一種碳纖維電熱管的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種碳纖維電熱管(100)，其包括石英管(101)、碳纖維發熱體(102)、連接片(103)、電源導線(104)，其特征在于，所述碳纖維發熱體(102)是由螺旋狀的碳纖維管構成，并且所述碳纖維管包括多股彼此交錯編織的碳纖維絲束(105)。本實用新型的碳纖維電熱管電阻可調、熱輻射面積大、表面溫度均勻。本實用新型的碳纖維發熱體強度高，壽命長。
【專利說明】 一種碳纖維電熱管
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種碳纖維發熱元件，尤其涉及一種碳纖維電熱管。
【背景技術】
[0002]碳纖維以其優異的遠紅外熱輻射特性越來越多地應用在加熱、取暖方面。碳纖維發熱體綠色環保，并且能夠產生對人體健康有益的遠紅外波，因此越來越受到人們的喜愛，具有廣闊的發展前景。
[0003]目前，碳纖維電熱管是市面上比價常見的碳纖維發熱元件。碳纖維電熱管的特點是以碳纖維長絲作為發熱體，以石英玻璃管為外殼的電熱管，通常使用的適應玻璃管的管徑為Φ10_, Φ 12mm, Φ 14mm, Φ 16mm, Φ 18mm等。碳纖維絲為非金屬絲,一般為聚丙烯腈長絲，常用規格為I?24K碳纖維。碳纖維材質柔軟，一般都是通過將碳纖維纏繞固定在管狀的支撐體上加以固定(一般支撐體為Φ 5mm, Φ6mm, Φ 7mm, Φ8mm等石英玻璃管)。這使得加工工藝復雜、加工成本高、成品率低，并且在運輸過程中一旦支撐體破損便使得整個產品報廢。
[0004]除此之外，碳纖維的電阻值隨規格而固定，只有通過長度調整電阻值，調整范圍有限，限制其應用范圍。
[0005]面對上述問題，中國專利CN 101102625 B和CN 2938680 Y分別公開了一種紅外線發熱管用碳纖維發熱體的生產方法和一種新型碳纖維電熱管。其均是將碳纖維紡紗、合股、制繩編織成螺旋狀碳纖維織物，并將其浸潰一層定型樹脂層，并通過在生產時調節碳纖維的股數來調節碳纖維發熱體的電阻值。該方法在調節碳纖維電阻方面取得了進步，通過調整碳纖維合股股數，可以增大其電阻范圍，克服了碳纖維應用的局限性。但是，該方法的碳纖維編織方式是形成編織帶的方式，編織寬度有限，若一味增大寬度會直接導致產品結構的增大，對于小器件大功率的碳纖維電暖裝置不適用。并且帶狀的碳纖維其強度不高，在扭轉成螺旋狀時容易折斷。隨著工作時間的延長可能會出現發熱體下垂的現象，使得發熱體與石英管內壁接觸，在局部產生過高溫度而損壞石英管。
實用新型內容
[0006]針對以上現有技術之不足，本實用新型要解決的問題是提供一種電阻可調、強度高、韌性好、表面溫度均勻的碳纖維電熱管。具體方案如下:
[0007]本實用新型的碳纖維電熱管，所述碳纖維電熱管包括石英管、碳纖維發熱體、連接片和電源導線，其特征在于，所述碳纖維發熱體呈螺旋狀地設置在所述石英管內，并且所述碳纖維發熱體是一層或多層碳纖維絲束彼此交錯形成的三維管狀結構。
[0008]根據一個優選實施方式，所述碳纖維絲束包括徑向碳纖維絲束和緯向碳纖維絲束，所述緯向碳纖維絲束呈螺旋狀排列，所述徑向碳纖維絲束沿碳纖維發熱體的軸向穿插在所述緯向碳纖維絲束之間，從而形成具有三維管狀結構的碳纖維發熱體。
[0009]根據一個優選實施方式，所述碳纖維絲束包括第一碳纖維絲束和第二碳纖維絲束，所述第一碳纖維絲束和所述第二碳纖維絲束以彼此呈反方向螺旋纏繞的方式編織，并且所述第一碳纖維絲束和所述第二碳纖維絲束之間呈30?90度的夾角。
[0010]根據一個優選實施方式，所述石英管表面設有一層耐高溫涂層。
[0011]根據一個優選實施方式，所述碳纖維絲束是以加捻方式成型的。
[0012]根據一個優選實施方式，所述碳纖維發熱體的表面浸潰有定型樹脂層。
[0013]根據一個優選實施方式，所述碳纖維絲束是聚丙烯腈長絲和/或粘膠基短纖維。
[0014]根據一個優選實施方式，由粘膠基短纖維形成的碳纖維絲束，其長度范圍在50?200mm之間。
[0015]根據一個優選實施方式，所述碳纖維絲束加捻合股的股數范圍是3?10股。
[0016]根據一個優選實施方式，所述碳纖維絲束編織形成所述碳纖維管的股數范圍是20?90股。
[0017]根據一個優選實施方式，所述碳纖維發熱體的兩端通過所述連接片與所述電源導線導電連接。
