本發(fā)明涉及發(fā)熱電纜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種地暖用碳纖維發(fā)熱電纜。

背景技術(shù)：

現(xiàn)普遍采用發(fā)熱電纜來(lái)達(dá)到保暖、增溫的目的，發(fā)熱電纜是將發(fā)熱絲制成電纜結(jié)構(gòu)，以電力為能源，利用合金電阻絲進(jìn)行通電發(fā)熱，來(lái)達(dá)到采暖或者保溫的效果。地暖主要分為水地暖和電地暖，其中，電地暖是以低溫發(fā)熱電纜為熱源加熱地板或地磚，通過(guò)地面以輻射和對(duì)流的傳熱方式向室內(nèi)供熱。地?zé)嵊玫碾娎|具有導(dǎo)熱性能高、散熱快、電熱轉(zhuǎn)化效率高等特點(diǎn)。

隨著環(huán)保意識(shí)的日益提高，對(duì)發(fā)熱電纜的性能和使用提出了更高的要求，特別是節(jié)能、安全、環(huán)保問(wèn)題上，在過(guò)去的發(fā)熱電纜中，導(dǎo)體芯材以金屬合金尤其是銅合金為主，金屬合金芯材雖然具備良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，但是在使用中存在不足，技術(shù)處理不當(dāng)，通電后容易產(chǎn)生電磁輻射，對(duì)于老人、小孩、孕婦會(huì)產(chǎn)生不良影響，且質(zhì)地較硬，多次彎折會(huì)容易被損壞，力學(xué)性能不佳。碳纖維材料是目前采暖領(lǐng)域的新型環(huán)保材料，用碳纖維制成各種規(guī)格的發(fā)熱線纜，具有碳元素及纖維的雙重優(yōu)點(diǎn)及特性，在安全性、節(jié)能、舒適性等方面與金屬電纜比較都占有很大優(yōu)勢(shì)，是傳統(tǒng)地暖電纜的最佳替代產(chǎn)品。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種地暖用碳纖維發(fā)熱電纜，以改性碳纖維束和合金導(dǎo)線絞合制得碳纖維復(fù)合芯材，依次包裹有樹脂層、絕緣層和外皮保護(hù)層，提高了電纜的導(dǎo)熱性能和熱轉(zhuǎn)化率，力學(xué)性能增強(qiáng)，阻燃性得到一定程度的提高，提高了安全系數(shù)，滿足了實(shí)際應(yīng)用要求。

本發(fā)明提出的一種地暖用碳纖維發(fā)熱電纜，包括碳纖維復(fù)合芯材以及依次包裹在碳纖維復(fù)合芯材外的樹脂層、絕緣層和外皮保護(hù)層；碳纖維復(fù)合芯材由改性碳纖維束和合金導(dǎo)線絞合而成，改性碳纖維束由氧化鋅晶須改性pan基碳纖維制成。

優(yōu)選地，所述碳纖維復(fù)合芯材其原料按重量份包括：氧化鋅晶須10-20份、纖維素醚15-20份、短切碳纖維30-60份、芳綸纖維10-15份、粘結(jié)劑3-8份、溶劑20-30份。

優(yōu)選地，所述碳纖維復(fù)合芯材其原料按重量份包括：氧化鋅晶須15份、纖維素醚18份、短切碳纖維50份、芳綸纖維12份、粘結(jié)劑5份、溶劑25份。

優(yōu)選地，纖維素醚為甲基羥丙基纖維素醚、羥乙基纖維素醚、羧甲基纖維素醚中的一種或兩種以上混合物；粘結(jié)劑為酚醛樹脂；溶劑為丙酮、乙醇、甲苯中的一種或兩種以上混合物。

優(yōu)選地，金屬導(dǎo)線按重量百分比，其組分包括：鎳0.7-1.5％、鍺0.1-0.5％、鉈0.02-0.08％，其余為銅。

優(yōu)選地，氧化鋅晶須的直徑為2-5μm，針狀體長(zhǎng)度為30-100μm。

優(yōu)選地，樹脂層由碳納米管改性環(huán)氧樹脂制成，碳納米管含量為0.5-1.5％。

優(yōu)選地，碳納米管改性環(huán)氧樹脂的制備過(guò)程包括：將環(huán)氧樹脂在溫度為35-45℃下預(yù)熱20-40min，降粘后加入固化劑，在75-85℃條件下，以500-700r/min的速率攪拌20-30min，加入碳納米管顆?；旌暇鶆?，抽至無(wú)氣體產(chǎn)生，加入促進(jìn)劑繼續(xù)攪拌5-6min，固化脫模得到碳納米管改性環(huán)氧樹脂。

