專利名稱：導電發(fā)熱用的碳纖維復合紙及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于導電發(fā)熱用材料制備技術領域，具體地講是涉及到一種新型的面狀的具有導電發(fā)熱功能的碳纖維復合紙及其制備方法。
目前，就導電發(fā)熱材料而論，有紅外燈管、電加熱暖氣片、金屬電阻絲等等，但這些導電加熱的材料，在加熱均勻度、安全性以及熱效率方面都存在些不足，尤其是在家庭生活中作為取暖使用情況下尤其顯得突出。就導電而言，目前人們主要是根據(jù)其導電功能和紙本身的物化性能，將其用做電磁波屏蔽材料、防靜電包裝材料。而本發(fā)明旨在研究一種新型的導電發(fā)熱用的材料，這種材料是一種面狀發(fā)熱體，是以碳纖維為導電相，以纖維素漿粕為基體，按照本發(fā)明的制造方法制成一種導電發(fā)熱用的復合紙，用這種材料制成面狀發(fā)熱體，既具有導電發(fā)熱的作用，又具有紙的特點，可利用復合紙中碳纖維的含量以及復合紙的尺寸組合而制成各種希望的電阻值和加熱面積，方便地用于工業(yè)和家庭生活中，達到加熱、取暖、保溫的功能，面狀均勻發(fā)熱，發(fā)熱效率可達到99.99％，克服了現(xiàn)有加熱材料在加熱均勻度、安全性及熱效率方面的問題。
因而，本發(fā)明的目的就是提供一種新型的導電發(fā)熱用的面狀發(fā)熱材料，具體地講就是提供一種以碳纖維為導電相，以纖維素漿為基體，通過本發(fā)明的制備方法制成的一種高熱效率的導電發(fā)熱用的碳纖維復合紙。
本發(fā)明的另一個目的就是提供一種制備本發(fā)明的導電發(fā)熱用的以碳纖維為導電相、以纖維素漿為基體的復合紙的制備方法。
本發(fā)明的導電發(fā)熱一的面狀發(fā)熱體是以碳纖維為導電相，以纖維素漿為基體，將這兩種材料進行復合抄紙而制得本發(fā)明的導電發(fā)熱用的碳纖維復合紙。
本發(fā)明的導電發(fā)熱的碳纖維復合紙，其中的導電相碳纖維可選用瀝青基碳纖維、人造纖維基碳纖維和聚丙烯腈碳纖維其中之一，而以聚丙烯腈碳纖維作導電相效果更好，作為導電發(fā)熱體復合紙的基體是造紙行業(yè)通常采用的纖維素漿，如木漿，棉漿，麻漿，化學纖維，如PTFE，PET，PAN等。
作為導電發(fā)熱用的復合紙，其主要的物理性能就是電阻率，決定本發(fā)明的碳纖維復合紙的有諸多因素，如碳纖維的種類，含量，碳纖維與基體的結合力，復合紙本身的定重等因素。但其中作為導電相的碳纖維是其主要因素之一。
本發(fā)明的以碳纖維為導電相的復合紙，其中的碳纖維含量控制在占紙重的1—40％(重量)，其中以3—20％為優(yōu)選含量范圍；碳纖維的長度控制在1—20mm，其中在2—12mm為較佳選擇；碳纖維的電阻率選擇在0.1—50Ωm范圍；碳纖維的導電率選擇在具有10—25μΩm；碳纖維的碳化溫度控制在800—1500℃。
本發(fā)明的導電發(fā)熱用的碳纖維復合紙對紙的定重有嚴格要求，定重過高，則熱效率低且成本提高；而過低的定重，功率密度態(tài)低，不易提高功率，不足以產生足夠的熱量，達到發(fā)熱體的發(fā)熱作用，經過認真仔細研究，本發(fā)明的導電發(fā)熱用的復合紙的定重在40—180g/m2，優(yōu)選在80—150g/m2。
本發(fā)明導電發(fā)熱用的復合紙具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明的導電發(fā)熱用的碳纖維復合紙利用紙本身的平面性，因而整個面都是發(fā)熱面和散熱面，因而發(fā)熱均勻，熱量易于傳遞、疏散，熱輻射性好；
