專利名稱：利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于制備多功能發(fā)熱紙的工藝技術(shù)，涉及一種利用極細碳纖維或摻入碳納米管的極細碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法。
背景技術(shù)：
一般來說，以碳為材料制備的面狀發(fā)熱體，具有安全、無噪音、最大限度減少電磁波危害的優(yōu)點，因此廣泛用作公寓、普通住房等的居住取暖裝置。此外，還廣泛用作辦公室、商店等商業(yè)用房的取暖裝置；車間、倉庫、各種工棚等產(chǎn)業(yè)用取暖裝置和各種產(chǎn)業(yè)用加熱裝置；塑料大棚和農(nóng)產(chǎn)品干燥設備等農(nóng)業(yè)用設備；給公路或停車場、機場跑道、橋梁橋面化積雪或防止結(jié)冰的各種防凍裝置；休閑、防寒等攜帶式保溫裝備、保健產(chǎn)品、家電產(chǎn)品、畜產(chǎn)取暖裝置。
以往制造面狀發(fā)熱體的方式為，混合碳粉和粘合劑，將該混合液按一定樣式印刷在聚酯(PET)膜上，之后將銀粉以一定間隔(10~20mm)平行印刷在發(fā)熱體花紋的兩端后，將鋁箔或銅箔放在形成銀粉電極的位置上，利用聚酯膜和熱熔粘合劑(EVA)絕緣粘合到兩端，從而構(gòu)成面狀發(fā)熱體后使用。
但是傳統(tǒng)的上述方式的面狀發(fā)熱體，不能擺脫實現(xiàn)發(fā)熱溫度上的局限性(理論值兩極間隔300~500mm時發(fā)熱值約為83℃，實際使用的溫度和用途有限，且可使用的絕緣膜材料也有限，當制備一定溫度(約65℃)以上的發(fā)熱產(chǎn)品時，由于絕緣膜的熱熔膠粘劑(EVA)因耐熱上的局限性而鼓起，引發(fā)面狀發(fā)熱體外觀及性能上的致命缺陷，因此兩極間隔300~500mm時，只能制造常用溫度在60℃以下的有局限性的發(fā)熱體。
此外，傳統(tǒng)的面狀發(fā)熱體，為了形成規(guī)則性排列的花紋，只能使用PET材料，使用中存在可能因皺褶出現(xiàn)電弧現(xiàn)象或短路的致命性缺陷。為了獲得抗皺性，進行了多種嘗試，但是沒有找到既能保持一定花紋的規(guī)則性排列，又兼?zhèn)錈崛壅澈闲缘慕^緣材料的獲取或制造生產(chǎn)技術(shù)。
此外，傳統(tǒng)的面狀發(fā)熱體，還有如下問題單位負載集中于一處時，界面電阻增加，順著和所集中單位負載的物體輪廓相同的界面發(fā)生電弧，引起短路，不能給使用者帶來便利。
此外，傳統(tǒng)的面狀發(fā)熱體，在利用有機粘合劑固定粘合碳粉時，使用有毒揮發(fā)性物質(zhì)(MEK等)，對空氣污染及作業(yè)環(huán)境的影響很大，而且只有粘合劑和稀釋劑的揮發(fā)殘留量保持在5％以下，才不會因溫度升高出現(xiàn)發(fā)熱體鼓起或碳粉混合層(6)龜裂的現(xiàn)象，但是制造工序難以在短時間內(nèi)完成干燥，導致難以保持揮發(fā)殘留量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決上述問題，提供一種利用極細碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，可結(jié)合產(chǎn)品的多種寬度(兩極間隔2400mm時發(fā)熱溫度為35～150℃)和最大發(fā)熱溫度380℃、多種絕緣層表面材料，實現(xiàn)多功能面狀發(fā)熱體的制造生產(chǎn)。且通過在發(fā)熱部分形成一定花紋，減少不必要的電能消耗，最大限度節(jié)省電能，從而可以制備取暖費低廉的取暖裝置。
此外，本發(fā)明目的在于，通過制備多層復合結(jié)構(gòu)的發(fā)熱紙，使發(fā)熱體在出現(xiàn)皺褶或部分損傷的情況下，也能持續(xù)發(fā)揮正常性能。
此外，本發(fā)明目的在于，通過制備多層復合結(jié)構(gòu)的發(fā)熱紙，解決單位負載集中于一處時，界面電阻增加，順著和所集中單位負載的物體輪廓相同的界面發(fā)生電弧，引起短路的問題，從而杜絕因電路引起的短路，持續(xù)保持發(fā)熱性能。
