一种碳纤维柔性电热体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纤维柔性电热体及其制备方法，电热体由内到外依次为：碳纤维发热体、特氟龙耐热层(硅胶层)、交联聚乙烯绝缘层、PVC防水抗冲击层、钢丝铠装编织层。碳纤维发热体为编织处理后的纤维长丝制备而成，具有升温迅速、电热转换效率高、抗拉强度高、化学性能稳定等优点；特氟龙耐热层具有耐高温的特点；PVC防水抗冲击层，具有阻燃、防水、耐候性、抗酸性、抗变形、拉伸强度高和延伸率大的性能；钢丝铠装编织层主要承受外压荷载，提供轴向拉力的同时保证电热体柔顺性；本发明专利技术的碳纤维柔性电热体电热体长期工作温度可达到90℃，能承受的瞬时温度可达到170

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维柔性电热体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及碳纤维电热体的制备
，特别是涉及一种碳纤维柔性电热体及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前市场上的发热体分为金属和非金属两大类，前者的主要材料有紫铜、不锈钢等，后者材料有石英、玻璃、陶瓷等。紫铜具有优良的延展性，导热性能好，制成的无缝铜管能有效防止漏水，但紫铜价格高，紫铜电热体成本高。不锈钢发热体则成本低廉，可实现快速制热，但极易附结水垢。市场上的非金属发热体通常在外壁附着一层发热材料，存在导热性能差、热效率低等缺点。管体硬度大，但韧性小，承压能力有限，采用外壁加热时，内外温度差过大，产生较大扭曲应力，容易导致管体炸裂，缩短使用寿命。碳纤维发热材料是本世纪最具有竞争力的高科技材料，许多经济发达国家纷纷研制生产和使用碳纤维发热材料，以取代传统的金属、PTC等发热材料。
[0003]碳纤维及其复合材料具有优异的热辐射性能，并且有强度大、耐高温、耐腐蚀、抗摩擦、化学稳定性好、导电性能优异等优点，是理想的发热材料，以其作为辐射源的碳纤维电热元件波长匹配性良好，电热转换率达95％以上，属于节能材料。碳纤维发热体是以碳纤维为基本发热材料制得的管状发热体，利用反射面散热，发热产生765.9W/M的远红外线辐射，可被人体、衣物等直接吸收，在热传递过程中损失热量少。碳纤维发热体的主要原理是利用碳纤维自身半导体的特性和通电远红外发射率较高的特性，可以在短时间内迅速加热，5s钟表面温度可达200
‑
500℃，具有迅速升温的功效，被广泛用于加热系统，并且其具有低辐射、使用寿命长、耐冷热骤变性强、耐酸、耐腐蚀性强等优点，因此具有广阔的市场前景。
[0004]但现有技术中的碳纤维电热体仍然存在缺陷，碳纤维发热体以红外线的方式向四周辐射能量，这种散热方式电热转化率不高，耐高温效果差，而且防水效果也不好，表面的水渍渗入电热体内部后会形成短路，从而产生漏电现象，容易引发危险，增加了安全隐患。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提出一种耐高温、防水、抗冲击的碳纤维柔性电热体及其制备方法，可应用于工业加热领域。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]技术方案之一：一种碳纤维柔性电热体，由内到外依次为：碳纤维发热体、特氟龙耐热层(硅胶层)、交联聚乙烯绝缘层、聚氯乙烯(PVC)防水抗冲击层、钢丝铠装编织层，通过以上四层对碳纤维发热体的环形包裹，有效提高了碳纤维柔性电热体的耐高温性能及防水性能；
[0008]所述特氟龙耐热层环型包裹所述碳纤维发热体，所述特氟龙耐热层包括特氟龙套管、偶联剂层和硅胶层，所述特氟龙套管的外侧壁上涂覆有偶联剂层，所述偶联剂层的外侧
壁上固定有硅胶层；偶联剂可选用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂或硼酸酯偶联剂中的任意一种，且不局限于以上几种；
[0009]所述交联聚乙烯绝缘层环型包裹所述特氟龙耐热层，本专利技术的交联聚乙烯绝缘层可采用辐射交联聚乙烯层，辐射交联聚乙烯是聚乙烯在高能射线：如γ射线、α射线、电子射线等作用下，使其大分子之间生成交联，硅烷交联聚乙烯以聚乙烯为基础树脂，由硅烷为桥键材料，在聚合物大分子链间形成化学共价键以取代原先的范德华力，使分子构成三维立体网络，过氧化物交联为高密度聚乙烯与过氧化物交联剂在一定条件下混合熔融后，过氧化物分解产生自由基，高密度聚乙烯分子通过自由基形成大量的碳碳键，形成三维网状结构；
[0010]所述聚氯乙烯防水抗冲击层环形包裹所述聚乙烯绝缘层；
[0011]所述钢丝铠装编织层环形包裹所述聚氯乙烯防水抗冲击层。