[0018]本實用新型的碳纖維發熱體是由碳纖維絲束交錯編織而成的管狀結構，和編織帶狀的碳纖維發熱體相比具有更高的強度、能夠調節的電阻值范圍更大、碳纖維發熱體的熱輻射面積更大，同時其表面溫度更加均勻。本實用新型的石英管外部涂覆有一層耐高溫涂層，大大增強了短波紅外線的熱效應，更有效的利用紅外線輻射，提高紅外線輸出，使得紅外線強度更高，從而更加節能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的碳纖維電熱管的結構示意圖；
[0020]圖2是本實用新型的碳纖維電熱管的剖視圖；
[0021]圖3是本實用新型的碳纖維電熱管的碳纖維發熱體的剖視圖；
[0022]圖4是本實用新型的碳纖維電熱管的碳纖維管的結構圖；
[0023]圖5是本實用新型的碳纖維電熱管的碳纖維管的結構圖；
[0024]圖6是本實用新型的碳纖維電熱管的碳纖維管的俯視圖；和
[0025]圖7是本實用新型的碳纖維電熱管的碳纖維管的局部圖。
[0026]附圖標記列表
[0027]100:碳纖維電熱管 101:石英管 102:碳纖維發熱體
[0028]103:連接片104:電源導線105:碳纖維絲束
[0029]105a:徑向碳纖維絲束105b:諱向碳纖維絲束
[0030]105c:第一碳纖維絲束105d:第二碳纖維絲束
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖具體說明本實用新型。
[0032]圖1示出了本實用新型的碳纖維電熱管100。碳纖維電熱管100包括石英管101、碳纖維發熱體102、連接片103和電源導線104。碳纖維發熱體102呈螺旋狀地設置在石英管101內。碳纖維發熱體102是一層或多層碳纖維絲束105彼此交錯形成的三維管狀結構。
[0033]圖4示出了本實用新型碳纖維發熱體102的一個優選實施例。如圖4所示，碳纖維絲束105包括徑向碳纖維絲束105a和緯向碳纖維絲束105b。緯向碳纖維絲束105b呈螺旋狀排列。相鄰的兩束徑向碳纖維絲束105a或緯向碳纖維絲束105b之間可以留有間隙。徑向碳纖維絲束105a沿碳纖維發熱體102的軸向穿插在諱向碳纖維絲束105b之間，從而形成具有三維管狀結構的碳纖維發熱體102。
[0034]圖5示出了本實用新型碳纖維發熱體102的另一個優選實施例。如圖5所示，碳纖維絲束105包括第一碳纖維絲束105c和第二碳纖維絲束105d。第一碳纖維絲束105c和第二碳纖維絲束105d以彼此呈反方向螺旋纏繞的方式編織。第一碳纖維絲束105c和第二碳纖維絲束105d之間呈30?90度的夾角。優選夾角為:30度、45度、60度和90度。圖5示出了呈90度夾角纏繞的實施例，按照圖5所示的編織方式，本領域技術人員應該容易想到30度、45度和60度以及其他角度的編織方式。
[0035]圖3是碳纖維發熱體的剖視圖。碳纖維絲束105彼此交錯纏繞，編織成管狀的碳纖維結構。在同樣的尺寸條件下，管狀的碳纖維發熱體比帶狀的碳纖維發熱體具有更多股的碳纖維絲束，能夠提供更大的電阻值范圍和熱輻射面積，并且其強度更高，從而使得碳纖維電熱管的使用壽命更長。
[0036]根據一個圖中未出示的優選實施方案，石英管101表面設有耐高溫涂層。確切地說，石英管101的管壁表面涂覆有一層耐高溫遠紅外涂層。該涂層是由純無機化合物制備而成的，如納米陶瓷空心微珠。本實用新型的耐高溫涂層附著力好、堅硬、不開裂、不起泡，同時無有機氣體揮發，環保無污染。耐高溫遠紅外涂層能夠大大增強紅外線的熱效應，提高熱輻射效率，節能，從而能夠延長石英管的使用壽命。
[0037]根據一個優選實施方式，碳纖維絲束105是以加捻方式成型的。加捻后的碳纖維絲束能夠有效提高碳纖維管的強度，避免在加工成碳纖維發熱體102的過程中被折斷，從而能夠有效降低報廢率、提高生產效率。并且經加捻的碳纖維絲束合股編織成的碳纖維管在形成螺旋狀的碳纖維發熱體時，碳纖維絲束不易松散，使得碳纖維發熱體的結構更加穩定和牢固，長時間維持穩定，碳纖維發熱體不下垂。
[0038]根據圖中未出不的一個優選實施方案，碳纖維發熱體102的表面浸潰有定型樹脂層，以確保碳纖維發熱體102呈穩定的螺旋狀態。該定型樹脂層是由液體酚醛樹脂和酒精的混合液固化燒結而成的。
[0039]根據一個優選實施方式，碳纖維絲束105可以是聚丙烯腈長絲纖維、粘膠基短纖維或者二者的混合體。
