CN111712000A - 面加热器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种面加热器及其制备方法，面加热器包括发热层、合金层、一对电极和玻璃纤维层，合金层包覆发热层，每个电极具有固定端和自由端，固定端与发热层电性连接且被合金层包覆，自由端远离发热层并延伸出合金层，玻璃纤维层位于发热层与合金层之间并使发热层与合金层任意位置绝缘阻隔。与现有技术相比，本发明的面加热器通过合金层包覆发热层，使面加热器可耐500℃以上温度的长期使用，扩大了其使用范围，电极的固定端与发热层电性连接可以实现通电后发热层发热，电极的自由端延伸出合金层以便其连接外部电源，玻璃纤维层可以实现发热层与合金层的任意位置绝缘阻隔，提高面加热器的使用安全性。
Description
技术领域
本发明涉及加热技术领域，尤其涉及一种面加热器及其制备方法。
背景技术
家用电加热器通常采用金属丝加热，为了增大加热面积往往将金属丝卷绕呈螺旋状，再加入绝缘材料填充，为了达到较佳的加热效果常将其尺寸和体积做的较大，导致电加热器比较笨重，且加工工艺也比较复杂。
近年来，面加热器由于贴合性好、加热均匀，被广泛应用于家用电加热产品以及工业生产中的加热和温度控制等过程。然而，现有的面加热器普遍采用聚酰亚胺高分子材料作为绝缘封装材料，但是聚酰亚胺仅能在200～300℃的温度范围内长时间使用，无法满足较高的加热温度的需求，尤其是加热温度在500℃以上的要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种面加热器及其制备方法，以解决加面热器无法满足加热温度在500℃以上的要求的问题。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供了一种面加热器，包括：
发热层；
合金层，包覆所述发热层；
一对电极，每个所述电极具有固定端和自由端，所述固定端与所述发热层电性连接且被所述合金层包覆，所述自由端远离所述发热层并延伸出所述合金层；
玻璃纤维层，位于所述发热层与所述合金层之间并使所述发热层与所述合金层任意位置绝缘阻隔。
作为本发明的进一步改进，所述合金层的内腔被配置为负压环境。
作为本发明的进一步改进，所述玻璃纤维层采用SiO2含量达到96％以上的玻璃纤维。
作为本发明的进一步改进，所述发热层为碳纳米管膜层，所述碳纳米管膜层的碳纳米管含量达到90％以上。
作为本发明的进一步改进，所述合金层包括互相焊接的两个不锈钢片，所述两个不锈钢片分别位于所述玻璃纤维层的相对两侧。
作为本发明的进一步改进，所述合金层设有电极出口，所述一对电极的所述自由端均自所述电极出口延伸出所述合金层，所述面加热器还包括填充于所述电极出口与所述一对电极的所述自由端之间的绝缘层，所述绝缘层与所述玻璃纤维层一体设置。
作为本发明的进一步改进，所述面加热器还包括设于所述绝缘层与所述合金层之间的耐高温胶层，所述发热层和所述玻璃纤维层被所述合金层和所述耐高温胶层密闭封装。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式还提供了一种面加热器的制备方法，包括：
在发热层与电极的集合体上下两侧包覆玻璃纤维层，使所述电极的末端延伸出所述玻璃纤维层；
在所述玻璃纤维层的上下两侧包覆合金层；
对所述合金层进行焊接封边成袋、热压、及抽真空。
作为本发明的进一步改进，所述袋具有开口，所述电极的末端自所述开口延伸出所述玻璃纤维层。
作为本发明的进一步改进，所述热压步骤中，热压温度为250℃、压力为8MPa，热压时间为10min。
与现有技术相比，本发明中提供的面加热器，通过合金层包覆发热层，使面加热器可耐500℃以上温度的长期使用，扩大了其使用范围，电极的固定端与发热层电性连接可以实现通电后发热层发热，电极的自由端延伸出合金层以便其连接外部电源，玻璃纤维层可以实现发热层与合金层的任意位置绝缘阻隔，提高面加热器的使用安全性。
附图说明
