CN1819723A - 加热电缆的发热元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加热电缆的发热元件，是一种多层金属结构，所述的多层金属结构包括内芯层和外包覆层，所述的内芯层材料为下式之一：铁；铁碳合金；镍；镍铬合金；所述外包覆层材料为下式之一：铜；铜合金；锡；锡合金；锌；锌合金；金；金合金；所述外包覆层截面积占发热元件总截面积的1％－50％。所述外包覆层为二层，从里到外依次包覆的是铜材料和锡材料。本发明采用多层金属结构构成的发热元件，在性能上兼备了内芯层材料的机械性能和合适的电阻率，外包覆层材料的低接触电阻、化学稳定性和可焊性，因而具有抗拉断力大、传导效率高、重量轻的特点，且在发热效率不变的情况下材料成本明显下降。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种提供加热功能用于制造加热电缆用的发热元件，属于复合金属功能材料领域。
(二)背景技术
加热电缆是一种新型的电热保温材料，因其自动控温性、节约能源、使用安全、敷设方便等诸多优点而被广泛应用在家庭地板采暖、管道设备防冻保温、道路及屋顶冰雪融化，汽车等领域。最基本的加热电缆其横截面结构从里到外依次是：发热元件，绝缘导热层，电磁屏蔽层，最外保护层。目前加热电缆的发热元件主要有线性和非线性两大类。线性发热元件通常用单层金属材料制成，如镍铬合金等高电阻合金线材，也有纯铜和铜合金低电阻线材，由这类发热元件构成的加热电缆通常是低温辐射地板采暖用加热电缆。非线性发热元件是具有正温度系数(PTC)效应的可交联导电塑料(如交联聚烯烃和交联含氟塑料)，还有多晶体片状元件(如钛酸钡BaTiO2)，由这类发热元件构成的加热电缆通常是自控温加热电缆。以纯铜或铜合金或镍铬合金等单层金属材料构成的线性发热元件存在材料成本高或强度不够或焊接性能差的劣势，以交联导电塑料等构成的发热元件存在制造工艺复杂、热效率低的缺陷。
(三)发明内容
本发明的目的为解决传统加热电缆的发热元件制作成本高、强度低且焊接性能差等缺点，提供一种成本低廉，强度高且性能好的加热电缆的发热元件。
为此，本发明采用以下技术方案：
一种加热电缆的发热元件，其特征在于是一种多层金属结构，所述的多层金属结构包括内芯层和外包覆层，所述的内芯层材料为下式之一：①铁；②铁碳合金；③镍；④镍铬合金；所述外包覆层材料为下式之一：①铜；②铜合金；③锡；④锡合金；⑤锌；⑥锌合金；⑦金；⑧金合金；所述外包覆层截面积占发热元件总截面积的1％-50％。
所述的外包覆层是一层或多层。
所述外包覆层为二层，从里到外依次包覆的是铜材料和锡材料。
所述的发热元件的截面形状为圆形、椭圆形或矩形。
所述内芯层材料为铁。
本发明所述的加热电缆的发热元件的有益效果主要体现在：多层金属结构构成的发热元件在性能上兼备了：内芯层材料的机械性能和合适的电阻率，外包覆层材料的低接触电阻、化学稳定性和可焊性，因而具有抗拉断力大、传导效率高、重量轻的特点，且在发热效率不变的情况下材料成本明显下降。根据交流电的集肤效应，当电流通过导体时，电流密度主要集中在导体的外表面，因此以内芯层、外包覆层不同金属材料复合制备而成的导体，其热量的产生主要体现在外包覆层。外包覆层作为低电阻材料保证了相当高的热效应，同时又具有化学稳定性和可焊性好的优点，而内芯层又提供了复合金属材料足够高的机械强度。避免了以纯铜作为发热元件的低强度、镍铬合金作为发热元件的高成本和可焊性能差、交联导电塑料作为发热元件的低热效率。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但不能将方案中所涉及的方法及技术参数理解为对本发明的限制。
一种加热电缆的发热元件，是一种多层金属结构，所述的多层金属结构包括内芯层和外包覆层，所述的内芯层材料钢；所述外包覆层材料铜；所述外包覆层截面积占发热元件总截面积的30％。
所述加热电缆的发热元件的具体制备方法如下：
将Φ2.6的圆柱形45#钢作为内芯层材料在含5～20g/LNaOH、5～20g/LNa2CO3、5～10g/LNa3PO4、0.008～0.05g/L十二烷基苯磺酸钠的溶液中除油、15％的盐酸溶液中除锈前处理，然后在CuCN 30g/L、NaCN40g/L、Na2CO3 15g/L、酒石酸钾钠45g/L溶液中按40℃、1.0A/dm2的工艺条件预镀13μm的铜层以增加内芯和外包覆层之间的结合力，然后在CuSO4.5H2O 250g/L、H2SO4 80g/L溶液中按30℃、3.0A/dm2的工艺条件下再电镀0.200mm的铜层，总厚度为0.213mm的外包覆层材料其截面积占总发热元件的截面积30％，测得抗拉强度为995MPa，导电率为30％IACS(IACS为20℃时退火铜导电率的国际标准值)，将上述制备的复合金属材料经过拉丝处理从直径Φ2.813变为Φ0.8，Φ0.8的复合金属材料作为发热元件的基本单元，当制备加热电缆时，可以将单根Φ0.8或两根Φ0.8以平行结构或由多根Φ0.8通过绞联机绞合成股的形式作为加热电缆的发热元件。
Claims (5)
1.一种加热电缆的发热元件，其特征在于是一种多层金属结构，所述的多层金属结构包括内芯层和外包覆层，所述的内芯层材料为下式之一：①铁；②铁碳合金；③镍；④镍铬合金；所述外包覆层材料为下式之一：①铜；②铜合金；③锡；④锡合金；⑤锌；⑥锌合金；⑦金；⑧金合金；所述外包覆层截面积占发热元件总截面积的1％-50％。
2.如权利要求1所述的加热电缆的发热元件，其特征在于所述的外包覆层是一层或多层。
3.如权利要求2所述的加热电缆的发热元件，其特征在于所述外包覆层为二层，从里到外依次包覆的是铜材料和锡材料。
4.如权利要求3所述的加热电缆的发热元件，其特征在于所述的发热元件的截面形状为圆形、椭圆形或矩形。
5、如权利要求1所述的加热电缆的发热元件，其特征在于所述内芯层材料为铁。
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