專利名稱：一種遠紅外輻射電熱片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電加熱裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的遠紅外發(fā)熱元件一般采用金屬電阻絲、合金絲、PTC電熱膜等加熱元件，金屬、合金或電熱膜的發(fā)熱元件都為金屬元素、氧化物等，其通電發(fā)熱時，通過對流或傳導(dǎo)方式進行熱傳遞，發(fā)熱效率較低，使用壽命短。
以碳為主體的發(fā)熱元件，如碳纖維發(fā)熱元件，其主要的電熱轉(zhuǎn)換為遠紅外輻射傳熱，熱效率很高，有效熱效率超過了95％，因此國內(nèi)外開發(fā)了以碳纖維為發(fā)熱元件的各種電加熱裝置。如中國專利00123999.6公開了一種碳纖維遠紅外電熱板，其發(fā)熱體采用導(dǎo)電碳纖維層；中國專利96122545.9公開了一種遠紅外輻射體，以及中國專利CN 1062408C，CN 1209719A，CN 2355648Y等其主體材料也是碳纖維。日本專利特公昭51-3098號，特開昭60-107288號，特開昭62-281293號，美國專利第5,459,327號等，利用碳纖維及有機化合物輻射遠紅外輻射線的加熱體，但一般以樹脂作為絕緣層，形成剛性或半剛性的發(fā)熱片或板，且使用的電壓為220V或110V。在作為柔性或軟體發(fā)熱元件使用，或使用安全電壓或充電電池使用時，則存在明顯的缺點。中國專利01270075.4公開了一種穿戴用品的發(fā)熱裝置，其發(fā)熱材料是采用耐熱絕緣層包覆的細密碳纖維，通過在片狀物上彎曲纏繞發(fā)熱線，實際中難以控制發(fā)熱裝置的電阻穩(wěn)定性，容易引起發(fā)熱元件的打火或者發(fā)熱部分過熱，且存在加工成本高等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電加熱裝置及其制備方法，具體地說，是一種安全健康的遠紅外輻射電熱片及其制備方法。本發(fā)明基于碳纖維的導(dǎo)電性和遠紅外輻射性能，克服現(xiàn)有加熱元件技術(shù)使用安全性的不足，提供一種具有柔性和軟體結(jié)構(gòu)、高熱效率、遠紅外輻射發(fā)熱、長使用壽命、低成本加工的新型電熱裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下方案本發(fā)明所述的遠紅外輻射電熱片包括遠紅外布層、上下基布層、碳纖維發(fā)熱層、加強紡粘布層、電極及電源；碳纖維發(fā)熱層為按設(shè)計的單元電阻的串并聯(lián)組合的面發(fā)熱體，其它為不發(fā)熱部分；各部分以縫制和/或壓合方式組合為一整體。
所述的碳纖維發(fā)熱層是以碳材料組成的碳纖維氈、碳纖維布、碳纖維絲、石墨纖維氈、石墨纖維布、碳纖維紙之一或其組合。
上下基布層的材料是天然或化學(xué)纖維布、氈、毯、無紡紙之一或其組合。上下基布層的材料還可以是塑料、纖維和/或橡膠的薄膜、布、片材之一或其組合。
所述的遠紅外布層的材料為含遠紅外陶瓷粉的纖維布、遠紅外陶瓷粉涂層布層之一或其組合。
所述的加強紡粘布層的材料為紡粘無紡布、無紡纖維網(wǎng)布之一種或其組合。
所述的電極由鍍錫或鍍銀的銅絲束、片之一或其組合。這些束和片編排成多股線束和/或網(wǎng)格。
所述的電源為充電和/或干電池、0-54V的安全電壓調(diào)壓器、0-54V的電瓶。
以上所述遠紅外輻射電熱片的制備方法，包括下列工藝步驟a.根據(jù)所設(shè)計電熱片的使用電壓和發(fā)熱功率，確定碳纖維發(fā)熱層單元電阻的幾何尺寸，裁剪、制備發(fā)熱元件，并設(shè)計串并聯(lián)的結(jié)構(gòu)和電路圖；b.將鍍錫或鍍銀的銅絲束和/或片編排成直形或S形的多股線束和/或網(wǎng)格，用縫制和/或壓合方法預(yù)成型在加強紡粘布層上，留出與電源連接的電極引線，再與電源的接線端子或插孔卡接為一體，且接頭放置在電熱片內(nèi)；c.按步驟a設(shè)計的線路，確定電極的串并聯(lián)方式，用步驟b制備的電極鋪設(shè)在碳纖維發(fā)熱層上，再將加強紡粘布層用縫制和/或壓合方法成型碳纖維發(fā)熱層和電極組合面層；d.從下至上依次鋪放上基布層、碳纖維發(fā)熱層和電極組合面層、遠紅外布層、下基布層，通過設(shè)計縫線的針距、縱橫縫線的間距來調(diào)整和保證電熱片的電阻，用縫制方法制備出碳材料作為加熱元件的遠紅外輻射電熱片。
本發(fā)明的優(yōu)點是1.柔軟；2.安全健康；3.采用碳纖維材料，遠紅外健康保?。?.加工簡單，質(zhì)量可靠等。