图1是本发明实施例1的面加热器的剖面示意图；
图2是本发明实施例2的面加热器的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。
在本发明的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分扩大，因此，仅用于图示本发明的主题的基本结构。
实施例1
参看图1，本发明一实施例提供的面加热器100，包括发热层1、合金层2、一对电极3和玻璃纤维层4。
其中，合金层2包覆发热层1，由于合金的熔点较高，将其应用于面加热器100，可使面加热器100耐500℃以上温度的长期使用，扩大了面加热器100的使用范围。
每个电极3具有固定端31和自由端32，固定端31与发热层1电性连接且被合金层2包覆，以实现通电后发热层1发热作为热源，一对电极3的固定端31分别设置于发热层1的相对两端；一对电极3的自由端32均延伸出合金层2以便其连接外部电源。当电极3的自由端32与外部电源接通后，电流于电极3和发热层1之间传导，形成电路回路，从而使发热层1产生热量，并通过合金层2传导至待加热体以对其加热。
在本实施例中，电极3为铜箔，可根据发热层1的功率选取铜箔的规格，以满足不同的加热温度范围需求。在其它实施例中，电极3也可采用其它材质。
玻璃纤维层4位于发热层1与合金层2之间并使发热层1与合金层2任意位置绝缘阻隔，且玻璃纤维层4位于一对电极3与合金层2之间并绝缘阻隔一对电极3与合金层2，以免发热层1或电极3与合金层2接触漏电，从而提高面加热器100的使用安全性。
进一步地，合金层2的内腔被配置为负压环境，以免发热层1氧化导致电路接触不良或者连接断开，影响面加热器100的使用寿命。
进一步地，玻璃纤维层4采用SiO2含量达到96％以上的玻璃纤维，这样的玻璃纤维层4结构和性能稳定，不仅耐热冲击和高辐射，而且在高温和高湿环境下仍然具有优良的绝缘性能，在高温下其晶体不会发生相态转变，在1000℃时仍然具有良好的强度和韧性，甚至可短暂耐受1400℃的高温，可长期在900℃环境下使用，从而使面加热器100满足500℃以上温度的长时间加热，并且耐磨性能好，可以延长面加热器100的使用寿命。
进一步地，发热层1为碳纳米管膜层，而且所述碳纳米管膜层的碳纳米管含量达到90％以上，其余部分为金属催化剂，不包含任何不耐高温的有机类分散剂，所述碳纳米管膜层在空气中可耐受500℃以上的温度，在真空环境下甚至可耐受2000℃，将其应用于面加热器100中，可提高面加热器100的温度耐受范围，使面加热器100满足500℃以上温度的长时间加热。而且通过采用柔性、自支撑、耐高温的所述碳纳米管膜层对待加热体进行电加热，使面加热器100不仅耐高温、使用寿命长、加热效率高，而且所述碳纳米管膜层耐弯折，无论待加热体是圆形体、平面体、还是异形体均适用。
具体地，所述碳纳米管膜层包括若干碳纳米管，若干所述碳纳米管交叉层叠呈网状交联的所述碳纳米管膜层。所述碳纳米管膜层采用浮动催化化学气相热沉积法直接成膜制备而成，具体地，在1000℃以上的温度下，将乙醇、二茂铁、噻吩按比例混合成碳源溶液，添加催化剂以及生长促进剂混匀后，自高温管式炉的一端注入炉管，在炉管内高温催化生成所述碳纳米管，所述碳纳米管随惰性气体带出高温管式炉后，经卷绕收集、交叉层叠轧制成网状交联的所述碳纳米管膜层。这样的碳纳米管膜层致密性好，不包含任何不耐高温的有机类分散剂，在制备成发热层1时，兼具良好的加热效率、优良的力学性能和柔韧性。
进一步地，合金层2包括互相焊接的两个不锈钢片，所述两个不锈钢片分别位于玻璃纤维层4的相对两侧，所述两个不锈钢片通过焊接形成焊接条22以提高合金层2的密封性，避免所述两个不锈钢片之间密封不严，导致发热层1氧化进而引起电路连接断开。而且不锈钢可耐受1000℃以上的高温，且具有一定的耐腐蚀性，可使面加热器100满足500℃以上温度的长时间加热，提高了其使用范围。
