一種碳纖維紅外發(fā)熱線及其制備方法和在蔬菜大棚土壤加溫中的應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維紅外發(fā)熱線，其為三層編織套管結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為碳纖維復(fù)合支撐芯、碳纖維柔性紅外發(fā)熱層和微生物碳纖維吸附層；所述碳纖維復(fù)合支撐芯為棒狀結(jié)構(gòu)，由芯層碳纖維和樹脂基體制備而成；所述碳纖維柔性紅外發(fā)熱層，采用碳纖維長絲與低含量高溫定型膠黏劑復(fù)合而成；所述微生物碳纖維吸附層采用經(jīng)過活化的碳纖維長絲制備而成；活化后的碳纖維長絲比表面積為1000?2000m2/g。本發(fā)明還公開了由上述碳纖維紅外發(fā)熱線制備的蔬菜大棚用土壤加溫裝置。該蔬菜大棚用土壤加溫裝置可適用不同埋入深度下土壤的智能控溫加溫，有效保證土壤內(nèi)部微生物菌群體系的穩(wěn)定，具有提高蔬菜抗病蟲害能力以及優(yōu)化蔬菜作物營養(yǎng)成分等多種作用。
【專利說明】
一種碳纖維紅外發(fā)熱線及其制備方法和在蔬菜大棚土壤加溫中的應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維紅外發(fā)熱線及其制備方法和在蔬菜大棚土壤加溫中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)作物的生長受制于季節(jié)溫度的限制，尤其在北方或高寒地區(qū)，冬季氣溫較低時(shí)間較長，如果大量蔬菜產(chǎn)品通過南方長途運(yùn)輸途徑解決，將帶來其成本的大幅度提高，不利于蔬菜的持續(xù)供應(yīng)。要解決目前的寒冬季節(jié)的蔬菜供給，溫室大棚的蔬菜種植顯得尤為重要。
[0003]盡管我國北方地區(qū)進(jìn)行了大量溫室大棚的配制，但是蔬菜產(chǎn)品在冬季市場(chǎng)的供應(yīng)仍然僅僅占到15%左右消費(fèi)量，其主要原因是冬季氣候寒冷，陽光照射不足導(dǎo)致了棚內(nèi)土壤溫度較低。現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于溫室大棚的加溫多采用燃煤型鍋爐、水源熱栗和空氣源熱栗，但是，燃煤鍋爐熱效率低，污染嚴(yán)重，機(jī)械自動(dòng)化水平低，存在著諸多不足;水源溫度雖然和土壤源溫度一樣長年穩(wěn)定，有效的提高了機(jī)組的能效比，但對(duì)地下水資源的破壞極大，且初投資大，使得推廣極難;空氣源熱栗的區(qū)域性限制強(qiáng)，受冬季環(huán)境溫度較低影響，機(jī)組在黃河流域、華北、西北等地區(qū)將無法在冬季正常工作；制熱時(shí)蒸發(fā)器易結(jié)霜。而且上述間接土壤加溫的方法較為緩慢，耗能大且熱效率較低，無法給蔬菜作物提供良好充分的土壤溫度以保證其穩(wěn)定的生長環(huán)境與條件。
[0004]碳纖維屬于純黑體材料，在電熱轉(zhuǎn)換過程中的可見光極低，電熱轉(zhuǎn)換效率在99%以上，與金屬加熱器相比節(jié)能達(dá)到30%以上。碳纖維作為發(fā)熱體在加熱時(shí)可發(fā)射出波長在2-15微米的紅外線，碳纖維作為發(fā)熱體所發(fā)出的遠(yuǎn)紅外線可較好的被人體、農(nóng)作物、土壤等吸收，在熱傳遞過程中的熱量損失較小。因此，利用碳纖維作為發(fā)熱體制備蔬菜作物大棚的土壤加溫裝置具有較好的保溫控溫效果。除此之外，碳纖維屬于柔性纖維材料，可根據(jù)大棚內(nèi)蔬菜作物根系的生長特性及根系土壤埋入深度，進(jìn)行特定發(fā)熱體的排布，以滿足不同土壤深度的溫度分布要求，同時(shí)蔬菜作物所需的土壤溫度相對(duì)較低，一般在20-30°C之間，上限溫度一般不超過40°C，而低溫加熱要求對(duì)供電系統(tǒng)的要求不高，可選用太陽能或風(fēng)能等綠色供電系統(tǒng)與之配合使用。