圖1為本發(fā)明的碳纖維加熱片采用鎳-鎘充電電池加熱的使用效果2為本發(fā)明的碳纖維加熱片用于汽車坐墊的使用效果3為本發(fā)明的碳纖維發(fā)熱片的遠紅外輻射對輻射能譜曲線圖
具體實施例方式
實施例1實驗選取的碳纖維導(dǎo)電紙為用長度為6mm的短切碳纖維制造的純碳紙，將20克/平方米的碳纖維導(dǎo)電紙裁取成尺寸為50mm×360mm的兩片，其電熱墊的串并聯(lián)設(shè)計采用兩片碳纖維紙串聯(lián)的方式。選用直徑為Φ0.05mm鍍錫銅線6根加捻為一股，按每股間隔1mm的間距將6股鍍錫銅線編排成S形的多股線束，用壓合方法預(yù)成型在加強紡粘布層上，留出與電源連接的電極引線，再與電源的插孔卡接為一體，且接頭放置在電熱片內(nèi)?；紝硬捎每酥貫?0克/平方米的化學(xué)纖維氈，遠紅外布采用含有遠紅外陶瓷粉涂層的布料，從下至上依次鋪放下基布層、碳纖維發(fā)熱層和電極組合面層、遠紅外布層、上基布層，通過設(shè)計縫線的針距(本實施例為0.3mm)、縱橫縫線的間距(本實施例為0.5mm)來調(diào)整和保證電熱片的電阻，在本實施例的設(shè)計尺寸下的發(fā)熱片的電阻為1.6Ω。在3.6V的安全電壓下測試，測溫時，電熱片上下各加兩片厚度為0.5mm的氈毯，其碳纖維發(fā)熱片的溫升結(jié)果如下表1示表1 實施例1制造的碳纖維電熱片的加熱實驗數(shù)據(jù)

實施例2將20克/平方米的碳纖維導(dǎo)電紙裁取成尺寸為50mm×260mm的兩片，其他同實施例1。
制造的碳纖維電熱片的電阻為2.2Ω，在3.6V直流電壓下通電，采用VC9805A型常規(guī)萬用電表的測溫?zé)犭娕紲y量發(fā)熱片處的溫度，其測量方法同實施例1，其結(jié)果如表2示
表2 實施例2的碳纖維電熱片的發(fā)熱溫度測量

實驗測試時，采用鎳-鎘充電電池，額定電壓為3.6V，其測試的狀態(tài)如圖1示。實驗結(jié)果表明該實施例2設(shè)計制造的碳纖維電熱片在3.6V可充電電池下，發(fā)熱部位的發(fā)熱溫度在通電10分鐘內(nèi)可達到50℃，且在兩節(jié)3.6V，1000mAh的充電電池下(如圖1示的電池)，其發(fā)熱溫度和連續(xù)使用時間的測試結(jié)果如表3示。
表3 實施例2的碳纖維電熱片的發(fā)熱溫度測量

實施例3碳纖維電熱片用于汽車坐墊采用實施例1相同規(guī)格的碳纖維紙，電極的設(shè)計制造方法實施例1。其設(shè)計縫線的針距(本實施例為0.3mm)、縱橫縫線的間距(本實施例為0.5mm)來調(diào)整和保證電熱片的電阻，制造的發(fā)熱片的電阻為3.6Ω，在12V汽車充電電池的加熱下，其測試結(jié)果如表4。
采用該實施例制造的碳纖維汽車坐墊的使用效果如圖2示，實驗結(jié)果表明采用該實施例制造的碳纖維電熱墊可應(yīng)用在汽車座椅的加熱上，具有廣闊的應(yīng)用前景。
表4 實施例3制造的碳纖維片用于汽車坐墊的使用溫度

