纳米碳纤维膜发热体、发热地暖及加热理疗仪的制作方法

本申请涉及电发热领域，具体而言，涉及一种纳米碳纤维膜发热体、发热地暖及加热理疗仪。

背景技术：

传统的发热地暖和加热理疗仪大多采用镍铬合金等电热丝作为发热体，存在能耗较高，电热转换效率低等问题。纳米碳纤维材料发热升温速率快，比常用的镍铬合金等电热丝节能达30％以上，使用寿命长，其电热转换效率可达95％以上，同时能产生85％的远红外线，属于远红外保健波辐射加热，能促进血液循环、排除皮下脂肪，达到运动美容与保健的效果。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种纳米碳纤维膜发热体、发热地暖及加热理疗仪，其旨在改善现有的发热体能耗较高的问题。

本申请第一方面提供一种纳米碳纤维膜发热体，所述纳米碳纤维膜发热体包括金属载流件、极耳以及纳米碳纤维膜；

所述金属载流件与所述纳米碳纤维膜电连接，所述极耳与所述金属载流件的端部连接。

纳米碳纤维膜具有良好的导电网络，较大的发热和辐射面积，能够降低纳米碳纤维膜发热体的能耗，提高热转化效率。纳米碳纤维膜发热体具有发热效率高、升温快，电热转化率高等优点。

在本申请第一方面的一些实施例中，纳米碳纤维膜通过静电纺丝制成。

与粉料或者溶液成膜制得的纳米碳纤维膜相比，静电纺丝制成的纳米碳纤维膜由于不存在高分子粘结剂的阻隔，其具有更好的导电性；能够降低纳米碳纤维膜发热体的能耗，提高热转化效率。

在本申请第一方面的一些实施例中，纳米碳纤维膜发热体还包括导电胶层，所述金属载流条与所述纳米碳纤维膜通过所述导电胶层连接。

在本申请第一方面的一些实施例中，所述金属载流件为片状，所述金属载流件的厚度为0.1～0.15mm。

在本申请第一方面的一些实施例中，所述纳米碳纤维膜发热体还包括两层绝缘层，两层所述绝缘层分别与所述纳米碳纤维膜相对的两面连接，且所述金属载流件位于所述绝缘层与所述纳米碳纤维膜与所述绝缘层之间。

所述绝缘层为硅胶层，由于纳米碳纤维膜存在大量孔隙，硅胶能较好地浸润且不破坏其导电性和结构完整性，采用硅溶胶与纳米碳纤维膜复合制成绝缘层，不仅可以使绝缘层与纳米碳纤维膜的结合更加紧密，还可以保护纳米碳纤维膜，延长其使用寿命。

本申请第二方面提供一种发热地暖，发热地暖包括从上到下依次包括表面装饰层、纳米碳纤维膜发热体、红外反射层以及保温隔热层；

其中，所述纳米碳纤维膜发热体为上述的纳米碳纤维膜发热体。

在本申请第二方面的一些实施例中，表面装饰层的材料为环氧树脂类耐磨地坪漆涂层。

在本申请第二方面的一些实施例中，红外反射层为置于纳米碳纤维膜发热层和保温隔热层之间的铝塑膜或镀铝涂层，用于向上反射纳米碳纤维膜发热体辐射的红外光。所述远红外线反射层的厚度为100～200μm。

在本申请第二方面的一些实施例中，保温隔热层的材料为聚苯乙烯、聚氨酯泡沫等，用于减少发热地暖热量的损失。

在本申请第二方面的一些实施例中，所述发热地暖还包括温度传感器和温度显示器，所述温度传感器与所述纳米碳纤维膜发热体连接；所述温度显示器与所述温度传感器连接。

发热地暖具有纳米碳纤维膜发热体能耗较低的优点；发热地暖发热效率高、升温快；发热地暖可直接用粘合剂安装于水泥地面与地砖之间，安装简单方便。

本申请第三方面还提供一种加热理疗仪，加热理疗仪包括本体和第一方面提供的纳米碳纤维膜发热体；所述本体与所述纳米碳纤维膜发热体连接，所述纳米碳纤维膜发热体用于为所述本体加热；所述本体为眼罩、护膝、护肩以及腰带中的一种。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的纳米碳纤维膜发热体的结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的纳米碳纤维膜发热体的截面示意图；

图3示出了本申请实施例提供的发热地暖的结构示意图；

图4示出了本申请实施例提供的发热地暖的截面示意图；

图5出了本申请实施例提供的纳米碳纤维膜加热理疗眼罩的结构示意图。

图标：100-纳米碳纤维膜发热体；110-金属载流件；120-极耳；130-纳米碳纤维膜；140-导电胶层；150-绝缘层；200-发热地暖；201-表面装饰层；210-保温隔热层；220-红外反射层；230-温度传感器；240-温度显示器；250-温度控制旋钮；260-电源；310-通电导线；320-固定头带；330-电源及控温器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1