優(yōu)選地，絕緣層由聚氯乙烯或硅橡膠或氟塑料制成，絕緣層厚度為0.2-0.6mm。

優(yōu)選地，外皮保護(hù)層包括內(nèi)層屏蔽層和外層護(hù)套；內(nèi)層屏蔽層由鍍錫銅絲或編織銅網(wǎng)或覆膜銅箔材料制成；外層護(hù)套由聚四氟乙烯制成。

優(yōu)選地，內(nèi)層屏蔽層的厚度為0.01-0.12mm，外層護(hù)套的厚度為0.3-0.6mm。

本發(fā)明以改性碳纖維束和合金導(dǎo)線絞合制得碳纖維復(fù)合芯材，改性碳纖維束中加入氧化鋅晶須，晶須均勻分布在pan基碳纖維中，堆積并填充在其內(nèi)部較大的孔隙中.改善孔徑分布，提高材料的均勻性，改善摩擦面潤(rùn)滑狀態(tài)有利于材料內(nèi)部電子的流動(dòng)和轉(zhuǎn)移，提高芯材的導(dǎo)熱性能和熱轉(zhuǎn)化率；另外，晶須有效填充于較大孔隙中，使得碳纖維復(fù)合芯材的孔隙能發(fā)揮更好分散應(yīng)力的作用，從而有效提高了碳纖維的抗撕裂能力，具有一定的韌性；氧化鋅晶須、短切碳纖維、芳綸纖維及纖維素醚配合使用，提高了電纜芯材的熱傳導(dǎo)率，力學(xué)性能增強(qiáng)；合金導(dǎo)線和改性碳纖維束兩者絞合制成復(fù)合芯材，保證良好的導(dǎo)熱性能和熱轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，力學(xué)性能也得到一定的保證；進(jìn)一步地，碳纖維復(fù)合芯材外包裹樹脂層，該樹脂層由碳納米管改性環(huán)氧樹脂制成，碳納米管性能使電纜強(qiáng)度高、韌性好、化學(xué)性能穩(wěn)定且能導(dǎo)熱導(dǎo)電，樹脂層復(fù)合材料的熱導(dǎo)率增大，碳納米管的加入使環(huán)氧樹脂的總釋熱量減少，釋煙量增加，阻燃性得到一定程度的提高，提高了安全性；以聚氯乙烯或硅橡膠或氟塑料作絕緣層，增加金屬屏蔽保護(hù)作用，進(jìn)一步提高安全系數(shù)。

具體實(shí)施方式

下面，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種地暖用碳纖維發(fā)熱電纜，包括碳纖維復(fù)合芯材以及依次包裹在碳纖維復(fù)合芯材外的樹脂層、絕緣層和外皮保護(hù)層；碳纖維復(fù)合芯材由改性碳纖維束和合金導(dǎo)線絞合而成，改性碳纖維束由氧化鋅晶須改性pan基碳纖維制成。

實(shí)施例2

一種地暖用碳纖維發(fā)熱電纜，包括碳纖維復(fù)合芯材以及依次包裹在碳纖維復(fù)合芯材外的樹脂層、絕緣層和外皮保護(hù)層；碳纖維復(fù)合芯材由改性碳纖維束和合金導(dǎo)線絞合而成，改性碳纖維束由氧化鋅晶須改性pan基碳纖維制成；

其中，碳纖維復(fù)合芯材其原料按重量份包括：氧化鋅晶須10份、纖維素醚20份、短切碳纖維30份、芳綸纖維15份、粘結(jié)劑3份、溶劑20份；纖維素醚為甲基羥丙基纖維素醚。

實(shí)施例3

一種地暖用碳纖維發(fā)熱電纜，包括碳纖維復(fù)合芯材以及依次包裹在碳纖維復(fù)合芯材外的樹脂層、絕緣層和外皮保護(hù)層；碳纖維復(fù)合芯材由改性碳纖維束和合金導(dǎo)線絞合而成，改性碳纖維束由氧化鋅晶須改性pan基碳纖維制成；

其中，碳纖維復(fù)合芯材其原料按重量份包括：氧化鋅晶須20份、纖維素醚15份、短切碳纖維60份、芳綸纖維10份、粘結(jié)劑8份、溶劑30份；纖維素醚為羥乙基纖維素醚；粘結(jié)劑為酚醛樹脂；溶劑為丙酮；金屬導(dǎo)線按重量百分比，其組分包括：鎳0.7％、鍺0.5％、鉈0.08％，其余為銅。

