專利名稱：耐熱阻燃面狀發(fā)熱體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面狀發(fā)熱體及其制備方法，特別是一種具有耐熱阻燃性能的面狀發(fā)熱體及其制備方法。
面狀發(fā)熱元件具有發(fā)熱及散熱面大、傳熱均勻、有效熱效率高、使用方便等特點(diǎn)，但以往的技術(shù)是利用金屬或合金電熱絲或管作為發(fā)熱元件，通過導(dǎo)熱油或金屬板等熱傳導(dǎo)介質(zhì)達(dá)到面狀發(fā)熱的效果，也有用水蒸汽盤管或換熱管作為熱源從而形成面狀發(fā)熱的。存在加工成本高、制備工藝復(fù)雜、換熱效率低以及使用壽命短等缺陷。
隨后出現(xiàn)了以碳黑、石墨、金屬氧化物等形成的導(dǎo)電涂料涂覆在各種絕緣基材(如陶瓷、塑料、橡膠、搪瓷、玻璃)上形成面狀發(fā)熱體，如中國專利93112735.1采用磁控濺射或真空鍍膜方法在各種非金屬基材上鍍金屬導(dǎo)電薄膜的電加熱器，雖可以作到大面積均勻加鍍電熱金屬膜，達(dá)到面狀發(fā)熱的效果，可提高電熱轉(zhuǎn)換效率，但電熱膜裸露在空氣中，在150℃以下的中低溫加熱區(qū)加熱，電熱膜受空氣氧化，不僅存在基板開裂、電熱膜開裂引起的斷路，而且存在因空氣氧化造成的功率衰減、使用壽命短等缺陷，另外，電熱膜直接裸露在外，還存在使用的安全性問題，若外加絕緣外罩保護(hù)，會大大增加成本。
近期開發(fā)的一種以短切導(dǎo)電碳纖維與纖維漿復(fù)合生產(chǎn)的碳纖維導(dǎo)電紙為電熱元件，采用粘合或熱壓的方法，復(fù)合各種絕緣材料，如樹脂、膠粘劑、薄膜等制成電熱體，如中國專利93220837.1的碳纖維紙加熱器，雖然熱轉(zhuǎn)化率高，克服了電熱涂料的熱氧老化性差的缺陷，但由于所用的基材纖維和樹脂不阻燃，作為一種電熱元件使用，存在起火的潛在危險。另外，因絕緣材料耐熱等級低，面狀發(fā)熱體的使用溫度不能超過90℃，不能作為中低溫區(qū)理想的面狀發(fā)熱元件，加之絕緣材料長期經(jīng)受熱氧老化后，絕緣強(qiáng)度下降，不僅有觸電的危險，而且會因絕緣材料脆化或剝裂使導(dǎo)電材料的搭接點(diǎn)而脫落，不發(fā)熱，從而大大降低發(fā)熱體的使用壽命。
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，通過耐熱阻燃樹脂的引入提供一種耐熱阻燃的面狀發(fā)熱體及其制備方法，在提高發(fā)熱體電熱轉(zhuǎn)化效率和抗熱氧老化性能的同時，提高發(fā)熱體的耐熱阻燃性能，以及發(fā)熱體的使用壽命。
本發(fā)明的要點(diǎn)一種耐熱阻燃面狀發(fā)熱體，由面狀發(fā)熱材料、絕緣層、電極構(gòu)成，其中面狀發(fā)熱材料置于兩層絕緣層之間，電極置于面狀發(fā)熱材料的兩端，并夾在絕緣層與面狀發(fā)熱材料之間，面狀發(fā)熱材料可以是碳纖維導(dǎo)電紙、電熱膜、電熱布或電熱涂料。絕緣層為浸漬耐熱阻燃樹脂的增強(qiáng)纖維布或紙組成的半固化片。
耐熱阻燃樹脂選自下列物質(zhì)組中的任何一種或它們的組合溴化環(huán)氧樹脂、硼改性酚醛樹脂、有機(jī)氟樹脂、馬來酰亞胺樹脂、有機(jī)硅樹脂、熱塑性聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚醚酮樹脂、聚苯醚酮、聚醚酮、聚砜、聚芳砜、聚基硫醚、聚醚砜、聚酮、聚芳酯或添加有阻燃劑的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、尼龍、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚酯、聚氨酯。
