專利名稱：一種非導(dǎo)體纖維氈轉(zhuǎn)變成導(dǎo)電發(fā)熱的活性碳纖維氈的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高效電熱材料的制備，特別是一種活性碳纖維氈的制備方法。
目前的電熱材料包括用濕法造紙法制造的碳纖維導(dǎo)電紙、碳元素印刷電熱材料和金屬電熱材料。碳纖維導(dǎo)電紙不阻燃、發(fā)熱不均勻、制造工藝復(fù)雜、其制造方法合格率低；現(xiàn)有碳元素印刷電熱材料強(qiáng)度低、發(fā)熱面積??；金屬電熱材料壽命短、造價(jià)高。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種活性碳纖維氈的制造方法，該方法制得的活性碳纖維氈具有合格率高、電子密度比較均勻、制造工藝簡(jiǎn)便、發(fā)熱面積大、完全不燃燒、壽命長(zhǎng)、抗氧化的特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的1、對(duì)市售無(wú)機(jī)纖維氈進(jìn)行前期藥物處理將原料氈在1％-10％濃度的磷酸鹽或溴化胺溶液里浸泡0.1-2小時(shí)后烘干，其含水率在8％以下；2、碳化處理將經(jīng)過(guò)藥物處理的原料氈進(jìn)行二到五次碳化處理，每次碳化處理為在溫度相對(duì)較低、相對(duì)較高和相對(duì)較低的三個(gè)連續(xù)階段的碳化，其中每一階段的碳化都為纖維氈在碳化爐內(nèi)以設(shè)定速度進(jìn)行的碳化；3、將2步所得的纖維氈進(jìn)行一到五次活化處理，每次活化處理均為在溫度相對(duì)低、相對(duì)高和相對(duì)較高的三個(gè)連續(xù)階段的活化，其中每一階段的活化都為纖維氈在活化爐內(nèi)以設(shè)定速度進(jìn)行的活化；4、將3步所得的纖維氈除去兩表面附著的雜物，再根據(jù)產(chǎn)品的不同要求進(jìn)行包裝。
上述第1步所述的磷酸鹽或溴化胺溶液是將磷酸鹽或溴化胺用工業(yè)純水調(diào)兌，其濃度的優(yōu)選范圍為3％-5％。
上述第1步中，原料氈在藥物內(nèi)的浸泡時(shí)間優(yōu)選為0.5-1小時(shí)。
上述第2步中的碳化次數(shù)優(yōu)選為兩次，第一次三個(gè)連續(xù)階段的碳化的溫度范圍分別是第一階段200℃±10％，第二二階段300℃±10％，第三階段240℃±10％，三個(gè)階段碳化的速度范圍均為20-40m/h；第二次碳化的三個(gè)連續(xù)階段的溫度范圍分別是第一階段320℃±10％，第二階段450℃±10％，第三階段300℃±10％，三個(gè)階段碳化的速度范圍均為40-50m/h。
上述第3步中的活化次數(shù)優(yōu)選為兩次，第一次的三個(gè)連續(xù)階段的活化的溫度范圍分別是第一階段500℃±10％，第二階段1050℃±10％，第三階段950℃±10％，三個(gè)階段活化的速度范圍均為40-60m/h；第二次的三個(gè)連續(xù)階段的活化的溫度范圍分別是第一階段700℃±10％，第二階段1150℃±10％，第三階段1000℃±10％，三個(gè)階段活化的速度范圍均為50-70m/h。
本發(fā)明選用的碳化設(shè)備為WIL-I或WIL-II碳化爐。I型功率90-100KW，II型功率180-200KW，根據(jù)生產(chǎn)量的大小確定、選用。選用的活化設(shè)備是WHL-I或WHL-II活化爐，I型功率120-140KW，II型功率240-280KW，同樣根據(jù)生產(chǎn)量的大小，并與碳化設(shè)備配套選用。經(jīng)過(guò)活化后的活性碳纖維氈所附雜物的清除可選用吸塵器進(jìn)行，再根據(jù)產(chǎn)品的不同要求進(jìn)行兩種類別的包裝A、剪切毛邊，使其幅寬為1000-1200mm。用空芯紙筒打卷，外著牛皮紙、塑料膜包裝。B、按用戶要求，裁剪寬度與長(zhǎng)度，疊放成矩型，上下用硬紙板包裝，每一包裝件為200-400片。
