本發(fā)明屬于電熱地板
技術領域：
，具體涉及一種基于改性碳纖維熱芯層的新型碳纖維熱芯地板。
背景技術：
：：隨著人們生活水平的不斷提高，人們對居住環(huán)境的要求也越來越高，已經(jīng)不僅僅要滿足基本的生活條件，而且要求創(chuàng)造舒適、安逸、智能的居住環(huán)境，并且要求室內環(huán)境滿足溫度、濕度、采光、風速、污染物濃度等多方面的水平控制在一定范圍。室內環(huán)境的調節(jié)需要用暖通空調設備來實現(xiàn)，目前國內一般是使用低溫熱水通過室外管網(wǎng)輸送至室內散熱設備，形成采暖系統(tǒng)，但是針對于偏南方的一些城市實施起來著實困難，而且這種系統(tǒng)越來越難滿足人們的要求，如環(huán)境污染、占地面積大、噪聲污染、修理困難等。繼而，電采暖技術因具備投資低、運行管理簡單、調節(jié)方便、收費方便等特別，開始逐漸被一些地區(qū)所接受，尤其是長江以南的區(qū)域。目前，電采暖的產(chǎn)品主要有電暖器、電鍋爐、電熱膜、電纜線等。近年來，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，高效電熱抓換材料碳纖維也開始被應用于供暖系統(tǒng)。碳纖維的主要采暖方式有：碳纖維電熱板、碳纖維筆畫、碳纖維衣服等。碳纖維電熱地板采暖系統(tǒng)就是將碳纖維電熱板直接鋪設于地板表面，再鋪設木質地板、地毯等，形成采暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)運行時，是通過碳纖維作為發(fā)熱材料，將電能轉換成熱能，釋放到室內，以整個地板表面為散熱面與室內環(huán)境通過輻射和對流兩種傳熱方式來實現(xiàn)熱交換，與傳統(tǒng)的以對流散熱為主的散熱器供暖相比，碳纖維電熱地板采暖系統(tǒng)能使室內溫度分布均勻、舒適性好、干凈衛(wèi)生、節(jié)約能源，符合環(huán)保、節(jié)能的發(fā)展方向。中國專利CN103982937A(公開日2014.8.13)公開的一種電熱復合地板發(fā)熱芯及其制作方法，該電熱復合地板發(fā)熱芯包括短電極電熱地板發(fā)熱芯和長電極電熱地板發(fā)熱芯，長短電極之間都為碳纖維或碳晶電熱紙，碳纖維或碳晶電熱紙的兩端分別與長短電極通過鉚制針孔鉚接，經(jīng)電極焊接點、連接引線組合接線及插頭插座導通，使相鄰電熱復合地板之間形成串接電路，經(jīng)溫控器至電源。中國專利CN104486851A(公開日2015.4.1)公開的微衰減功率可裁剪碳纖維電熱板及其制備方法，微衰減功率可裁剪碳纖維電熱板包括上裝飾層、上絕緣層、發(fā)熱芯片層、下絕緣層、下裝飾層，其中發(fā)熱芯片層由多張平鋪的碳纖維發(fā)熱無紡紙通過銅帶相互并聯(lián)構成，該碳纖維電熱板采用碳纖維電熱無紡紙作為發(fā)熱芯片，紙張薄抗水，復合強度高，衰減功率低于木漿導電紙，方便耐用。由上述現(xiàn)有技術可知，目前碳纖維電熱地板中的熱芯多是采用碳纖維、碳晶電熱紙、碳纖維電熱無紡紙等材料，而且多是從結構方面改善電熱地板的發(fā)熱性能，但對于碳纖維發(fā)熱材料本身的性能對電熱地板發(fā)熱性能的研究不多。技術實現(xiàn)要素：：本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于改性碳纖維熱芯層的新型碳纖維熱芯地板，采用聚苯胺包覆的改性碳纖維作為主要原料，與電極和絕緣材料形成改性碳纖維熱芯層，再與木質層復合形成碳纖維熱芯地板。本發(fā)明制備的基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板與常規(guī)的碳纖維熱芯地板不同，其原料是經(jīng)過改性的碳纖維，經(jīng)改性處理的碳纖維其親水性、抗張性都明顯提高，可以簡化碳纖維熱芯地板的制作工藝，提高碳纖維熱芯地板的機械強度和使用性，得到可大規(guī)模生產(chǎn)的性能優(yōu)異的碳纖維熱芯地板。為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：一種基于改性碳纖維熱芯層的新型碳纖維熱芯地板，其特征在于，所述碳纖維熱芯地板包括木質層和熱芯層，所述熱芯層為改性碳纖維熱芯層，所述改性碳纖維熱芯層包括改性碳纖維材料、電極和絕緣層，所述改性碳纖維材料為聚苯胺包覆的改性碳纖維制備的碳纖維紙或碳纖維無紡布。優(yōu)選地，所述聚苯胺包覆的改性碳纖維的原料為等離子體改性的碳纖維短纖維。