此外，本發(fā)明目的在于，提供可滿足不同消費者的需求的多功能發(fā)熱紙，從而給消費者帶來便利。
此外，本發(fā)明目的在于，為解決發(fā)熱部分的龜裂問題，通過使用100％水溶性粘合劑、稀釋劑和水，解決環(huán)境中保持揮發(fā)殘留量的問題，從而確保產(chǎn)品長期耐熱和延長產(chǎn)品使用壽命。
本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)的一種利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，其步驟包括(1)將占第一層初紙重量的40％-90％的造紙用紙漿、占第一層初紙重量的5％-30％的聚酯纖維等人造纖維和水混合后形成造紙用紙漿，用該造紙用紙漿制備第一層初紙；(2)將占第二層初紙重量的40％-90％造紙用紙漿、占第二層初紙重量的2％-30％聚酯等人造纖維、占第二層初紙重量的8％-50％極細碳纖維混合培養(yǎng)形成極細碳纖維混合液，其中，極細碳纖維粗為15nm-50μm，用該混合液制備第二層網(wǎng)狀初紙；(3)將第一層初紙和第二層網(wǎng)狀初紙疊加形成原紙；(4)將占原紙重量的3％-50％的碳粉、占原紙重量的2％-30％的導電聚合物、占原紙重量的1％-5％的水溶性粘合劑與水混合制成碳粉混合液；(5)在上述第二層網(wǎng)狀初紙上含浸或涂布上述碳粉混合液、烘干，形成碳粉混合層，構(gòu)成多功能發(fā)熱基體；(6)將上述基體進行切割；
(7)在切割后的基體一面的兩側(cè)，以寬10mm-25mm涂布銀粉、水溶性粘合劑和稀釋劑混合形成的銀粉混合液、烘干，形成銀電極線；(8)通過以導電聚合物為基本成分的導電膠粘劑或粘合劑，在銀電極線上疊壓厚35μm-50μm、寬10mm-25mm的銅箔電極線，該銅箔電極線與上述銀電極線具有相同長度；(9)在上述設有銀電極線和銅箔電極線的多功能發(fā)熱體上涂布絕緣材料、干燥，形成絕緣層。
進一步，步驟(4)中，可將占原紙重量0.1％-40％的碳納米管添加在碳粉混合液。
進一步，步驟(2)中，第二層初紙可通過在VAT設備中增加漿槽金屬網(wǎng)、漿槽網(wǎng)狀模具或篆刻漿槽空洞形成網(wǎng)狀。
進一步，步驟(1)中，造紙用紙漿可采用噴射方式形成第一層初紙。
進一步，第二層網(wǎng)狀初紙的花紋為三角形、菱形、六角形等直線圖形，以及該花紋在網(wǎng)狀初紙上按照一定間距斷開形成剪裁線。
進一步，在步驟(2)中的極細碳纖維混合液中可按一定比例添加電氣石、星光石之一或兩者的混合物。
進一步，在步驟(4)中的碳粉混合液中可按占原紙重量的1％-5％的比例，添加電氣石、星光石之一或兩者的混合物。
進一步，上述水溶性粘合劑采用環(huán)氧樹脂、丙稀酸樹脂、聚氨酯樹脂之一，或者上述材料兩種或多種混合。
進一步，導電聚合物可采用聚合物聚苯胺、聚合物聚吡咯、聚合物聚噻吩、DIOPEN之一，或者上述材料兩種或多種混合。
進一步，步驟(9)中將絕緣材料高溫熔融形成絕緣液，涂布在設有上述銀電極線和銅箔電極線的面狀發(fā)熱體上，在此之上再粘合一層絕緣膜以形成絕緣層，然后在此絕緣層上再次涂布上述絕緣液、再次粘合絕緣膜，形成至少2層以上的上述絕緣層。
進一步，上述絕緣材料采用HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、PP、PEN、PET、阻燃PET、PVC、阻燃PVC、PU、TPU、PI、硅膠、耐熱硅膠之一，或者上述材料兩種或多種混合。
發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明可通過有效涂布極細碳纖維、碳納米管和碳粉，100％取代目前利用鎳鉻耐熱合金線電阻熱的發(fā)熱體，而且可以形成面狀發(fā)熱體的初始模塊-碳粉印刷式發(fā)熱體未能實現(xiàn)的寬幅單件發(fā)熱體和不受溫度制約的超薄型發(fā)熱體，一舉解決了空間上的制約及安裝、使用上的諸多問題，從而在使用直流及交流電形成發(fā)熱體時可以不受限制地形成發(fā)熱模塊，實現(xiàn)多種便利的發(fā)熱體。