在同一厚度、同一基材無(wú)機(jī)非導(dǎo)體纖維氈的前提下，選用不同厚度的纖維氈將決定產(chǎn)品電阻值的大與小。一般講氈厚則電阻值小，氈薄則電阻值大。
變更碳化、活化的溫度、速度也可調(diào)整產(chǎn)品的電阻值。而這一變更是十分容易操作的。僅需轉(zhuǎn)動(dòng)碳化爐和活化爐的相應(yīng)旋鈕即可。不同的電阻值將會(huì)滿足產(chǎn)品不同條件、不同溫度的要求。不同基材的纖維氈碳化后的含碳率及價(jià)格也不相同，本發(fā)明的方法制備產(chǎn)品時(shí)應(yīng)注意選擇含碳率高，價(jià)格低的纖維氈，如瀝青基氈、粘膠基氈。
本發(fā)明所用原料選擇市售無(wú)機(jī)纖維氈 ，該氈的基材為粘膠基纖維絲、瀝青基纖維絲、聚丙稀晴基纖維絲和酚醛纖維絲，根據(jù)原料纖維氈的基本構(gòu)造，在第一步驟中選用了一定濃度的的磷酸鹽或溴化胺溶液作為對(duì)原料纖維氈進(jìn)行浸泡處理，然后用熱風(fēng)機(jī)烘干或自然晾干，這兩種溶液比通常用于浸泡處理的藥物能更好地改善無(wú)機(jī)纖維粘的物理性能，使其有利于碳化、活化的質(zhì)量穩(wěn)定，提高電熱轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)這兩種無(wú)機(jī)鹽的價(jià)格便宜，市場(chǎng)上可以方便買到，從而降低本發(fā)明的實(shí)施成本。本發(fā)明的碳化至少為兩次，經(jīng)過(guò)藥物處理后兩次碳化，且每次碳化分成三階段連續(xù)的不同溫度條件下的碳化，不同階段以一定速度在碳化爐中進(jìn)行的碳化過(guò)程的溫度也起伏變化，但在同一階段溫度是恒定的，這樣每次三個(gè)階段的碳化使得纖維氈的結(jié)構(gòu)由有序疊加改變成亂層疊加，有利于電阻率的穩(wěn)定和電子密度的均實(shí)，兩次以上的碳化使得碳化程度高，能滿足發(fā)熱導(dǎo)電的需要。本發(fā)明制得的產(chǎn)品的電子密度比較均勻。在碳化的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高電熱轉(zhuǎn)換的效率并調(diào)整電阻值，本發(fā)明還設(shè)置了活化步驟，活化也可選擇一次或多次活化，每次活化分三個(gè)連續(xù)的溫度起伏變化的階段，每個(gè)溫度條件下的活化以一定的速度在活化爐中實(shí)現(xiàn)。
綜上所述，本發(fā)明選用了價(jià)廉物美的藥物處理劑、采取了特有的活化和碳化過(guò)程，因此運(yùn)用本發(fā)明得到的活性碳纖維氈的合格率在98％，產(chǎn)品的電性能穩(wěn)定，電子密度比較均勻，產(chǎn)品的制造過(guò)程分為四個(gè)步驟，工藝簡(jiǎn)便，由于是對(duì)整塊無(wú)機(jī)碳纖維氈進(jìn)行均勻處理，因此發(fā)熱面積大，本發(fā)明所得產(chǎn)品保留了無(wú)機(jī)纖維氈的阻燃特性，具有完全不燃燒的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)本發(fā)明所得產(chǎn)品既無(wú)金屬件也無(wú)碳元素的游離，為純無(wú)機(jī)纖維制品，因此本發(fā)明的制品具有壽命長(zhǎng)、抗氧化的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)本發(fā)明的制作成本也相對(duì)較低。