本发明专利技术是一种碳材料电加热片的制备方法，该方法是将碳材料发热元件(3)两端电极(2)通过导线与可调节电压的电源(5)连接，将温度传感器贴(6)附在热塑性薄膜(1)表层，用导线引出后连接到温控器(4)上，将碳材料发热元件(3)上、下表面贴覆热塑性薄膜(1)并连接电源，在上、下热塑性薄膜(1)表面设置模板，然后放在压机或真空袋内对模板施压，接通电源，靠碳材料发热元件(3)发热使上、下热塑性薄膜(1)熔合，将碳材料发热元件(3)整体封装，得到碳材料电加热片。与传统的由外向内加热加工模式比，具有耗能低，效率高的优点。根据所选用的不同熔程、不同强度的热塑性材料，可制得柔性或具有一定强度的加热片。
A preparation method of carbon material electric heater
【技术实现步骤摘要】
一种碳材料电加热片的制备方法
本专利技术是一种碳材料电加热片的制备方法，属于电加热材料
技术介绍
碳基电加热材料相比于传统的金属电加热材料，具有电磁辐射量极小、热转换率高、使用寿命长等优点，并且碳材料加热产生的远红外辐射能够促进人体内部血液循环，研发高性能碳纤维发热材料是目前发热材料研发的热点。新型的电热碳材料广泛应用于医疗保健、现代建筑、装饰装修、采暖工程等领域。近年来碳材料发展迅速，市面上的碳电加热材料种类有石墨烯、碳纳米管、碳纤维等多种类别，其中石墨烯自2004年第一次制备出后备受关注，它是一种完全由sp2杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，具有高强度、高比表面积、高导电性等优异性能。目前，上述的碳材料发热膜一般是将石墨烯或碳纳米管做成发热浆料涂覆在热塑性膜载体上，再用另外一层热塑性材料通过热压的方式将加热体材料封装。因此制备工艺繁琐，需经导电浆料配置、涂覆、热压封装等工序。其次，将加热膜通过热塑性材料封装，热塑膜与加热体层间结合强度低，容易导致分层和开裂。再者将加热体封装一般采用热压工艺，使用设备是热压机，需要将压机台面加热，再将热量传递给压制模板和制件，整体加热到需要加工的温度后压制成型。因此升温时间长，加热效率低，热能利用率低，加工过程是高能耗、低效率的过程。
技术实现思路
本专利技术正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种碳材料电加热片的制备方法，其目的是使制备过程高效、低能耗，制备的加热片强度高、发热均匀。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：该种碳材料电加热片的制备方法中，该碳材料电加热片从上至下依次为热塑性薄膜1、电极2、碳材料发热元件3、热塑性薄膜1，其特征在于：将碳材料发热元件3两端电极2通过导线与可调节电压的电源5连接，将温度传感器贴6附在热塑性薄膜1表层，用导线引出后连接到温控器4上，将碳材料发热元件3上、下表面贴覆热塑性薄膜1并连接电源，在上、下热塑性薄膜1表面设置模板，贴覆热塑性薄膜1时，四周多出10-15mm，然后放在压机或真空袋内对模板施压，真空度小于-0.095MPa，接通电源，靠碳材料发热元件3发热使上、下热塑性薄膜1熔合，将碳材料发热元件3整体封装，得到碳材料电加热片。在一种实施中，所述的碳材料发热元件3主体为短切碳纤维毡，面密度为10-50g/m2，电阻值为5-30Ω。碳纤维毡面密度越大，表面电阻值越低。在一种实施中，短切碳纤维毡表面经过金属化处理。进一步，所述金属化处理是在短切碳纤维毡表面镀镍、镀银、镀铜或镀铬镍合金。以增加导电率和发热效率，经过处理后的短切碳纤维毡可降低加载电压和大大提高升温速率，可满足一般工况所需的加热效果。在一种实施中，短切碳纤维毡经过石墨烯改性处理。进一步，短切碳纤维毡石墨烯改性处理用石墨烯分散液的化学组分及质量份数比为：上述组份混合后按1∶1000的质量份数比分散在丙酮溶剂中，通过浸渍或喷涂的方式负载在碳纤维毡上。在一种实施中，所述热塑性薄膜1为的材料为聚氨酯、EVA、尼龙、聚乙烯、TPU以满足柔性的使用要求。其熔程范围一般在80-170℃，在一种实施中，所述热塑性薄膜1为的材料为聚酰亚胺、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺以满足强度和耐温的需要。其熔程一般在250-400℃。优选聚氨酯膜，透明性好，具有良好的抗冲击性及柔韧性，厚度约0.5mm，密度为1.0～1.2g/cm3，熔融温度范围约100～160℃，可长期耐120℃使用温度，在碳纤维毡表面上下各覆一层。成型后的加热片具有柔性可弯折，并且具有一定的强度和，并具有耐水性。在一种实施中，所述电极2为铜箔，通过导电胶粘接在碳材料发热元件3上，该电极2设有温度传感器6，并且温度传感器6通过导线与智能的温控器4相连接，温控器4与变压器连接，变压器可调节电压为5V～220V；根据所选改性后的碳材料发热元件3的电压-温度特性，通过变压器调节电压进而控制所需温度，所述变压器与外部电源5相连接。所述的导电胶的化学组分及质量份数比为：上述组分均匀混合后制成黑色膏状的导电胶。