專利名稱：碳纖維混抄紙片發(fā)熱體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)將碳纖維與植物漿粕特別是與含韌皮纖維的漿粕混抄而制造成的碳纖維混抄紙片發(fā)熱體。
背景技術(shù)：
作為暖氣設(shè)備等加熱裝置，已廣泛采用石油、煤氣燃燒器與電熱器等；特別是進(jìn)行局部加熱的器具，例如正采用板式加熱器等電熱的面狀加熱器。這種電熱的面狀加熱器中，近年來(lái)輻射遠(yuǎn)紅外線的加熱器由于對(duì)衣被等的貫透力大、熱效率高而倍受注目。
作為輻射遠(yuǎn)紅外線的加熱器的熱源主要采用鎳鉻絲等電阻值高的金屬發(fā)熱體，在表面上設(shè)有碳粉、陶瓷等，通過(guò)將其加熱，由碳與陶瓷輻射遠(yuǎn)紅外線。
另一方面，在輻射遠(yuǎn)紅外線的面狀發(fā)熱體中，最好是在整個(gè)面狀發(fā)熱體的表面上獲得盡可能均勻的溫度分布，而作為面狀發(fā)熱體的熱源，在采用上述鎳鉻絲的結(jié)構(gòu)中，則必須將鎳鉻絲盡可能地按細(xì)小的間隔分開(kāi)，而在每個(gè)間隔中設(shè)置恒溫器等調(diào)溫器件。
作為解決上述問(wèn)題的相應(yīng)措施，也提出了采用碳纖維混抄低的面狀發(fā)熱體。具體如圖6所示，這種面狀發(fā)熱體010是把楮皮、馬尼拉麻、結(jié)香等組成的日本紙用韌皮纖維01與碳纖維02混合抄紙而形成的。作為碳纖維采用的是將絲徑6.8μ、比電阻約20μΩ的PAN系碳纖維按約5-15％混合的結(jié)果。在混合上述韌皮纖維造紙時(shí)，例如混合以從黃蜀葵的根抽出的粘液。黃蜀葵根的粘液是用作日本紙的“混合液”的。
用上述方式形成的面狀發(fā)熱體，例如在圖7所示，是沿著矩形碳纖維面狀發(fā)熱體的相對(duì)的長(zhǎng)邊邊緣04、05設(shè)置電極06、07，而從設(shè)于電極中的端子分別引出導(dǎo)線08。這樣形成的面狀發(fā)熱體例如在兩電極間加有100V交流電壓時(shí)，即使直接接觸此面狀發(fā)熱體也不會(huì)對(duì)人身有重大危險(xiǎn)，但在實(shí)際的電氣制品中，為了防水、防潮或從安全性考慮或從防止損傷發(fā)熱體方面考慮，還由于面狀發(fā)熱體與其他材料的結(jié)合性差，因而可對(duì)包含發(fā)熱體的部分與電極，如圖8所示，例如以合成樹(shù)脂片09疊層，或以適當(dāng)?shù)暮铣蓸?shù)脂薄片貼附于此發(fā)熱體的表面與背面，再于此表面上疊置鋁片。
這種面狀發(fā)熱體是通過(guò)給混抄的碳纖維通電而利用其電阻發(fā)熱的，但由于其中的碳纖維是切得很細(xì)而借助黃蜀葵的根等抽出的粘液相互直接地或以微小的間隙作電氣連接，因而在這些部分會(huì)產(chǎn)生與溫度上升相對(duì)應(yīng)的高電阻作用，而能夠防止發(fā)生發(fā)熱失控。
如上所述，周知的面狀發(fā)熱體仍然難以使碳纖維與漿粕纖維均勻地混抄，而面狀發(fā)熱體的整個(gè)面上也不能使溫度分布自動(dòng)地均勻。此外，面狀發(fā)熱體表面上設(shè)置的用于保護(hù)發(fā)熱體的合成樹(shù)脂制的片件或薄板，在混抄有碳纖維的面狀發(fā)熱體長(zhǎng)期通電使用后就會(huì)逐漸變色或惡化，而存在著由這種因素來(lái)決定面狀發(fā)熱體壽命的缺點(diǎn)。
