本發(fā)明涉及一種柔性電致遠(yuǎn)紅外發(fā)射加熱絲，能把電能高效率的轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)紅外射線，尤其是其波長(zhǎng)峰值在7-14微米內(nèi)，適用于加熱、取暖、干燥和熱療，尤其適用于對(duì)波長(zhǎng)范圍和耐彎折要求高的可穿戴性遠(yuǎn)紅外理療產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
遠(yuǎn)紅外線是一種波長(zhǎng)范圍在3微米到1000微米的電磁波，它是熱能一種輻射方式并且它的傳播不需要介質(zhì)。由于遠(yuǎn)紅外線，尤其是波長(zhǎng)峰值在7-14的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，易于被水分子吸收并且被激活，所以遠(yuǎn)紅外線對(duì)地球生物至關(guān)重要，稱之為生長(zhǎng)的生命線。物體能夠很好的吸收某一波段的遠(yuǎn)紅外線，那么它在發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線也在這個(gè)波段范圍內(nèi)。人體發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線波長(zhǎng)峰值在9微米左右，所以這樣的遠(yuǎn)紅外線也更利于人體吸收，這種波長(zhǎng)的熱能輻射會(huì)激活人體的水分子，增強(qiáng)新陳代謝，同時(shí)給人一種舒適的溫暖的感覺而不是向短波長(zhǎng)的那種灼傷感。遠(yuǎn)紅外線在供暖，干燥和理療等領(lǐng)域有著廣泛的用途，遠(yuǎn)紅外線傳播的是熱能，所以對(duì)生物體沒有像其他電磁波一樣有破壞作用，并且太陽的能量有一半是以遠(yuǎn)紅外能量來到地球表面，與生物的生長(zhǎng)息息相關(guān)。綠色環(huán)保和追求自然已經(jīng)越來越多的被人們所共識(shí)，所以發(fā)展新的先進(jìn)的遠(yuǎn)紅外技術(shù)是至關(guān)重要的。
電加熱絲就是把電能轉(zhuǎn)化為熱能的一種材料，又稱為焦耳發(fā)熱，電子在電場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)和原子或者分子發(fā)生碰撞，導(dǎo)致原子或者分子能量增加，在宏觀上就表現(xiàn)為溫度的升高。傳統(tǒng)的電加熱絲一般由簡(jiǎn)單的含一種到兩種的金屬合金構(gòu)成。另外一種是碳發(fā)熱絲，又碳纖維或者含有碳纖維的復(fù)合材料構(gòu)成。
傳統(tǒng)的電加熱絲，一般需要較高的電壓才能產(chǎn)生足夠的熱量，并且發(fā)射出來的射線波長(zhǎng)峰值較短，只有很小一部分能量分布在遠(yuǎn)紅外區(qū)域，特別是在7到14微米這個(gè)范圍，發(fā)射率低，作為遠(yuǎn)紅外加熱用途，效果不理想，并且造成很大的能源浪費(fèi)，并且這些金屬加熱絲易老化、易折斷、不易彎曲，對(duì)于很多應(yīng)用有很大的局限性。碳發(fā)熱絲在柔韌性和發(fā)射率方面有了很大的提高，雖然發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線峰值在7-14微米以內(nèi)，但是碳材料本身的電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)，就是說電阻隨著溫度的升高會(huì)降低，造成碳材料發(fā)熱絲有過熱甚至燃燒的危險(xiǎn)，并且碳發(fā)熱絲提供的電阻率高，電阻值范圍非常小，電阻值不均勻，都局限了碳發(fā)熱絲的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種柔性電致遠(yuǎn)紅外發(fā)射加熱絲，采用了納米合金多重復(fù)合材料，解決了傳統(tǒng)金屬發(fā)熱絲易老化、易折斷、柔韌性低的缺點(diǎn)，在低電壓下(例如直流3v-24v)也可以工作，并且可以高效率的把電能轉(zhuǎn)化為熱能，并且通過遠(yuǎn)紅外線的方式發(fā)射出來，并且擁有高的發(fā)射率。