優(yōu)選地，所述一種基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：(1)將碳纖維的長纖維切斷至3-5cm，再倒入高速攪碎機中切斷處理1-3min，得到待改性處理的碳纖維短纖維；(2)將步驟(1)制備的待改性處理的碳纖維短纖維置于低溫等離子體儀中，在100-140℃和1.5×105-2×105下，在氮氣氛圍下進行等離子處理，得到活化的碳纖維短纖維；(3)按重量份計，將1份的步驟(2)制備的活化的碳纖維短纖維加入75-90份的含苯胺的鹽酸溶液中，緩慢攪拌，加入2-7份的引發(fā)劑，常溫繼續(xù)攪拌反應，取出，沖洗至濾液中性，烘干得到聚苯胺包覆的改性碳纖維；(4)將步驟(3)制備的聚苯胺包覆的改性碳纖維置于造紙或者無紡布設備中，制造得到改性碳纖維紙或者碳纖維無紡布；(5)將步驟(4)制備的改性碳纖維紙或者碳纖維無紡布與電極、絕緣材料相復合得到改性碳纖維熱芯層，再與木質層相復合得到基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，碳纖維的長纖維為聚丙烯晴碳纖維。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，等離子處理的功率為200-300W，時間為60-90s。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，含苯胺的鹽酸溶液中苯胺的含量為0.1-0.2g/mol。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，引發(fā)劑為過硫酸銨。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，攪拌反應的時間為5-10h。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，改性碳纖維紙或者碳纖維無紡布的電阻率為0.13-0.15Ω·cm。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(5)中，基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板的升溫速率為0.3-0.5℃/min。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明制備的碳纖維熱芯地板的主要功能元件為改性碳纖維熱芯層，該改性碳纖維熱芯層主要由改性的碳纖維短纖維構成，碳纖維短纖維先經(jīng)低溫等離子體處理使碳纖維表面增加活性，而且不影響其他強度，然后再經(jīng)包覆聚合反應，極大的提高碳纖維的表面性能，使碳纖維表面局域良好的親水性和親樹脂性能，分散性也變好，使制備的碳纖維紙或碳纖維無紡布的均勻性、穩(wěn)定劑和機械強度大幅度提高。(2)本發(fā)明制備的碳纖維熱芯地板的改性碳纖維熱芯層的制備工藝簡化，分散性和均勻性好，制備的碳纖維熱芯層的熱量分布均勻性更好，升溫速率穩(wěn)定，制備的碳纖維熱芯地板機械強度和使用性大幅度提高，而且可大規(guī)模生產(chǎn)。具體實施方式：下面將結合具體實施例來詳細說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。實施例1：(1)將聚丙烯晴碳纖維T-1000的長纖維切斷至3-5cm，再倒入高速攪碎機中切斷處理1min，得到待改性處理的碳纖維短纖維。(2)將步驟(1)制備的待改性處理的碳纖維短纖維置于低溫等離子體儀中，在100℃和1.5×105下，在氮氣氛圍下，以200W的功率進行等離子處理60s，得到活化的碳纖維短纖維。(3)按重量份計，將1份的步驟(2)制備的活化的碳纖維短纖維加入75份的0.1g/mol含苯胺的鹽酸溶液中，緩慢攪拌30min，加入2份的硫酸銨引發(fā)劑，常溫繼續(xù)攪拌反應5h，取出，沖洗至濾液中性，烘干得到聚苯胺包覆的改性碳纖維。(4)將步驟(3)制備的聚苯胺包覆的改性碳纖維置于造紙或者無紡布設備中，制造得到改性碳纖維紙。(5)將步驟(4)制備的改性碳纖維紙與電極、絕緣材料相復合得到改性碳纖維熱芯層，再與木質層相復合得到基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板。實施例2：(1)將聚丙烯晴碳纖維M40的長纖維切斷至3-5cm，再倒入高速攪碎機中切斷處理3min，得到待改性處理的碳纖維短纖維。(2)將步驟(1)制備的待改性處理的碳纖維短纖維置于低溫等離子體儀中，在140℃和2×105下，在氮氣氛圍下，以300W的功率進行等離子處理90s，得到活化的碳纖維短纖維。(3)按重量份計，將1份的步驟(2)制備的活化的碳纖維短纖維加入90份的0.2g/mol含苯胺的鹽酸溶液中，緩慢攪拌30min，加入7份的硫酸銨引發(fā)劑，常溫繼續(xù)攪拌反應10h，取出，沖洗至濾液中性，烘干得到聚苯胺包覆的改性碳纖維。(4)將步驟(3)制備的聚苯胺包覆的改性碳纖維置于造紙或者無紡布設備中，制造得到改性碳纖維無紡布。(5)將步驟(4)制備的改性碳纖維無紡布與電極、絕緣材料相復合得到改性碳纖維熱芯層，再與木質層相復合得到基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板。實施例3：(1)將聚丙烯晴碳纖維M60的長纖維切斷至3-5cm，再倒入高速攪碎機中切斷處理2min，得到待改性處理的碳纖維短纖維。