参看图1，进一步地，合金层2设有电极出口21，一对电极3的自由端32均自电极出口21延伸出合金层2，从而实现自由端32与外部电源通电连接，进而对待加热体进行加热。
参看图1，进一步地，面加热器100还包括填充于电极出口21与一对电极3的自由端32之间的绝缘层5，以免电极3的自由端32与合金层2之间接触导电，造成漏电危险。
优选地，在本实施例中，绝缘层5与玻璃纤维层4一体设置，这样只需在裁剪玻璃纤维层4时，在设计的电极3出口21处预留出一定的余量，使该余量足够包覆电极3的自由端32，从而实现对电极3的自由端32的绝缘包覆，而且还可以减少加工工序，节约材料。
当然，在其它实施例中，绝缘层5也可以单独设置，其可设置成玻璃纤维布或陶瓷片，以便根据电极3的自由端32与合金层2之间的具体尺寸大小进行绝缘阻隔，以免造成电极3的自由端32与合金层2之间接触导电而引起漏电危险。
进一步地，面加热器100还包括设于绝缘层5与合金层2之间的耐高温胶层，以免面加热器100使用时胶层熔化，导致合金层2内腔密封不严，使得发热层1氧化；且所述耐高温胶层在高温条件下仍然可与玻璃纤维层4形成良好的粘结。发热层1和玻璃纤维层4被合金层2和所述耐高温胶层密闭封装，可以进一步提高合金层2内腔的密封性。
进一步地，面加热器100还包括导电胶层，所述导电胶层设于一对电极3与发热层1之间，以使一对电极3与发热层1之间电导通。优选地，所述导电胶层包括银浆，从而使所述导电胶层具有稳定的导电性能。
实施例2
参看图2，本发明还提供了一种面加热器100的制备方法，包括：
在发热层1与电极3的集合体上下两侧包覆玻璃纤维层4，使所述电极3的末端延伸出所述玻璃纤维层4；
在所述玻璃纤维层4的上下两侧包覆合金层2；
对所述合金层2进行焊接封边成袋、热压、及抽真空。
通过在发热层1与电极3的集合体上下两侧包覆玻璃纤维层4，可使发热层1与合金层2任意位置绝缘阻隔，并绝缘阻隔一对电极3与合金层2，以免发热层1或电极3与合金层2接触漏电，从而提高面加热器100的使用安全性。
通过在玻璃纤维层4的上下两侧包覆合金层2，可使面加热器100满足500℃以上温度的长时间加热，使其具有一定的耐腐蚀性，提高了其使用范围
通过焊接提高了合金层2的密封性，以免合金层2密封不严而导致发热层1氧化进而引起电路连接断开。
通过热压可改善焊接过程中焊缝处受热不均导致的合金层2变形，消除因焊接过程中合金层2变形产生的应力集中，从而有利于合金层2的密封封装，提高面加热器100的密封性。
通过抽真空使合金层2的内腔被配置为负压环境，以免发热层1氧化导致电路接触不良或者连接断开，影响面加热器100的使用寿命。
进一步地，所述袋具有开口，所述电极3的末端自所述开口延伸出所述玻璃纤维层4，从而实现电极3与外部电源通电连接，进而对待加热体进行加热。
进一步地，所述面加热器100的制备方法还包括对所述开口和所述电极3的末端之间绝缘封装和密封，从而使发热层1和玻璃纤维层4被合金层2和所述耐高温胶层密闭封装，不仅可以防止电极3的的末端与合金层2之间接触导电而引起漏电危险，而且可以进一步提高合金层2内腔的密封性。
进一步地，所述热压步骤中，热压温度为250℃、压力为8MPa，热压时间为10min，一方面可以快速矫正焊接过程中合金层2变形产生的应力集中，避免焊接过程中合金层2产生的变形得不到改善、或者合金层2在释压后产生其它内应力的情况发生，另一方面可以避免合金层2的晶体发生相变进而引起其物理和化学性能发生变化，并且通过肉眼即可观测到焊接时的焊缝区域是否有裂纹，从而使面加热器100具有良好的密封性。
