一体烧结成型棉纤维基碳丝电热陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种一体烧结成型棉纤维基碳丝电热陶瓷的制备方法，包括如下步骤：步骤一、在胚体模具底层铺设一层微孔隔热基底层陶泥/粉，形成微孔隔热基底层；步骤二、将经过表面涂层处理后的棉纤维基碳丝直接铺设在微孔隔热基底层陶泥/粉上，并用胚体粉料均匀覆盖，胚体粉料的施料厚度为胚体模具总厚度的0.2～0.3，平整后压胚，形成棉纤维基碳丝电热层；步骤三、将上述胚体在胚体模具中进行压胚或定型，压胚或定型完成后出模得半成品；干燥后放入窑炉烧结得到成品；步骤四、把陶瓷釉料的釉浆施加在成品上，经干燥后烧结获得电热陶瓷板。本发明专利技术的棉纤维基碳丝作为电热材料制备的电热陶瓷使用方便，棉纤维基碳丝电热转换效率高。

【技术实现步骤摘要】
一体烧结成型棉纤维基碳丝电热陶瓷的制备方法
本专利技术涉及一种电热陶瓷的制备方法，具体涉及一种一体烧结成型棉纤维基碳丝电热陶瓷的制备方法。
技术介绍
目前在传统的个体家庭采暖系统主要有三种：暖气片式水暖，空调或外置电热丝(片)，地暖。然而缺点也非常明显：水暖终端散热方式以外置散热片为主，不仅影响房屋装修结构而且预埋墙体的热水循环管存在老化腐蚀、渗漏等风险，具有安全隐患；空调预热时间长，且能耗较高，其出热点位于1.5米以上，舒适度差，头热脚冷，导致空调病；电热丝式(俗称小太阳)取暖为点式电阻丝制热，其明火式的发热管不能覆盖，容易造成烫伤及火灾，安全隐患极为突出；另外还有一种就是目前市场上使用比较广泛的地暖式采暖。传统的地暖式采暖中，发热线基本都是有金属电阻丝或碳纤维组成，且通常是在地板下面埋设发热线，发热线通电发热并将热量通过地表散发到室内中对室内进行供暖保温，其存在的问题是：(1)电热利用率不高，金属电热丝电热转化效率一般只有60～80％；(2)金属电热丝导电也产生大量对人体有害的电磁辐射，不利于健康保健；(3)施工复杂，由于发热线预埋深度达20～60mm，发热线周边的热量高但传递到地面出来的热量低；(4)室内供暖的热量散发不均匀且效率低下，经常出现“自家不热乎，楼下热出汗”式的尴尬情况。鉴于现有的供暖设备的局限性，一些新型的供暖设备诞生了，其中，电热陶瓷板是一种先进的供暖设备。电热陶瓷板的发展比较迅速，但是，其也有很多不完善的地方，大多数电热陶瓷板的加热元件安装在瓷砖底部的安装槽内，加热元件与瓷砖之间存有空气，两者之间没有无缝对接，空气的导热系数非常小，从而，传热效率低，热损失大。中国专利申请号201611002581.8公布了碳素纤维发热片瓷砖及其生产方法，该瓷砖由墙砖本体、碳纤维发热片和发热管、聚氨酯泡沫层组成，碳纤维发热片安装在发热管中，发热管中存有空气，导致传热效率低下；中国专利申请号201720123171.X公布了一种碳纤维发热瓷砖，其是将碳纤维发热丝置于发热层的凹槽内。这种将发热体置于发热管或置于发热层凹槽内的方式对于热的传递是不利的，因为这种排布方式导致在发热体的周围存有大量的空气，空气的传热效率非常差，从而，严重影响了传热的速率和质量。在电热陶瓷板的制备中，发热材料(元件)的选择是关键，发热材料的优劣决定着电热陶瓷板的好坏。棉纤维是一种广泛分布的天然纤维，主要成份是纤维素，纤维素是天然高分子化合物，纤维素的化学结构式由α葡萄糖为基本结构单元重复构成，其元素组成为碳44.44％、氢6.17％、氧49.39％。棉纤维的聚合度在6000～11000间，是一种资源丰富的可再生型生物质资源。生物质资源制备为碳纤维的研究有较多报道，如：木质素等，而棉纤维制备碳丝纤维应用于电热材料的研究鲜有报道，其开发和利用具有广阔的前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，即传统电热采暖系统供暖效率低下，安全隐患突出等缺陷，从而提供了一体烧结成型棉纤维基碳丝电热陶瓷的制备方法。