[0005]但目前很少有將碳纖維用于溫室大棚土壤加溫的報(bào)道，中國專利“一種蔬菜大棚克服長期低溫連陰雨(雪)的栽培方法(CN103416172A)中公開了在惡劣天氣條件下，直接采用DRD-B硅橡膠碳纖維加熱帶進(jìn)行加溫以保證正常生長。但該硅橡膠碳纖維加熱帶仍類似上述傳統(tǒng)的溫室加熱方式，對(duì)土壤的加溫較為緩慢，而且僅是用于加溫，功能相對(duì)比較單
O
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種碳纖維紅外發(fā)熱線及其制備方法。該碳纖維紅外發(fā)熱線采用多層套管編織結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)除了基本紅外加熱控制土壤溫度的功能之外，又可同時(shí)實(shí)現(xiàn)力學(xué)支撐和引入有益微生物等綜合作用。
[0007]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述碳纖維紅外發(fā)熱線在蔬菜大棚土壤加溫中的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種蔬菜大棚用土壤加溫裝置，該裝置基本結(jié)構(gòu)為框架模塊結(jié)構(gòu)，框架模塊的內(nèi)部布置上述碳纖維紅外發(fā)熱線和感溫控制系統(tǒng)，紅外發(fā)熱線的分布面積及深度等可根據(jù)蔬菜作物根系的溫度要求進(jìn)行靈活設(shè)計(jì);框架模塊結(jié)構(gòu)之間可采用并聯(lián)方式完成碳纖維發(fā)熱線的電氣裝配，碳纖維加溫裝置的供儲(chǔ)電系統(tǒng)通過太陽能極板或風(fēng)電系統(tǒng)與蓄電池共同組成，在綠色供電的基礎(chǔ)上結(jié)合儲(chǔ)電裝置應(yīng)用，有效保證夜間無陽光環(huán)境下的土壤穩(wěn)定控溫。該蔬菜大棚用土壤加溫裝置可適用不同埋入深度下土壤的智能控溫加溫，同時(shí)又有效保證土壤內(nèi)部微生物菌群體系的穩(wěn)定，具有提高蔬菜抗病蟲害能力以及優(yōu)化蔬菜作物營養(yǎng)成分等多種作用。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種碳纖維紅外發(fā)熱線，其為三層編織套管結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為碳纖維復(fù)合支撐芯、碳纖維柔性紅外發(fā)熱層和微生物碳纖維吸附層；
[0011 ]所述碳纖維復(fù)合支撐芯為棒狀結(jié)構(gòu)，直徑為0.5-2mm，由芯層碳纖維和樹脂基體制備而成;所述碳纖維復(fù)合支撐芯為連續(xù)長度并可以任意彎曲定型；
[0012]所述芯層碳纖維為T300、T700、T800等中的一種或多種組合，芯層碳纖維采用多股繩編織結(jié)構(gòu)，繩狀芯層的股數(shù)及單股纖維的K數(shù)根據(jù)力學(xué)性能要求靈活選擇。
[0013]所述樹脂基體為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂中的一種或多種組合，樹脂含量為5-20 %之間可調(diào)。
[0014]所述碳纖維柔性紅外發(fā)熱層，采用碳纖維長絲與低含量高溫定型膠黏劑復(fù)合而成;其中高溫定型膠含量為5-10% ;碳纖維長絲為Τ300、Τ700、Τ800等中的一種或多種組合，碳纖維長絲采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，編織中間層的股數(shù)及單股纖維的K數(shù)根據(jù)發(fā)熱溫度需要靈活調(diào)整。
[0015]所述微生物碳纖維吸附層采用經(jīng)過活化的碳纖維長絲制備而成；碳纖維長絲為Τ300、Τ700、Τ800等中的一種或多種組合;活化后的碳纖維長絲比表面積為1000-2000m2/g，活化后的碳纖維采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，編織吸附層的股數(shù)及單股纖維的K數(shù)根據(jù)發(fā)熱溫度需要蔬菜作物的土壤菌群要求靈活調(diào)整。
