一种无金属发热元件及发热垫的制作方法

本申请涉及一种无金属发热元件和发热垫，属于发热器件领域。
背景技术：
：发热元件常在发热垫中使用，发热垫是一种在冬季时，普通家庭广泛使用的取暖器具。发热垫通常使用金属丝作为发热元件来发热，直接使用家用交流电源。将金属丝作为发热元件并且直接使用交流电的发热垫，能量效率不高，并且由于直接使用交流电会存在漏电的风险，同时电磁辐射也会对人体造成损害。因此,使用能够提高能源效率、减少电磁辐射、减少漏电危险的发热元件的发热垫的需求逐渐兴起。为满足上述需求,产生了多种使用碳纤维或碳纳米管(carbonnanotube，cnt)作为发热元件的技术。例如，kr2002-0033509号公开专利中，公开了包含碳纤维和韧皮纤维(靭皮纖維)的纸浆与碳纤维复合片的发热元件，在kr10-1455379号注册专利中，公开了包括碳纳米管、分散剂、树脂粘合剂、紫外线和紫外线吸收物质的碳纳米管光发热产品以及利用这种制造方法制造的床上用品。另外，在kr10-1543058号注册专利中，公开了包含在电传导度及分散度极佳的汽车用电池表面层叠改良的碳纳米管发热面膜,在kr10-2016-0026245号公开专利中，公开了一种包括碳纳米管的发热层的制造方法，kr10-1488898号注册专利中，公开了包含碳纳米管、粘合剂、溶剂和分散剂和玻璃印刷品的碳纳米管透明发热基板的制造方法。技术实现要素：本申请的目的在于提供一种无金属的发热元件，所述发热元件的热容量小，不集聚热量，具有向外部释放较大热量的特性。本申请的技术方案为：本申请的一种实施方式提供了一种无金属发热元件，以下可简称发热元件，所述发热元件的组成包括：多壁碳纳米管((multi-walledcnt，mwcnt)，聚乳酸(polylacticacid，pla)，聚对苯二甲酸丁二酯(polybutyleneterephthalate，pbt)以及聚己二酸丁二醇酯-共-对苯二甲酸丁二醇酯(polybutyleneadipate-co-terephthalate，pbat)。本申请的第二种实施方式提供了一种发热垫，其包括：在所述发热垫内平行布置的所述无金属发热元件；连接平行布置的无金属发热元件的连接线；安装在所述发热垫内部感知温度的温度传感器和断开电流的温度熔断器；连接连接线、温度传感器和温度熔断器的温度调节器；连接温度调节器并将交流电转换为直流电的外部适配器。本申请的第三种实施方式提供了一种无金属发热元件在发热垫中的运用。附图说明图1是一种实施方式的发热垫内部图；图2是另一种实施方式的发热垫内部图；图3是发热元件和连接线的粘合图；其中：10发热垫，20发热元件，30温度熔断器，40温度传感器，50温度调节器，60适配器，70连接线，71第一电线，72第二电线，73发热丝，80结合部。具体实施方式以下结合具体实施方式对本申请的技术方案进行详实的阐述，然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。所述的实施方式仅仅是对本申请的优选实施方式进行描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。本申请的一种实施方式提供了一种无金属发热元件，以下可简称发热元件，所述发热元件的组成包括：多壁碳纳米管((multi-walledcnt，mwcnt)，聚乳酸(polylacticacid，pla)，聚对苯二甲酸丁二酯(polybutyleneterephthalate，pbt)以及聚己二酸丁二醇酯-共-对苯二甲酸丁二醇酯(polybutyleneadipate-co-terephthalate，pbat)。具体地，所述pbat是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具pba和pbt的特性。作为一种优选的实施方式，所述发热元件中，其组分配比为：mwcnt12～15wt％，pla10～14wt％，pbt61～73wt％，以及pbat5～10wt％。作为一种优选的实施方式，所述发热元件可通过将上述组分混合在一起，然后加热挤压一次成型而得到；或者也可采用将各组分混合放入预置模具内加热一次成型而得到。作为一种优选的实施方式，所述发热元件为挤压成直径约为3.5～4.0mm的发热丝，或厚度约为3.5～4.0mm的发热片。作为一种优选的实施方式，所述发热丝的厚度为3.75mm，长度为1000mm时；在每条发热丝上施加12v的直流电时，电流为0.24a，发热丝自身的温度为45℃左右。当具有所述发热元件的发热垫上下被覆盖时，由于温室效应，温度可达到55至60℃。如图1和图2所示，本申请的第二种实施方式提供了一种发热垫10，其包括：在所述发热垫10内平行布置的无金属发热元件20，所述无金属发热元件20即为前文所述的发热元件；连接平行布置的无金属发热元件20的连接线70；安装在所述发热垫10内部感知温度的温度传感器40和断开电流的温度熔断器30；连接连接线70、温度传感器40和温度熔断器30的温度调节器50；连接温度调节器50并将交流电转换为直流电的外部适配器60。作为一种优选的实施方式，所述发热垫10具有多个发热元件20，各发热元件20之间通过连接线70相互并联，实现并联的连接线70可以是发热丝73，也可以直接是第一电线71；其中所述发热丝73的成分与发热元件20的成分相同或相近。如图1所示，各发热元件20之间通过发热丝73并联，发热丝73连接至第一电线71上，最终连接至温度调节器50。