復合發(fā)熱材料及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明提供一種復合發(fā)熱材料及其制備方法和用途，該復合發(fā)熱材料包含硅礦粉及含碳粉，所述硅礦粉包含97%以上的二氧化硅，所述碳晶粉包含90%以上的碳。本發(fā)明提供的復合發(fā)熱材料可在12～110V低電壓電源下工作，升溫30分鐘后，溫度可達到50℃以內，每平方米功率為15-48W，具有節(jié)能環(huán)保、熱效高且使用安全的特點。
【專利說明】復合發(fā)熱材料及其制備方法和用途
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料領域，具體涉及一種復合發(fā)熱材料及其制備方法和用途。
【背景技術】
[0002] 每到冬季，交通業(yè)、建筑業(yè)、畜牧業(yè)、國防、軍事以及家庭、學校、商場和辦公室等都 離不開發(fā)熱取暖設備?，F(xiàn)有的取暖方法主要包括：一、采用傳統(tǒng)的電爐供暖，該方法具有能 耗高、電爐占用空間較大及冷熱不均的缺點；二、采用燒火爐的方法供暖，該方法熱效低，且 污染環(huán)境；三、采用空調供暖，但空調價位較高且能耗較大，另外空調的副作用明顯，長期使 用對人體健康有一定損害。
[0003] 現(xiàn)有的發(fā)熱材料(例如碳晶發(fā)熱膜或碳晶地板)通常在220V電壓下工作，每平方米 功率高達165W以上，能耗較大，不利于節(jié)能環(huán)保和使用的安全性。
[0004] 因此，如何開發(fā)一種熱效高、節(jié)能環(huán)保且使用安全的發(fā)熱材料成為本領域亟待解 決的課題。
【發(fā)明內容】
[0005] 針對上述問題，本發(fā)明的一個目的在于提供一種復合發(fā)熱材料，該復合發(fā)熱材料 采用硅礦粉及含碳粉制備，具有熱效高、節(jié)能環(huán)保且使用安全的特點。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種復合發(fā)熱材料的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的又一目的在于提供一種復合發(fā)熱材料在制備發(fā)熱產(chǎn)品中的用途。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明提供一種復合發(fā)熱材料，包含硅礦粉及含碳粉，所述硅礦 粉包含97%以上的二氧化硅，所述含碳粉包含90%以上的碳。
[0009] 進一步地，所述含碳粉包含95%以上的碳；
[0010] 優(yōu)選地，所述硅礦粉包含97-99%的二氧化硅；所述含碳粉包含95-99%的碳；
[0011] 優(yōu)選地，所述硅礦粉與含碳粉的重量比為4 :6。
[0012] 進一步地，所述含碳粉為碳晶粉；
[0013] 優(yōu)選地，所述碳晶粉由煤粉、秸桿碳粉、石墨粉或木炭粉中的一種或多種制成；
[0014] 優(yōu)選地，所述煤粉為精煤粉。
[0015] 進一步地，所述硅礦粉及含碳粉的粒徑為100?1000目。
[0016] 進一步地,所述復合發(fā)熱材料在12?110V交流、直流電壓下工作。
[0017] 進一步地，所述復合發(fā)熱材料在12?110V交流、直流電壓下，通電30分鐘內，溫 度可達到50°C以內。
[0018] 本發(fā)明進一步提供一種上述復合發(fā)熱材料的制備方法，該制備方法包括以下步 驟：
[0019] 步驟a:將硅礦粉及含碳粉在90?140°C下進行混合，得到混合粉末；
[0020] 步驟b:步驟a得到的混合粉末在35?60°C下混合，得到復合發(fā)熱材料。
[0021] 進一步地，所述制備方法包括以下步驟：
[0022] 步驟a:將硅礦粉及含碳粉在90?140°C下進行攪拌、混合，攪拌速度為2800? 3500轉/分，攪拌時間為10?15分鐘，得到混合粉末；
[0023] 步驟b:將步驟a得到的混合粉末在35?60°C下進行攪拌、混合，攪拌速度為 1200?1600轉/分，攪拌時間為8?15分鐘，冷卻后得到復合發(fā)熱材料。
