專利名稱：一種無芯碳纖維螺旋體電熱元件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電熱設(shè)備加熱元件領(lǐng)域，特別涉及民用取暖、電熱鍋爐、低溫烘烤設(shè)備的碳纖維電加熱管的發(fā)熱體。
背景技術(shù)：
電熱是應(yīng)用最為廣泛的加熱形式，電熱元件是加熱設(shè)備的關(guān)鍵部件。當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的加熱元件為電阻絲供電加熱，因加熱溫度不同，加熱元件分高溫、中溫和低溫三種類型。在低溫狀態(tài)下，多用電阻絲通電加熱，由于電阻絲表面溫度高，黑度小，并且加熱時(shí)發(fā)出可見光，熱效率低，電熱元件表面負(fù)荷率高，壽命短，特別是接頭部位容易氧化斷脫。
目前低溫輻射管加熱元件主要采用電阻絲，外部配以耐熱鋼保護(hù)套保護(hù)電阻絲，但由于于電阻絲本身特性所限，熱效率轉(zhuǎn)化較低。
碳纖維本身為含炭量95％以上的纖維材料，自身接近絕對(duì)黑體，熱轉(zhuǎn)化效率和熱輻射效率極高，同時(shí)，碳纖維還具有高強(qiáng)度，高模量，耐高溫，耐腐蝕等諸多優(yōu)異性能，用碳纖維加工制造電加熱輻射管特別適合民用取暖，電熱鍋爐、低溫烘烤設(shè)備等領(lǐng)域。由于直接用碳纖維本身加工成的加熱元件支撐強(qiáng)度較低，必須纏繞在絕緣支撐芯體上才能保持形狀，該類型電熱管只能加工成直管狀，無法制造圓形、梨形、U形等異型電熱管，并且由于通電時(shí)，先加熱支撐芯體，因而導(dǎo)致熱響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，加熱速度慢，不耐顛簸震蕩，限制了該電熱元件的使用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種能提高碳纖維電熱管的結(jié)構(gòu)靈活性，滿足各種異型電熱管使用需求的一種無芯碳纖維螺旋體電熱元件的制備方法。
本發(fā)明通過通過將碳纖維浸漬含碳有機(jī)溶劑，在芯體上纏繞成型后，高溫?zé)Y(jié)定型，制得碳/碳復(fù)合材料無芯碳纖維螺旋體。內(nèi)容包括浸漬含碳有機(jī)溶劑的配比，高溫?zé)Y(jié)的方法，以及碳纖維螺旋體的接頭連接。利用本發(fā)明的碳纖維螺旋體作為加熱體，可開發(fā)高性能高輻射電熱輻射管。
本發(fā)明的無芯碳纖維螺旋體電熱元件的制備方法，其關(guān)鍵技術(shù)在于先將碳纖維浸漬含碳有機(jī)溶劑，晾干后以一定螺距纏繞在絕緣支撐芯體上，然后將其在氮?dú)獗Ｗo(hù)或真空爐中燒結(jié)定型后脫出芯體，在無芯碳纖維螺旋體端部采用鉬片-鉬桿-鉬片-鉬桿四連體結(jié)構(gòu)形式，壓裝接頭。
本發(fā)明的無芯碳纖維螺旋體電熱元件的制備方法，其關(guān)鍵技術(shù)在于浸漬用含碳有機(jī)溶劑為液體酚醛樹脂和酒精的混合液，配比為酚醛樹脂5-35％酒精95-65％本發(fā)明的無芯碳纖維螺旋體電熱元件的制備方法，其關(guān)鍵技術(shù)在于燒制用的爐型為高純氮?dú)獗Ｗo(hù)爐或真空爐。用高純氮?dú)獗Ｗo(hù)爐燒結(jié)定型時(shí)，燒結(jié)溫度為700-1300℃，保溫時(shí)間5-30分鐘；利用真空爐燒結(jié)定型時(shí)，燒結(jié)溫度為1500-2200℃，保溫時(shí)間3-10分鐘。
本發(fā)明的無芯碳纖維螺旋體電熱元件的制備方法，其關(guān)鍵技術(shù)在于其接頭部分采用鉬片-鉬桿-鉬片-鉬桿四連體結(jié)構(gòu)技術(shù)，其中與碳纖維螺旋體連接的鉬片為疊壓式結(jié)構(gòu)，邊緣電焊封裝，確保與無芯碳纖維螺旋體端部接觸良好。