(2)將步驟(1)制備的待改性處理的碳纖維短纖維置于低溫等離子體儀中，在120℃和1.7×105下，在氮氣氛圍下，以250W的功率進行等離子處理80s，得到活化的碳纖維短纖維。(3)按重量份計，將1份的步驟(2)制備的活化的碳纖維短纖維加入80份的0.15g/mol含苯胺的鹽酸溶液中，緩慢攪拌30min，加入5份的硫酸銨引發(fā)劑，常溫繼續(xù)攪拌反應8h，取出，沖洗至濾液中性，烘干得到聚苯胺包覆的改性碳纖維。(4)將步驟(3)制備的聚苯胺包覆的改性碳纖維置于造紙或者無紡布設備中，制造得到改性碳纖維無紡布。(5)將步驟(4)制備的改性碳纖維無紡布與電極、絕緣材料相復合得到改性碳纖維熱芯層，再與木質層相復合得到基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板。實施例4：(1)將聚丙烯晴碳纖維M60的長纖維切斷至3-5cm，再倒入高速攪碎機中切斷處理1.5min，得到待改性處理的碳纖維短纖維。(2)將步驟(1)制備的待改性處理的碳纖維短纖維置于低溫等離子體儀中，在130℃和1.6×105下，在氮氣氛圍下，以230W的功率進行等離子處理70s，得到活化的碳纖維短纖維。(3)按重量份計，將1份的步驟(2)制備的活化的碳纖維短纖維加入85份的0.13g/mol含苯胺的鹽酸溶液中，緩慢攪拌30min，加入4份的硫酸銨引發(fā)劑，常溫繼續(xù)攪拌反應8h，取出，沖洗至濾液中性，烘干得到聚苯胺包覆的改性碳纖維。(4)將步驟(3)制備的聚苯胺包覆的改性碳纖維置于造紙或者無紡布設備中，制造得到改性碳纖維紙。(5)將步驟(4)制備的改性碳纖維紙與電極、絕緣材料相復合得到改性碳纖維熱芯層，再與木質層相復合得到基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板。實施例5：(1)將聚丙烯晴碳纖維M60的長纖維切斷至3-5cm，再倒入高速攪碎機中切斷處理2.5min，得到待改性處理的碳纖維短纖維。(2)將步驟(1)制備的待改性處理的碳纖維短纖維置于低溫等離子體儀中，在100℃和2×105下，在氮氣氛圍下，以300W的功率進行等離子處理60s，得到活化的碳纖維短纖維。(3)按重量份計，將1份的步驟(2)制備的活化的碳纖維短纖維加入75份的0.2g/mol含苯胺的鹽酸溶液中，緩慢攪拌30min，加入3份的硫酸銨引發(fā)劑，常溫繼續(xù)攪拌反應7h，取出，沖洗至濾液中性，烘干得到聚苯胺包覆的改性碳纖維。(4)將步驟(3)制備的聚苯胺包覆的改性碳纖維置于造紙或者無紡布設備中，制造得到改性碳纖維紙。(5)將步驟(4)制備的改性碳纖維紙與電極、絕緣材料相復合得到改性碳纖維熱芯層，再與木質層相復合得到基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板。實施例6：(1)將聚丙烯晴碳纖維M40的長纖維切斷至3-5cm，再倒入高速攪碎機中切斷處理2min，得到待改性處理的碳纖維短纖維。(2)將步驟(1)制備的待改性處理的碳纖維短纖維置于低溫等離子體儀中，在140℃和1.5×105下，在氮氣氛圍下，以200W的功率進行等離子處理90s，得到活化的碳纖維短纖維。(3)按重量份計，將1份的步驟(2)制備的活化的碳纖維短纖維加入90份的0.1g/mol含苯胺的鹽酸溶液中，緩慢攪拌30min，加入6份的硫酸銨引發(fā)劑，常溫繼續(xù)攪拌反應8h，取出，沖洗至濾液中性，烘干得到聚苯胺包覆的改性碳纖維。(4)將步驟(3)制備的聚苯胺包覆的改性碳纖維置于無紡布設備中，制造得到改性碳纖維無紡布。(5)將步驟(4)制備的改性碳纖維無紡布與電極、絕緣材料相復合得到基于改性碳纖維熱芯層，再與木質層相復合得到基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板。經(jīng)檢測，實施例1-6制備的改性碳纖維熱芯層的電阻率、電阻的均勻性的結果如下所示：在溫度為20℃，濕度為50％，大氣壓為一個大氣壓的環(huán)境中，將實施例1-6制備的基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板的升溫速率、溫度均勻性的結果如下所示：實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6升溫速率(℃/min)0.30.50.420.380.490.46溫度均勻性(％)959899949697由上表可見，本發(fā)明制備的基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板中改性碳纖維熱芯層的電阻率低，電阻的均勻性好，基于改性碳纖維熱芯層的碳纖維熱芯地板的升溫速率穩(wěn)定，溫度均勻性好。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術領域：
中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。當前第1頁1 2 3