本發(fā)明提供的柔性電致遠(yuǎn)紅外發(fā)射加熱絲，由納米cu-ni合金絲、納米fe-ni合金絲、納米ni-gr合金絲中的兩種納米合金絲與復(fù)合纖維絲組合制成。制成所述加熱絲的各種納米合金絲的數(shù)量為單根或多根。
本發(fā)明所述納米cu-ni合金絲中的銅的重量百分比范圍為1-45wt％；納米cu-ni合金絲的直徑小于100μm，電阻率為0.03-0.30μω·m，cu-ni合金絲具有的低電阻率和低溫電阻系數(shù)，提供良好的抗氧化和化學(xué)腐蝕性。
本發(fā)明所述納米fe-ni合金絲中的鐵的重量百分比范圍為30-50wt％；納米fe-ni合金絲的直徑小于100μm，電阻率為0.19-0.36μω·m。fe-ni合金在室溫至約250℃的范圍內(nèi)具有非常低的熱膨脹，并且具有延展性，機(jī)械加工性類似于奧氏體不銹鋼。此外，ni-fe合金絲具有高溫電阻系數(shù)(正溫度系數(shù)，ptc)，當(dāng)導(dǎo)線的溫度約為250℃時(shí)，元件電阻加倍，功率輸出減半，避免過熱和降低能耗特別有用。
本發(fā)明所述納米ni-gr合金絲中的鉻的重量百分比范圍為10-30wt％；納米ni-gr合金絲的直徑小于100μm，電阻率為0.72-1.12μω·m，ni-cr合金具有高電阻率、高強(qiáng)度、高延展性，抗氧化性和高溫穩(wěn)定性以及耐水性。
各納米絲、復(fù)合纖維絲先模壓在一起再冷拔成加熱絲，或者先各自冷拔再編織成加熱絲。所述復(fù)合纖維絲為碳纖維絲、竹炭纖維絲、陶瓷纖維絲或玻璃纖維絲。所述加熱絲中的合金絲與復(fù)合纖維絲的重量比為(a-b)：1。復(fù)合纖維通常通過微小纖維或顆粒和聚合物材料的混合物的拉擠制成。顯然，碳和竹碳復(fù)合纖維含有微小的碳纖維。玻璃纖維含有二氧化硅或硅酸鹽玻璃纖維。陶瓷纖維含有陶瓷顆粒或纖維，例如氧化硅，氧化鋯，氧化鎂等。聚合物基質(zhì)可以是樹脂，例如環(huán)氧樹脂，聚酯，聚氨酯等。例如，竹炭首先通過納米技術(shù)被制成微小的粉末，然后通過熔化過程熔融成pet(聚酯)纖維。單個(gè)復(fù)合纖維的厚度約為幾微米，并且絞合纖維可能含有數(shù)百種。碳纖維和竹炭碳纖維的發(fā)射率高于0.85。玻璃纖維和陶瓷纖維的發(fā)射率高于0.90。
本發(fā)明提供的柔性電致遠(yuǎn)紅外發(fā)射加熱絲，通過把多種超細(xì)納米合金復(fù)合絲和復(fù)合材料纖維重新編織成新的熱絲，能把電能近100％的轉(zhuǎn)化為熱能以遠(yuǎn)紅外的形式發(fā)射出來，并且波長(zhǎng)長(zhǎng)峰值在7-14微米內(nèi)，加熱絲耐彎折和抗老化。超細(xì)納米合金絲是通過高溫下金屬納米絲和合金預(yù)混熔煉，然后以模壓方式冷拔加工出超細(xì)合金絲線，最細(xì)可達(dá)到8微米。超細(xì)納米合金復(fù)合絲是通過幾種不同的納米合金，既可以先模壓在一起然后冷拔成絲，也可以先冷拔然后編織成絲，這種復(fù)合加熱絲有著具有電阻率可調(diào)節(jié)，發(fā)熱快，熱效率高、機(jī)械強(qiáng)度大、抗疲勞等特點(diǎn)。
本發(fā)明解決了傳統(tǒng)金屬發(fā)熱絲易老化、易折斷、柔韌性低的缺點(diǎn)，在低電壓下(例如直流3v-24v)也可以工作，并且可以高效率的把電能轉(zhuǎn)化為熱能，并且通過遠(yuǎn)紅外線的方式發(fā)射出來，并且擁有高的發(fā)射率，發(fā)射波長(zhǎng)的峰值可以準(zhǔn)確的控制在7-14微米內(nèi)。超細(xì)納米合金多重復(fù)合材料的電阻具有正的溫度系數(shù)，在溫度過高時(shí)會(huì)自我調(diào)節(jié)，不會(huì)造成過熱的風(fēng)險(xiǎn)，并且柔性電致遠(yuǎn)紅外發(fā)射加熱絲的電阻值均一，通過成分的控制可以活得范圍很廣的電阻值產(chǎn)品。