實(shí)施例4

一種地暖用碳纖維發(fā)熱電纜，包括碳纖維復(fù)合芯材以及依次包裹在碳纖維復(fù)合芯材外的樹脂層、絕緣層和外皮保護(hù)層；碳纖維復(fù)合芯材由改性碳纖維束和合金導(dǎo)線絞合而成，改性碳纖維束由氧化鋅晶須改性pan基碳纖維制成；

其中，碳纖維復(fù)合芯材其原料按重量份包括：氧化鋅晶須15份、纖維素醚18份、短切碳纖維50份、芳綸纖維12份、粘結(jié)劑5份、溶劑25份；纖維素醚為羧甲基纖維素醚；粘結(jié)劑為酚醛樹脂；溶劑為乙醇；氧化鋅晶須的直徑為2μm，針狀體長(zhǎng)度為30μm；金屬導(dǎo)線按重量百分比，其組分包括：鎳1.5％、鍺0.1％、鉈0.02％，其余為銅；樹脂層由碳納米管改性環(huán)氧樹脂制成，碳納米管含量為0.5％；

碳納米管改性環(huán)氧樹脂的制備過(guò)程包括：將環(huán)氧樹脂在溫度為35℃下預(yù)熱40min，降粘后加入固化劑，在75℃條件下，以500r/min的速率攪拌30min，加入碳納米管顆?；旌暇鶆?，抽至無(wú)氣體產(chǎn)生，加入促進(jìn)劑繼續(xù)攪拌6min，固化脫模得到碳納米管改性環(huán)氧樹脂。

實(shí)施例5

一種地暖用碳纖維發(fā)熱電纜，包括碳纖維復(fù)合芯材以及依次包裹在碳纖維復(fù)合芯材外的樹脂層、絕緣層和外皮保護(hù)層；碳纖維復(fù)合芯材由改性碳纖維束和合金導(dǎo)線絞合而成，改性碳纖維束由氧化鋅晶須改性pan基碳纖維制成；

其中，碳纖維復(fù)合芯材其原料按重量份包括：氧化鋅晶須18份、纖維素醚16份、短切碳纖維55份、芳綸纖維13份、粘結(jié)劑4份、溶劑27份；纖維素醚為羧甲基纖維素醚和羧甲基纖維素醚；粘結(jié)劑為酚醛樹脂；溶劑為甲苯；氧化鋅晶須的直徑為5μm，針狀體長(zhǎng)度為100μm；金屬導(dǎo)線按重量百分比，其組分包括：鎳1.0％、鍺0.3％、鉈0.05％，其余為銅；樹脂層由碳納米管改性環(huán)氧樹脂制成，碳納米管含量為1.5％；絕緣層由聚氯乙烯或硅橡膠或氟塑料制成，絕緣層厚度為0.2mm；外皮保護(hù)層包括內(nèi)層屏蔽層和外層護(hù)套；內(nèi)層屏蔽層由鍍錫銅絲制成；外層護(hù)套由聚四氟乙烯制成，內(nèi)層屏蔽層的厚度為0.01mm，外層護(hù)套的厚度為0.6mm；

碳納米管改性環(huán)氧樹脂的制備過(guò)程包括：將環(huán)氧樹脂在溫度為45℃下預(yù)熱20min，降粘后加入固化劑，在85℃條件下，以700r/min的速率攪拌20min，加入碳納米管顆?；旌暇鶆颍橹翢o(wú)氣體產(chǎn)生，加入促進(jìn)劑繼續(xù)攪拌5min，固化脫模得到碳納米管改性環(huán)氧樹脂。

實(shí)施例6

一種地暖用碳纖維發(fā)熱電纜，包括碳纖維復(fù)合芯材以及依次包裹在碳纖維復(fù)合芯材外的樹脂層、絕緣層和外皮保護(hù)層；碳纖維復(fù)合芯材由改性碳纖維束和合金導(dǎo)線絞合而成，改性碳纖維束由氧化鋅晶須改性pan基碳纖維制成；