或者，如图2所示，各发热元件20之间通过第一电线71并联，第一电线71最终连接至温度调节器50。即均是通过第一电线71连接至温度调节器。作为一种优选的实施方式，所述发热元件20和连接线70之间的连接方式采用插入注入结合的方式连接。如图3所示，发热元件20和连接线70连接后，整体形成一个结合部80，即二者的结合部位通过注入固定的物质，如胶黏剂等等，形成结合部80。作为一种优选的实施方式，所述温度传感器40和温度熔断器30通过第二电线72连接到温度调节器50。本发明的无金属发热元件可用于制造发热垫，包括但不限于以下领域：建筑物内外装饰：地板和室内供暖等；汽车：电池，室内，靠垫和椅子，镜子等；生活用品：手炉，背心，垫子，坐垫，床，咖啡杯等；农业和畜牧业：烘干机，房屋供暖，畜舍供暖等；水产养殖：养鱼场；结冰区域：道路，停车场椅子等；登山装备和钓鱼设备：发热饭盒，折叠椅等；电器：坐便器，净水器，暖风机，热水机，电饭煲，熨斗等；热电元件，通信中继器，机器人，无人机，军事用等；婴儿用品：婴儿车，奶瓶温热器，垫子等；美发用品：化妆品保温柜，吹干机等。实施例1：具有发热元件的发热垫具体地，图1和图2所示为具有无金属发热元件的发热垫10的内部图，发热垫10内平行布置多壁碳纳米管(mwcnt)，pla，pbt和pbat制成的无金属发热元件20，并且每个发热元件20采用连接线70连接，所述连接线70可为图1所示的发热丝73，也可为图2所示的第一电线71；当为发热丝73时，最终连接至第一电线71。上述并列连接的发热元件20与连接线70之间的连接与图3的内容一起构成插入注入接合部80。此外，发热垫10内平行布置的发热元件20之间优选安置2个及以上温度传感器40，使用时感知发热垫10的温度，并且提供一个及以上的温度熔断器30，在超负荷时切断电流。连接发热元件20的第一电线71与连接温度传感器40和温度熔断器30的第二电线72都连接到传统的温度调节器50，上述温度调节器50通过外部的适配器60连接到能量源(图示未标出)。将发热垫10内的发热元件20、温度熔断器30、温度传感器40等用电线连接后，上面用织物包裹，下面用表面织物覆盖并缝纫完成，本申请的成型的发热垫10就制作完成。当在每条发热丝上施加12v的直流电时，电流为0.24a，发热丝自身的温度为45℃左右。图1中发热垫10的上下被覆盖时，由于温室效应，温度可达到55至60℃。可以理解的是，由于配比或者发热丝粗细的不同，会产生一定的差异。本申请的发热垫10接收来自温度传感器40的信号，并根据设定的温度提供或停止电流，当温度过热时，温度熔断器30启动以切断电流，防止由于过热引起的火灾风险，将家用插座接出的220v交流电经适配器60转换为直流电，并通过温度调节器50经电线提供给发热元件20，没有触电危险，热效率大为提高。实施例2：性能测试本申请所述的发热元件20的发热丝热容量小、不积聚热量，具有向外部释放90％以上热量的特性，比金属发热元件更柔和温暖，热能释放量更多，具有使发热垫内部均匀传导热量的优点。本申请的发热元件可以替代金属系列(铜，铝)的电线和发热元件，具有减少二氧化碳，降低能耗的效果，能够广泛应用于it家电，生活用品，无人机，电动汽车，军事用，机器人，传感器，产业用品，住宅取暖等多领域。与金属相比，碳纳米管(carbonnanotube,cnt)可以屏蔽吸收电磁波，释放远红外线，抗菌抗腐蚀，抗氧化，比表面发热元件拥有更优异的防潮性能。使用以cnt为基础的烯烃聚合物，是具有优异的耐寒性(零下50℃)，耐久性和耐化学性(酸性和碱性)的新一代新材料。作为一种具体的实施方式，本申请的发热元件的组分配比可以是如下表1中所示的重量百分比：【表1】将无金属发热元件的组分按照表中进行配比，分别得到四组混合组分；然后将混合组分加热进行挤压或拉升为发热丝或者发热片，便可用于发热垫中。所述发热元件的物理性质如下表2所示。【表2】项目本申请mwcnt复合材料pp材料收缩率5/1000％18/1000％冲击强度52.2kgcm/cm6.0kgcm/cm拉伸强度94.7kg/cm2,50mm/min302.6kg/cm2,50mm/min伸长率41.8％22％比重1.050.92表面电阻0.25ω/sq-体积电阻0.004ω/cm-从上表可以看出，本申请中使用的mwcnt复合材料在物理性能方面大大优于普通pp材料。下面的表3展示了常规的表面发热元件和本申请的发热元件之间的特性比较，可以看出本申请的发热元件在稳定性和经济性方面是优异的。【表3】下面的表4展示了本申请中使用的发热元件(表1中第2组)的电磁波屏蔽特性的测试结果，很适合发热垫使用。【表4】输入频率测试方法条件结果1.5ghastmd49352.0t50～70db下面的表5展示了本申请使用的发热元件的发热实验结果。条件为室温20℃，使用的发热元件为直径为3.75mm的单线(表1中第2组)。【表5】如表5所示，本申请中使用的发热元件具有优异的能量效率，最适宜发热垫使用。此外，本申请使用的发热元件的发热丝具有正温度系数(positivetemperaturecoefficient，ptc)，使得发热丝本身具有温度自控功能，低温(0～10℃)时发热特性升高，拥有过热预防和节能作用。温度上升时，发热元件膨胀，碳纳米管的接触点被分离，电导率可以向下/向上以保持恒定温度，在过电压或过电流发生的情况下有自身熔断能力，200℃以上时自动断开。当前第1页12