[0024] 進一步地，所述制備方法包括以下步驟：
[0025] 步驟a:將硅礦粉及含碳粉在125°C下進行攪拌、混合，攪拌速度為3000轉/分，攪 拌時間為15分鐘，得到混合粉末；
[0026] 步驟b:將步驟a得到的混合粉末在50°C下進行攪拌、混合，攪拌速度為1400轉/ 分，攪拌時間為12分鐘，冷卻后得到復合發(fā)熱材料。
[0027] 本發(fā)明進一步提供上述復合發(fā)熱材料在制備發(fā)熱產(chǎn)品中的用途。
[0028] 以下對本發(fā)明進行詳細描述。
[0029] 本發(fā)明的復合發(fā)熱材料包含硅礦粉和含碳粉，其中硅礦粉中的二氧化硅作為調節(jié) 電阻材料，起到調節(jié)電阻的作用；而含碳粉中的碳作為使可調電阻材料發(fā)揮有效制熱功能 的導電材料，有助于增強發(fā)熱材料的導電性能。硅礦粉與含碳粉的重量比、硅礦粉中的二氧 化硅含量及含碳粉中的碳含量都會對發(fā)熱材料的導電性能及發(fā)熱效果產(chǎn)生影響。通常情況 下，復合發(fā)熱材料中的含碳粉含量越高，材料的導電性越好，升溫越快，達到的溫度越高；但 含碳粉的含量過高時，使材料的電阻過小，導致耗電量較高；另外，含碳粉純度(碳含量）偏 低時，易導致材料活性不夠，從而使啟動電壓增大。因此可通過調整發(fā)熱材料中硅礦粉和含 碳粉的重量比、硅礦粉中的二氧化硅含量及含碳粉中的碳含量，獲得實際應用中需要的使 用溫度、升溫時間、升溫速度及啟動電壓。
[0030] 綜合考慮上述因素對發(fā)熱材料節(jié)能及發(fā)熱效果的影響，本發(fā)明優(yōu)選硅礦粉與含碳 粉的重量比為4 :6,且硅礦粉中二氧化硅含量為97%以上，含碳粉中碳含量為90%(優(yōu)選95%) 以上，此時，發(fā)熱材料能夠達到理想的節(jié)能及發(fā)熱效果。
[0031] 本發(fā)明的復合發(fā)熱材料采用高溫混合及低溫混合方法制備，其中混合的攪拌速度 超過3500轉/分時，易產(chǎn)生焦料，降低導電性能，而攪拌速度低于2800轉/分時，則材料分 子結合不夠緊密，影響發(fā)熱效果。本發(fā)明優(yōu)選高溫混合的攪拌速度為2800?3500轉/分， 更優(yōu)選3000轉/分；優(yōu)選低溫混合的攪拌速度為1200?1600轉/分鐘，更優(yōu)選1400轉/ 分鐘。
[0032] 本發(fā)明采用硅礦粉及含碳粉制備的復合發(fā)熱材料可在多個領域應用，包括：
[0033] 交通業(yè)：用于道路路面及橋梁冬季防凍、防結冰等；
[0034] 建筑材料：可添加到各種建材中制成發(fā)熱建筑材料等；
[0035] 農(nóng)業(yè)：用于溫室栽培，溫床育苗育種及養(yǎng)殖場冬季保溫等；
[0036] 建筑業(yè)：用于室內外墻面、地面及屋面保溫防凍等；
[0037] 軍事：可用于野外作訓保溫及裝備防凍等；
[0038] 生物、制藥：生物制劑研究與制造過程的保溫，產(chǎn)品包裝等；
[0039] 辦公生活：可用于冬季室內取暖，或以此材料制成各種室外取暖產(chǎn)品等。
[0040] 另外，可將本發(fā)明的復合發(fā)熱材料作為原料添加或與其它材料共同制成發(fā)熱產(chǎn)品 應用于上述領域，也可將本發(fā)明的復合發(fā)熱材料單獨制成各種形態(tài)的發(fā)熱產(chǎn)品應用于上述 領域，制成的發(fā)熱產(chǎn)品同樣具有低電壓工作、熱效高、節(jié)能、穩(wěn)定、安全的特點，發(fā)熱溫度最 聞可達50C。
[0041] 使用時，本發(fā)明的復合發(fā)熱材料在12?110V低壓電源的驅動下，將源源不斷 地向空間持續(xù)散發(fā)出有效溫度為50°C度以內的非可見紅外線光線，經(jīng)光波測定，光波長 蘭0. 83ym，屬于近紅外熱輻射(光波長為0. 75?400ym)，該光線具有強烈的滲透性，能深 入皮下組織l〇mm，溫暖人體血管和神經(jīng)，起到活化人體組織細胞，促進血液循環(huán)的作用，并 能加速供給養(yǎng)分和酵素，促進新陳代謝，因而使人感到溫暖、舒適。
[0042] 與現(xiàn)有的發(fā)熱材料相比，本發(fā)明的復合發(fā)熱材料至少具有以下優(yōu)點：