本發(fā)明為石油化工產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)品開辟了一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例一本實(shí)施例為兩次碳化和兩次活化。1、選用粘膠基纖維氈，厚度1.0mm。用3％的磷酸鹽溶劑浸泡半小時(shí)后，用熱風(fēng)機(jī)烘干至含水率為5％。2、然后用WTL-I碳化爐實(shí)施第一次碳化，速度40m/h。第一階段溫度180℃，第二階段溫度280℃，第三階段溫度220℃，實(shí)施連續(xù)碳化。然后用同臺(tái)設(shè)備實(shí)施第二次碳化，將碳化速度調(diào)整為50m/h。第一階段溫度290℃，第二階段溫度410℃，第三階段溫度270℃，實(shí)施連續(xù)碳化。
3、經(jīng)兩次碳化的纖維氈，再用WHL-I活化爐實(shí)施初級(jí)活化(第一次活化)速度60m/h。第一階段溫度480℃，第二階段溫度990℃，第三階段溫度960℃，實(shí)施連續(xù)活化。然后用同臺(tái)設(shè)備實(shí)施高級(jí)活化(第二次活化)將活化速度調(diào)整為70m/h。第一階段溫度為670℃，第二階段溫度1100℃，第三階段溫度950℃，實(shí)施連續(xù)活化。
4、最后用吸塵器(家用)將氈的表面雜物清除。裁成1000mm×1000mm的正方形，厚度1.00mm，測(cè)其電阻值為62歐姆，功率780W/m2。
實(shí)施例二本實(shí)施例的碳化和活化仍為兩次，1、仍選用粘膠基纖維氈，厚度1.2mm，用5％的磷酸鹽浸泡1小時(shí)后，用熱風(fēng)機(jī)烘干至含水率5％左右。
2、然后用WTL-I碳化爐實(shí)施第一次碳化，速度20m/h。第一階段溫度220℃，第二階段溫度320℃，第三階段溫度260℃，實(shí)施連續(xù)碳化。然后用同臺(tái)設(shè)備實(shí)施第二次碳化，將碳化速度調(diào)整為40m/h。第一階段溫度350℃，第二階段溫度490℃，第三階段溫度330℃，實(shí)施連續(xù)碳化。
3、經(jīng)兩次碳化的纖維氈，再用WHL-I活化爐實(shí)施初級(jí)活化(第一次活化)速度40m/h。第一階段溫度520℃，第二階段溫度1100℃，第三階段溫度990℃。實(shí)施連續(xù)活化。然后用同臺(tái)設(shè)備實(shí)施高級(jí)活化(第二次活化)將活化速度調(diào)整為50m/h。第一階段溫度為730℃，第二階段溫度1200℃，第三階段溫度1050℃，實(shí)施連續(xù)活化。
4、清除雜物與實(shí)施例1同。裁成1000mm×1000mm的正方形，厚度1.2mm，測(cè)其電阻值為48歐姆，功率W/m2。
實(shí)施例三1.選用聚丙稀晴纖維氈，厚度0.8mm，用5％磷酸鹽溶劑浸泡1小時(shí)，風(fēng)干，含水率≤5％。
2.用WTL-I型碳化爐實(shí)施三次碳化。第一次、第二次碳化的速度、溫度與實(shí)施例一相同。第三次碳化速度30m/h。第一階段溫度320℃，第二階段溫度450℃，第三階段溫度300℃。三次碳化連續(xù)進(jìn)行。
3.然后用WHL-I活化爐實(shí)施三次活化(初級(jí)、高級(jí)、穩(wěn)固)。第一次(初級(jí))、第二次(高級(jí))活化的速度、溫度與實(shí)施例一相同。第三次(穩(wěn)固)活化速度50m/h。第一階段溫度700℃，第二階段溫度1150℃，第三階段溫度1000℃。三級(jí)活化連續(xù)進(jìn)行。
4.然后用吸塵器清理氈面，剪裁成1000mm×1000mm的正方形。
實(shí)測(cè)電阻值＝25歐姆，功率＝1940瓦。
實(shí)施例四1、選材及其它與實(shí)施例三相同。
2.用WTL-I型碳化爐實(shí)施兩次碳化，碳化的速度、溫度與實(shí)施例一相同。
3.然后WHL-I型活化爐只實(shí)施一次活化。
速度60m/h.