此外，是一種根本不會發(fā)生以往的面狀發(fā)熱體所具有的電磁波危害的結(jié)構(gòu)，有益健康；且與其他面狀發(fā)熱體相比，顯著節(jié)省耗電量，因此將成為經(jīng)濟且最大限度減少環(huán)境污染的新一代發(fā)熱模塊。
此外，與在發(fā)達國家作為電取暖模塊深受青睞的印刷式面狀發(fā)熱體相比，也具備優(yōu)異的技術(shù)價值，因此不僅可替代進口，還能成為通過出口在發(fā)熱模塊部件材料領域創(chuàng)匯和進行技術(shù)出口的機會。


圖1是本發(fā)明中利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的制造設備示意圖；圖2是本發(fā)明中第一初紙的示意圖；圖3是本發(fā)明中第二層初紙的示意圖；圖4是本發(fā)明中原紙的側(cè)視圖；圖5是本發(fā)明中多功能發(fā)熱基體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明中長纖維解離裝置的示意圖；圖7a是本發(fā)明中用來制造基體紙的VAT設備的側(cè)視圖；圖7b是本發(fā)明中用來制造基體紙的VAT設備的示意圖；圖8是本發(fā)明中VAT設備的金屬網(wǎng)的示意圖；圖9是本發(fā)明中絕緣膜涂布設備的示意圖。
符號說明101-天然紙漿；102-人造纖維；103-無機混合物；104-化學添加劑；201-孔紋；202-第二層網(wǎng)狀初紙；203-剪裁線；301-第一層初紙；302-第二層網(wǎng)狀初紙；303-碳混合物層；304-銅電極線；305-銀電極線；401解離槽原料投放口402解離槽(Dissociation Tank)；403解離槽的傾斜部位；404葉輪(Impeller)；405長刀片葉輪(Long Knife Impeller)；406轉(zhuǎn)換控制部分(Inverter Control)；407發(fā)動機(Motor)；501VAT原料投放口；502傾斜型管(Taper Tube)；503門墻(Gate Wall)；504薄片控制螺旋提升器(Slice Control Screw Jack)；505滾筒(Cylinder)；506廢物端(Rubbish Tip)；508溢流(Over Flow)；509真空風扇(Vacuum Fan)；601-第一層金屬網(wǎng)(lst Wire)；602-第二層金屬網(wǎng)(2nd Wire)；603-平板環(huán)(Plate Ring)；604-環(huán)形臂(Ring Arm)；605-Drum Space；702-銅箔供給裝置；703-冷卻輥(Chiller Roll)；704-T-Die；705-Plate Out Roll；706-鑄輥(Casting Roll)；707-絕緣膜供給裝置；708-復卷機(Rewinder)；。
具體實施例方式
本發(fā)明造紙過程有如下特點本發(fā)明將造紙用紙漿(40％-90％)和聚酯纖維等人造纖維(5％-30％)混合后，通過頂箱(head box)一次噴射到毛布上，或者為了防止因極細碳纖維較長，通過頂箱噴射過程中出現(xiàn)堵塞或纏結(jié)現(xiàn)象，以開放式頂箱進行二次噴涂，從而進行第一層初紙的制備。
將占第二層初紙重量的40％-90％天然紙漿、占第二層初紙重量的2％-30％聚酯等人造纖維、占第二層初紙重量的8％-50％極細碳纖維混合培養(yǎng)，極細碳纖維的橫截面直徑為15nm-50μm，在保持一定加熱溫度(60-150℃)后，以良好的固解狀態(tài)，采用適于移送極細碳纖維的合理制造構(gòu)成要素—長纖維的1Pitch型螺旋泵，采用配備在原料的壓送時防止纖維的偏重或糾纏現(xiàn)象之排管裝置的解離裝置，并且為了維持從原料投放口流入之原料的均勻分散和混合，采用處于理想比例關(guān)系的低速(20-150rpm/min)發(fā)動機，從而使多功能發(fā)熱體的電阻分布均勻。