本专利技术是这样实现的：一体烧结成型棉纤维基碳丝电热陶瓷的制备方法，包括如下步骤：步骤一、在胚体模具底层铺设一层微孔隔热基底层陶泥/粉，其厚度为胚体模具总厚度的0.4～0.6，形成微孔隔热基底层；步骤二、将经过表面涂层处理后的棉纤维基碳丝直接铺设在微孔隔热基底层陶泥/粉上，并用胚体粉料均匀覆盖，胚体粉料的施料厚度为胚体模具总厚度的0.2～0.3，平整后压胚，形成棉纤维基碳丝电热层；步骤三、将上述胚体在胚体模具中进行压胚或定型，压胚或定型完成后出模得半成品；干燥后放入窑炉烧结得到成品；步骤四、把陶瓷釉料的釉浆施加在成品上，经干燥后烧结获得电热陶瓷板。更进一步的方案是：所述的微孔隔热基底层陶泥/粉包括重量百分比如下的组分：主料成分为50～70％的SiO2，15～20％的Al2O3，2～10％的TiO2，配料成分为0.1～2％的三聚磷酸钠，5～15％的碳酸钙，4～6％的十二烷基磺酸钠；所述棉纤维基碳丝电热层的胚体粉料主要成分及含量为：40～50％的SiO2，25～35％的Al2O3，15～25％的炭黑，1～2％的Fe2O3，2～5％的TiO2，1～2％的CaO及2～3％的MgO更进一步的方案是：所述棉纤维基碳丝的制备方法为：步骤201：常压下，将棉纤维加入含1～6g/L硅酸钠、2～10g/L亚硫酸钠和10～25g/L氢氧化钠的混合溶液，浴比为1︰30～60，煮练温度为60℃～90℃，煮练时间为90～120min；煮练结束后，用30℃～50℃的温水反复冲洗至中性；步骤202：常温下，将步骤201处理的棉纤维浸泡在质量浓度为1～3g/L硫酸和1～3g/L盐酸的混合溶液中，浴比为1︰30～50，浸泡时间为20～40min；浸泡结束后，用30℃～50℃的温水反复冲洗至中性；步骤203：将步骤202处理的棉纤维进行纺纱，制备规格为20～80特克斯的纱线。步骤204：将步骤203制备的棉纤维纱线原丝在有氧气氛中进行预氧化，得到预氧化丝；优选地，所述原丝预氧化一般可分两阶段完成，第一氧化温度为200～250℃，氧化时间为10～50min；第二氧化温度为250～300℃，氧化时间为30～40min；步骤205：预氧化丝在无氧气氛中进行碳化，得到棉纤维基碳丝成品；优选地，所述预氧化丝的碳化一般可分为两个阶段完成，第一碳化温度为300～600℃，碳化时间为1～5min；第二碳化温度为800～1400℃，碳化时间为2～4min；步骤206：步骤205处理的纤维经过表面处理、上浆、干燥和卷绕制得棉纤维基碳丝成品。更进一步的方案是：所述棉纤维基碳丝要根据模具需要以M或S形绕线方式或多条碳丝线编织，并以环形绕线方式进行固化、定型。更进一步的方案是：在棉纤维基碳丝电热层中预留可安装独立温度传感器的孔腔，所述孔腔为细长圆柱形，内径尺寸2～3mm，长度10～200mm；所述预留孔腔距离表面绝缘层2～4mm；并在碳丝电热层两侧侧面设计导线槽及碳丝电极端子孔，导线槽深3～5mm，电极端子孔径1～2mm。更进一步的方案是：粉料胚体压胚条件为压强不低于30MPa。陶瓷釉料的原料，其组成为：18～20％的钾长石，3～5％的烧滑石，7～9％的方解石，10～15％的氮化铝，3～5％的球土，24～26％的烧高岭土，24～26％的熔块，0.8～1.2％的烧氧化锌，0.8～1.2％的烧氧化铝，将称量好的陶瓷釉料原料放入到球磨机中进行球磨，球磨时间1～3h，然后加入占釉料质量2～4％的葡萄糖，再次球磨1～3h，得到釉浆。更进一步的方案是：步骤四中，施加了釉浆的成品经干燥后在800～1200℃下烧结获得陶瓷板，优选地，烧成制度为常温～800℃，升温时长为15min，800℃～1200℃，升温时长为5min，1200℃保温15min，最后冷却20min，制备得到电热陶瓷板。