碳纖維與漿粕纖維之所以難以均勻混抄，其原因在于，當(dāng)把精選的漿粕用于造紙之時(shí)，是如圖9所示。將精選的漿粕調(diào)制到所定濃度而由勻漿機(jī)打漿，把短切成約6mm長(zhǎng)的碳纖維按5-10％(重量)最好是約7％(重量)配合到這種漿粕中，于箱內(nèi)攪拌。但由于碳纖維的抗拉強(qiáng)度大、抗斷伸縮率小而比重小，摩擦系數(shù)也低，即使于箱中攪拌也不能與漿粕充分混合，在造紙機(jī)中將偏向一側(cè)，致混抄的碳纖維混抄板中的碳纖維不會(huì)均勻分散。
為此，本發(fā)明的目的在于提供，碳纖維混抄紙發(fā)熱體片件中的碳纖維均勻分散同時(shí)其表面部件不發(fā)生變色等變質(zhì)且廉價(jià)的碳纖維混抄發(fā)熱體。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所構(gòu)成的碳纖維混抄紙片發(fā)熱體的特征是，這是由5-10mm長(zhǎng)碳纖維5-10％(重量)和包含韌皮纖維的漿粕95-90％(重量)混抄成的碳纖維混抄紙片，在其一部分之上涂復(fù)有上漿料。厚度在150μm以下，基重小于50g/m2而打漿度為30-70°SR。
本發(fā)明由于采取了上述結(jié)構(gòu)，碳纖維混抄紙的整個(gè)面上自動(dòng)地形成均勻地溫度分布，即使經(jīng)長(zhǎng)期使用也不會(huì)變色或變質(zhì)，而且價(jià)格低廉。
本發(fā)明由于取以上所述結(jié)構(gòu)，能使碳纖維混抄紙片發(fā)熱體的升溫高而耗電少，可獲得均勻的溫度分布同時(shí)能自由地控制溫，表面的聚酰亞胺樹(shù)脂層不發(fā)生變色等變質(zhì)，表面電阻等電氣特性優(yōu)越。此外，通過(guò)耐熱性樹(shù)脂層的疊層，改進(jìn)了耐熱性、抗拉強(qiáng)度、耐彎折性等機(jī)械特性。也獲得了幾乎無(wú)熱變形、耐化學(xué)試劑性優(yōu)越且廉價(jià)的碳纖維混抄發(fā)熱紙片。
通過(guò)采用本發(fā)明的碳纖維混抄紙發(fā)熱體紙片，可以輻射不使人有焦熱感的適合于人體的遠(yuǎn)紅外線，能夠形成無(wú)害、無(wú)臭、無(wú)風(fēng)與無(wú)光的清潔的暖氣設(shè)備。


圖1是示明本發(fā)明一實(shí)施例的抄紙工序的工序圖。
圖2概示本發(fā)明一實(shí)施例的雙碟式勻漿機(jī)。
圖3概示本發(fā)明的肖帕-尼古拉式試驗(yàn)機(jī)。
圖4示明本發(fā)明的混抄紙片的打漿度下碳纖維含量與電阻值的關(guān)系。
圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的碳纖維混抄紙片發(fā)熱體片的剖面圖。
圖6是既有的碳纖維混抄紙片放大的部分剖面圖。
圖7是示明具有圖6中碳纖維混抄紙片的發(fā)熱體的整體結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖8是示明具有圖6中碳纖維混抄紙片的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖9是示明既有的抄紙工序的工序圖。
圖中各標(biāo)號(hào)的意義如下21，碳纖維混抄紙片；22，聚酰亞胺樹(shù)脂片；23，具有碳纖維混抄紙片的發(fā)熱體。
發(fā)明的實(shí)施方案下面參看

本發(fā)明。本發(fā)明的具有碳纖維混抄紙片的發(fā)熱體是對(duì)前述周知的發(fā)熱體作進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)的結(jié)果，作為混抄碳纖維的漿粕也可使用含韌皮纖維的漿粕，例如含有30％(重量)的由楮皮、結(jié)香、馬尼拉麻或竹科千島矮竹組成的漿粕等，而其余為牛皮紙漿粕。