其中，碳纖維復(fù)合芯材其原料按重量份包括：氧化鋅晶須16份、纖維素醚17份、短切碳纖維45份、芳綸纖維11份、粘結(jié)劑6份、溶劑23份；纖維素醚為甲基羥丙基纖維素醚；粘結(jié)劑為酚醛樹脂；溶劑為乙醇；氧化鋅晶須的直徑為3μm，針狀體長(zhǎng)度為50μm；金屬導(dǎo)線按重量百分比，其組分包括：鎳1.0％、鍺0.3％、鉈0.05％，其余為銅；樹脂層由碳納米管改性環(huán)氧樹脂制成，碳納米管含量為1.0％；絕緣層由聚氯乙烯或硅橡膠或氟塑料制成，絕緣層厚度為0.4mm；外皮保護(hù)層包括內(nèi)層屏蔽層和外層護(hù)套；內(nèi)層屏蔽層由編織銅網(wǎng)制成；外層護(hù)套由聚四氟乙烯制成，內(nèi)層屏蔽層的厚度為0.07mm，外層護(hù)套的厚度為0.4mm；

碳納米管改性環(huán)氧樹脂的制備過(guò)程包括：將環(huán)氧樹脂在溫度為30℃下預(yù)熱30min，降粘后加入固化劑，在80℃條件下，以600r/min的速率攪拌25min，加入碳納米管顆?；旌暇鶆?，抽至無(wú)氣體產(chǎn)生，加入促進(jìn)劑繼續(xù)攪拌5min，固化脫模得到碳納米管改性環(huán)氧樹脂。

對(duì)照例1

一種發(fā)熱電纜，包括包括芯材以及依次包裹在芯材外的樹脂層、絕緣層和外皮保護(hù)層，芯材為合金導(dǎo)線；

其中，金屬導(dǎo)線按重量百分比，其組分包括：鎳1.0％、鍺0.3％、鉈0.05％，其余為銅；樹脂層由碳納米管改性環(huán)氧樹脂制成，碳納米管含量為1.0％；絕緣層由聚氯乙烯或硅橡膠或氟塑料制成，絕緣層厚度為0.4mm；外皮保護(hù)層包括內(nèi)層屏蔽層和外層護(hù)套；內(nèi)層屏蔽層由編織銅網(wǎng)制成；外層護(hù)套由聚四氟乙烯制成，內(nèi)層屏蔽層的厚度為0.07mm，外層護(hù)套的厚度為0.4mm；

碳納米管改性環(huán)氧樹脂的制備過(guò)程包括：將環(huán)氧樹脂在溫度為30℃下預(yù)熱30min，降粘后加入固化劑，在80℃條件下，以600r/min的速率攪拌25min，加入碳納米管顆?；旌暇鶆?，抽至無(wú)氣體產(chǎn)生，加入促進(jìn)劑繼續(xù)攪拌5min，固化脫模得到碳納米管改性環(huán)氧樹脂。

對(duì)照例2

一種發(fā)熱電纜，包括碳纖維復(fù)合芯材以及依次包裹在碳纖維復(fù)合芯材外的樹脂層、絕緣層和外皮保護(hù)層；碳纖維復(fù)合芯材由改性碳纖維束和合金導(dǎo)線絞合而成，改性碳纖維束由氧化鋅晶須改性pan基碳纖維制成；

其中，碳纖維復(fù)合芯材其原料按重量份包括：氧化鋅晶須16份、纖維素醚17份、短切碳纖維45份、芳綸纖維11份、粘結(jié)劑6份、溶劑23份；纖維素醚為甲基羥丙基纖維素醚；粘結(jié)劑為酚醛樹脂；溶劑為乙醇；氧化鋅晶須的直徑為3μm，針狀體長(zhǎng)度為50μm；金屬導(dǎo)線按重量百分比，其組分包括：鎳1.0％、鍺0.3％、鉈0.05％，其余為銅；絕緣層由聚氯乙烯或硅橡膠或氟塑料制成，絕緣層厚度為0.4mm；外皮保護(hù)層包括內(nèi)層屏蔽層和外層護(hù)套；內(nèi)層屏蔽層由編織銅網(wǎng)制成；外層護(hù)套由聚四氟乙烯制成，內(nèi)層屏蔽層的厚度為0.07mm，外層護(hù)套的厚度為0.4mm；

將實(shí)施例4-6所述的地暖用碳纖維發(fā)熱電纜與對(duì)照例1-2所述的發(fā)熱電纜進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下所示：

從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明以改性碳纖維束配合合金導(dǎo)線制成碳纖維復(fù)合芯材，大大提高了電纜的導(dǎo)熱性能和力學(xué)強(qiáng)度，另外配合加入樹脂層，使電纜安全性能好。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。