具有PTC效应的石墨烯基柔性发热线缆及制备方法技术

本发明专利技术涉及柔性电加热取暖领域，公开了一种具有PTC效应的石墨烯基柔性发热线缆及制备方法，其中，石墨烯基柔性发热线缆由一根或者多根发热纤维缠绕形成发热内芯，所述发热内芯涂覆具有PTC功能的树脂层；所述发热纤维包括化学纤维或天然纤维，所述化学纤维或天然纤维的外周涂覆导电层。供电用的电极与发热线缆之间的连接采用集中环式连接方式，连接部位少且连接紧密，不发生打火或明火。具有上述结构的石墨烯基柔性发热线缆具有PTC效应、发热均匀、具有柔性和伸缩性能、温度范围可调整的特点。

Graphene based flexible heating cable with PTC effect and its preparation

【技术实现步骤摘要】
具有PTC效应的石墨烯基柔性发热线缆及制备方法
本专利技术涉及电加热取暖领域，具体涉及一种具有PTC效应的石墨烯基柔性发热线缆及制备方法，尤其是可以制作成具有柔性及PTC功能的电热电缆，可应用于加热地暖，加热炕暖，加热墙暖，加热壁画，加热沙发等加热产品。
技术介绍
在电取暖领域中，电阻发热是常用的发热技术。其中，以镍铬合金为代表的金属电阻丝作为电热转换介质，广泛应用于各个领域。随着电阻发热介质逐渐向轻量化和柔性化转变，以碳纤维、陶瓷等为主的电热转换介质陆续问世。CN108012349A公开了一种石墨烯碳纤维高效节能地暖发热线及其制造工艺，该发热线包括从内至外依次设置的碳纤维层、绝缘层、石墨烯层和保护层，所述碳纤维层为碳纤维束，所述碳纤维束的外层包裹有绝缘层，所述绝缘层的外层包裹有石墨烯层，所述石墨烯层的外周包裹有保护层。虽然其能够在一定程度上提高传热性能，但是其柔性较差，抗冲击性弱。将其组装成器件时，供电用电极与发热线的连接位置处应力较大，容易导致碳纤维断裂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的发热线柔性差、发热不均匀、电阻低、发热温度过高的问题，提供一种具有PTC效应的石墨烯基柔性发热线缆及制备方法，该石墨烯基柔性发热线具有发热均匀、具有柔性和伸缩性能、温度范围可调整的特点。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种具有PTC效应的石墨烯基柔性发热线缆，其中，所述发热线缆包括发热内芯和包裹在发热内芯外周的绝缘层，所述发热内芯包括至少一根发热纤维和可选的第二纤维线；所述发热纤维包括第一纤维线，所述第一纤维线的外周由内向外依次包裹导电层和产生PTC效应的树脂层。本专利技术第二方面提供一种具有PTC效应的石墨烯基柔性发热线缆的制备方法，所述制备方法包括：将第一纤维线经过浸涂导电浆液在所述第一纤维线的外周形成导电层，得到导电发热纤维线；导电发热纤维线的两端分别固定闭环电极，导电发热纤维线经过浸涂树脂浆液在导电发热纤维线外周形成树脂层得到产生PTC效应的发热纤维；一根或多根发热纤维和可选的第二纤维线经过合股形成发热内芯，发热内芯的外周包裹绝缘层形成发热线缆。本专利技术中，自第一纤维线外周依次包裹导电层和树脂层形成发热纤维，再将纤维进行合股形成发热内芯，在发热内芯的外周包裹绝缘层形成发热线缆。采用该方法制得的发热线缆具有较好的柔性和可拉伸性能(伸缩率达110-130％)，具有PTC效应，电阻具有较宽的调整范围，发热线缆的发热温度可达30-300℃，优选为30-200℃，更优选为30-100℃。附图说明图1是实施例1中发热线缆的结构示意图；图2是实施例1中发热线缆的横截面示意图；图3是实施例2中发热线缆的结构示意图。附图标记说明1、发热内芯2、发热纤维21、第一纤维线22、导电层23、树脂层3、闭环电极4、绝缘层5、第二纤维线具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术第一方面提供一种具有PTC效应的石墨烯基柔性发热线缆，其中，所述发热线缆包括发热内芯1和包裹在发热内芯1外周的绝缘层4，所述发热内芯1包括至少一根发热纤维2和可选的第二纤维线5；所述发热纤维2包括第一纤维线21，所述第一纤维线21的外周由内向外依次包裹导电层22和产生PTC效应的树脂层23。本专利技术中，在第一纤维线21的外周包裹导电层22形成导电发热纤维线，该导电发热纤维线具有较好的导电性，其线电阻为50-1000Ω/cm。在第一纤维线21外周依次包裹导电层22和树脂层23，二者配合，使得发热纤维2具有PTC效应，且其断裂伸长率能达到21-25％。本专利技术中，采用上述结构形成的发热线缆具有较好的柔性和伸缩性能(伸缩率可达110-130％)，且温度能够在较大范围进行调整(30-300℃)，具有较好的PTC效应，应用更广泛。优选地，所述发热内芯1包括一根所述发热纤维2；或者由多根所述发热纤维2合股而成；或者由多根所述发热纤维2和所述第二纤维线5合股而成。本专利技术中的发热内芯1可以选择包括一根发热纤维2，也可以是多根发热纤维2经过合股而成(如图1和图2所示)，此处的合股可以是指多根发热纤维2缠绕扭曲形成螺旋状，也可以是采用编织或者现有技术中的其他缠绕形式。此外，发热内芯1还可以是由导电发热纤维线和第二纤维线5合股而成(如图3所示)，此处的合股是指导电发热纤维线和第二纤维线5进行混合编织形成筒状，也可以是采用其他的编织方式或者现有技术中的其他缠绕形式。优选地，所述第一纤维线21和第二纤维线5的材质各自独立地为化学纤维和/或天然纤维，所述化学纤维的平均分子量为15000-25000；优选地，所述化学纤维为聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚丙烯腈或聚氯乙烯，所述天然纤维为粘胶纤维、纤维素酯纤维或醋酸纤维。其中，第一纤维线21和第二纤维线5可以相同，也可以不同，可根据实际需要进行调整。优选地，所述导电层22的厚度为0.1-10μm，优选为1-5μm。优选地，形成所述导电层22所用的导电浆液包括石墨烯、导电填料、柔性树脂和溶剂；相对于100重量份的溶剂，所述石墨烯的含量为3-10重量份、所述导电填料的含量为0-10重量份、所述柔性树脂的含量为10-20重量份；优选地，所述导电填料为选自碳纳米管、导电碳黑、石墨、碳纤维和碳微球中的至少一种；所述柔性树脂为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂、聚酯树脂和聚醚树脂中的至少一种；所述溶剂为水、四氢呋喃、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。本专利技术中，石墨烯可以是将石墨经过插层剥离法制得，也可以是将石墨经过化学氧化还原法制得。导电浆液可以是石墨烯、柔性树脂和溶剂的混合物，也可以是石墨烯、导电填料、柔性树脂和溶剂的混合物。本专利技术中，导电浆液中的石墨烯和导电填料经过分散，均能够均匀分散在溶液中，并且所形成的导电浆液能够均匀浸涂在第一纤维线21的表面，使得所形成的发热线缆能够均匀发热。本专利技术中的导电浆液是由含石墨烯的分散液和柔性树脂乳液混合形成，也可以是由含石墨烯的分散液、含导电填料的分散液和柔性树脂乳液混合形成。含石墨烯的分散液、含导电填料的分散液和柔性树脂乳液均可以购买得到。优选地，形成所述树脂层23所用的树脂原料包括数均分子量为2000-500万的聚乙烯；进一步优选地，以树脂原料的总量为基准，所述树脂原料包括：数均分子量为2000-4000的聚乙烯65-75份、数均分子量为100万-150万的聚乙烯15-25重量份、数均分子量为150万-500万的聚乙烯8-15重量份。本专利技术中上述树脂层23与导电层22结合，使得发热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有PTC效应的石墨烯基柔性发热线缆，其中，所述发热线缆包括发热内芯和包裹在发热内芯外周的绝缘层，所述发热内芯包括至少一根发热纤维和可选的第二纤维线；所述发热纤维包括第一纤维线，所述第一纤维线的外周由内向外依次包裹导电层和产生PTC效应的树脂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有PTC效应的石墨烯基柔性发热线缆，其中，所述发热线缆包括发热内芯和包裹在发热内芯外周的绝缘层，所述发热内芯包括至少一根发热纤维和可选的第二纤维线；所述发热纤维包括第一纤维线，所述第一纤维线的外周由内向外依次包裹导电层和产生PTC效应的树脂层。