在此制備第二層網(wǎng)狀初紙，在VAT裝置中第二層初紙形成具有三角形、棱形、六角形等多種花紋和一定寬度的剪裁線，并與第一層初紙疊加形成原紙。
在此進行碳粉混合液制備，碳粉混合液制備過程具有如下特征本發(fā)明中將占原紙重量0.1-20％的碳納米管，以適當比例混合占原紙重量的3-40％的乙炔基、瀝青基、聚丙烯腈基、椰殼導電或非導電碳纖維，混合占原紙重量0.2-30％的聚合物聚苯胺、聚合物聚吡咯、DIOPEN等導電聚合物，混合占原紙重量1-5％的水溶性環(huán)氧或水溶性聚丙烯腈及水溶性聚氨酯粘合劑，以及混合與造紙工藝無關(guān)的其他功能性無機物如電氣石、星光石等構(gòu)成混合液。
本發(fā)明在混有極細碳纖維的第二層網(wǎng)狀初紙上采用含浸或空氣噴涂或凹印方式將碳粉混合液涂布于花紋部分，形成多功能發(fā)熱基體。由于整個發(fā)熱體溫度均勻，可防止因局部電阻減少導致的溫度升高，從而延長發(fā)熱體壽命。且具有發(fā)生負離子、提高導熱率、屏蔽電磁波、屏蔽水脈波等日常生活所需的復合功能含浸涂布方式，可通過調(diào)整碳粉混合液的電阻及調(diào)整含浸工序中壓輥的間隔來調(diào)整所涂碳粉混合液的厚度，從而實現(xiàn)任意的面狀發(fā)熱體溫度及寬度。
空氣噴涂方式，可實現(xiàn)通過調(diào)整碳粉混合液的組成及電阻值來減少兩面發(fā)熱溫度差，同時可通過調(diào)整噴射量，實現(xiàn)任意的面狀發(fā)熱體溫度及寬度。
凹印涂布方式，可通過調(diào)整碳粉混合液的粘度及電阻，依靠色差呈現(xiàn)多種顏色和美麗的外觀，實現(xiàn)任意的面狀發(fā)熱體發(fā)熱溫度及寬度。
在此制備電極線，電極線設置工序具有如下特征本發(fā)明將由銀(Silver)粉、硅膠或聚氨酯、聚氨酯環(huán)氧樹脂等能夠賦予柔軟性的粘合劑和稀釋劑混合后，轉(zhuǎn)移到內(nèi)裝水平或垂直旋轉(zhuǎn)翼和刮器的混合罐，用以一定電極寬度(1-25mm)在形成碳粉混合液的基體上印刷、烘干，從而形成銀電極線(寬1-25mm)，或者通過噴涂混合液形成電極線，或者通過絲印或凹印設制備電極線。
在此制備壓延銅箔，本發(fā)明在銀(Silver)粉電極線上，將經(jīng)過以導電聚合物(聚合物聚苯胺、聚合物聚吡咯、DIOPEN)為基本成分的導電粘合劑或膠粘劑疊壓壓延銅箔，壓延銅箔(35-50μm)首先激光切割加工成10-25mm的寬度后，疊放于銀粉電極線上或距離銀粉電極線(704)邊緣錯開約2mm-10mm左右的一定間隔后，將壓延銅箔電極線擠壓，從而防止以往的銅箔分離現(xiàn)象，具有抗皺性；防止放電、杜絕漏電。
本發(fā)明通過將絕緣材料擠壓或涂布或噴涂于形成銀電極線的基體上，形成多功能發(fā)熱體，從而顯著改善溫度限制幅度，使0.15mm-0.8mm厚的發(fā)熱體可達到380℃的溫度，拓寬了適用范圍。
在此進行絕緣層制備，100℃以下發(fā)熱體，用PET復合多層膜、PVC復合多層膜和PEN復合多層膜來形成絕緣膜，且完全不用熱熔膠粘劑(EVA)，在T-DIE上熔融PE樹脂后，將PE樹脂用作膠粘劑，從而最大限度控制耐熱性及層壓粘結(jié)熱擠壓膜時可能產(chǎn)生的空氣量，保證完美的粘結(jié)力和密閉性，還從根本上消除溫度升高引發(fā)的多功能發(fā)熱體的扭曲、皺縮、鼓起變形、功能喪失和電弧現(xiàn)象，實現(xiàn)用途多樣化和保障產(chǎn)品壽命；70℃-180℃發(fā)熱體，用PEN復合多層膜或PREPREG(含浸酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂的玻璃纖維材料)來形成絕緣膜，在T-DIE機上熔融PVC樹脂、PE樹脂或聚氨酯環(huán)氧共混樹脂或聚氨酯樹脂后，將其用作膠粘劑；150℃-300℃發(fā)熱體，用聚酰亞胺膜(PI)或硅膠樹脂膜形成絕緣膜，將聚酰亞胺用作膠粘劑；200℃-400℃發(fā)熱體，用耐熱硅膠樹脂或聚酰亞胺膜(PI)來形成絕緣膜。本發(fā)明根據(jù)不同溫度選擇性形成絕緣膜的方法，擺脫目前通過熱體或熱輥來進行層壓的方式，以T-DIE擠壓成型方式或熱壓機加壓成型來形成多功能發(fā)熱體的絕緣層，從而實現(xiàn)橫向的比較均勻的絕緣涂布，加快絕緣膜的冷卻速度，因此可在構(gòu)建高速批量生產(chǎn)同時，將產(chǎn)品質(zhì)量保持較高水平；所使用絕緣膜由耐熱或阻燃材料構(gòu)成，可顯著改善發(fā)熱體壽命。