實施例4實驗采用美國ZOLTEK公司生產(chǎn)的厚度為2mm的碳纖維氈。
采用該碳纖維氈設(shè)計的發(fā)熱片尺寸為600mm×150mm，采用實施例1的電極和縫制方法，得到的碳纖維氈發(fā)熱毯的電阻為6.5Ω，采用24V，4A的調(diào)壓器對該加熱毯加熱，其電熱毯的發(fā)熱功率為90W，具有碳纖維發(fā)熱材料具有的遠紅外特征，如圖3所示，具有健康保健的功能?？捎糜诎踩妷合碌奶祭w維加熱毯的制造，解決了電熱毯使用的安全性問題。
實施例5實施采用的上、下基布層是克重為70克/平方米的熱塑性尼龍纖維布，電極采用鍍銀的銅絲束編排成的網(wǎng)格，網(wǎng)格的寬度為5mm，發(fā)熱片材料采用石墨纖維布，克重為100克/平方米，其他同實施例1。采用熱壓合的方式制造碳纖維加熱片，壓合的溫度為尼龍熔點以上20-30℃，壓力為5MPa，壓制時間為5分鐘，隨后保壓下冷卻到40℃時開模，得到以尼龍布作為面基布層的碳纖維發(fā)熱片，可應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等需要防水或防潮的領(lǐng)域。
實施例6-18實施例6-18的制備方法與實施例1相同，實施例6-18的所述的遠紅外輻射電熱片的各層結(jié)構(gòu)見下頁的表5。
實施例6-18經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計和尺寸的安排，都可以達到實施例1-5所述的效果。
表5 實施例6-18的加熱片結(jié)構(gòu)

權(quán)利要求
1.一種遠紅外輻射電熱片，其特征在于包括遠紅外布層、上下基布層、碳纖維發(fā)熱層、加強紡粘布層、電極及電源；碳纖維發(fā)熱層為按設(shè)計的單元電阻的串并聯(lián)組合的面發(fā)熱體，其它為不發(fā)熱部分；各部分以縫制和/或壓合方式組合為一整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠紅外輻射電熱片，其特征在于所述的碳纖維發(fā)熱層是以碳材料組成的碳纖維氈、碳纖維布、碳纖維絲、石墨纖維氈、石墨纖維布、碳纖維紙之一或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠紅外輻射電熱片，其特征在于所述的上下基布層的材料是天然或化學(xué)纖維布、氈、毯、無紡紙之一或其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠紅外輻射電熱片，其特征在于所述的上下基布層的材料為塑料、纖維和/或橡膠的薄膜、布、片材之一或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠紅外輻射電熱片，其特征在于所述的遠紅外布層的材料為含遠紅外陶瓷粉的纖維布、遠紅外陶瓷粉涂層布層之一或其組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠紅外輻射電熱片，其特征在于所述的加強紡粘布層的材料為紡粘無紡布、無紡纖維網(wǎng)布之一種或其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠紅外輻射電熱片，其特征在于所述的電極由鍍錫或鍍銀的銅絲束、片之一或其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的遠紅外輻射電熱片，其特征在于所述的電極的鍍錫或鍍銀的銅絲束和/或片編排成多股線束和/或網(wǎng)格。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠紅外輻射電熱片，其特征在于所述的電源為充電和/或干電池、0-54V的安全電壓調(diào)壓器、0-54V的電瓶。
10.一種權(quán)利要求1～9之一所述的遠紅外輻射電熱片的制備方法，其特征在于，包括下列工藝步驟a.根據(jù)所設(shè)計電熱片的使用電壓和發(fā)熱功率，確定碳纖維發(fā)熱層單元電阻的幾何尺寸，裁剪、制備發(fā)熱元件，并設(shè)計串并聯(lián)的結(jié)構(gòu)和電路圖；b.將鍍錫或鍍銀的銅絲束和/或片編排成直形或S形的多股線束和/或網(wǎng)格，用縫制和/或壓合方法預(yù)成型在加強紡粘布層上，留出與電源連接的電極引線，再與電源的接線端子或插孔卡接為一體，且接頭放置在電熱片內(nèi)；c.按步驟a設(shè)計的線路，確定電極的串并聯(lián)方式，用步驟b制備的電極鋪設(shè)在碳纖維發(fā)熱層上，再將加強紡粘布層用縫制和/或壓合方法成型碳纖維發(fā)熱層和電極組合面層；d.從下至上依次鋪放上基布層、碳纖維發(fā)熱層和電極組合面層、遠紅外布層、下基布層，通過設(shè)計縫線的針距、縱橫縫線的間距來調(diào)整和保證電熱片的電阻，用縫制方法制備出碳材料作為加熱元件的遠紅外輻射電熱片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種遠紅外輻射電熱片。它包括遠紅外布層、上下基布層、碳纖維發(fā)熱層、加強紡粘布層、電極及電源；碳纖維發(fā)熱層為按設(shè)計的單元電阻的串并聯(lián)組合的面發(fā)熱體，其它為不發(fā)熱部分；各部分以縫制和/或壓合方式組合為一整體。本發(fā)明還公開了這種遠紅外輻射電熱片的制備方法。本發(fā)明所述的遠紅外輻射電熱片具有加工簡單、安全健康的優(yōu)點。
文檔編號H05B3/36GK1602119SQ0315752
公開日2005年3月30日 申請日期2003年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
發(fā)明者盧基貴, 楊曉 申請人:北京東方慧辰碳纖維科技有限公司