与现有技术相比，本发明提供的面加热器100及其制备方法，其有益效果在于：通过合金层2包覆发热层1，使面加热器100可耐500℃以上温度的长期使用，扩大了其使用范围，电极3的固定端31与发热层1电性连接可以实现通电后发热层1发热，电极3的自由端32延伸出合金层2以便其连接外部电源，玻璃纤维层4可以实现发热层1与合金层2的任意位置绝缘阻隔，并绝缘阻隔一对电极3与合金层2，以免发热层1或电极3与合金层2接触漏电，提高面加热器100的使用安全性；通过抽真空使合金层2的内腔被配置为负压环境，可以防止发热层1氧化导致电路接触不良或者连接断开，影响面加热器100的使用寿命；玻璃纤维层4采用SiO2含量达到96％以上的玻璃纤维，可使玻璃纤维层4在1000℃时仍然具有良好的强度和韧性，使面加热器100满足500℃以上温度的长时间加热；发热层1为碳纳米管膜层，且所述碳纳米管膜层的碳纳米管含量达到90％以上，其余部分为金属催化剂，不包含任何不耐高温的有机类分散剂，不仅提高了面加热器100的温度耐受范围、加热效率和使用寿命，使面加热器100满足500℃以上温度的长时间加热，而且耐弯折；合金层2采用不锈钢焊接而成提高了面加热器100的密封性和耐腐蚀性；合金层2的电极出口21与一对电极3的自由端32之间设置绝缘层5可以避免电极3的自由端32与合金层2之间接触漏电；绝缘层5与玻璃纤维层4一体设置减少了加工工序；通过设于绝缘层5与合金层2之间的耐高温胶层，可以进一步提高合金层2内腔的密封性；通过设于一对电极3与发热层1之间的导电胶层可使一对电极3与发热层1之间电导通；通过热压可改善焊接过程中焊缝处受热不均导致的合金层2变形，消除因焊接过程中合金层2变形产生的应力集中，从而有利于合金层2的密封封装，提高面加热器100的密封性。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种面加热器，包括：
发热层；
合金层，包覆所述发热层；
一对电极，每个所述电极具有固定端和自由端，所述固定端与所述发热层电性连接且被所述合金层包覆，所述自由端远离所述发热层并延伸出所述合金层；
玻璃纤维层，位于所述发热层与所述合金层之间并使所述发热层与所述合金层任意位置绝缘阻隔。
2.根据权利要求1所述的面加热器，其特征在于，所述合金层的内腔被配置为负压环境。
3.根据权利要求1所述的面加热器，其特征在于，所述玻璃纤维层采用SiO2含量达到96％以上的玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的面加热器，其特征在于，所述发热层为碳纳米管膜层，所述碳纳米管膜层的碳纳米管含量达到90％以上。
5.根据权利要求1所述的面加热器，其特征在于，所述合金层包括互相焊接的两个不锈钢片，所述两个不锈钢片分别位于所述玻璃纤维层的相对两侧。
6.根据权利要求1所述的面加热器，其特征在于，所述合金层设有电极出口，所述一对电极的所述自由端均自所述电极出口延伸出所述合金层，所述面加热器还包括填充于所述电极出口与所述一对电极的所述自由端之间的绝缘层，所述绝缘层与所述玻璃纤维层一体设置。
7.根据权利要求6所述的面加热器，其特征在于，还包括设于所述绝缘层与所述合金层之间的耐高温胶层，所述发热层和所述玻璃纤维层被所述合金层和所述耐高温胶层密闭封装。
8.一种面加热器的制备方法，其特征在于，包括：
在发热层与电极的集合体上下两侧包覆玻璃纤维层，使所述电极的末端延伸出所述玻璃纤维层；
在所述玻璃纤维层的上下两侧包覆合金层；
对所述合金层进行焊接封边成袋、热压、及抽真空。
9.根据权利要求8所述的面加热器的制备方法，其特征在于，所述袋具有开口，所述电极的末端自所述开口延伸出所述玻璃纤维层。
10.根据权利要求8所述的面加热器的制备方法，其特征在于，所述热压步骤中，热压温度为250℃、压力为8MPa，热压时间为10min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010598214.9A CN111712000A (zh) | 2020-06-28 | 2020-06-28 | 面加热器及其制备方法 |
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Family Applications (1)
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