[0040]根據一個優選實施方式，由粘膠基短纖維形成的碳纖維絲束105，其長度范圍在50?200mm之間。
[0041]根據一個優選實施方式，碳纖維絲束105加捻合股的股數范圍是3?10股。
[0042]根據一個優選實施方式，碳纖維絲束105編織形成碳纖維管的股數范圍是20?90股。
[0043]根據一個優選實施方式，石英管101內充有惰性氣體。
[0044]實施例
[0045]本實用新型的碳纖維電熱管主要通過以下步驟形成:
[0046]步驟一:將多股加捻的碳纖維絲加捻合股成碳纖維絲束；
[0047]步驟二:通過步驟I形成的多股碳纖維絲束編織成空心結構的碳纖維管，如圖4或圖5所示的一個優選實施例，整體上，碳纖維管是由多股碳纖維絲束彼此交錯編織而成，個體上，每股碳纖維絲束沿管體呈螺旋形式與其他碳纖維絲束纏繞；
[0048]步驟三:將空心的碳纖維管螺旋纏繞在圓柱狀的支撐體上；
[0049]步驟四:將纏繞有碳纖維管的支撐體浸潰在用于定型的液體中，該液體可以是酚酸樹脂與酒精的混合液，也可以是環氧樹脂、聚乙烯醇樹脂或者呋喃樹脂；
[0050]步驟五:待浸潰有定型樹脂層的碳纖維管成型后，使其在惰性氣氛或真空環境下燒結成型，然后取下支撐體，便得到本實用新型的碳纖維發熱體。
[0051]值得說明的是，真空燒結時，本實用新型的碳纖維發熱體是在真空爐下燒結成型的，并采用逐漸升溫加熱的方式，升溫速率控制在120?140°C /分鐘，燒結溫度為2100?2400。。。
[0052]需要注意的是，上述具體實施例是示例性的，在本實用新型的上述教導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行各種改進和變形，而這些改進或者變形落在本實用新型的保護范圍內。本領域技術人員應該明白，上面的具體描述只是為了解釋本實用新型的目的，并非用于限制本實用新型。本實用新型的保護范圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種碳纖維電熱管，所述碳纖維電熱管(100)包括石英管(101)、碳纖維發熱體(102)、連接片(103)和電源導線(104)，其特征在于，所述碳纖維發熱體(102)呈螺旋狀地設置在所述石英管(101)內，并且所述碳纖維發熱體(102)是一層或多層碳纖維絲束(105)彼此交錯形成的三維管狀結構。
2.如權利要求1所述的碳纖維電熱管，其特征在于，所述碳纖維絲束(105)包括徑向碳纖維絲束(105a)和緯向碳纖維絲束(105b)，所述緯向碳纖維絲束(105b)呈螺旋狀排列，所述徑向碳纖維絲束(105a)沿碳纖維發熱體(102)的軸向穿插在所述緯向碳纖維絲束(105b)之間，從而形成具有三維管狀結構的碳纖維發熱體(102)。
3.如權利要求1所述的碳纖維電熱管，其特征在于，所述碳纖維絲束(105)包括第一碳纖維絲束(105c)和第二碳纖維絲束(105d)，所述第一碳纖維絲束(105c)和所述第二碳纖維絲束(105d)以彼此呈反方向螺旋纏繞的方式編織，并且所述第一碳纖維絲束(105c)和所述第二碳纖維絲束(105d)之間呈30?90度的夾角。
4.如權利要求2或3所述的碳纖維電熱管，其特征在于，所述石英管(101)表面設有耐高溫涂層。
5.如權利要求4所述的碳纖維電熱管，其特征在于，所述碳纖維絲束(105)是以加捻方式成型的。
6.如權利要求5所述的碳纖維電熱管，其特征在于，所述碳纖維發熱體(102)的表面浸潰有定型樹脂層。
7.如權利要求6所述的碳纖維電熱管，其特征在于，由粘膠基短纖維形成的碳纖維絲束(105)，其長度范圍在50?200mm之間。
8.如權利要求7所述的碳纖維電熱管，其特征在于，所述碳纖維絲束(105)加捻合股的股數范圍是3?10股。
9.如權利要求8所述的碳纖維電熱管，其特征在于，所述碳纖維絲束(105)編織形成所述碳纖維管的股數范圍是20?90股。
10.如權利要求9所述的碳纖維電熱管，其特征在于，所述碳纖維發熱體(102)的兩端通過所述連接片(103)與所述電源導線(104)導電連接。
【文檔編號】H05B3/44GK204069386SQ201420576383
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年10月3日 優先權日:2014年10月3日
【發明者】陳濱, 王浩, 張雪芳 申請人:北京中科聯眾科技股份有限公司