[0012]进一步地，所述碳纤维发热体为编织处理后的纤维长丝制备而成。首先根据加热功率计算碳纤维长丝用量，碳纤维选用T300、T700、T800中的任意一种。碳纤维丝长度(单位：cm)＝额定电压(单位：V)
×
额定电压(单位：V)/额定功率(单位：W)/碳纤维单位长度电阻(单位：Ω/cm)。
[0013]进一步地，所述特氟龙耐热层厚度为0.2
‑
0.5mm，所述交联聚乙烯绝缘层的厚度为0.1
‑
0.3mm，所述聚氯乙烯防水抗冲击层的厚度为0.2
‑
0.4mm，所述钢丝铠装编织层厚度为0.8
‑
3mm。
[0014]进一步地，所述钢丝铠装编织层材料为镀锌钢丝或不锈钢中的一种，铠装形式为圆金属丝或扁金属丝，编织形式采用由多根钢丝螺旋缠绕而成网套网格型的编织结构。
[0015]进一步地，所述钢丝直径选用0.8
‑
2.5mm中的任意一种，优选0.8mm、1.25mm、1.6mm、2.0mm、2.5mm中的任意一种。
[0016]技术方案之二：一种所述碳纤维柔性电热体的制备方法，包括如下步骤：
[0017](1)制备碳纤维发热体：对纤维长丝进行编织处理，编织为绳状或带状编织，除去编织纤维表面上浆剂，涂覆定型胶，进行烘干处理，进行炭晶化处理；
[0018](2)将所述特氟龙耐热层环形包裹所述碳纤维发热体；
[0019](3)将所述交联聚乙烯绝缘层环形包裹所述特氟龙耐热层；
[0020](4)将所述聚氯乙烯防水抗冲击层环形包裹所述聚乙烯绝缘层；
[0021](5)将所述钢丝铠装编织层环形包裹所述聚氯乙烯防水抗冲击层。
[0022]进一步地，所述步骤(1)中绳状编织时对碳纤维长丝进行加捻处理，加捻后的碳纤维长丝进行合股处理；
[0023]采用可控硅调压器瞬时通电方式除去编织纤维表面上浆剂，具体电压值根据发热体的电阻值灵活调节，通电时间1
‑
5s；
[0024]所述定型胶以热固性树脂为基材，配入纳米级碳化硅高辐射填料；
[0025]所述纳米级碳化硅高辐射填料粒径为10
‑
50nm，加入的重量比例为10
‑
50％，涂覆定型胶后编织状碳纤维长丝的含胶量的重量比为10
‑
40％。
[0026]进一步地，所述热固性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、热固性聚氨酯中的任意一种或多种，且不限于以上几种。
[0027]进一步地，所述烘干温度为50
‑
70℃，烘干时间为5
‑
10min；采用真空高温石墨炉进
行炭晶化处理，所述炭晶化处理温度为1300
‑
2350℃，处理时间为5
‑
30min。
[0028]进一步地，所述步骤(5)钢丝铠装由钢丝单层左向或双层钢丝内层右向、外层左向绕包在聚氯乙烯防水抗冲击层上，并且钢丝之间间隙的总和应不超过一根钢丝的直径。
[0029]进一步地，钢丝缠绕角度在20
°‑
40
°
之间，提供轴向拉力的同时保证管道柔顺性。
[0030]本专利技术公开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维柔性电热体，其特征在于，由内到外依次为：碳纤维发热体、特氟龙耐热层、交联聚乙烯绝缘层、聚氯乙烯防水抗冲击层、钢丝铠装编织层；所述特氟龙耐热层环型包裹所述碳纤维发热体，所述特氟龙耐热层包括特氟龙套管、偶联剂层和硅胶层，所述特氟龙套管的外侧壁上涂覆有偶联剂层，所述偶联剂层的外侧壁上固定有硅胶层；所述交联聚乙烯绝缘层环型包裹所述特氟龙耐热层；所述聚氯乙烯防水抗冲击层环形包裹所述聚乙烯绝缘层；所述钢丝铠装编织层环形包裹所述聚氯乙烯防水抗冲击层。2.根据权利要求1所述一种碳纤维柔性电热体，其特征在于，所述碳纤维发热体为编织处理后的纤维长丝制备而成。3.根据权利要求1所述一种碳纤维柔性电热体，其特征在于，所述特氟龙耐热层厚度为0.2
‑
0.5mm，所述交联聚乙烯绝缘层的厚度为0.1
‑
0.3mm，所述聚氯乙烯防水抗冲击层的厚度为0.2
‑
0.4mm，所述钢丝铠装编织层厚度为0.8
‑
3mm。4.根据权利要求1所述一种碳纤维柔性电热体，其特征在于，所述钢丝铠装编织层材料为镀锌钢丝或不锈钢中的一种，铠装形式为圆金属丝或扁金属丝，编织形式采用由多根钢丝螺旋缠绕而成网套网格型的编织结构。5.根据权利要求1所述一种碳纤维柔性电热体，其特征在于，所述钢丝直径选用0.8
‑
2.5mm中的任意一种。6.一种权利要求1
‑
5任一项所述碳纤维柔性电热体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备碳纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱波，曹伟伟，王永伟，李明，于宽，张敏，
申请(专利权)人：山东宽原新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：