[0043] 1、本發(fā)明的復合發(fā)熱材料可在12?110V低電壓電源下工作，30分鐘內即能迅速 升溫，溫度可達到50°C以內，每平方米功率僅15?48W，與現(xiàn)有技術中在220V電壓下工作、 每平方米功率高達165W以上的發(fā)熱材料相比，能耗較低，更有利于節(jié)能，同時增強了使用 的安全性；
[0044] 2、采用傳統(tǒng)的火爐及空調供熱取暖時，容易污染環(huán)境，且不利于人體健康，而采用 本發(fā)明的發(fā)熱材料供熱取暖時，不產(chǎn)生任何對環(huán)境及人體有害的物質，無毒無味且穩(wěn)定安 全，大大提高了材料使用的安全性，更利于環(huán)保及人體健康；
[0045] 3、本發(fā)明的復合發(fā)熱材料以紅外線輻射的方式傳導能量發(fā)熱，更有利于滲透入人 體、促進人體血液循環(huán)及新陳代謝，從而有利于保持人體健康。
【具體實施方式】
[0046] 以下參照具體的實施例來說明本發(fā)明。本領域技術人員能夠理解，這些實施例僅 用于說明本發(fā)明，其不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0047] 實施例1復合發(fā)熱材料的制備
[0048] 步驟1 :將40kg硅礦粉（100?1000目，Si02含量為97%)和60kg含碳粉（100? 1000目，含碳量95%，該含碳粉為煤粉。）輸送至高速混料機內，設置高速混料機的溫度 90°C，轉速3500轉/分鐘，將上述材料高混15分鐘；
[0049]步驟2 :設置低速混料機的溫度為35°C，轉速1600轉/分，混合8分鐘，冷卻后得 到復合發(fā)熱材料1。
[0050]實施例2復合發(fā)熱材料的制備
[0051] 步驟1 :將40kg硅礦粉（100?1000目，Si02含量為97%)和60kg含碳粉（100? 1000目含碳量97%的碳晶粉，該碳晶粉由秸桿碳粉制成)輸送至高速混料機內，設置高速混 料機的溫度125 °C，轉速3000轉/分鐘，將上述材料高混15分鐘；
[0052]步驟2 :設置低速混料機的溫度為50°C，轉速1400轉/分，混合12分鐘，冷卻后得 到復合發(fā)熱材料2。
[0053] 實施例3復合發(fā)熱材料的制備
[0054] 步驟1 :將40kg硅礦粉（100?1000目，Si02含量為97%)和60kg含碳粉（100? 1000目含碳量99%的碳晶粉，該碳晶粉由石墨粉制成)輸送至商速混料機內，設置商速混料 機的溫度125 °C，轉速3000轉/分鐘，將上述材料高混15分鐘；
[0055]步驟2 :設置低速混料機的溫度為50°C，轉速1400轉/分，混合12分鐘，冷卻后得 到復合發(fā)熱材料3。
[0056] 實施例4復合發(fā)熱材料的制備
[0057] 步驟1:將40kg硅礦粉（100?1000目，Si02含量為98%)和60kg含碳粉（100? 1000目，含碳量95%，包含20kg秸桿碳粉、20kg石墨粉和20kg木炭粉）輸送至高速混料機 內，設置高速混料機的溫度140°C，轉速2800轉/分鐘，將上述材料高混10分鐘；
[0058]步驟2 :設置低速混料機的溫度為60°C，轉速1200轉/分，混合12分鐘，冷卻后得 到復合發(fā)熱材料4。
[0059] 實施例5復合發(fā)熱材料的制備
[0060] 步驟1 :將40kg硅礦粉（100?1000目，Si02含量為98%)和60kg含碳粉（100? 1000目含碳量97%的碳晶粉，該碳晶粉由重量比為1:1的煤粉和秸桿碳粉制成）輸送至高 速混料機內，設置高速混料機的溫度125°C，轉速3000轉/分鐘，將上述材料高混15分鐘；
[0061]步驟2:設置低速混料機的溫度為50°C，轉速1400轉/分，混合12分鐘，冷卻后得 到復合發(fā)熱材料5。
[0062] 實施例6
[0063] 步驟1 :將40kg硅礦粉（100?1000目，Si02含量為98%)和60kg含碳粉（100? 1000目含碳量99%的碳晶粉,該碳晶粉由重量比為1:2:1的結桿碳粉、石墨粉及木炭粉制 成）輸送至高速混料機內，設置高速混料機的溫度125°C，轉速3000轉/分鐘，將上述材料 高混15分鐘；
