專利名稱：導電發(fā)熱無紡布及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明是關于導電發(fā)熱材料的制備技術，尤其是關于碳纖維導電發(fā)熱無紡布及其制造方法。
眾所周知，市場上的工業(yè)和民用的通電發(fā)熱電暖器、加熱器或保溫器，其所采用的導電發(fā)熱體，一般為紅外燈管、金屬電阻絲等導電發(fā)熱體。這些導電發(fā)熱體由于其電功率密度大、發(fā)熱集中，因此，安全性欠佳。為了使紅外燈管或金屬電阻絲的導電發(fā)熱遍及于所要求的面積范圍內，往往需要在取暖或加熱設施中多配置紅外燈管或呈蛇形狀的金屬電阻絲，這不僅加大了設施的重量，增加成本，而且在使用中存在不安全因素。因而紅外燈管和金屬電阻絲這類的導電發(fā)熱體在加熱均勻性、熱效率和安全性方面有明顯的不足之處。
近年來，隨著高功能碳纖維的不斷開發(fā)和應用，市場上出現了克服上述導電發(fā)熱體缺點的紙質碳纖維導電發(fā)熱材料。這種紙質碳纖維導電發(fā)熱材料的現有技術，1996年6月19日公開的中國專利CN 1124907 A披露。中國公開專利CN 1124907 A的導電發(fā)熱用的碳纖維復合紙是由碳纖維為導電相，以纖維素漿粕為基體，碳纖維用分散劑水相分散，再與分散均勻的纖維混合，按常規(guī)的造紙工藝制備而成。但是，這種紙質碳纖維導電發(fā)熱材料畢竟具有紙的一般屬性，即其機械強度較低，尤其是耐熱性較差，從而影響了其使用性能，特別是在使用期間電壓向上波動較大的時候，其使用安全性方面尤為不足。
針對上述紙質碳纖維導電發(fā)熱材料所存在的缺點，本發(fā)明提供一種電性能穩(wěn)定、耐溫等級較高、機械強度好的導電發(fā)熱碳纖維無紡布材料。本發(fā)明的導電發(fā)熱無紡布材料，是由合成纖維、導電相碳纖維和起粘合增強作用的纖維狀粘合劑，采用濕法無紡布成型工藝技術制造而成。
在本發(fā)明中，所選用的一種合成纖維，可從聚酯纖維、聚酰胺纖維、丙綸纖維和維綸纖維等合成纖維中任選一種，其切短長度，一般為2mm～25mm，最好為5mm～15mm。
在本發(fā)明中，所選用的導電相碳纖維，可從聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠絲基碳纖維中任選一種。其切短長度一般為1mm～25mm，最好為3mm～12mm，其電阻率一般為3×10-3Ω·cm～9×10-3Ω·cm。碳含量≥95％。
在本發(fā)明中，由于合成纖維和碳纖維不僅其切短纖維長度較長，而且均為疏水性纖維原料，具有高度化學穩(wěn)定性，因此這兩種纖維原料在水中不易分散。本發(fā)明選用了既能分散合成纖維又能分散碳纖維的一種高分子聚合物分散劑，使得上述纖維原料在本發(fā)明的高分子聚合物分散劑水相中均勻分散不絮聚，從而獲得利于成型的均勻分散的纖維混合物漿料。本發(fā)明所選用的高分子聚合物分散劑，是一種陰離子型聚丙烯酰胺分散劑，其加入量一般為2％～15％(重量計)，最好為5％～10％(重量計)。
在本發(fā)明中，采用濕法無紡布成型工藝技術，成型無紡布中的纖維間結合強度產生的原理與傳統的植物纖維造紙有所不同，其不同之處在于上述纖維間的結合強度不是通過打漿處理獲得，而是通過配加一種粘合劑以其粘結增強作用使纖維間具有良好的結合強度。本發(fā)明選用了纖維狀粘合劑，如聚乙烯醇纖維、乙綸-丙綸纖維和低融點聚酯纖維等。其切短長度為2mm～8mm，其加入量為8％～20％范圍(重量計)，最好在10％～15％范圍(重量計)。
本發(fā)明的導電發(fā)熱無紡布制造方法，包括選料、配料、混合、疏解分散、稀釋、成形、壓榨、干燥、卷取工序。本發(fā)明導電發(fā)熱無紡布的制造方法如工藝流程圖。
