制热地板

1、制热地板一、概述制热地板，英文为Heating floor，又称采暖地板，是以木质地板为载体，将地面作为散热器，通过地板内置的热媒，用电能进行自主制热，均匀加热地板以及远红外低温热辐射的方式，由下至上进行热传导达到取暖的目的。区别于传统概念的地暖地板，地暖地板本身不能制热，主要是用于铺设了水暖管道、电热线缆、电暖片的地面装饰及被动导热。二、发展历史地面辐射供暖（简称地暖）是一项既古老又崭新的技术。在中国地面采暖可追溯到明朝末年，为皇宫王室才能拥有的取暖方式，如现存中国的故宫，在青砖地面下砌好烟道，冬天通过烟道传烟并合理配置出烟窗以达到把青砖温热而后传到室内，使室内产生温暖的效果。以后中国北方农村出现火墙、火炕的取暖方式，韩国、日本出现地炕。从古至今，人类不断传承文明，开拓创新，发展进步。随着科技时代的到来，地面供暖技术已从原始的烟道散热火炕式采暖发展成为以现代材料为热媒的地面辐射供暖。该技术早在上世纪30年代就在发达国家开始应用，中国在50年代就已将技术应用于人民大会堂、华侨饭店等工程中。进入60年代，欧美国家开始采用电能发热材料上敷设水泥层、然后铺设木质地板方式的地面采暖，经过多年发

2、展，到20世纪末期已经比较成熟，取代了水暖采暖，是主流的地暖采暖方式，其中主要以发热电缆、电热膜方式为主。21世纪初期，随着碳纤维材料及技术的快速发展，使用使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐进入军用和民用领域，碳纤维制热产品迅速成为主流。2000年，中国采用湿法纺丝技术生产碳纤维成功，国产碳纤维开始小批量生产。2005年碳纤维项目被批准为国家重大基础研究项目（九七三项目），由此拉开了在地暖及采暖领域运用碳纤维发热的序幕，碳纤维发热产品，碳纤维采暖产品，碳纤维远红外理疗产品也越来越多的走入寻常百姓家庭。2006年，我国在短纤碳纤维运用技术上获得突破，以短切碳纤维作为运用技术的相应产品开始出现。2007-2011年，我国研发出将短纤碳纤维与木浆纸结合的技术，在小范围内展开了实验性运用。但受制于生产能力及运用技术限制，在发展最快的地面装饰材料行业，我国众多企业仿制进口电热膜技术，运用碳纤维开发出外置式发热产品，并与地板、地砖等产品结合，称之为碳晶地暖板/片、碳晶发热板、碳纤维发热丝等等。由于技术的不成熟，已经成为世界最大木质地板生产国的中国，依然少有大型企业开发此类产品。2011年底，

3、受国家政策推动，以及我国南方冬季供暖市场需求的影响，由我国企业研发的内置式发热地板开始出现在市场上，基本原理是将电热膜中的碳晶发热油墨移植到环氧树脂夹层中，然后在强化复合地板中以夹层方式进行组合，称为自热地板、暖芯地板、发热地板等。这类产品解决了南方分户式采暖的部分功能需求。2012年，利用长纤碳纤维丝作为发热材料与木质地板结合的产品出现，采取了实木地板中心穿孔引线、强化复合地板底部开槽布线、多层实木地板中心开槽布线等方式，这类技术大幅提高了制热木质地板的安装效率，并降低了产品厚度，与传统的水暖产品相比在使用、铺装、装饰效果上有着明显优势。但上述技术大多不是由熟悉木质地板生产的企业所开发，在木质地板的生产、运输、安装、使用、售后等方面存在不足，与木质地板的物理特性存在隐患与冲突，还未能成为市场主流。而强化复合地板、实木地板、多层实木地板是主要的家庭地面装饰材料，与木质地板的有效结合是地板采暖技术发展的必然趋势，同时也是最有效方式。同年，我国碳纤维运用技术获得突破，通过微小碳素片深加工提炼出1um的碳微晶结构体，并多种材料中组合运用，包括在木质纤维中的融合。2013年1月，中央电视台1月