2.根据权利要求1所述的发热线缆，其中，所述发热内芯包括一根所述发热纤维；或者由多根所述发热纤维合股而成；或者由多根所述发热纤维和所述第二纤维线合股而成。


3.根据权利要求1或2所述的发热线缆，其中，所述第一纤维线和第二纤维线的材质各自独立地为化学纤维和/或天然纤维，所述化学纤维的数均分子量为15000-25000；
优选地，所述化学纤维为聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚丙烯腈或聚氯乙烯，所述天然纤维为粘胶纤维、纤维素酯纤维或醋酸纤维。


4.根据权利要求1或2所述的发热线缆，其中，所述导电层的厚度为0.1-10μm，优选为1-5μm。


5.根据权利要求4所述的发热线缆，其中，形成所述导电层所用的导电浆液包括石墨烯、导电填料、柔性树脂和溶剂；相对于100重量份的溶剂，所述石墨烯的含量为3-10重量份、所述导电填料的含量为0-10重量份、所述柔性树脂的含量为10-20重量份；
优选地，所述导电填料为选自碳纳米管、导电碳黑、石墨、碳纤维和碳微球中的至少一种；所述柔性树脂为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂、聚酯树脂和聚醚树脂中的至少一种；所述溶剂为水、四氢呋喃、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。


6.根据权利要求1或2所述的发热线缆，其中，形成所述产生PTC效应的树脂层所用的树脂原料包括数均分子量为2000-500万的聚乙烯；
优选地，以树脂原料的总量为基准，所述树脂原料包括：数均分子量为2000-4000的聚乙烯65-75份、数均分子量为100万-150万的聚乙烯15-25重量份、数均分子量为150万-500万的聚乙烯8-15重量份。


7.根据权利要求1或2所述的发热线缆，其中，所述发热纤维的线电阻为10-10000Ω/cm，优选为50-1000Ω...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗宪波，薛飞，李佳根，张春晓，杨彩霞，古月文志，
申请(专利权)人：新材料与产业技术北京研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11