[发明专利]一种地暖用碳纤维发热电缆

说明书

技术领域

本发明涉及发热电缆技术领域，尤其涉及一种地暖用碳纤维发热电缆。

背景技术

现普遍采用发热电缆来达到保暖、增温的目的，发热电缆是将发热丝制成电缆结构，以电力为能源，利用合金电阻丝进行通电发热，来达到采暖或者保温的效果。地暖主要分为水地暖和电地暖，其中，电地暖是以低温发热电缆为热源加热地板或地砖，通过地面以辐射和对流的传热方式向室内供热。地热用的电缆具有导热性能高、散热快、电热转化效率高等特点。

随着环保意识的日益提高，对发热电缆的性能和使用提出了更高的要求，特别是节能、安全、环保问题上，在过去的发热电缆中，导体芯材以金属合金尤其是铜合金为主，金属合金芯材虽然具备良好的导电导热性能，但是在使用中存在不足，技术处理不当，通电后容易产生电磁辐射，对于老人、小孩、孕妇会产生不良影响，且质地较硬，多次弯折会容易被损坏，力学性能不佳。碳纤维材料是目前采暖领域的新型环保材料，用碳纤维制成各种规格的发热线缆，具有碳元素及纤维的双重优点及特性，在安全性、节能、舒适性等方面与金属电缆比较都占有很大优势，是传统地暖电缆的最佳替代产品。

发明内容

本发明提出了一种地暖用碳纤维发热电缆，以改性碳纤维束和合金导线绞合制得碳纤维复合芯材，依次包裹有树脂层、绝缘层和外皮保护层，提高了电缆的导热性能和热转化率，力学性能增强，阻燃性得到一定程度的提高，提高了安全系数，满足了实际应用要求。

本发明提出的一种地暖用碳纤维发热电缆，包括碳纤维复合芯材以及依次包裹在碳纤维复合芯材外的树脂层、绝缘层和外皮保护层；碳纤维复合芯材由改性碳纤维束和合金导线绞合而成，改性碳纤维束由氧化锌晶须改性PAN基碳纤维制成。

优选地，所述碳纤维复合芯材其原料按重量份包括：氧化锌晶须10-20份、纤维素醚15-20份、短切碳纤维30-60份、芳纶纤维10-15份、粘结剂3-8份、溶剂20-30份。

优选地，所述碳纤维复合芯材其原料按重量份包括：氧化锌晶须15份、纤维素醚18份、短切碳纤维50份、芳纶纤维12份、粘结剂5份、溶剂25份。

优选地，纤维素醚为甲基羟丙基纤维素醚、羟乙基纤维素醚、羧甲基纤维素醚中的一种或两种以上混合物；粘结剂为酚醛树脂；溶剂为丙酮、乙醇、甲苯中的一种或两种以上混合物。

优选地，金属导线按重量百分比，其组分包括：镍0.7-1.5％、锗0.1-0.5％、铊0.02-0.08％，其余为铜。

优选地，氧化锌晶须的直径为2-5μm，针状体长度为30-100μm。

优选地，树脂层由碳纳米管改性环氧树脂制成，碳纳米管含量为0.5-1.5％。

优选地，碳纳米管改性环氧树脂的制备过程包括：将环氧树脂在温度为35-45℃下预热20-40min，降粘后加入固化剂，在75-85℃条件下，以500-700r/min的速率搅拌20-30min，加入碳纳米管颗粒混合均匀，抽至无气体产生，加入促进剂继续搅拌5-6min，固化脱模得到碳纳米管改性环氧树脂。

优选地，绝缘层由聚氯乙烯或硅橡胶或氟塑料制成，绝缘层厚度为0.2-0.6mm。

优选地，外皮保护层包括内层屏蔽层和外层护套；内层屏蔽层由镀锡铜丝或编织铜网或覆膜铜箔材料制成；外层护套由聚四氟乙烯制成。

优选地，内层屏蔽层的厚度为0.01-0.12mm，外层护套的厚度为0.3-0.6mm。

本发明以改性碳纤维束和合金导线绞合制得碳纤维复合芯材，改性碳纤维束中加入氧化锌晶须，晶须均匀分布在PAN基碳纤维中，堆积并填充在其内部较大的孔隙中.改善孔径分布，提高材料的均匀性，改善摩擦面润滑状态有利于材料内部电子的流动和转移，提高芯材的导热性能和热转化率；另外，晶须有效填充于较大孔隙中，使得碳纤维复合芯材的孔隙能发挥更好分散应力的作用，从而有效提高了碳纤维的抗撕裂能力，具有一定的韧性；氧化锌晶须、短切碳纤维、芳纶纤维及纤维素醚配合使用，提高了电缆芯材的热传导率，力学性能增强；合金导线和改性碳纤维束两者绞合制成复合芯材，保证良好的导热性能和热转换效率的同时，力学性能也得到一定的保证；进一步地，碳纤维复合芯材外包裹树脂层，该树脂层由碳纳米管改性环氧树脂制成，碳纳米管性能使电缆强度高、韧性好、化学性能稳定且能导热导电，树脂层复合材料的热导率增大，碳纳米管的加入使环氧树脂的总释热量减少，释烟量增加，阻燃性得到一定程度的提高，提高了安全性；以聚氯乙烯或硅橡胶或氟塑料作绝缘层，增加金属屏蔽保护作用，进一步提高安全系数。