按照本發(fā)明的制造方法，先把選用的上述長度的一種合成纖維和纖維狀粘合劑送入疏解機中并放入分散劑于水相中進行疏解與分散處理，而后再放入上述長度的碳纖維進行分散處理，配制成均勻分散混合物漿料，然后在普通的圓網紙機或長網紙機成型器上濕法成型無紡布，經吸風-壓榨后，進入揚克式烘缸干燥、卷取，從而制得本發(fā)明導電發(fā)熱無紡布，其定量一般為20g/m2～150g/m2，最好為40g/m2～100g/m2。碳纖維含量占無紡布重量的2％～50％，最好為10％～30％。
按照本發(fā)明制造方法所制得的導電發(fā)熱無紡布，其表面平整，質地柔韌挺括，并具有良好機械強度性能和耐熱性，用它作為導電發(fā)熱體材料用時，由于材料整個面形成了導電通路，功率密度小，熱效率高，熱輻射好，不危害人體，安全可靠，因此用本發(fā)明碳纖維無紡布作導電發(fā)熱體材料具有高熱效率、發(fā)熱均勻和使用安全方便的優(yōu)點，特別是本發(fā)明的導電發(fā)熱無紡布具有較紙質導電發(fā)熱材料更高的耐熱性和機械強度性能，這就允許作為導電發(fā)熱體材料用的本發(fā)明碳纖維導電發(fā)熱無紡布在電壓超高波動條件下來使用，即該材料可耐受較大的功率密度。具體地說，紙質導電發(fā)熱材料的功率密度必須控制在0.139w/cm2以下，而本發(fā)明的無紡布導電發(fā)熱材料則可為0.16w/cm2～0.18w/cm2，甚至更高些，在這種功率密度下的本發(fā)明導電發(fā)熱無紡布仍保持良好的導電發(fā)熱性能，而且使用安全可靠。
將本發(fā)明的碳纖維導電發(fā)熱無紡布加工制成外形尺寸為1080mm×770mm的壁畫式電暖板，在電壓220V下，在室溫20℃條件下通電加熱，電暖板表面溫度升至80℃。
本發(fā)明的碳纖維導電發(fā)熱無紡布，其應用范圍廣泛，并不斷擴大。例如，作為導電發(fā)熱體材料，廣泛應用于工農業(yè)生產中的諸如電烤箱、電烘房的加熱保溫設備上，以及用于諸如廠房、劇場、居室、臨建等各種場合的取暖設施，還可應用于醫(yī)療保健制品中。此外，通過對碳纖維在無紡布中含量的調整，還可制成電磁波屏蔽材料和抗靜電材料。
實施例以下面實施例和對比例來說明本發(fā)明。
制備含量25％(重量計)瀝青基碳纖維導電發(fā)熱維綸纖維無紡布。
先將切短長度分別為6mm和4mm的維綸纖維和粘合劑型聚乙烯醇纖維一起投進含有占纖維重量的8％陰離子型聚丙烯酰胺分散劑的疏解機中，在水相中進行混合、疏解和分散處理，然后，再投入6mm長的瀝青基碳纖維并進行疏解與分散處理，與維綸纖維和聚乙烯醇纖維粘合劑均勻混合成穩(wěn)定的分散液，送進傳統的圓網紙機或長網紙機網部，濕法成型無紡布，經吸風壓榨后，進入揚克式烘缸進行干燥、卷取，從而制得定量為51g/m2，厚度為0.17mm的本發(fā)明導電發(fā)熱無紡布。
對比例除了由叩解度為30°SR木漿來代替實施例中的合成纖維以及不配加纖維狀粘合劑以外，其它的制備工序如同實施例，按照常規(guī)的抄紙方法來抄制出同實施例中的碳纖維含量的導電發(fā)熱紙。
對本發(fā)明實施例導電發(fā)熱無紡布和對比例導電發(fā)熱紙的性能分別進行測定，其測定結果對比列于表1。
表1
從表1中看出，本發(fā)明濕法成型的導電發(fā)熱無紡布比同碳纖維含量的導電發(fā)熱紙具有更高的機械強度和更好的耐熱性。獲得如此良好效果的原因在于本發(fā)明選用了化學穩(wěn)定性高、耐熱較好的合成纖維作主體纖維，導電相為碳纖維并配加纖維狀粘合劑，在烘缸干燥過程中，由于濕度與溫度的共同作用使聚乙烯醇纖維狀粘合劑融溶，致使無紡布中的組成纖維互相粘結，進而使纖維間產生了結合強度。