[0064]步驟2 :設置低速混料機的溫度為50°C，轉速1400轉/分，混合12分鐘，冷卻后得 到復合發(fā)熱材料6。
[0065] 實施例7
[0066] 步驟1 :將40kg硅礦粉（100?1000目，Si02含量為99%)和60kg含碳粉（100? 1000目含碳量95%的碳晶粉，該碳晶粉由重量比為1:1的秸桿碳粉和石墨粉制成)輸送至高 速混料機內，設置高速混料機的溫度125°C，轉速3000轉/分鐘，將上述材料高混15分鐘；
[0067]步驟2:設置低速混料機的溫度為50°C，轉速1400轉/分，混合12分鐘，冷卻后得 到復合發(fā)熱材料7。
[0068] 實施例8
[0069] 步驟1 :將40kg硅礦粉（100?1000目，Si02含量為99%)和60kg含碳粉（100? 1000目含碳量97%的碳晶粉，該碳晶粉由精煤粉制成)輸送至高速混料機內，設置高速混料 機的溫度125°C，轉速3000轉/分鐘，將上述材料高混15分鐘；
[0070]步驟2:設置低速混料機的溫度為50°C，轉速1400轉/分，混合12分鐘，冷卻后得 到復合發(fā)熱材料8。
[0071]實施例9
[0072] 步驟1:將40kg硅礦粉（100?1000目，Si02含量為99%)和60kg含碳粉（100? 1000目含碳量99%的碳晶粉，該碳晶粉由木炭粉制成)輸送至高速混料機內，設置高速混料 機的溫度125°C，轉速3000轉/分鐘，將上述材料高混15分鐘；
[0073]步驟2:設置低速混料機的溫度為50°C，轉速1400轉/分，混合12分鐘，冷卻后得 到復合發(fā)熱材料9。
[0074]實施例10
[0075]步驟1:將40kg硅礦粉（100?1000目，Si02含量為97%)和60kg含碳粉（100? 1000目，含碳量90%，包括20kg煤粉、20kg秸桿碳粉、10kg石墨粉及10kg木炭粉)輸送至高 速混料機內，設置高速混料機的溫度125°C，轉速3000轉/分鐘，將上述材料高混15分鐘；
[0076]步驟2 :設置低速混料機的溫度為50°C，轉速1400轉/分，混合12分鐘，冷卻后得 到復合發(fā)熱材料10。
[0077] 對比例1
[0078] 步驟1 :將60kg硅礦粉（Si02含量為97%)和40kg含碳粉(含碳量82%，包括20kg精 煤粉、l〇kg秸桿碳粉及10kg石墨粉）輸送至高速混料機內，設置高速混料機的溫度125°C， 轉速3000轉/分鐘，將上述材料高混12分鐘；
[0079]步驟2 :設置低速混料機的溫度為45°C，轉速1400轉/分，混合15分鐘，冷卻后得 到對比材料1。
[0080] 對比例2
[0081] 步驟1 :將50kg硅礦粉（Si02含量為97%)和50kg含碳粉(含碳量82%，包括20kg精 煤粉、15kg秸桿碳粉及15kg石墨粉）輸送至高速混料機內，設置高速混料機的溫度125°C， 轉速3000轉/分鐘，將上述材料高混15分鐘；
[0082]步驟2 :設置低速混料機的溫度為50°C，轉速1400轉/分，混合12分鐘，冷卻后得 到對比材料2。
[0083] 對比例3
[0084] 步驟1 :將40kg硅礦粉（Si02含量為97%)和60kg含碳粉(含碳量78%，包括30kg 煤粉、l〇kg結桿碳晶粉、10kg石墨粉及10kg木炭粉)輸送至商速混料機內，設置商速混料機 的溫度125°C，轉速3000轉/分鐘，將上述材料高混12分鐘；
[0085]步驟2 :設置低速混料機的溫度為45°C，轉速1400轉/分，混合8?15分鐘，冷卻 后得到對比材料3。
[0086] 對比例4
[0087] 步驟1 :將40kg硅礦粉（Si02含量為97%)和60kg含碳粉(含碳量82%，包括20kg 碳晶粉、20kg木炭粉、10kg石墨粉及10kg精煤粉)輸送至商速混料機內，設置商速混料機的 溫度125°C，轉速3000轉/分鐘，將上述材料高混15分鐘；
[0088] 步驟2 :設置低速混料機的溫度為50°C，轉速1400轉/分，混合12分鐘，冷卻后得 到對比材料4。
[0089] 對比例5
[0090] 步驟1 :將30kg硅礦粉（Si02含量為95%)和70kg含碳粉(含碳量82%，包括30kg 精煤粉、30kg石墨粉及10kg木炭粉）輸送至高速混料機內，設置高速混料機的溫度125°C， 轉速3000轉/分鐘，將上述材料高混12分鐘；