[0016]上文中，所述高溫定型膠為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)產(chǎn)品，如50A-1定型膠(襄陽精細(xì)匯明科技股份有限公司)等。
[0017]上文中，所述經(jīng)過活化的碳纖維是指將碳纖維經(jīng)過高溫活化，使其表面產(chǎn)生納米級(jí)的孔徑，增加比表面積，從而改變其物化特性。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供上述碳纖維紅外發(fā)熱線的制備方法，步驟如下:
[0019](I)內(nèi)層芯層的制備:以T300、T700、T800中的一種或多種組合為碳纖維原料，采用多股繩編織，編織的股數(shù)為6-25股，芯層編織后采用樹脂基體與纖維繩復(fù)合形成復(fù)合材料，樹脂含量為5-20%;
[0020](2)中間發(fā)熱層的制備:以Τ300、Τ700、Τ800等中的一種或多種組合為碳纖維長絲原料，采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，編織的股數(shù)為8-30股，然后與高溫定型膠黏劑復(fù)合而成，其中高溫定型膠含量為5-10%;
[0021](3)外表面的微生物碳纖維吸附層的制備:以活化后的碳纖維長絲為原料，采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，編織的股數(shù)為7-30股。
[0022]上述碳纖維紅外發(fā)熱線在蔬菜大棚土壤加溫中的應(yīng)用也是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種蔬菜大棚用土壤加溫裝置，包括碳纖維加溫裝置框架模塊，所述碳纖維加溫裝置框架模塊通過引線分別與綠色供能裝置和儲(chǔ)能裝置相連接。
[0024]所述碳纖維加溫裝置框架模塊包括碳纖維框架模塊，碳纖維紅外發(fā)熱線布置在所述碳纖維框架模塊內(nèi)，并通過彈簧連接端子與碳纖維框架模塊連接成整體。連接端采用彈簧繞線接頭，可以避免在加溫裝置模塊埋入土壤內(nèi)的過程中出現(xiàn)松弛或分布不均勻的問題出現(xiàn)。
[0025]進(jìn)一步的，所述碳纖維紅外發(fā)熱線在碳纖維框架模塊內(nèi)的布置形式為網(wǎng)格狀、折線狀或螺旋盤繞狀等各種布置形式，發(fā)熱線的布置結(jié)構(gòu)可靈活調(diào)整。
[0026]進(jìn)一步的，所述碳纖維加溫裝置框架模塊設(shè)有接線端，以并聯(lián)的方式將布置好碳纖維發(fā)熱線的框架模塊進(jìn)行電氣連接；
[0027]所述接線端包括至少兩個(gè)引線端，以及與所述引線端相連的排線。
[0028]所述接線端整體采用彈簧壓片式結(jié)構(gòu)，以保證端頭較低的接觸電阻和連接緊密性。
[0029]進(jìn)一步的，所述碳纖維加溫裝置框架模塊在靠近碳纖維紅外發(fā)熱線表面的位置設(shè)有感溫元件，感溫元件的布置位置靠緊發(fā)熱線表面，溫度精度為0.1-0.0orc范圍，感溫探頭的布置密度根據(jù)要求靈活調(diào)整。
[0030]進(jìn)一步的，所述綠色供能裝置為太陽能極板或風(fēng)電裝置，作為蔬菜大棚內(nèi)碳纖維土壤加溫裝置的供電設(shè)備，其中太陽能極板可采用單晶硅或多晶硅兩種類型，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可采用水平軸或垂直軸結(jié)構(gòu)，其中太陽能極板的面積以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)根據(jù)加溫功率要求靈活調(diào)整。
[0031 ]所述儲(chǔ)能裝置優(yōu)選為蓄電池，以保證穩(wěn)定夜間供電。
[0032]本發(fā)明的有益效果:
[0033](I)本發(fā)明的碳纖維紅外發(fā)熱線采用三層結(jié)構(gòu)，其中，碳纖維復(fù)合支撐芯可有效實(shí)現(xiàn)不同蔬菜作物的根系特征的均勻結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)型穩(wěn)定;碳纖維柔性紅外發(fā)熱層可有效進(jìn)行遠(yuǎn)紅外加熱以保證土壤環(huán)境溫度;微生物碳纖維吸附層采用經(jīng)過活化的碳纖維長絲制備，活化后的碳纖維長絲比表面積為1000-2000m2/g，可有效吸附土壤內(nèi)復(fù)合微生物肥料的抗生素類物質(zhì)，在蔬菜作物根系周圍形成優(yōu)勢(shì)菌群，抑制有害微生物繁殖。
[0034](2)采用土壤埋入式框架模塊，同時(shí)配合特殊接線端子裝置，保證碳纖維發(fā)熱線的電氣裝配過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；同時(shí)通過框架模塊支撐在碳纖維發(fā)熱線布置結(jié)構(gòu)的同時(shí)，在特定部位引入感溫元件，以實(shí)時(shí)控制土壤內(nèi)部溫度。
[0035](3)采用綠色供電及儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置，有效保證夜間無陽光環(huán)境下的土壤加溫和穩(wěn)定控溫節(jié)約能源。
【附圖說明】
[0036]圖1:碳纖維紅外發(fā)熱線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2:碳纖維加溫裝置框架模塊示意圖；
[0038]圖3:蔬菜大棚用土壤加溫裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]其中，1-碳纖維復(fù)合支撐芯，2-碳纖維柔性紅外發(fā)熱層，3-微生物碳纖維吸附層，4-碳纖維紅外發(fā)熱線，5-彈簧連接端子，6-第一引線端，7-碳纖維框架模塊，8-第二引線端，
9-排線，10-彈簧壓片，11-碳纖維加溫裝置框架模塊，12-引線，13-綠色供能裝置，14-儲(chǔ)能
目.ο
【具體實(shí)施方式】
[0040]結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，應(yīng)該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定。
[0041 ] 實(shí)施例1:
[0042](I)碳纖維紅外發(fā)熱線的制備:
[0043]碳纖維紅外發(fā)熱線的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其為三層編織套管結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為碳纖維復(fù)合支撐芯1、碳纖維柔性紅外發(fā)熱層2和微生物碳纖維吸附層3。
[0044]制備方法為:最內(nèi)層的復(fù)合支撐芯采用T300編織多股繩，股數(shù)為10股，單股采用3K纖維，最終芯部的直徑為2mm，芯層編織后采用環(huán)氧樹脂與纖維繩復(fù)合形成復(fù)合材料，最終樹脂含量為20 %之間。中間碳纖維柔性紅外發(fā)熱層采用碳纖維長絲與低含量高溫定型膠黏劑復(fù)合組成，高溫定型膠含量為5%，發(fā)熱層采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，股數(shù)為8股，單股采用3K纖維，單股纖維采用T700碳纖維。最外表面的微生物碳纖維吸附層，采用經(jīng)過活化的T800碳纖維長絲制備，活化后碳纖維的比表面積為1000m2/g，活性碳纖維采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，股數(shù)為9股，單股采用3K纖維。
[0045](2)碳纖維加溫裝置框架模塊的裝配及發(fā)熱線構(gòu)型設(shè)計(jì)