增強(qiáng)纖維布或紙由下列物質(zhì)中的一種或多種的單層或復(fù)合層構(gòu)成，即無堿玻璃纖維布、硅酸鋁纖維無紡布、聚芳酰胺纖維紙、聚砜酰胺纖維紙、聚惡二唑纖維紙、聚酯纖維紙、云母紙。
耐熱阻燃樹脂最好選用溴化環(huán)氧樹脂或溴化環(huán)氧樹脂含量大于等于10％(重量)的混合樹脂。選用溴化環(huán)氧樹脂與其它樹脂并用時，溴化環(huán)氧樹脂還起到阻燃劑的作用，其用量在小于10％以下時，達(dá)不到V-O級的阻燃性能，溴化環(huán)氧樹脂的用量最好大于30％。
面狀發(fā)熱材料最好選用碳纖維導(dǎo)電發(fā)熱紙，碳纖維發(fā)熱紙的基材可以為木漿纖維、化學(xué)纖維或耐熱纖維。碳纖維導(dǎo)電發(fā)熱紙的電阻最好為5-2000歐姆/□，(□代表600×380mm的碳纖維導(dǎo)電發(fā)熱紙，在380mm幅寬的導(dǎo)電紙兩端用夾具測的體電阻)。還可以將碳纖維發(fā)熱紙進(jìn)行阻燃處理，如浸漬阻燃樹脂。
電極可以選用單面或雙面粗化的金屬箔或銅粉導(dǎo)電膠、銀粉導(dǎo)電膠、碳粉導(dǎo)電膠或它們的混合導(dǎo)電膠，最好為單面粗化的厚度在10-40微米的銅箔。銅箔的粗化可以采用打磨、鈍化等方法。選用粗化的銅箔可增大發(fā)熱材料與電極的接觸面，使電極與發(fā)熱材料的結(jié)合更緊密。
本發(fā)明耐熱阻燃導(dǎo)電發(fā)熱體的制備方法，依次包括下列步驟A將耐熱阻燃樹脂及助劑溶于相應(yīng)的有機(jī)溶劑中，形成樹脂溶液；B將增強(qiáng)纖維布或紙在A中的樹脂溶液中充分浸漬，然后經(jīng)加熱、干燥、脫除溶劑等常規(guī)方法制成半固化片；C將發(fā)熱體所需材料依下列次序疊合脫模膜/半固化片/電極/面狀發(fā)熱材料/半固化片/脫模膜，逐漸升壓、升溫至溫度為120-400℃、壓力為20-80千克/平方厘米，熱壓5-300分鐘，然后最好經(jīng)恒壓降溫，制得耐熱阻燃面狀發(fā)熱體。
本發(fā)明的耐熱阻燃面狀發(fā)熱體的阻燃等級可達(dá)V-O級(UL94標(biāo)準(zhǔn))，絕緣強(qiáng)度遠(yuǎn)大于3750V，耐熱等級可達(dá)F或H級，在100-150℃范圍內(nèi)使用，壽命大于10000小時，電熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)95％以上，另外本發(fā)明的導(dǎo)電發(fā)熱體還可輻射對人體有保健作用的遠(yuǎn)紅外線，其波長為8-15微米，法向發(fā)射率大于75％。本發(fā)明的面狀發(fā)熱體可以串、并聯(lián)組合使用，達(dá)到不同使用場合所需的功率及表面溫度的要求。本發(fā)明的面狀發(fā)熱體對直、交流電都可適用。本發(fā)明的制備發(fā)熱體的方法，操作簡便，條件溫合，成本低，易于工業(yè)化。
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1將市售的溴化環(huán)氧樹脂125千克，雙氰胺固化劑2.9千克，二甲基甲酰胺15千克，乙二醇甲醚15千克，2-甲基咪唑0.07千克等助劑溶于丙酮中，充分?jǐn)嚢瑁纬勺枞紭渲芤?；選用立式上膠機(jī)，用無堿玻璃布浸漬阻燃樹脂溶液，經(jīng)壓榨、干燥形成半固化片；面狀發(fā)熱材料選用市售的木漿基碳纖維導(dǎo)電紙；電極為市售單面粗化的電解銅箔，厚度為18微米、寬度為20mm；將發(fā)熱體所需材料依下列次序疊合脫模膜/半固化片/電極/面狀發(fā)熱材料/半固化片/脫模膜，放置在400×400mm，60噸的平板熱壓機(jī)上，逐漸升壓、升溫至溫度為178℃、壓力為45千克/平方厘米，熱壓90分鐘，恒壓降溫至60℃后開模。制得的面狀發(fā)熱體性能如下