[0091]步驟2 :設置低速混料機的溫度為45°C，轉速1400轉/分，混合15分鐘，冷卻后得 到對比材料5。
[0092] 測試例發(fā)熱效果測試
[0093] 發(fā)熱效果測試：將上述實施例1?10及對比例1?5制備的發(fā)熱材料平鋪壓緊成 3mm厚薄板，制品規(guī)格：厚3mmX長2400mmX寬200mm，在初始室溫0?5°C及一定的啟動 電壓下，升溫30分鐘，測試發(fā)熱材料表面的平均溫度、室內溫度、發(fā)熱材料每平方米產(chǎn)生的 電阻。測試結果如下表1所示。
[0094]表1 :室溫0?5°C及12?110V電壓下的發(fā)熱效果測試
[0095]
【權利要求】
1. 一種復合發(fā)熱材料，包含娃礦粉及含碳粉，所述娃礦粉包含97%以上的二氧化娃，所 述含碳粉包含90%以上的碳。
2. 根據(jù)權利要求1所述的復合發(fā)熱材料，其特征在于，所述含碳粉包含95%以上的碳； 優(yōu)選地，所述硅礦粉包含97-99%的二氧化硅；所述含碳粉包含95-99%的碳； 優(yōu)選地，所述娃礦粉與含碳粉的重量比為4 :6。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的復合發(fā)熱材料，其特征在于，所述含碳粉為碳晶粉； 優(yōu)選地，所述碳晶粉由煤粉、秸桿碳粉、石墨粉或木炭粉中的一種或多種制成； 優(yōu)選地，所述煤粉為精煤粉。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的復合發(fā)熱材料，其特征在于，所述硅礦粉及含碳 粉的粒徑為100?1000目。
5. 根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的復合發(fā)熱材料，其特征在于，所述復合發(fā)熱材料 在12?110V交流、直流電壓下工作。
6. 根據(jù)權利要求5所述的復合發(fā)熱材料，其特征在于，所述復合發(fā)熱材料在12?110V 交流、直流電壓下，通電30分鐘內，溫度可達到50°C以內。
7. 根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的復合發(fā)熱材料的制備方法，該制備方法包括以 下步驟： 步驟a :將硅礦粉及含碳粉在90?140°C下進行混合，得到混合粉末； 步驟b :步驟a得到的混合粉末在35?60°C下混合，得到復合發(fā)熱材料。
8. 根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟： 步驟a :將硅礦粉及含碳粉在90?140°C下進行攪拌、混合，攪拌速度為2800?3500 轉/分，攪拌時間為10?15分鐘，得到混合粉末； 步驟b :將步驟a得到的混合粉末在35?60°C下進行攪拌、混合，攪拌速度為1200? 1600轉/分，攪拌時間為8?15分鐘，冷卻后得到復合發(fā)熱材料。
9. 根據(jù)權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟： 步驟a :將硅礦粉及含碳粉在125°C下進行攪拌、混合，攪拌速度為3000轉/分，攪拌時 間為15分鐘，得到混合粉末； 步驟b :將步驟a得到的混合粉末在50°C下進行攪拌、混合，攪拌速度為1400轉/分， 攪拌時間為12分鐘，冷卻后得到復合發(fā)熱材料。
10. 根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的復合發(fā)熱材料及根據(jù)權利要求7至9中任一 項所述的制備方法得到的復合發(fā)熱材料在制備發(fā)熱產(chǎn)品中的用途。
【文檔編號】H05B3/14GK104427665SQ201310393414
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權日:2013年8月30日
【發(fā)明者】吳作泉, 劉偉, 吳作武, 劉廣宇 申請人:貴州國智高新材料有限公司