此外，本發(fā)明改善了傳統(tǒng)的多功能發(fā)熱體的不抗皺，完成在出褶或彎曲的情況下也不會出現(xiàn)短路問題的性能，可自由選擇具有抗皺性的PVC或TPU、PU(聚氨酯)等樹脂膜為絕緣材料，從而賦予多種用途和功能性。
下面，結(jié)合附圖對本發(fā)明利用碳纖維制造多功能發(fā)熱紙的過程進一步說明。
圖1是本發(fā)明中利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的制造設備示意圖；圖2是本發(fā)明中第一初紙的示意圖；圖3是本發(fā)明中第二層初紙的示意圖；圖4是本發(fā)明中原紙的側(cè)視圖；圖5是本發(fā)明中多功能發(fā)熱基體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明中長纖維解離裝置的示意圖；圖7a是本發(fā)明中用來制造基體紙的VAT設備的側(cè)視圖；圖7b是本發(fā)明中用來制造基體紙的VAT設備的示意圖；圖8是本發(fā)明中VAT設備的金屬網(wǎng)的示意圖；圖9是本發(fā)明中絕緣膜涂布設備的示意圖。
結(jié)合圖1說明如下經(jīng)過原料混合，在單網(wǎng)造紙機(Wire Part)形成第一層初紙，在VAT裝置(VAT Part)形成第二層網(wǎng)狀初紙，經(jīng)過楊克烘干機的干燥過程，形成多功能發(fā)熱基體，在后續(xù)造紙裝置上，通過由銀粉罐、銀粉抽吸輥和電極印刷輥構(gòu)成銀電極，通過銅箔供給裝置，將壓延銅箔疊壓到銀電極線上，再次烘干后，通過絕緣膜供給裝置和T-Die熔融絕緣材料與絕緣膜(306)擠壓，從而完成本發(fā)明多功能發(fā)熱紙的制造。
結(jié)合圖2和圖3說明如下第一層初紙制備，將占第一層初紙重量的40％-90％的天然紙漿101、占第一層初紙重量的5％-30％的聚酯等人造纖維102、粘合劑-水溶性聚丙烯腈樹脂或水溶性環(huán)氧樹脂和PVA等化學混合物104、黃土、陶瓷、星光石、電氣石等無機混合物103，投入加熱的固解罐內(nèi)，用安裝在固解罐內(nèi)的可順/逆時針旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)翼攪拌后，通過噴射裝置-頂箱和開放式頂箱，按一定噴射率噴射在毛布層上。
將占第二層初紙重量的40％-90％天然紙漿、占第二層初紙重量的2％-30％聚酯等人造纖維、占第二層初紙重量的8％-50％極細碳纖維混合培養(yǎng)，極細碳纖維的粗度為15nm-50μm，在保持一定加熱溫度(60~150℃)后，以良好的固解狀態(tài)，采用適于移送極細碳纖維的合理制造構(gòu)成要素—長纖維的1Pitch型螺旋泵，采用配備在原料的壓送時防止纖維的偏重或糾纏現(xiàn)象之排管裝置的解離裝置，并且為了維持從原料投放口流入之原料的均勻分散和混合，采用處于理想比例關(guān)系的低速(20-150rpm/min)發(fā)動機，從而使多功能發(fā)熱體的電阻分布均勻。參照圖6，解離槽內(nèi)設有與所移送原料垂直方向旋轉(zhuǎn)的葉輪，以及設有防止長纖維切斷的長刀刃狀的輔助葉輪，該解離槽下部未安裝攪拌器的一端為半徑500-1100mm的傾斜球面。