實(shí)施例2將市售的溴化環(huán)氧樹脂125千克，雙氰胺固化劑40千克，二甲基甲酰胺15千克，乙二醇甲醚15千克，甲基溶纖劑50千克，芐基二甲基苯胺0.2千克等助劑溶于丙酮中，充分?jǐn)嚢?，形成阻燃樹脂溶液；選用立式上膠機(jī)，用無堿玻璃布浸清阻燃樹脂溶液，經(jīng)壓榨、干燥形成半固化片；面狀發(fā)熱材料選用市售的木漿基碳纖維導(dǎo)電紙；電極為市售單面粗化的電解銅箔，厚度為18微米、寬度為20mm；將發(fā)熱體所需材料依下列次序疊合脫模膜/半固化片/電極/面狀發(fā)熱材料/半固化片/脫模膜，放置在1250×1090mm，16層的平板熱壓機(jī)上，逐漸升壓、升溫至溫度為180℃、壓力為60千克/平方厘米，熱壓70分鐘，制得的面狀發(fā)熱體性能如下
實(shí)施例3阻燃樹脂選用硼改性酚醛樹脂與溴化環(huán)氧樹脂1∶1重量比的混合樹脂，溶于無水酒精中形成樹脂溶液，用硅酸鋁纖維無紡布浸漬阻燃樹脂，制成半固化片；其它材料及工藝同實(shí)施例1。所得面狀發(fā)熱體的耐熱等級可達(dá)H級，阻燃性能為V-O級，發(fā)熱體可150℃下長期使用。
實(shí)施例4將木漿基碳纖維導(dǎo)電紙浸漬12％(重量)的(NH4)2HPO4水溶液，其中(NH4)2HPO4水溶液為阻燃劑，在105℃下干燥30分鐘，經(jīng)上述阻燃處理后的導(dǎo)電紙的限氧指數(shù)(LOI)＞50；電極選用市售的銀粉導(dǎo)電膠(DAD-5型)，手工涂覆在阻燃導(dǎo)電紙兩端；其它工藝及材料同實(shí)施例1。所得碳纖維面狀發(fā)熱體的阻燃性能為V-O級，耐熱等級為F級。
實(shí)施例5用502型云母紙浸漬1450型有機(jī)硅漆后，制成半固化片；導(dǎo)電紙的選擇同實(shí)施例4；電極選用厚度為35微米寬度為20毫米的單面粗化的電解銅箔；將發(fā)熱體所需材料依下列次序疊合脫模膜/半固化片/電極/面狀發(fā)熱材料/半固化片/脫模膜，放置在400×400mm，60噸的平板熱壓機(jī)上，逐漸升壓、升溫至溫度為230℃、壓力為45千克/平方厘米，熱壓70分鐘，恒壓降溫至60℃后開模。制得的面狀發(fā)熱體性能如下
權(quán)利要求
1．一種耐熱阻燃面狀發(fā)熱體，由面狀發(fā)熱材料、絕緣層、電極構(gòu)成，其中面狀發(fā)熱材料置于兩層絕緣層之間，電極置于面狀發(fā)熱材料的兩端，并夾在絕緣層與面狀發(fā)熱材料之間，其特征是絕緣層為浸漬耐熱阻燃樹脂的增強(qiáng)纖維布或紙組成的半固化片。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的面狀發(fā)熱體，其特征在于所說的耐熱阻燃樹脂選自下列物質(zhì)組中的任何一種或它們的組合溴化環(huán)氧樹脂、硼改性酚醛樹脂、有機(jī)氟樹脂、馬來酰亞胺樹脂、有機(jī)硅樹脂、熱塑性聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚醚酮樹脂、聚苯醚酮、聚醚酮、聚砜、聚芳砜、聚基硫醚、聚醚砜、聚酮、聚芳酯或添加有阻燃劑的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、尼龍、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚酯、聚氨酯。