圖1為本發(fā)明無芯碳纖維螺旋體電熱元件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中鉬片展開示意圖；圖3為本發(fā)明中鉬片疊壓式結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)如附圖1所示，由鉬桿1，鉬片2，鉬桿3，鉬片4，碳纖維螺旋體5組成。其中，鉬桿1，鉬片2，鉬桿3，鉬片4構(gòu)成接頭四連體，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，鉬桿1與鉬片2，鉬片2與鉬桿3，鉬桿3與鉬片4彼此焊接在一起。鉬片4的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由端部壓片6，第一壓片7，開孔8，第二壓片9，第三壓片10，邊緣11六部分有機(jī)組合在一起，沖壓成型，鉬片4與碳纖維螺旋體的端部連接，其連接步驟如圖3所示。具體操作是先將碳纖維螺旋體端部插入片4的開孔8中，如圖3所示，翻折第一壓片7，壓緊碳纖維；再用第一壓片的端部壓片6片4基體扣緊，翻折第二壓片9，緊壓在第一壓片上，翻折第三壓片10，緊壓在第二壓片9上，再用第三壓片的端部翻折與片4基體扣緊，最后在第三壓片的邊緣11處點(diǎn)焊牢靠。
利用本發(fā)明制造碳纖維電熱輻射管時(shí)，將圖1組合體整體裝入石英管中，在鉬片2處熱壓真空封裝即可。
本發(fā)明的接頭形式簡(jiǎn)單，易于固定，接觸良好，不易松脫，操作方便，是一種既方便又可靠的連接方式。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1將一束12K碳纖維浸漬在含酚醛樹脂5％，酒精95％的有機(jī)溶劑中10分鐘，取出后晾干，將此束浸漬過有機(jī)溶劑的碳纖維以螺距均勻纏繞在外徑10毫米的石英管上，將纏好碳纖維的石英管放入高純氮?dú)獗Ｗo(hù)的爐中加熱，溫度750℃，保溫28分鐘，從爐中取出，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下冷卻至室溫后抽出石英管支撐體，便制得定型好的無芯碳纖維螺旋體，按圖2方式加工好接頭四連體，按照?qǐng)D3步驟與無芯碳纖維螺旋體連接牢靠，即制得可用作碳纖維電熱輻射管的加熱體，將該加熱體在裝入石英管，在鉬片2處真空熱壓封裝即可制得碳纖維電熱輻射管。
實(shí)施例2將一束12K碳纖維浸漬在含酚醛樹脂20％，酒精80％的有機(jī)溶劑中15分鐘，取出后晾干，按照實(shí)施例1步驟纏繞在石英管支撐芯體上，將纏好碳纖維的石英管放入高純氮?dú)獗Ｗo(hù)的爐中加熱，溫度1000℃，保溫15分鐘，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下冷卻至室溫后抽出石英管支撐體，便制得定型好的無芯碳纖維螺旋體，按圖2方式加工好接頭四連體，按照?qǐng)D3步驟與無芯碳纖維螺旋體連接良好，即制得可用作碳纖維點(diǎn)熱輻射管的加熱體，將該加熱體在裝入石英管，在鉬片2處真空熱壓封裝即可制得碳纖維電熱輻射管。
實(shí)施例3將一束12K碳纖維浸漬在含酚醛樹脂35％，酒精65％的有機(jī)溶劑中30分鐘，取出后晾干，按照實(shí)施例1步驟纏繞在Al2O3管支撐芯體上，將纏好碳纖維的Al2O3管放入高純氮?dú)獗Ｗo(hù)的爐中加熱，溫度1250℃，保溫15分鐘，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下冷卻至室溫后抽出Al2O3管支撐，便制得定型好的無芯碳纖維螺旋體，按圖2方式加工好接頭四連體，按照?qǐng)D3步驟與無芯碳纖維螺旋體連接良好，即制得可用作碳纖維點(diǎn)熱輻射管的加熱體，將該加熱體在裝入石英管，在鉬片2處真空熱壓封裝即可制得碳纖維電熱輻射管。