參照圖7，為了維持功能性發(fā)熱紙精確的基重和電阻，采用無原料供應壓力的配備傾斜型TUBE管502的圓網(wǎng)機漿槽，減少原料對管道的壓力，防止渦流引起的凝聚，將填充的功能性發(fā)熱紙原料混合物，以接近于自然壓力的狀態(tài)供應到門墻(Gate Wall)503。通過薄片控制螺旋提升器(Slice Control Screw Jack)504調(diào)整縱向抗拉強度(MD-機械方向)和橫向抗拉強度(CD-垂直于機械方向)的MD∶CD比率為60∶40，通過打開或關(guān)閉薄片(Slice)507調(diào)整原料流速，旋轉(zhuǎn)內(nèi)部水位與傾斜型TUBE502之間存在一定水位差的滾筒505時，原料物質(zhì)被附著到滾筒505表面，上部的真空風扇(Vacuum Fan)509吸收濕紙(Wet Paper)的水分，移送到擠壓過程，在這里，剩余的原料混合物通過溢流(Over Flow)508流出，在原料投放口501匯合。經(jīng)過這些過程，形成初始狀態(tài)的第二層初紙。
結(jié)合圖8說明如下從VAT裝置移送的濕紙，為了具有三角形、棱形、梯形、六角形、平行四邊形、三葉草形等多種直線形花紋，在VAT Cylinder表面金屬網(wǎng)602上用鉛、鋁等金屬或合金焊接形成規(guī)則性排列的具有一定形狀如三角形、棱形、六角形等的花紋，或用環(huán)氧樹脂、硅膠、聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯、橡膠化合物等能夠與金屬粘著的化學物質(zhì)或樹脂構(gòu)成的汽缸模具形成花紋，或以花紋的金屬網(wǎng)601作為造紙金屬網(wǎng)，使極細碳纖維發(fā)熱體具備三角形、棱形、六角形等多種花紋和花紋斷開處形成的剪裁線。
此外，為了實現(xiàn)多功能，在碳纖維混合液中添加占第二層初紙重量的1％-10％導電聚合物和占第二層初紙重量的1％-10％的功能性無機物混合物，如電氣石、星光石、發(fā)生負離子的礦物。
本發(fā)明中將占原紙重量0.1％-20％的碳納米管，以適當比例混合占原紙重量的3％-40％的乙炔基、瀝青基、聚丙烯腈基、椰殼導電或非導電碳纖維，混合占原紙重量0.2％-30％的聚合物聚苯胺、聚合物聚吡咯、DIOPEN等導電聚合物，混合占原紙重量1％-5％的水溶性環(huán)氧或水溶性聚丙烯腈及水溶性聚氨酯粘合劑，以及混合與造紙工藝無關(guān)的其他功能性無機物如電氣石、星光石等構(gòu)成混合液。參考圖3、圖4，將第一層初紙301與第二層初紙202疊壓，將碳粉混合液涂布在第二層初紙上的花紋部分，形成不需要通電的孔201和絕緣剪裁線203，可沿著剪裁線任意剪裁多功能發(fā)熱體。
結(jié)合圖5、圖9說明如下在形成碳粉混合液的基體上，將由銀(Silver)粉、硅膠或聚氨酯、聚氨酯環(huán)氧樹脂共混物等能夠賦予柔軟性的粘合劑和稀釋劑混合后，轉(zhuǎn)移到內(nèi)裝水平或垂直旋轉(zhuǎn)翼和刮器的混合罐后，用以一定間隔、按電極寬度(1mm-25mm)刻有單個或多個電極形狀的橡膠或不銹鋼印刷輥沾銀粉混合液后，在基體上印刷銀粉混合液、烘干，形成銀電極線(寬1mm-25mm)305。在銀(Silver)粉電極線305上，通過以導電聚合物(聚合物聚苯胺、聚合物聚吡咯、DIOPEN)為基本成分的導電粘合劑或膠粘劑疊壓壓延銅箔(厚35μm-50μm)304，該壓延銅箔激光切割加工成10mm-25mm的寬度后，疊放于銀粉電極線上或距離銀粉電極線邊緣錯開約2mm-10mm左右的一定間隔后，通過冷卻輥703和Plate OutRoll 705將壓延銅箔電極線擠壓。
將與需要絕緣的表面絕緣膜相同或具有粘著性的絕緣材料(HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、PP、PEN、PET、阻燃PET、PVC、阻燃PVC、PU、TPU、PI、硅膠、耐熱硅膠)的原料樹脂通過T-Die704熔融擠出后，通過絕緣膜供給裝置707供應的絕緣膜一同通過鑄輥706進行擠壓，在基體上實現(xiàn)絕緣層。
以往制造發(fā)熱體的方式為，將碳粉和粘合劑混合后按一定樣式印刷在聚酯(PET)膜上，然后利用聚酯膜或熱熔膠粘劑(EVA)絕緣粘接到面狀發(fā)熱體，因此以往方式的面狀發(fā)熱體，不能擺脫實現(xiàn)發(fā)熱溫度上的局限性(理論值83℃)，用途有限，且可使用的絕緣膜材料也有限，當發(fā)熱到一定溫度(約65℃)以上時，層壓在絕緣膜上的熱熔膠粘劑(EVA)鼓起，引發(fā)面狀發(fā)熱體外觀及性能上的致命缺陷，因此只能制造有局限性的發(fā)熱體。