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的面狀發(fā)熱體，其特征在于所說的增強(qiáng)纖維布或紙由下列物質(zhì)中的一種或多種的單層或復(fù)合層構(gòu)成，即無堿玻璃纖維布、硅酸鋁纖維無紡布、聚芳酰胺纖維紙、聚砜酰胺纖維紙、聚惡二唑纖維紙、聚酯纖維紙、云母紙。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的面狀發(fā)熱體，其特征在于所述的面狀發(fā)熱材料為碳纖維導(dǎo)電紙、電熱膜、電熱布或電熱涂料。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一種面狀發(fā)熱體，其特征在于所述的耐熱阻燃樹脂為溴化環(huán)氧樹脂或溴化環(huán)氧樹脂含量大于等于10％(重量)的混合樹脂。
6．根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一種面狀發(fā)熱體，其特征在于所述的面狀發(fā)熱材料為碳纖維導(dǎo)電紙。
7．根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一種面狀發(fā)熱體，其特征在于所述的電極為單面或雙面粗化的金屬箔或銅粉導(dǎo)電膠、銀粉導(dǎo)電膠、碳粉導(dǎo)電膠或它們的混合導(dǎo)電膠。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的面狀發(fā)熱體，其特征在于所述的電極為單面粗化的厚度在10-40微米的銅箔。
9．一種制備權(quán)利要求1-8的面狀發(fā)熱體的方法，依次包括下列步驟A將耐熱阻燃樹脂及助劑溶于相應(yīng)的有機(jī)溶劑中，形成樹脂溶液；B將增強(qiáng)纖維布或紙在A中的樹脂溶液中充分浸漬，然后經(jīng)加熱、干燥、脫除溶劑制成半固化片；C將發(fā)熱體所需材料依下列次序疊合脫模膜/半固化片/電極/面狀發(fā)熱材料/半固化片/脫模膜，逐漸升壓、升溫至溫度為120-400℃、壓力為20-80千克/平方厘米，熱壓5-300分鐘，制得耐熱阻燃面狀發(fā)熱體。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征是步驟C中，發(fā)熱體經(jīng)熱壓5-300分鐘后，還需經(jīng)恒壓降溫，制得耐熱阻燃面狀發(fā)熱體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種面狀發(fā)熱體及其制備方法,特別是一種具有耐熱阻燃性能的面狀發(fā)熱體及其制備方法。針對現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)熱體存在起火的潛在危險,絕緣材料耐熱等級低,面狀發(fā)熱體的使用溫度低,發(fā)熱體的使用壽命短等問題,通過耐熱阻燃樹脂的引入提供一種耐熱阻燃的面狀發(fā)熱體及其制備方法,在提高發(fā)熱體電熱轉(zhuǎn)化效率和抗熱氧老化性能的同時,提高發(fā)熱體的耐熱阻燃性能,以及發(fā)熱體的使用壽命。
文檔編號H05B3/34GK1209719SQ9810271
公開日1999年3月3日 申請日期1998年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月23日
發(fā)明者楊小平, 榮浩鳴 申請人:北京化工大學(xué)