[0046]碳纖維紅外發(fā)熱I的布置可根據(jù)蔬菜作物根系的土壤內(nèi)分布特點(diǎn)，采用網(wǎng)格狀布置形式。將布置好的發(fā)熱線I與碳纖維框架模塊7連接成整體，連接端采用彈簧繞線接頭。碳纖維框架模塊接線端采用并聯(lián)方式，將布置好碳纖維發(fā)熱線的框架模塊進(jìn)行連接，接線端采用彈簧壓片式結(jié)構(gòu)。同時(shí)在框架模塊的特定部位布置感溫元件，感溫元件的布置位置靠緊發(fā)熱線表面，溫度精度為0.1°C，感溫探頭的布置密度為10個(gè)/m2，裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
[0047](3)碳纖維綠色供電及儲(chǔ)能系統(tǒng)配制。
[0048]采用面積為5m2的單晶硅太陽能極板作為蔬菜大棚內(nèi)碳纖維土壤加溫裝置的供電設(shè)備，采用水平軸結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為蔬菜大棚內(nèi)碳纖維土壤加溫裝置的供電設(shè)備，發(fā)電功率為5KW，供電裝置配合蓄電池以保證穩(wěn)定夜間供電。
[0049]如圖3所示，其結(jié)構(gòu)包括碳纖維加溫裝置框架模塊11，所述碳纖維加溫裝置框架模塊11通過引線12分別與綠色供能裝置13和儲(chǔ)能裝置14相連接。
[0050]利用該實(shí)施例的碳纖維土壤加溫裝置，可保證棚內(nèi)蔬菜作物的土壤溫度不低于35Γ。
[0051 ] 實(shí)施例2:
[0052](I)碳纖維紅外發(fā)熱線的制備。采用三層編織套管結(jié)構(gòu):最內(nèi)層的復(fù)合支撐芯采用T700編織多股繩，股數(shù)為6股，單股采用3K纖維，最終芯部的直徑為1.5mm，芯層編織后采用酚醛樹脂與纖維繩復(fù)合形成復(fù)合材料，最終樹脂含量為10%之間。中間碳纖維柔性紅外發(fā)熱層采用碳纖維長絲與低含量高溫定型膠黏劑復(fù)合組成，高溫定型膠含量為8 %，發(fā)熱層采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，股數(shù)為10股，單股采用3K纖維，單股纖維采用T700碳纖維。最外表面的微生物碳纖維吸附層，采用經(jīng)過活化的T800碳纖維長絲制備，活化后碳纖維的比表面積為1500m2/g，活性碳纖維采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，股數(shù)為7股，單股采用3K纖維。
[0053](2)碳纖維框架模塊的裝配及發(fā)熱線構(gòu)型設(shè)計(jì)。碳纖維紅外發(fā)熱線的布置可根據(jù)蔬菜作物根系的土壤內(nèi)分布特點(diǎn)，采用折線狀布置形式。將布置好的發(fā)熱線與碳纖維框架模塊連接成整體，連接端采用彈簧繞線接頭。碳纖維框架模塊接線端采用并聯(lián)方式，將布置好碳纖維發(fā)熱線的框架模塊進(jìn)行連接，接線端采用彈簧壓片式結(jié)構(gòu)。同時(shí)在框架模塊的特定部位布置感溫元件，感溫元件的布置位置靠緊發(fā)熱線表面，溫度精度為0.0re，感溫探頭的布置密度為15個(gè)/m2。
[0054](3)碳纖維綠色供電及儲(chǔ)能系統(tǒng)配制。采用面積為4m2的多晶硅太陽能極板作為蔬菜大棚內(nèi)碳纖維土壤加溫裝置的供電設(shè)備，采用垂直軸結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為蔬菜大棚內(nèi)碳纖維土壤加溫裝置的供電設(shè)備，發(fā)電功率為3KW，供電裝置配合蓄電池以保證穩(wěn)定夜間供電。
[0055]利用該實(shí)施例的碳纖維土壤加溫裝置，可保證棚內(nèi)蔬菜作物的土壤溫度不低于30-C。
[0056]實(shí)施例3:
[0057](I)碳纖維紅外發(fā)熱線的制備。采用三層編織套管結(jié)構(gòu):最內(nèi)層的復(fù)合支撐芯采用T800編織多股繩，股數(shù)為20股，單股采用IK纖維，最終芯部的直徑為2mm，芯層編織后采用不飽和聚酯樹脂與纖維繩復(fù)合形成復(fù)合材料，最終樹脂含量為10%之間。中間碳纖維柔性紅外發(fā)熱層采用碳纖維長絲與低含量高溫定型膠黏劑復(fù)合組成，高溫定型膠含量為5%，發(fā)熱層采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，股數(shù)為20股，單股采用IK纖維，單股纖維采用T700碳纖維。最外表面的微生物碳纖維吸附層，采用經(jīng)過活化的T300碳纖維長絲制備，活化后碳纖維的比表面積為2000m2/g，活性碳纖維采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，股數(shù)為9股，單股采用3K纖維。
[0058](2)碳纖維框架模塊的裝配及發(fā)熱線構(gòu)型設(shè)計(jì)。碳纖維紅外發(fā)熱線的布置可根據(jù)蔬菜作物根系的土壤內(nèi)分布特點(diǎn)，采用螺旋盤繞狀布置形式。將布置好的發(fā)熱線與碳纖維框架模塊連接成整體，連接端采用彈簧繞線接頭。碳纖維框架模塊接線端采用并聯(lián)方式，將布置好碳纖維發(fā)熱線的框架模塊進(jìn)行連接，接線端采用彈簧壓片式結(jié)構(gòu)。同時(shí)在框架模塊的特定部位布置感溫元件，感溫元件的布置位置靠緊發(fā)熱線表面，溫度精度為0.0re，感溫探頭的布置密度為12個(gè)/m2。
[0059](3)碳纖維綠色供電及儲(chǔ)能系統(tǒng)配制。采用面積為7m2的單晶硅太陽能極板作為蔬菜大棚內(nèi)碳纖維土壤加溫裝置的供電設(shè)備，采用垂直軸結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為蔬菜大棚內(nèi)碳纖維土壤加溫裝置的供電設(shè)備，發(fā)電功率為5KW，供電裝置配合蓄電池以保證穩(wěn)定夜間供電。
[0060]利用該實(shí)施例的碳纖維土壤加溫裝置，可保證棚內(nèi)蔬菜作物的土壤溫度不低于32Γ。
[0061 ] 實(shí)施例4:
[0062](I)碳纖維紅外發(fā)熱線的制備。采用三層編織套管結(jié)構(gòu):最內(nèi)層的復(fù)合支撐芯采用T800編織多股繩，股數(shù)為25股，單股采用IK纖維，最終芯部的直徑為1mm，芯層編織后采用環(huán)氧樹脂與纖維繩復(fù)合形成復(fù)合材料，最終樹脂含量為20%之間。中間碳纖維柔性紅外發(fā)熱層采用碳纖維長絲與低含量高溫定型膠黏劑復(fù)合組成，高溫定型膠含量為5%，發(fā)熱層采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，股數(shù)為30股，單股采用IK纖維，單股纖維采T800碳纖維。最外表面的微生物碳纖維吸附層，采用經(jīng)過活化的T800碳纖維長絲制備，活化后碳纖維的比表面積為2000m2/g，活性碳纖維采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，股數(shù)為30股，單股采用IK纖維。
[0063](2)碳纖維框架模塊的裝配及發(fā)熱線構(gòu)型設(shè)計(jì)。碳纖維紅外發(fā)熱線的布置可根據(jù)蔬菜作物根系的土壤內(nèi)分布特點(diǎn)，采用螺旋盤繞狀布置形式。將布置好的發(fā)熱線與碳纖維框架模塊連接成整體，連接端采用彈簧繞線接頭。碳纖維框架模塊接線端采用并聯(lián)方式，將布置好碳纖維發(fā)熱線的框架模塊進(jìn)行連接，接線端采用彈簧壓片式結(jié)構(gòu)。同時(shí)在框架模塊的特定部位布置感溫元件，感溫元件的布置位置靠緊發(fā)熱線表面，溫度精度為0.0orc，感溫探頭的布置密度為20個(gè)/m2。
[0064](3)碳纖維綠色供電及儲(chǔ)能系統(tǒng)配制。采用面積為8m2的單晶硅太陽能極板作為蔬菜大棚內(nèi)碳纖維土壤加溫裝置的供電設(shè)備，采用水平軸或垂直軸結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為蔬菜大棚內(nèi)碳纖維土壤加溫裝置的供電設(shè)備，發(fā)電功率為2KW，供電裝置配合蓄電池以保證穩(wěn)定夜間供電。