本专利技术制备的棉纤维基碳丝电热陶瓷采用一体压胚和烧结成型技术，将棉纤维纱线嵌入在陶瓷里面，通过隔绝氧气条件下经高温烧结碳化形成碳丝纤维，实现棉纤维基碳丝与陶瓷无缝接触，棉纤维基碳丝作为电热材料制备的电热陶瓷使用方便，棉纤维基碳丝电热转换效率高。棉纤维制备的碳丝电热材料具有价格低廉的优势，其原材料来源广泛，在我国广泛种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一体烧结成型棉纤维基碳丝电热陶瓷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、在胚体模具底层铺设一层微孔隔热基底层陶泥/粉，其厚度为胚体模具总厚度的0.4～0.6，形成微孔隔热基底层；步骤二、将经过表面涂层处理后的棉纤维基碳丝直接铺设在微孔隔热基底层陶泥/粉上，并用胚体粉料均匀覆盖，胚体粉料的施料厚度为胚体模具总厚度的0.2～0.3，平整后压胚，形成棉纤维基碳丝电热层；步骤三、将上述胚体在胚体模具中进行压胚或定型，压胚或定型完成后出模得半成品；干燥后放入窑炉烧结得到成品；步骤四、把陶瓷釉料的釉浆施加在成品上，经干燥后烧结获得电热陶瓷板。

【技术特征摘要】
1.一体烧结成型棉纤维基碳丝电热陶瓷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、在胚体模具底层铺设一层微孔隔热基底层陶泥/粉，其厚度为胚体模具总厚度的0.4～0.6，形成微孔隔热基底层；步骤二、将经过表面涂层处理后的棉纤维基碳丝直接铺设在微孔隔热基底层陶泥/粉上，并用胚体粉料均匀覆盖，胚体粉料的施料厚度为胚体模具总厚度的0.2～0.3，平整后压胚，形成棉纤维基碳丝电热层；步骤三、将上述胚体在胚体模具中进行压胚或定型，压胚或定型完成后出模得半成品；干燥后放入窑炉烧结得到成品；步骤四、把陶瓷釉料的釉浆施加在成品上，经干燥后烧结获得电热陶瓷板。2.根据权利要求1所述一体烧结成型棉纤维基碳丝电热陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的微孔隔热基底层陶泥/粉包括重量百分比如下的组分：主料成分为50～70%的SiO2，15～20%的Al2O3，2～10%的TiO2，配料成分为0.1～2%的三聚磷酸钠，5～15%的碳酸钙，4～6%的十二烷基磺酸钠。3.根据权利要求1所述一体烧结成型棉纤维基碳丝电热陶瓷的制备方法，其特征在于：所述棉纤维基碳丝电热层的胚体粉料主要成分及含量为：40～50%的SiO2，25～35%的Al2O3，15～25%的炭黑，1～2%的Fe2O3，2～5%的TiO2，1～2%的CaO及2～3%的MgO。4.根据权利要求1所述一体烧结成型棉纤维基碳丝电热陶瓷的制备方法，其特征在于：所述棉纤维基碳丝的制备方法为：步骤201：常压下，将棉纤维加入含1～6g/L硅酸钠、2～10g/L亚硫酸钠和10～25g/L氢氧化钠的混合溶液，浴比为1︰30～60，煮练温度为60℃～90℃，煮练时间为90～120min；煮练结束后，用30℃～50℃的温水反复冲洗至中性；步骤202：常温下，将步骤201处理的棉纤维浸泡在质量浓度为1～3g/L硫酸和1～3g/L盐酸的混合溶液中，浴比为1︰30～50，浸泡时间为20～40min；浸泡结束后，用30℃～50℃的温水反复冲洗至中性；步骤203：将步骤202处理的棉纤维进行纺纱，制备规格为20～80特克斯的纱线；步骤204：将步骤203制备的棉纤维纱线原丝在有氧气氛中进行预氧化，得到预氧化丝；所述原丝预氧化分两阶段完成，第一氧化温度为200～250℃，氧化时间为10～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：董雄伟，陈悟，王训该，朱立成，唐斌，李岱祺，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42