作為使碳纖維等纖維相互固定的上漿料，可以采用除淀粉、CMC、聚乙烯醇等周知的上漿料之外的糊空木(斑竹)。在制造這種糊空木的上漿料時(shí)，取此糊空木的樹(shù)干與樹(shù)枝，通過(guò)剝皮除去外皮，將所得內(nèi)皮截?cái)唷⒔財(cái)嗟膬?nèi)皮置入布袋內(nèi)用水浸泡一夜，再將其放到袋入揉搓而擠出其粘液并收集之。在將這種上漿料與碳纖維同上述原料混合時(shí)，是按前述漿粕液2升用10CC這種上漿料的比例混合的。此外，采用聚乙烯系親水性合成粘劑或聚酯漿或是聚烯烴系疏水類合成粘劑時(shí)，也都可以用同樣的混合比混合。
在將精選的漿粕抄紙時(shí)，如圖1所示，在按上面所述將精選的漿粕調(diào)節(jié)到所定濃度時(shí)，配合以短切到約6mm的碳纖維5-15％(重量)而最好是約7％(重量)，用勻漿機(jī)打漿。造紙的原料總體上是碳纖維，直徑5-15μm。纖維長(zhǎng)度5-10mm而最好是短切到6mm的共8kg；濃度為5kg/m3，漿粕約121kg。然后對(duì)碳纖維與漿粕混合以純凈水、糊空木粘液或合成粘劑而形成碳纖維混合竹漿粕，以其置于50目抄紙網(wǎng)的抄紙機(jī)中進(jìn)行抄紙。再經(jīng)周知的壓榨工序、干燥工序制造成厚150μm以下最好是60μm、基重50g/m2以下最好是約30g/m2、打漿度為30-70°SR的碳纖維混抄的日本紙風(fēng)格的片狀件。
通過(guò)使碳纖維對(duì)漿粕的混合率為5-10％(重量)，可以將混抄紙片的電阻值與表面溫度都保持于設(shè)定值。在包含有構(gòu)成混抄紙片的碳纖維與韌皮纖維的漿粕中，為使碳纖維發(fā)出的熱量易于發(fā)散，此混抄紙片的厚度應(yīng)在150μm之下，而基重應(yīng)在50g/m2以下且最好約為30g/m2。厚而致密的混抄紙片難以控制溫度的上升。
若把碳纖維的纖維長(zhǎng)度短切到5mm以下，混抄紙片的導(dǎo)電性不足而不能達(dá)到所需的發(fā)熱量。若把碳纖維的長(zhǎng)度截?cái)喑?5mm以上例如20mm以上時(shí)，在漿粕中的分散性就差，形成不均勻分布時(shí)使溫度特性不穩(wěn)定。最好是把碳纖維的長(zhǎng)度截?cái)嗟?-10mm，這樣能控制設(shè)定的溫度。
這里所用的勻漿機(jī)是雙碟型勻漿機(jī)，例如使用圖2所示的雙碟型勻漿機(jī)，它通過(guò)由兩個(gè)馬達(dá)1、2帶動(dòng)按相互反向轉(zhuǎn)動(dòng)的圓板3、4而運(yùn)轉(zhuǎn)，由螺旋送料器5將原料從圓板3中心附近的開(kāi)口部6壓入兩圓板3、4之間。然后，供給于勻漿機(jī)中的紙料由圓板3、4帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，在通過(guò)兩圓板3、4之間時(shí)產(chǎn)生紊流，紙料中的碳纖維在均勻分散的同時(shí)，受到圓板3、4中刀刃的機(jī)械沖擊，經(jīng)離解、打漿后排出。
打漿與圓板3、4的刀刃數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)、刃寬與兩圓板間刃的間隔有關(guān)。例如，當(dāng)漸次減小刀刃的影響時(shí)，打漿就會(huì)改變離解、水合、小纖維化和所謂切斷的傾向。所以，應(yīng)選擇不使紙料中的漿粕、碳纖維切斷的0.05mm以上的兩圓板的間隔。