[0065]利用該實(shí)施例的碳纖維土壤加溫裝置，可保證棚內(nèi)蔬菜作物的土壤溫度不低于30-C。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳纖維紅外發(fā)熱線，其特征在于，其為三層編織套管結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為碳纖維復(fù)合支撐芯、碳纖維柔性紅外發(fā)熱層和微生物碳纖維吸附層； 所述碳纖維復(fù)合支撐芯為棒狀結(jié)構(gòu)，直徑為0.5-2mm，由芯層碳纖維和樹脂基體制備而成； 所述碳纖維柔性紅外發(fā)熱層，采用碳纖維長絲與低含量高溫定型膠黏劑復(fù)合而成；其中高溫定型膠含量為5-10% ; 所述微生物碳纖維吸附層采用經(jīng)過活化的碳纖維長絲制備而成;活化后的碳纖維長絲比表面積為1000-2000m2/g。2.如權(quán)利要求1所述的碳纖維紅外發(fā)熱線，其特征在于，所述芯層碳纖維為T300、T700、Τ800中的一種或多種組合，芯層碳纖維采用多股繩編織結(jié)構(gòu)。3.如權(quán)利要求1所述的碳纖維紅外發(fā)熱線，其特征在于，所述樹脂基體為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂中的一種或多種組合，樹脂含量為5-20 %。4.如權(quán)利要求1所述的碳纖維紅外發(fā)熱線，其特征在于，制備碳纖維柔性紅外發(fā)熱層所采用的碳纖維長絲為Τ300、Τ700、Τ800等中的一種或多種組合，碳纖維長絲采用筒狀編織結(jié)構(gòu)。5.如權(quán)利要求1所述的碳纖維紅外發(fā)熱線，其特征在于，活化后的碳纖維采用筒狀編織結(jié)構(gòu)。6.權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的碳纖維紅外發(fā)熱線的制備方法，其特征在于，步驟如下: (1)內(nèi)層芯層的制備:以Τ300、Τ700、Τ800中的一種或多種組合為碳纖維原料，采用多股繩編織，編織的股數(shù)為6-25股，芯層編織后采用樹脂基體與纖維繩復(fù)合形成復(fù)合材料，樹脂含量為5-20%; (2)中間發(fā)熱層的制備:以Τ300、Τ700、Τ800等中的一種或多種組合為碳纖維長絲原料，采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，編織的股數(shù)為8-30股，然后與高溫定型膠黏劑復(fù)合而成，其中高溫定型膠含量為5-10%; (3)外表面的微生物碳纖維吸附層的制備:以活化后的碳纖維長絲為原料，采用筒狀編織結(jié)構(gòu)，編織的股數(shù)為7-30股。7.權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的碳纖維紅外發(fā)熱線在蔬菜大棚土壤加溫中的應(yīng)用。8.一種蔬菜大棚用土壤加溫裝置，其特征在于，包括碳纖維加溫裝置框架模塊，所述碳纖維加溫裝置框架模塊通過引線分別與綠色供能裝置和儲(chǔ)能裝置相連接； 所述碳纖維加溫裝置框架模塊包括碳纖維框架模塊，權(quán)利要求1所述的碳纖維紅外發(fā)熱線布置在所述碳纖維框架模塊內(nèi)，并通過彈簧連接端子與碳纖維框架模塊連接成整體。9.如權(quán)利要求8所述的蔬菜大棚用土壤加溫裝置，其特征在于，所述碳纖維紅外發(fā)熱線在碳纖維框架模塊內(nèi)的布置形式為網(wǎng)格狀、折線狀或螺旋盤繞狀。10.如權(quán)利要求8所述的蔬菜大棚用土壤加溫裝置，其特征在于，所述碳纖維加溫裝置框架模塊在靠近碳纖維紅外發(fā)熱線表面的位置設(shè)有感溫元件，溫度精度為0.1-0.0orc。
【文檔編號(hào)】H05B3/54GK105848320SQ201610247432
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】曹偉偉, 喬琨, 朱波
【申請(qǐng)人】山東大學(xué), 天津工業(yè)大學(xué)