[发明专利]一种耐高温电热纤维及其应用

说明书

本发明提供一种耐高温电热纤维，所述耐高温电热纤维包括纤维内芯和包覆在所述纤维内芯外的微晶石墨层，所述纤维内芯采用耐高温纤维。微晶石墨层通过化学气相沉积方法沉积在所述纤维内芯表面，优选地，所述微晶石墨层的厚度小于10微米。本发明中的电热纤维由于采用中间纤维丝，外侧包覆微晶石墨的构造，相比于碳纤维类电热材料，不仅可以增加电热纤维的韧性、透气性，还可以提高热辐射面积，进而进一步提高热转换效率，可以实现接近100％的电热转换效率。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种耐高温电热纤维，拓展纤维在电热元器件领域的应用。

背景技术

随着航空航天、电子电工、冶金化工、交通、汽车、军工等行业的飞速发展，对材料的热加工成形及热处理条件要求越来越严格。因此，加热方式和新型加热材料的开发研究已经成为材料科学和能源开发领域的研究热点。

电热材料是用于制造各种电阻加热设备中的发热元件。目前，电加热因易于控制和调节且不污染环境，有利于提高产品质量等优点而得到了广泛的应用。其中以电阻加热元件作为电热转换的电阻式加热方式最为简便和应用广泛。常见的电热材料包括金属电热材料和非金属电热材料两类。金属电热材料的主要缺点是价格昂贵，使用条件苛刻，其中，难熔金属电热材料必须在真空或保护气氛中使用。金属类电热材料通常被加工成线材螺旋形或波形结构，通电时容易产生感抗效应造成能量损耗。非金属电热材料与金属电热材料相比具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、电热转换效率高等优点，无论是高温加热领域还是中低温加热领域，非金属电热材料正在逐步取代金属电热材料。然而，非金属电热元件通过素烧工艺和烧结工艺，加工成棒状、条状、板状和U形等，无法解决元件电阻离散性大和力学性能差等问题。因此，研究和开发新型高性能电热材料不仅具有重要的科学研究意义，更具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明目的在于提供一种耐高温的电热纤维材料的制备方法，本发明通过直接生长微晶石墨的方法制备电热材料，优化电热材料的性能及降低成本。微晶石墨是碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格无规的分布在基底上，形成无序超结构的碳纳米材料。本发明制备出的电热纤维的远红外发射率高达0.95，能有效提高热转换率，降低电能消耗；具有耐高温、柔性、易构型及电阻率可调等突出优势，热惯性小，与被加热体接触较密切、热传导损失小等优点。可延伸传统电热材料的使用范围，如家用电器、电子、医疗、交通、宇航等众多领域。

具体而言，一方面，本发明提供一种耐高温电热纤维，所述耐高温电热纤维包括纤维内芯和包覆在所述纤维内芯外的微晶石墨层，所述纤维内芯采用耐高温纤维。

优选地，微晶石墨层通过化学气相沉积方法沉积在所述纤维内芯表面，优选地，所述微晶石墨层的厚度小于10微米。

优选地，所述微晶石墨层通过下述方式包覆在所述纤维层外：

步骤1：准备清洁的纤维材料；

步骤2：对所述纤维材料进行表面覆膜处理，所覆的膜层包含碳源裂解催化材料；

步骤3：将覆膜后的所述纤维材料置于真空反应腔中；

步骤4：向所述真空反应腔中通入保护气体和还原性气体，然后通入碳源，进行微晶石墨生长；

步骤5：在保护气体和还原性气体氛围下，对所述纤维材料进行降温，获得耐高温电热纤维。

优选地，所述纤维材料选自单根纤维、单束纤维、纤维布中的至少一种，优选为为绝缘耐高温纤维。

优选地，所述碳源裂解催化材料为金属碳源裂解催化材料，优选地，所述碳源裂解催化材料为在反应温度和低压条件下的挥发性材料。优选地，催化材料为纳米量级的金属材料。

优选地，所覆膜层的厚度为10-100μm，优选小于60μm。