打漿度取決于肖帕-尼古拉式試驗(yàn)機(jī)，此試驗(yàn)機(jī)如圖3所示，在上部設(shè)有濾水筒10，在下部設(shè)有金屬網(wǎng)11，嵌合上圓錐形的計(jì)測(cè)濾斗12。濾斗12的底部配備有排水口13而上部設(shè)有側(cè)管14。取干燥紙樣2g稀釋至1000CC，均勻混合后將其加入濾水筒10，將栓15上位，水便通過(guò)金屬網(wǎng)11流入計(jì)測(cè)濾斗12。開(kāi)始時(shí)由于流下的水量多而從側(cè)管14與排水口13流出而流入圓筒16、17，當(dāng)漏水量少時(shí)便只從側(cè)管14流出或停止流出。從側(cè)管14流出的水量設(shè)為XCC，則打漿度表示為打漿度(°SR)＝1000-x/10當(dāng)打漿度在30°SR以下，如圖4所示，電阻值于基重40g/m2的混抄紙片情形在40Ω/□以下，未上升到所定溫度；當(dāng)打漿度在60°SR以上，于基重27g/m2的混抄紙片情形如果碳纖維的混抄比在7％以下時(shí)，到達(dá)80Ω/□以上，不能控制溫度的上升。實(shí)線A表示基重40g/m2而打漿度為30°SR時(shí)的混抄紙片的結(jié)果；虛線B表示與A有相同基重而打漿度為60°SR時(shí)的混抄紙片的結(jié)果，虛線C表示基重27g/m2而打漿度為30°SR時(shí)的混抄紙片的結(jié)果；虛線D表示與C有相同基重而打漿度為60°SR時(shí)混抄紙片的結(jié)果。
這樣制得的碳纖維混抄紙片與先有的混抄紙片相同，在其側(cè)部形成電極。作為這種電極，與先有的電極相同，以鍍鎳的銅箔為極板，以其貼附于碳纖維混抄紙的兩面，通過(guò)針刺使內(nèi)部碳纖維與此極板在電氣上整體地。將鍍鎳銅板等組成的端子由鉚釘或鉚接固定于此電極上，再?gòu)拇艘鰧?dǎo)線。這樣形成的電極部分的厚度約為35μm。
本發(fā)明的碳纖維混抄紙片的表面上疊層有用于保護(hù)發(fā)熱體的合成樹(shù)脂制薄片。特別是在由碳纖維混抄成的面狀發(fā)熱體在長(zhǎng)期通電使用后會(huì)逐漸變色、惡化，而這一點(diǎn)則決定著面狀發(fā)熱體的壽命，為此，作為能經(jīng)長(zhǎng)期使用而不變色或不變質(zhì)的發(fā)熱體，制造了圖5所示的，在內(nèi)部存在碳纖維混抄紙片發(fā)熱體21而在其兩面疊層有耐熱性樹(shù)脂的聚酰亞胺樹(shù)脂層22的發(fā)熱體23。具有這種碳纖維紙片的發(fā)熱體中聚酰亞胺樹(shù)脂片22的厚度最好約為20-30μm。此外，也可采用熱分解初始溫度約為300℃的環(huán)氧樹(shù)脂、氟樹(shù)脂與多醌樹(shù)脂等。
具有碳纖維混抄紙片的發(fā)熱體在按上述實(shí)際制作的結(jié)果下，它的電阻值是40Ω/□-80Ω/□，而紙片厚度可以是40μm-60μm。這樣制成的具有碳纖維混抄紙片的發(fā)熱體除可用作一般的板式加熱器外，例如還通過(guò)將其埋入地面與壁中也可用作為整個(gè)室內(nèi)供暖的輻射式暖氣裝置或用以防止結(jié)露的裝置。
下面說(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施例實(shí)施例1將直徑5μm而短切為5mm長(zhǎng)的碳纖維5％(重量)、KP漿粕95％(重量)、糊空木1kg按濃度5kg/m3的比例配制原料，由勻漿機(jī)作1小時(shí)打漿，于具有50目抄紙網(wǎng)的造紙機(jī)中按10m/min的造紙速度抄紙，然后經(jīng)壓榨、干燥工序用0.8m×5000m的卷繞機(jī)卷繞。結(jié)果獲得基重27g/m2，厚60μm的碳纖維混抄紙片。
將上述碳纖維混抄紙片按300mm×180mm裁切，作為測(cè)定儀器的功率計(jì)采用數(shù)字式萬(wàn)能表WT 100 YEW(橫河電機(jī)制)，使電壓變化，測(cè)定飽和溫度(氣氛溫度-上升溫度)。氣氛溫度為18℃，RH是55％，碳纖維混抄紙片的電阻值為50Ω/□。