2、本發(fā)明的導電發(fā)熱復合紙在一般電壓下(220V)因為整個面都是電子通道，因而電流密度極小，與現(xiàn)有的電阻絲發(fā)熱材料、紅外燈管的電流密度相比，具有對人體毫無危害，因而使用的安全，特別適合于家庭加熱和取暖，保暖作用；3、本發(fā)明的導電發(fā)熱用的碳纖維復合紙具有高的熱效率，經過理論計算，其熱效率理論值高達99.99％，在實際中應用可達到97％，因而是一種先進的節(jié)能材料。
4、本發(fā)明的發(fā)熱導電紙具有體積小，適應性廣的優(yōu)點，由于本發(fā)明的發(fā)熱用復合紙具有普通紙的柔軟性和輕質特點，可以根據(jù)發(fā)熱量和規(guī)格要求，控制復合紙中的碳纖維含量及復合紙的尺寸而組合成各種不同電阻值和加熱面積，以滿足不同目的的需求。
5、本發(fā)明的導電發(fā)熱用的復合紙，與其他材料具有良好的復合，與其他材料復合制成導電發(fā)熱設備，如散熱器等，具有良好的防濕性能，具有廣泛的用途。
本發(fā)明的導電發(fā)熱用的碳纖維復合紙的制備方法包括選料、將碳纖維長絲切短，水相分散；再與經過機械分散的纖維素紙漿混合，然后再按照普通造紙行業(yè)采用的方法抄紙、收卷、檢驗、制成合格產品。
本發(fā)明的導電發(fā)熱用的復合紙的制備方法可用下面工藝流程示意圖表示
導電纖維長絲可選用瀝青基碳纖維、人造纖維基碳纖維和丙烯基碳纖維；將選定的碳纖維用切短機切成長度為1—20mm的長度；碳纖維的長度是決定導電紙性能的重要因素，碳纖維長度太長，則分散均勻困難，而碳纖維太短，則影響其導電性能，因而切成1—20mm的長度范圍。
在切短之后，將短碳纖維送入打漿機中并放入分散劑后進行攪拌，使碳纖維均勻分散。分散劑根據(jù)碳纖維的種類來選擇，主要用中性的含丙烯酸酯類的有機分散劑，如丙烯酸乙酯，其中分散劑的加入量為碳纖維重量的0.5—5％。
作為基體材料纖維素的選擇可選用木漿、棉漿、麻漿、化學纖維，如PTFE、PET和PAN等，如果選用木漿，則用打漿的機械分散方式，確定適宜的相解度(°SR)及纖維的長短，如果選用化學纖維，在機械分散的同時加入分散劑，通過物理與化學結合的分散方式達到分散效果。
在完成碳纖維和纖維素漿分散之后，將碳纖維物流和纖維素漿物流送入攪拌機中進行混合，然后按照常規(guī)的造紙工業(yè)技術進行抄紙，收卷，檢驗后得到產品。
實施例制備以含量為15％(重量)的聚丙烯腈碳纖維為導電相，以木漿為基體的本發(fā)明的導電發(fā)熱用的碳纖維復合紙。
選擇碳化溫度為1400℃，電阻率為15μΩm的聚丙烯腈碳纖維，將其在切短機上切成2—4mm的長度，然后送入含有碳纖維重量的1％分散劑丙烯酸乙酯的大漿機中進行分散，基體材料選擇木紙漿，其相解度為47°SR，將其送入打漿機中分散。將分散的碳纖維和紙漿送入攪拌機中混合，按常規(guī)的造紙方法，在長網(wǎng)抄紙機上抄紙，在寬240mm的造紙機上造紙，經檢驗得合格產品。
經測量，所制得的紙定重為90g/m2，電阻率為3.8Ωcm。
用上述制得的導電紙制成發(fā)熱板(270×480m2)，在電壓220V下，功率為121.6W，在室溫18℃條件下通電加熱，加熱板表面溫度平均在68℃。
如將上述導電紙的二面貼附于鋁散熱器上，規(guī)格為200×400m2，在電壓220V下，功率可達400W，散熱器表面溫度達到90℃左右。
經過測試表明，本發(fā)明的導電紙，其紙的物理性能和電阻率都與碳纖維的含量有密切關系，下面表1為室溫條件下測試的碳纖維含量與紙的性能關系，表2為測試條件溫度T＝100℃條件下碳纖維含量與導電性能關系。