在一种实施中，在上、下模板之间施加的压力为0.1-0.7Mpa。本专利技术方法中，碳材料发热元件3采用石墨烯改性或金属化处理的碳纤维毡能有效增加电加热材料的强度，经石墨烯或金属化处理后能大大增加加热元件的加热效率和加热均匀性。改性处理后的碳材料发热元件3仍然是一种多孔状材料，用热塑性材料进行封装时能有效浸渍和固结纤维，因此加热片纤维与热塑性封装材料整体结合强度高，不易分层开裂。本专利技术方法中，加热体封装工艺采用了将碳材料发热元件3通电升温原位加热的方式，采用自内向外的加热方式使热塑性材料升温熔融后受压熔合。这种原位自内向外的精准的加热方式，由加热片电压-温度发热特性通过调节变压器控制电压使碳材料发热元件3发热温度达到热塑性保护层的熔融温度，并恒温保持5-10min，然后断开电流，降至室温完成成型。通过碳纤维毡发热压合的方法升温速率快，可在1分钟以内即可达到所需温度，优选地可选用快速反应的热塑性聚氨酯胶膜，如热压10-30s即可成型的热塑性胶膜或其他EVA胶膜、PA、PES、PO、TPU胶膜。与传统的在外向内加热加工模式比，具有耗能低，效率高的优点。另外，碳加热材料本身具有加热温度范围宽(50～400℃)、升温速率高(最高可达2℃/s)、降温速度快、热转化效率高(大于95％)等优点，所以可适用于不同熔程范围的热塑性材料，可制备柔性或具有一定强度加热片。与现有技术相比，本专利技术提供的碳材料电加热片的制备方法具有以下有益效果：1)本专利技术提供了一种新型碳材料电加热片，由于碳纤维毡的多孔性，热塑性材料能较好的浸透碳纤维毡与加热元件融合具有较高的结合强度。根据所选的热塑性材料的性质，可制备柔性可弯折的加热片或具有一定刚度的加热片。2)本专利技术采用了一种将加热元件通电升温、自内向外原位加热热塑性材料的加热方式使热塑性材料升温熔融后受压熔合。这种原位自内向外的精准的加热方式，与传统的在外向内加热加工模式比，具有耗能低，效率高的优点。附图说明图1为本专利技术提供的一种发热片截面结构示意图；图2为本专利技术提供的一种发热片电路连接结构示意图；图3为实施例1中碳纤维毡加热温度与加载电压、时间的关系图；图4为实施例1中改性碳纤维毡的加热温度与加载电压、时间的关系图；图5为实施例2中碳纤维毡加热温度与加载电压、时间的关系图；图6为实施例2中碳纤维毡改性后加热温度与加载电压、时间的关系图；图7为实施例3中改性柔性碳纤维毡弯曲、对折前后的热成像图；图8为实施例3中改性柔性碳纤维毡卷曲时的热成像图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规提交或制造商建议的条件进行。所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳材料电加热片的制备方法，该碳材料电加热片从上至下依次为热塑性薄膜(1)、电极(2)、碳材料发热元件(3)、热塑性薄膜(1)，其特征在于：将碳材料发热元件(3)两端电极(2)通过导线与可调节电压的电源(5)连接，将温度传感器贴(6)附在热塑性薄膜(1)表层，用导线引出后连接到温控器(4)上，将碳材料发热元件(3)上、下表面贴覆热塑性薄膜(1)并连接电源，在上、下热塑性薄膜(1)表面设置模板，然后放在压机或真空袋内对模板施压，接通电源，靠碳材料发热元件(3)发热使上、下热塑性薄膜(1)熔合，将碳材料发热元件(3)整体封装，得到碳材料电加热片。/n
【技术特征摘要】
1.一种碳材料电加热片的制备方法，该碳材料电加热片从上至下依次为热塑性薄膜(1)、电极(2)、碳材料发热元件(3)、热塑性薄膜(1)，其特征在于：将碳材料发热元件(3)两端电极(2)通过导线与可调节电压的电源(5)连接，将温度传感器贴(6)附在热塑性薄膜(1)表层，用导线引出后连接到温控器(4)上，将碳材料发热元件(3)上、下表面贴覆热塑性薄膜(1)并连接电源，在上、下热塑性薄膜(1)表面设置模板，然后放在压机或真空袋内对模板施压，接通电源，靠碳材料发热元件(3)发热使上、下热塑性薄膜(1)熔合，将碳材料发热元件(3)整体封装，得到碳材料电加热片。
2.根据权利要求1所述的碳材料电加热片的制备方法，其特征在于：所述的碳材料发热元件(3)主体为短切碳纤维毡，面密度为10-50g/m2，电阻值为5-30Ω。
3.根据权利要求2所述的碳材料电加热片的制备方法，其特征在于：短切碳纤维毡表面经过金属化处理。
4.根据权利要求3所述的碳材料电加热片的制备方法，其特征在于：所述金属化处理是在短切碳纤维毡表面镀镍、镀银、镀铜或镀铬镍合金。
5.根据权利要求2所述的碳材料电加热片的制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：张旭锋，黎迪辉，张元晋，益小苏，仝建峰，
申请(专利权)人：中航复材北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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