結(jié)果示明于表1表1

注◎，高；○，低。
實(shí)施例2將直徑5μm而短切成7mm長(zhǎng)的碳纖維7％(重量)、KP漿粕93％(重量)、聚乙烯系親水性合成上漿料1kg按濃度6kg/m3的比例配制原料，其他條件與實(shí)施例1相同。結(jié)果制得基重為30g/m2而厚度為80μm的碳纖維混抄紙片，然后制成兩面以聚酰亞胺系粘合劑粘貼有20μm厚的聚酰亞胺樹(shù)脂層的碳纖維混抄紙片的發(fā)熱體。此碳纖維混抄紙片的電阻值為70Ω/□。
實(shí)施例3將直徑10μm而短切成10mm長(zhǎng)的碳纖維10％(重量)、韌皮纖維10％(重量)、KP漿粕80％(重量)、聚乙烯系親水性合成上漿料1kg，按6kg/m3的比例配制原料，其他條件與實(shí)施例1相同。結(jié)果制得基重為50g/m2而厚度為90μm的碳纖維混抄片，然后制成兩面以酚醛等粘合劑粘貼有30μm厚的聚酰亞胺樹(shù)脂層的碳纖維混抄紙片的發(fā)熱體。此碳纖維混抄片的電阻值為80Ω/□。
比較例1將直徑5μm而短切成6mm長(zhǎng)的碳纖維4％(重量)、楮纖維65％(重量)、牛皮紙漿粕30％(重量)的比例與黃蜀葵一齊按濃度為6kg/m2的比例配制原料，其他條件與實(shí)施例1相同。結(jié)果制得基重為60g/m2而厚度為60μm的碳纖維混抄紙片，其電阻值如表1所示。
比較例2將直徑10μm而短切成長(zhǎng)6mm的碳纖維15％(重量)、馬尼拉麻纖維25％(重量)、牛皮紙漿粕60％(重量)的比例，與聚乙烯等親水性合成上漿料一起按濃度6kg/m2的比例配制原料，其他條件與實(shí)施例1相同。結(jié)果制得基重為60g/m2而厚度為60μm的碳纖維混抄紙片，其電阻值如表1所示。
從表1可知，各實(shí)施例中的抄紙合格率均為100％。而在比較例中則在95％以下；在生產(chǎn)率方面，實(shí)施例的也比比較例的高；此外，與比較例相比，實(shí)施例的碳纖維混抄紙片的溫度也高。
權(quán)利要求
1.碳纖維混抄紙片發(fā)熱體，其特征在于，它是在5-10mm長(zhǎng)碳纖維5-10％(重量)與含有韌皮纖維的漿粕95-90％(重量)混抄成的碳纖維混抄紙片的一部分之上涂覆以上漿料，形成厚度在150μm以下、基重在50g/m2以下、打漿度為30-70°SR的碳纖維混抄紙片發(fā)熱體。
2.權(quán)利要求1所述的碳纖維混抄紙片發(fā)熱體，其中在此碳纖維混抄紙片發(fā)熱體上疊層有耐熱性樹(shù)脂片。
3.權(quán)利要求1或2所述的碳纖維混抄紙片發(fā)熱體，其中所述碳纖維的直徑為5-10μm。
4.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的碳纖維混抄紙片發(fā)熱體，其中含有所述韌皮纖維的漿粕的纖維長(zhǎng)度在3mm以上。
全文摘要
提供了這樣的碳纖維混抄紙片發(fā)熱體、其中的碳纖維均勻分散、其表面部件無(wú)變色等變質(zhì),且價(jià)格低廉。它是于5－10mm長(zhǎng)的碳纖維5－10%(重量)與含有韌皮纖維的漿粕95－90%(重量)混抄成的碳纖維混抄紙片的一部分之上涂覆上漿料,而制得特征為厚度在150μm之下、基重在50g/m
文檔編號(hào)H05B3/14GK1355352SQ0113779
公開(kāi)日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2001年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月31日
發(fā)明者林幸子 申請(qǐng)人:林京子