由以上實施例和材料的性能測試表明，本發(fā)明的導電發(fā)熱用的碳纖維復合紙具有發(fā)熱均勻、安全、熱效率高、適用面廣和體積小的優(yōu)點，本發(fā)明的導電復合紙的制備方法可在一般的造紙設備上實施，是一種易于工業(yè)化的生產工藝。
表1碳纖維含量與導電發(fā)熱復合紙物理性能關系
表2碳纖維含量與導電性能關系＝100℃
權利要求
1.一種用于導電發(fā)熱的碳纖維復合紙材料，其特征在于該復合紙以纖維素漿粕為基體，含有占1—40％(重量)的作為導電相的碳纖維。
2.根據(jù)權利要求1所述的碳纖維復合紙材料，其特征在于所述的碳纖維可選自瀝青基碳纖維、人造纖維基碳纖維和聚丙烯腈碳纖維之一。
3.根據(jù)權利要求1所述的碳纖維復合紙材料，其特征在于所述的碳纖維是聚丙烯腈碳纖維。
4.根據(jù)權利要求1，2或3所述的碳纖維復合材料，其特征在于所述的纖維素漿可選自木漿，棉漿，麻漿，化學纖維，如PTFE，PET，PAN之一。
5.根據(jù)權利要求1至4所述的碳纖維復合材料，其特征在于其中所述碳纖維的長度為1—20mm；碳纖維的電阻率為0.1—50Ωm；碳纖維的導電率為10—25μΩm；碳纖維的碳化溫度為800—1500℃。
6.根據(jù)權利要求1至5所述的碳纖維復合材料，其特征在于該復合紙的定重在40—180g/m2范圍。
7.根據(jù)權利要求6所述的碳纖維復合材料，其特征在于該復合紙的定重在80—150g/m2。8、根據(jù)權利要求1所述的碳纖維復合材料，其特征在于其中的碳纖維含量為10—25％(重量)。
9.根據(jù)權利要求5所述的碳纖維復合材料，其特征在于其中的碳纖維長度為2—12mm。
10.一種用于導電發(fā)熱用的以碳纖維為導電相的復合紙的制備方法，包括(1)選取碳纖維(A)和纖維素漿粕(B)，(2)對長碳纖維(A)長絲切短，(3)然后用分散劑在水相分散；(4)再將分散后的(A)與經過均勻分散的纖維素紙漿(B)均勻混合，(5)按著按常規(guī)的造紙技術制出合格復合紙。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中碳纖維根據(jù)權利要求2、3、5選用，纖維素漿根據(jù)權利要求4選擇。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中步驟(2)將長碳纖維切成1—20mm。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中步驟(3)中的分散劑選用中性的含丙烯酸酯類的分散劑，其中分散劑的加入量為碳纖維重量的0.5—5％(重量)。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中分散劑是丙烯酸乙酯。
15.根據(jù)權利要求1至9的導電發(fā)熱用的碳纖維復合紙用于工業(yè)或民用的取暖、保溫、加熱的設施上。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種新型的面狀導電發(fā)熱用的碳纖維復合紙材料及其制備方法，該復合紙是以碳纖維為導電相，以纖維素漿粕為基體，經過碳纖維長絲短切，用分散劑水相分散，再與分散均勻的纖維素混合，按常規(guī)的造紙工藝制備而成。本發(fā)明的導電發(fā)熱用的復合紙具有輕質、體積小、散熱均勻、安全、熱效率高、適用性廣的特點，可廣泛地用于工業(yè)或家庭中心，達到取暖、保溫和加熱目的。
文檔編號D21B1/00GK1124907SQ9411877
公開日1996年6月19日 申請日期1994年12月6日 優(yōu)先權日1994年12月6日
發(fā)明者浦子榮, 王培華, 楊曉平 申請人:浦子榮