實(shí)施例4將12束1K碳纖維編織成生繩，浸漬在含酚醛樹脂15％，酒精85％的有機(jī)溶劑中20分鐘，取出后晾干，按照實(shí)施例1步驟纏繞在氧化鋯支撐芯體上，將纏好碳纖維的氧化鋯管放入石墨加熱體的真空爐中，溫度1700℃，保溫8分鐘，隨爐冷卻至室溫后抽出氧化鋯支撐體，便制得定型好的無芯碳纖維螺旋體，按圖2方式加工好接頭四連體，按照?qǐng)D3步驟與無芯碳纖維螺旋體連接良好，即制得可用作碳纖維點(diǎn)熱輻射管的加熱體，將該加熱體在裝入石英管，在鉬片2處真空熱壓封裝即可制得碳纖維電熱輻射管。
實(shí)施例5將3束12K碳纖維加拈合股成繩，浸漬在含酚醛樹脂8％，酒精92％的有機(jī)溶劑中15分鐘，取出后晾干，按照實(shí)施例1步驟纏繞在氧化鋯支撐芯體上，將纏好碳纖維的氧化鋯管放入石墨加熱體的真空爐中，溫度2100℃，保溫4分鐘，隨爐冷卻至室溫后抽出氧化鋯支撐體，便制得定型好的無芯碳纖維螺旋體，按圖2方式加工好接頭四連體，按照?qǐng)D3步驟與無芯碳纖維螺旋體連接良好，即制得可用作碳纖維點(diǎn)熱輻射管的加熱體，將該加熱體在裝入石英管，在鉬片2處真空熱壓封裝即可制得碳纖維電熱輻射管。
權(quán)利要求
1.一種無芯碳纖維螺旋體電熱元件的制備方法，包括碳纖維螺旋體和接頭的制備，其特征在于碳纖維螺旋體的制備方法有以下工藝步驟(1)將碳纖維浸漬含碳有機(jī)溶劑，該溶劑為液體酚醛樹脂和酒精混合液，其配比為酚醛樹脂5-35％，酒精95-65％。(2)將浸漬含碳有機(jī)溶劑的碳纖維晾干后，以一定螺距纏繞在絕緣支撐芯體上，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)爐或真空爐中燒結(jié)。(3)用氮?dú)獗Ｗo(hù)爐燒結(jié)定型時(shí)，燒結(jié)溫度為700-1300℃，保溫5-30分鐘；用真空爐燒結(jié)定型時(shí)，燒結(jié)溫度為1500-2200℃，保溫3-10分鐘。(4)將燒結(jié)定型后的碳纖維脫出芯體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無芯碳纖維螺旋體電熱元件的制備方法，其特征在于碳纖維螺旋體的接頭采用鉬片、鉬桿四連體結(jié)構(gòu)，與碳纖維螺旋體連接的鉬片為中間帶孔的疊壓式結(jié)構(gòu)，經(jīng)翻折互壓，邊緣用電焊封裝。
全文摘要
本發(fā)明的無芯碳纖維螺旋體電熱元件的制備方法，由碳纖維螺旋體和接頭兩部分組成，在加工制造碳纖維螺旋體時(shí)，先將碳纖維浸漬含碳有機(jī)溶劑，再以一定螺距纏繞在絕緣支撐芯體上，然后將其在氮?dú)獗Ｗo(hù)爐或真空爐中燒結(jié)定型后脫出芯體。接頭采用中間有孔的疊壓式結(jié)構(gòu)，通過翻折互壓并采用點(diǎn)焊封裝與碳纖維螺旋體連接，確保接頭與無芯碳纖維螺旋體端部接觸牢靠。利用本發(fā)明可提高碳纖維電熱管的結(jié)構(gòu)靈活性，特別適合加工異型加熱元件，滿足各種高性能高輻射電熱輻射管的需求。
文檔編號(hào)H05B3/06GK1809224SQ200610042069
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月19日
發(fā)明者朱波, 王成國(guó), 蔡華甦, 王延相, 曹偉偉 申請(qǐng)人:山東大學(xué)