權利要求
1.作為導電發(fā)熱體材料用的碳纖維導電發(fā)熱材料，由作為導電相的碳纖維和纖維素紙漿為原料，碳纖維用分散劑在水相中分散，而后與纖維素紙漿混合，采用常規(guī)的抄紙技術而制成的一種碳纖維導電發(fā)熱紙材料，本發(fā)明的特征在于碳纖維導電發(fā)熱材料是由合成纖維、作為導電相的碳纖維和纖維狀粘合劑為原料，在含有高分子聚合物分散劑的水相中混合、分散，采用濕法無紡布成型方法制成的一種碳纖維導電發(fā)熱無紡布材料，導電相碳纖維占成型無紡布重量的百分比，一般為2％～50％，最好為10％～30％，成型的無紡布定量，一般為20g/m2～150g/m2，最好為40g/m2～100g/m2。
2.按照權利要求1所述的碳纖維導電發(fā)熱材料，其特征在于作為原料用的合成纖維，導電相碳纖維和纖維狀粘合劑，分別為，(1)合成纖維，這類合成纖維為聚酯纖維，聚酰胺纖維，丙綸纖維和維綸纖維等，可從中任選一種，其切短長度一般為2mm～25mm，最好為5mm～15mm，(2)作為導電相的碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維，瀝青基碳纖維和粘膠絲基碳纖維，可從中任選一種，其切短長度一般為1mm～25mm，最好為3mm～12mm，其電阻率為3×10-3Ω·cm～9×10-3Ω·cm，碳含量≥95％，(3)纖維狀粘合劑，這類粘合劑為聚乙烯醇纖維，乙綸-丙綸纖維和低融點聚酯纖維粘合劑，可從中任選一種，其切短纖維長度為2mm～8mm范圍內。其加入量為8％～20％范圍(重量計)，最好在10％～15％范圍(重量計)。
3.按照權利要求1和2所述的碳纖維導電發(fā)熱材料，其中合成纖維是一種維綸纖維，作為導電相碳纖維是一種瀝青基碳纖維，纖維狀粘合劑是一種聚乙烯醇纖維粘合劑。
4.按照權利要求1、2和3所述的碳纖維導電發(fā)熱材料，其特征在于所選用的高分子聚合物分散劑是一種陰離子型聚丙烯酰胺，其加入量一般為2％～15％(重量計)，最好為5％～10％(重量計)。
5.一種制造權利要求1所述碳纖維導電發(fā)熱材料的方法，包括選料，配料，混合，疏解分散，稀釋，成型等工序，其特征在于在選料中，選用一種合成纖維，導電相碳纖維并配加纖維狀粘合劑，在混合、疏解分散工序中，先將不經打漿處理的合成纖維和纖維狀粘合劑于含分散劑的水相中進行混合和疏解分散處理，而后加入碳纖維，經疏解，混合分散而調成均勻的漿料，在常規(guī)圓網紙機或長網紙機上成型，通過吸風壓榨、烘缸干燥工序而制成具有良好機械強度性能和耐熱性的無紡布。
6.按照權利要求1至5的碳纖維導電發(fā)熱無紡布材料，適于作為工業(yè)或民用的取暖，保溫和加熱設施上的面狀導電發(fā)熱體材料用，并可廣泛應用在醫(yī)療保健用品上，以及作抗靜電材料用。
全文摘要
本發(fā)明是關于碳纖維導電發(fā)熱無紡布材料及其制造方法。該無紡布是由合成纖維、作為導電相碳纖維和纖維狀粘合劑,經高分子聚合物分散劑水相分散、疏解和混合,采用濕法無紡布成型工藝制造而成。本發(fā)明的導電發(fā)熱無紡布具有輕質、發(fā)熱均勻、安全可靠和熱效率高的特點,尤其較紙質導電發(fā)熱材料強度高,且柔軟、透氣、耐溫性好?？捎糜诠I(yè)或家庭中的取暖、加熱保溫和保健的設施上。
文檔編號H05B3/14GK1201358SQ97104369
公開日1998年12月9日 申請日期1997年5月29日 優(yōu)先權日1997年5月29日
發(fā)明者張維茹, 韓明書, 丁文玉, 張暉 申請人:天津市輕工業(yè)造紙技術研究所