本發(fā)明采用了先進(jìn)的納米合金技術(shù)，有效的改善了電熱轉(zhuǎn)換的效率，使用多重復(fù)合超細(xì)金屬合金絲，把它們各自的優(yōu)點(diǎn)綜合起來，即具有超好的柔韌性和耐彎折度，又經(jīng)久耐用。每種納米合金絲的電阻值有局限性，通過不同的配比，所得的柔性電致遠(yuǎn)紅外發(fā)射加熱絲可以把電阻控制在應(yīng)用需要的范圍內(nèi)，從而控制發(fā)熱的溫度，進(jìn)而控制發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線的波長(zhǎng)。各個(gè)超細(xì)金屬絲間和復(fù)合纖維之間會(huì)有很強(qiáng)的共振吸收效果，從而能把熱能有效的發(fā)送到表面，而復(fù)合纖維絲有很高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，可以高效率的把熱能以遠(yuǎn)紅外線的形式發(fā)射出去。同時(shí)，復(fù)合纖維又可以賦予熱絲以紡織品的感覺。基于以上特點(diǎn)和原理，柔性電致遠(yuǎn)紅外發(fā)射加熱絲類似纖維可以編織到產(chǎn)品中，同時(shí)可以在不同的電壓下工作，特別是低壓3v-24v，把電能轉(zhuǎn)化為熱能通過遠(yuǎn)紅外線發(fā)射出來，波長(zhǎng)峰值在7-14微米之間，易于人體吸收，可用做人體供暖和遠(yuǎn)紅外理療。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一：
把得到的cu-ni合金線，絞合ni-cr合金線和竹碳纖維編織在一起形成的。具有45wt％ni的cu-ni合金線的直徑為0.10mm，電阻率為0.30μω·m。ni-cr線(cr的10％)含有直徑為0.015mm的7根單絲，電阻率為0.72μω·m。合金與纖維的重量比為4.7比1。使用標(biāo)準(zhǔn)的dc5v電池作為電源。測(cè)得的電流為0.58a，計(jì)算出的總電阻為8.62ω。通過直接連接到表面的熱電偶的數(shù)字溫度計(jì)測(cè)量的加熱元件的表面溫度為45℃，而由ir溫度計(jì)測(cè)量的溫度為39℃。加熱絲的發(fā)射率為0.87。相比相同級(jí)別的cu-ni合金絲、ni-cr合金絲的發(fā)射率都在0.1左右。
實(shí)施例二：
由編織fe-ni合金線，絞合ni-cr合金線和玻璃纖維制成。具有30wt％ni的fe-ni合金線的直徑為0.10mm，電阻率為0.19μω·m。絞合的ni-cr線(cr的10％)包含19根單根線，直徑為0.008mm，電阻率為0.72μω·m。合金與玻璃纖維的重量比為8比1。使用標(biāo)準(zhǔn)的dc5v電池作為電源。測(cè)得的電流為0.75a，計(jì)算出的總電阻為6.7ω。通過直接連接在表面的熱電偶的數(shù)字溫度計(jì)測(cè)量的加熱元件的表面溫度為51℃，而通過ir溫度計(jì)測(cè)量的溫度為46℃。加熱絲的發(fā)射率為0.90。玻璃纖維絲不導(dǎo)電，單獨(dú)無法發(fā)射遠(yuǎn)紅外線。
實(shí)施例三：
由編織cu-ni合金絲，ni-cr合金線和碳纖維制成。具有1wt％ni的cu-ni合金線的直徑為0.05mm，電阻率為0.03μω·m。ni-cr線(30％cr)含有直徑為0.1mm，電阻率為1.12μω·m的單根線。合金與纖維的重量比為2比1。使用標(biāo)準(zhǔn)的dc3v電池作為電源。測(cè)得的電流為0.28a，計(jì)算出的總電阻為10.5ω。加熱絲的發(fā)射率估計(jì)為0.85。
實(shí)施例四：
由編織fe-ni合金線，絞合cu-ni合金線和陶瓷纖維制成。具有50wt％ni的fe-ni合金線的直徑為0.05mm，電阻率為0.36μω·m。cu-ni線(ni的20重量％)的直徑為0.03mm，電阻率為0.15μω·m。合金與陶瓷纖維的重量比為5比1。使用標(biāo)準(zhǔn)的dc24v電池作為電源。測(cè)得的電流為0.97a，計(jì)算出的總電阻為24.7ω。加熱絲的發(fā)射率估計(jì)為0.94。