以往制造面狀發(fā)熱體時所使用的絕緣層和絕緣膜，并不是多層結(jié)構(gòu)，而是用具備一定物性的膜(典型的是在PET膜上涂布熱熔膠粘劑的熱層壓絕緣膜)來加強面狀發(fā)熱體結(jié)構(gòu)的強度，且為保證防水性、耐久性，利用熱輥式層壓設備，以熱熔膠粘劑的膠粘力升高熱輥的溫度后，壓下壓輥以一定溫度和壓力使絕緣材料貼緊。
這些以往的工藝，具有目前面狀發(fā)熱體產(chǎn)品的共同特征簡便、制造成本低廉，但是發(fā)熱體在使用中達到一定溫度如60℃-80℃以上時，用作膜膠粘劑的熱熔膠粘劑(EVA)熔融，體積持續(xù)膨脹，導致面狀發(fā)熱體的絕緣膜鼓起，從而出現(xiàn)作為面狀發(fā)熱體的致命缺陷。
為預防上述致命缺陷、制造消費者能夠放心使用的產(chǎn)品，本發(fā)明用絕緣材料包括HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、PP、PEN、PET、阻燃PET、PVC、防水油布、阻燃PVC、PU、TPU、PI、玻璃纖維-環(huán)氧預浸料坯(Prepreg)、玻璃纖維-酚醛預浸料坯、硅膠、耐熱硅膠等原料(顆粒)代替目前的膜膠粘劑-熱熔膠粘劑(EVA)，以T-DIE方式在擠出機上熔融后，以一定壓力擠出涂布于面狀發(fā)熱體，之后通過螺旋槳使面狀發(fā)熱體經(jīng)過桶和金屬絲網(wǎng)后，在T-DIE上將絕緣膜(HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、PP、PEN、PET、阻燃PET、PVC、阻燃PVC、PU、TPU、PI、硅膠、耐熱硅膠)直接熔融粘結(jié)于面狀發(fā)熱體，從而擺脫目前膠粘劑的溫度限制，形成任意溫度的產(chǎn)品群，而且大大提高了耐用性和防水性。
由此，本發(fā)明利用復合結(jié)構(gòu)碳纖維發(fā)熱體顯著改善溫度限制幅度，使0.15mm-0.8mm厚的發(fā)熱體可達到380℃，適用于多種用途，且可根據(jù)不同發(fā)熱溫度選擇性采用不同絕緣材料及絕緣膜來構(gòu)成絕緣層，從而完成不同溫度發(fā)熱體的制備。
因此，本發(fā)明為了滿足使用者的需求，大幅增加了功能性發(fā)熱紙可達到的溫度范圍，將限制發(fā)熱紙寬度的因素減少為極少，適用于使用直流及交流電，而且在使用過程中還減少電磁波的危害，有益于人類健康，節(jié)約能源。
權(quán)利要求
1.一種利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，其步驟包括(1)將占第一層初紙重量的40％-90％的造紙用紙漿、占第一層初紙重量的5％-30％的聚酯纖維等人造纖維和水混合后形成造紙用紙漿，用該造紙用紙漿制備第一層初紙；(2)將占第二層初紙重量的40％-90％造紙用紙漿、占第二層初紙重量的2％-30％聚酯等人造纖維、占第二層初紙重量的8％-50％極細碳纖維混合培養(yǎng)形成極細碳纖維混合液，其中，極細碳纖維粗為15nm-50μm，用該混合液制備第二層網(wǎng)狀初紙；(3)將第一層初紙和第二層網(wǎng)狀初紙疊加形成原紙；(4)將占原紙重量的3％-50％的碳粉、占原紙重量的2％-30％的導電聚合物、占原紙重量的1％-5％的水溶性粘合劑與水混合制成碳粉混合液；(5)在上述第二層網(wǎng)狀初紙上含浸或涂布上述碳粉混合液、烘干，形成碳粉混合層，構(gòu)成多功能發(fā)熱基體；(6)將上述基體進行切割；(7)在切割后的基體一面的兩側(cè)，以寬10mm-25mm涂布銀粉、水溶性粘合劑和稀釋劑混合形成的銀粉混合液、烘干，形成銀電極線；(8)通過以導電聚合物為基本成分的導電膠粘劑或粘合劑，在銀電極線上疊壓厚35μm-50μm、寬10mm-25mm的銅箔電極線，該銅箔電極線與上述銀電極線具有相同長度；(9)在上述設有銀電極線和銅箔電極線的多功能發(fā)熱體上涂布絕緣材料、干燥，形成絕緣層。