第一階段溫度500℃，第二階段溫度1050℃，第三階段溫度950℃。
4.然后用吸塵器清理氈面。
剪裁成1000mm×1000mm正方形。
實(shí)測(cè)電阻值＝97歐，功率＝500瓦。
權(quán)利要求
1.一種將非導(dǎo)體纖維氈轉(zhuǎn)變成導(dǎo)電發(fā)熱的活性碳纖維氈的方法，其特征在于它包括如下步驟(1)、對(duì)市售無(wú)機(jī)纖維氈進(jìn)行前期藥物處理將原料氈在1％-10％濃度的磷酸鹽或溴化胺溶液里浸泡0.1-2小時(shí)后烘干，其含水率在8％以下；(2)、碳化處理將經(jīng)過(guò)藥物處理的原料氈進(jìn)行二到五次碳化處理，每次碳化處理為在溫度相對(duì)較低、相對(duì)較高和相對(duì)較低的三個(gè)連續(xù)階段的碳化，其中每一階段的碳化部為纖維氈在碳化爐內(nèi)以設(shè)定速度進(jìn)行的碳化；(3)、將(2)步所得的纖維氈進(jìn)行一到五次活化處理，每次活化處理均為在溫度相對(duì)低、相對(duì)高和相對(duì)較高的三個(gè)連續(xù)階段的活化，其中每一階段的活化都為纖維氈在活化爐內(nèi)以設(shè)定速度進(jìn)行的活化；(4)、將(3)步所得的纖維氈除去兩表面附著的雜物，再根據(jù)產(chǎn)品的不同要求進(jìn)行包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述第(1)步的磷酸鹽或溴化胺溶液是將磷酸鹽或溴化胺用工業(yè)純水調(diào)兌，其濃度的優(yōu)選范圍為3％-5％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述第(1)步中，原料氈在藥物內(nèi)的浸泡時(shí)間優(yōu)選為0.5-1小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述第(2)步中的碳化次數(shù)優(yōu)選為兩次，第一次三個(gè)連續(xù)階段的碳化的溫度范圍分別是第一階段200℃±10％，第二階段300℃±10％，第三階段240℃±10％，三個(gè)階段碳化的速度范圍均為20-40m/h；第二次碳化的三個(gè)連續(xù)階段的溫度范圍分別是第一階段320℃±10％，第二階段450℃±10％，第三階段300℃±10％，三個(gè)階段碳化的速度范圍均為40-50m/h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述第3步中的活化次數(shù)優(yōu)選為兩次，第一次的三個(gè)連續(xù)階段的活化的溫度范圍分別是第一階段500℃±10％，第二階段1050℃±10％，第三階段950℃±10％，三個(gè)階段活化的速度范圍均為40-60m/h；第二次的三個(gè)連續(xù)階段的活化的溫度范圍分別是第一階段700℃±10％，第二階段1150℃±10％，第三階段1000℃±10％，三個(gè)階段活化的速度范圍均為50-70m/h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活性碳纖維氈的制備方法。該方法包括四個(gè)步驟:1.選料并進(jìn)行藥物處理,2.經(jīng)過(guò)數(shù)次碳化處理,3.經(jīng)過(guò)數(shù)次活化處理,4.清理和剪裁。該方法選用了特有的材料和進(jìn)行了特殊的處理,使得該方法制得的活性碳纖維氈具有合格率高、電子密度比較均勻、制造工藝簡(jiǎn)便、發(fā)熱面積大、完全不燃燒、壽命長(zhǎng)、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H05B3/12GK1390081SQ01118578
公開日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2001年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月5日
發(fā)明者宮永平, 張汝昆, 陳立年, 王鐵平 申請(qǐng)人:張汝昆, 王鐵平