裂強度達到900gf/m2，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率保持在原有設(shè)計功率的92％。
實施例3
將實施例1中所述碳纖維按100mm之間的長度短切，通過制氈設(shè)備制備成100g/m2碳纖維氈，其他制作方法與實施例1相同，發(fā)熱功率達到2000w/m2，抗拉強度為18kgf/m2，撕裂強度達到1000gf/m2，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率保持在原有設(shè)計功率的95％。
實施例4
將實施例1中所述碳纖維按100mm之間的長度短切，通過制氈設(shè)備制備成500g/m2碳纖維氈，其他制作方法與實施例1相同，發(fā)熱功率達到3500w/m2，抗拉強度為20kgf/m2，撕裂強度達到1100gf/m2，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率保持在原有設(shè)計功率的93％。
實施例5
將實施例1中所述碳纖維按200mm之間的長度短切，通過制氈設(shè)備制備成1000g/m2碳纖維氈，其他制作方法與實施例1相同，發(fā)熱功率達到5000w/m2，抗拉強度為25kgf/m2，撕裂強度達到1200gf/m2，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率保持在原有設(shè)計功率的94％。
實施例6
將實施例1中所述聚丙烯腈基碳纖維，采用直徑為5μm，通過制氈設(shè)備制備成50g/m2碳纖維氈，其他制作方法與實施例1相同，發(fā)熱功率達到1200w/m2，抗拉強度為16kgf/m2，撕裂強度達到950gf/m2，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率保持在原有設(shè)計功率的90％。
實施例7
將實施例1中所述聚丙烯腈基碳纖維改為瀝青基碳纖維，纖維直徑為13μm，通過制氈設(shè)備制備成50g/m2碳纖維氈，其他制作方法與實施例1相同，發(fā)熱功率達到800w/m2，抗拉強度為17kgf/m2，撕裂強度達到900gf/m2，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率保持在原有設(shè)計功率的92％。
實施例8
將實施例1中所述聚丙烯腈基碳纖維改為瀝青基碳纖維，纖維直徑特征值為10μm，通過制氈設(shè)備制備成50g/m2碳纖維氈，其他制作方法與實施例1相同，發(fā)熱功率達到1000w/m2，抗拉強度為18kgf/m2，撕裂強度達到960gf/m2，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率保持在原有設(shè)計功率的90％。
實施例9
將實施例1中所述控制樹脂粘接劑含量特征值改為0.7wt％，其他制作方法與實施例1相同，發(fā)熱功率達到1000w/m2，抗拉強度為22kgf/m2，撕裂強度達到1100gf/m2，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率保持在原有設(shè)計功率的94％。
實施例10
將實施例1中所述控制樹脂粘接劑含量特征值改為2wt％，其他制作方法與實施例1相同，發(fā)熱功率達到900w/m2，抗拉強度為14kgf/m2，撕裂強度達到850gf/m2，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率保持在原有設(shè)計功率的89％。
實施例11
將實施例1中所述控制樹脂粘接劑含量特征值改為5wt％，其他制作方法與實施例1相同，發(fā)熱功率達到700w/m2，抗拉強度為20kgf/m2，撕裂強度達到1000gf/m2，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率保持在原有設(shè)計功率的92％。
對比例
市場的碳纖維發(fā)熱件，模擬正常熱洗10000次后，發(fā)熱功率下降到初始功率的60％，并且部分發(fā)熱件由于纖維水洗過程中斷裂失去發(fā)熱功能。