2.如權(quán)利要求1所述的利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，其特征在于步驟(4)中，將占原紙重量0.1％-40％的碳納米管添加在碳粉混合液。
3.如權(quán)利要求1所述的利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，其特征在于步驟(2)中，第二層初紙是通過在VAT設備中增加漿槽金屬網(wǎng)、漿槽網(wǎng)狀模具或篆刻漿槽空洞形成網(wǎng)狀。
4.如權(quán)利要求1或2所述的利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，其特征在于步驟(1)中，造紙用紙漿采用噴射方式形成第一層初紙。
5.如權(quán)利要求1或3所述的利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，其特征在于第二層網(wǎng)狀初紙的花紋為三角形、菱形、六角形等直線圖形，以及該花紋在網(wǎng)狀初紙上按照一定間距斷開形成剪裁線。
6.如權(quán)利要求1或2所述的利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，其特征在于在步驟(2)中的極細碳纖維混合液中按一定比例添加電氣石、星光石之一或兩者的混合物。
7.如權(quán)利要求1或2所述的利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，其特征在于在步驟(4)中的碳粉混合液中按占面狀發(fā)熱體重量的1％-5％的比例，添加電氣石、星光石之一或兩者的混合物。
8.如權(quán)利要求1或2所述的利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，其特征在于上述水溶性粘合劑采用環(huán)氧樹脂、丙稀酸樹脂、聚氨酯樹脂之一，或者上述材料兩種或多種混合。
9.如權(quán)利要求1或2所述的利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，其特征在于導電聚合物采用聚合物聚苯胺、聚合物聚吡咯、聚合物聚噻吩、DIOPEN之一，或者上述材料兩種或多種混合。
10.如權(quán)利要求1所述的利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，其特征在于步驟(9)中將絕緣材料高溫熔融形成絕緣液，涂布在設有上述銀電極線和銅箔電極線的面狀發(fā)熱體上，在此之上再粘合一層絕緣膜以形成絕緣層，然后在此絕緣層上再次涂布上述絕緣液、再次粘合絕緣膜，形成至少2層以上的上述絕緣層。
11.如權(quán)利要求1或10所述的利用碳纖維制備多功能發(fā)熱紙的方法，其特征在于上述絕緣材料采用HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、PP、PEN、PET、阻燃PET、PVC、阻燃PVC、PU、TPU、PI、硅膠、耐熱硅膠之一，或者上述材料兩種或多種混合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用碳纖維制造多功能發(fā)熱體的方法，該方法的步驟包括將造紙用紙漿和人造纖維制備第一層初紙后，用極細碳纖維、造紙用紙漿和人造纖維混合制備形狀為一定花紋的第二層初紙，將第一層初紙和第二層初紙疊加形成原紙，之后在第二層初紙的花紋上涂布碳粉混合物，由此形成發(fā)熱基體，制備銀電極線和銅箔電極線，在上述設有銀電極線和銅箔電極線的基體上熔融絕緣材料、烘干，形成絕緣層，從而完成發(fā)熱體的制備。由于整個發(fā)熱體溫度均勻，可防止因局部電阻減少導致的溫度升高，從而延長發(fā)熱體壽命。且具有發(fā)生負離子、提高導熱率、屏蔽電磁波、屏蔽水脈波等日常生活所需的復合功能。
文檔編號H05B3/34GK1889795SQ200610086660
公開日2007年1月3日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者鄭仁 申請人:全宇宙(香港)有限公司