图1示出了本申请实施例提供的纳米碳纤维膜发热体100的结构示意图，图2示出了本申请实施例提供的纳米碳纤维膜发热体100的截面示意图，请参阅图1与图2，本实施例提供一种纳米碳纤维膜发热体100；纳米碳纤维膜发热体100包括金属载流件110、极耳120以及通过静电纺丝制成的纳米碳纤维膜130。

纳米碳纤维膜130与金属载流件110电连接，极耳120与金属载流件110的端部连接。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，可以采用传统的微米级碳纤维线缆代替纳米碳纤维膜130作为发热体。

以传统的微米级碳纤维线缆制作的发热体具有较高的远红外发射率，导电性好，节能环保，但其绝缘效果差，导线布线较复杂，安全性仍有所欠缺，且容易因弯折而失效。以纳米碳纤维导电浆料涂层制作的地暖发热体，其导线连接相对简单，但制备工艺相对复杂，导电性较差，能耗高，较容易发生老化，为保证发热体完整性而添加了较高含量的高分子粘结剂，使发热体的远红外发射率及加热效率大打折扣。

在本申请中，纳米碳纤维膜130通过静电纺丝制成。作为示例性地，将聚丙烯腈(pan)粉末溶于二甲基甲酰胺(dmf)溶液中，配制成纺丝溶液，通过静电纺丝形成pan纳米纤维膜，再经过预氧化、碳化、石墨化处理得到纳米碳纤维膜130。例如，聚丙烯腈(pan)粉末与二甲基甲酰胺(dmf)的质量比可以为1:2-4。静电纺丝的实验工艺可以根据具体需求进行设计，例如以0.1-10ml/h的流速将溶液输入到静电纺丝设备的喷丝头上，同时将纺丝设备的纺丝区间施加10-35kv的直流高压电源进行静电纺丝，且接收装置与喷丝头之间的距离为5-35cm。

在本申请的一些实施例中，纳米碳纤维膜130的电导率为2000-5000s/m，远红外发射率可达99％以上。

纳米碳纤维膜130与金属载流件110电连接，金属载流件110将电流传递至纳米碳纤维膜130，使其发热。在本实施例中，纳米碳纤维膜发热体100还包括导电胶层140，纳米碳纤维膜130与金属载流件110通过导电胶层140电连接。

作为示例性地，在本实施例中，导电胶层140的材料为导电银浆等。

作为示例性地，导电胶层140的厚度可以为4-10mm，例如可以为4mm、5mm、8mm或者10mm等等。

在本实施例中，金属载流件110的材料可以为铜、铝或者锡。金属载流件110为片状，金属载流件110的厚度为0.1～0.15mm，例如金属载流件110的厚度可以为0.1mm、0.12mm或者0.15mm等等。

作为示例性地，纳米碳纤维膜130与金属载流件110连接过程可以如下：

裁剪若干条30mm×200mm的片条状纳米碳纤维膜130，取20×300mm矩形状的铜箔(金属载流件110)，在铜箔上涂覆导电浆料，再将纳米碳纤维膜130以20mm的间距并行排列粘合固定于铜箔上。

可以理解的是，在本申请的其他实施例中，纳米碳纤维膜130可以为其他形状，例如为片状或者条形等等。相应地，在本申请的其他实施例中，纳米碳纤维膜130与金属载流件110连接可以不采用导电胶层140，例如可以采用其他可导电的材料进行连接。

承上所述，极耳120与金属载流件110相对的两端连接；作为示例性地，极耳120的材质为铝材料、镍材料或者铜镀镍等导电材料。极耳120的厚度可以为0.3～0.4mm，例如极耳120的厚度为0.3mm、0.35mm或者0.4mm等等。或者，在本申请的其他实施例中，极耳120的厚度以及金属载流件110的厚度可以为其他值，可以根据纳米碳纤维膜发热体100的用途进行设置。

极耳120也可以通过导电胶与金属载流件110的连接。

进一步地，在本申请的实施例中，纳米碳纤维膜发热体100还包括两层绝缘层150，两层绝缘层150分别位于纳米碳纤维膜130相对的两面。金属载流件110位于绝缘层150与纳米碳纤维膜130之间。绝缘层150具有绝缘和保护纳米碳纤维膜130的作用。在本实施例中，绝缘层150的材料为硅胶；例如为nj-3000-35a/b硅胶，且a、b组分的质量比为1：1。

作为示例性地，可以采用以下方法连接绝缘层150和纳米碳纤维膜130：极耳120预留10mm左右的长度以便于与导线相连接。nj-3000-35a/b硅溶胶按a、b组分1：1的比例混合，在连接完成金属载流件110后的纳米碳纤维膜130两侧各涂敷上一层硅溶胶，在120℃下固化。

可以理解的是，在本申请的其他实施例中，绝缘层150可以为其他绝缘材料，相应地，绝缘层150的形成方式不仅限于上述的固化硅溶胶。

本申请实施例提供的纳米碳纤维膜发热体100至少具有以下优点：

纳米碳纤维膜具有良好的导电网络，较大的发热和辐射面积，能够降低纳米碳纤维膜发热体的能耗，提高热转化效率。纳米碳纤维膜发热体具有发热效率高、升温快，电热转化率高等优点。

对于纳米碳纤维膜130是通过静电纺丝制成的实施例而言，与粉料或者溶液成膜制得的加热膜相比，静电纺丝制成的纳米碳纤维膜130由于不存在高分子粘结剂的阻隔，其具有良好的导电性；能够降低纳米碳纤维膜发热体100的能耗，提高热转化效率。

实施例2

图3示出了本申请实施例提供的发热地暖200的结构示意图，图4示出了本申请实施例提供的发热地暖的截面示意图，请参阅图3与图4，发热地暖200包括表面装饰层201、纳米碳纤维膜发热体100、红外反射层220及保温隔热层210。

在本实施例中，保温隔热层210的材料为聚苯乙烯，需要说明的是，在本申请的其他实施例中，保温隔热层210的材料也可以为其他隔热材料。红外反射层220为置于纳米碳纤维膜发热体100和保温隔热层210之间的铝塑膜或镀铝涂层，用于向上反射纳米碳纤维膜发热体辐射的红外光。

进一步地，发热地暖200还包括温度传感器230和温度显示器240；温度传感器230与纳米碳纤维膜发热体100连接；温度显示器240与温度传感器230连接。

温度传感器230用于检测纳米碳纤维膜发热体100的温度，并且将该温度转化为电信号传递至温度显示器240。通过温度显示器240可以知晓发热地暖200的温度。

作为示例性地，温度传感器230可以为红外测温探头。

进一步地，在本申请的一些实施例中，发热地暖200还配置有温度控制旋钮250；温度控制旋钮250通过导线与纳米碳纤维膜发热体100的极耳120连接，且温度控制旋钮250还通过导线与电源260连接，通过控制输入极耳120的电压从而控制纳米碳纤维膜发热体100的温度。

需要说明的是，在本申请的一些实施例中，温度传感器230以及温度显示器240可以为非必要的，可以不进行设置。

本申请实施例提供的发热地暖200至少具有以下优点：

发热地暖200包括上述的纳米碳纤维膜发热体100，其具有纳米碳纤维膜发热体100能耗较低的优点；发热地暖200发热效率高、升温快、散热均匀，且寿命长，同时可发射远红外线，能促进血液循环、排除皮下脂肪，达到运动美容与保健的效果。发热地暖200可直接用粘合剂安装于水泥地面与地砖之间，安装简单方便，且发热地暖200本身用硅胶层作了绝缘处理，无需再次安装绝缘层，减少了地暖铺设的成本。

实施例3

图5示出了本申请实施例提供的加热理疗眼罩的结构示意图，请参阅图5，加热理疗眼罩包括纳米碳纤维膜发热体100、通电导线310、固定头带320、电源及控温器330。

在本实施例中，固定头带320为橡皮筋等具有紧固作用的材料。纳米碳纤维膜发热体100中间部分镂空，通电导线310将两片纳米碳纤维膜发热体100连接，再连接至电源及控温器330。

从结构上看，传统眼罩产品通常遮住了视线，只能当使用者处于休息状态时才能使用，本实施例提供的加热理疗眼罩采用眼部周围加热的方式，中间部分镂空，不遮挡视线，可在更多场合下使用。传统眼罩产品通常使用电阻丝加热升温，并无远红外光的产生，而纳米碳纤维膜加热理疗眼罩由于使用了纳米碳纤维膜作为发热体，能产生远红外光，还起到为眼部周围缓解疲劳，激活眼部细胞的保健功能。

对比例

本对比例提供一种纳米碳纤维发热体，该纳米碳纤维膜与实施例1提供的纳米碳纤维膜发热体100的区别在于纳米碳纤维膜130不同。

在本对比例中，该纳米碳纤维膜通过纳米碳纤维粉料与高分子粘结剂混合制成导电浆料，导电浆料成膜后固化。

实验例

对比例和实施例1提供的纳米碳纤维膜发热体进行实验，分别对其能耗进行检测。检测结果如下：

实施例1提供的纳米碳纤维膜发热体在稳定加热温度为70℃时，升温所需时间为20秒，加热速度约为2.5℃/s，通电功率为20w；

对比例提供的加热体在稳定加热温度为70℃时，升温所需时间为50秒，加热速度约为1℃/s，通电功率为50w。

可以看出，本申请实施例提供的纳米碳纤维膜发热体100的能耗小于对比例。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。