4、8日就南方冬季采暖问题所进行的专题新闻报道，再次引起热议，随后国家从政策层面给出了引导，在南方集中供暖将在有条件地区实行，重点推行分户式采暖解决南方冬季采暖问题。2013年3月，美多科技研发团队首次成功将碳纤维微晶结构完整的融入到木质纤维中，并形成均匀分布的网状结构，所产生的具有极高稳定性的特种发热木质板材实现了工业化生产。2013年5月，第一张碳纤维木质复合地板基材试生产成功，并进行了制热试验。2013年6月，第一片以碳纤维为热媒的强化复合制热地板生产下线。2013年7月，三层实木、多层实木制热地板制造技术试生产成功。2013年9月，美多科技开始推出真正意义上的制热地板美多制热地板。三、技术原理碳纤维低温辐射发热原理碳纤维分子团在电场作用下作“布郎运动“， 分子团间相互摩擦、震荡，由此产生大量的热能释放，产生的热能以远红外辐射和对流的形式对外传递，从而实现“电能热能”的转换。大量实验数据证实，碳纤维发热板的”电-热“转换效率达到了99%以上。是至今为止发现的“电-热”转换效率最高的材料。发射辐射能是各类物质的固有特性，物质是由分子、原子、电子等基本粒子所组成，当原子内部的电子受激和振

5、动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，这就是辐射，由于激发的方法不同，所产生的电磁波波长就不相同，它们投射到物体上产生的效应也不同。如果由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播，就称热辐射。通常把波长0.1100m的电磁波称为热辐射线，其中包括可见光，部分紫外线和红外线，它们投射到物体上能产生热效应。家庭采暖的热辐射主要是红外辐射，辐射换热与导热、对流换热不同，它不依靠物质的接触而进行热量传递，如阳光能够穿越辽阔的太空向地面辐射，导热和对流换热都必须由冷、热物体直接接触或通过中间介质接触才能进行。辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化，即物体的部分内能转化为电磁波能发射出去，当此波能射及另一物体表面而被吸收时，电磁波能又转化为内能。一切物体只要其温度T0 K，都在不断的发射热射线，当物体间有温差时，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐给高温物体的能量，因此总结果是高温物体将能量传给低温物体，即使各物体的温度相同，辐射换热仍在不断进行，只是每一物体辐射出去的能量等于吸收的能量，从而处于动平衡状态。 电采暖系统通电后，热量就会主要以辐射热的形式进入房间，使人体和

6、物体首先得到温暖。低温辐射电采暖在全球已有超过一亿平方米的用户采用该方式加热供暖。四、原材料及生产工艺碳纤维碳纤维（carbon fiber），是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。碳纤维融合技术主要是指将碳纤维与多种材质进行融合、添加使用技术，鉴于碳纤维的物理特性，目前碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究，使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐进入军用和民用领域，碳纤维

7、发热产品，碳纤维采暖产品，碳纤维远红外理疗产品也越来越多的走入寻常百姓家庭。制热地板木质纤维与碳纤维融合技术纳米碳纤维分子团需要通过载体才能运用，不能直接运用到木质地板中，大多制热地板技术的运用受限于此，只能采取外置发热方式。美多制热地板研发的融合技术解决了纳米碳纤维分子团直接与木纤维均匀融合的问题，使得碳纤维制热技术能够全面的运用到木质地板中。碳纤维发热原理技术运用1、短纤碳纤维又称短切碳纤维或碳纤维短切丝，是由碳纤维长丝经过短切机械切制而成，长度一般以mm为单位，其基本性能主要取决于其原料碳纤维长丝的性能。由于外形为一定长度的绒须，较长丝而言，短纤维在工业使用中具有分散均匀，喂料方式多样，工艺简单的优点，所以可以应用于长丝所不能适合的领域。碳纤维短切丝具有轻质、高强、高模、耐腐蚀、导电、屏蔽性能好、吸波性高等特点，主要应用于军工、航空航天等高科技领域。短切碳纤维在制热地板领域的主要应用形式：油墨电热芯片，与电热膜类似，由可导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在绝缘聚酯薄膜间或聚酯片间制成，导电油墨的成分主要包括导电材料(金属粉体，金属氧化物，非金属和其他复合粉体)，连结料(主要有

8、合成树脂，光敏树脂，低熔点有机玻璃等)，溶剂(主要有芳烃，醇，酮，酯，醇醚等)和助剂(主要有分散剂， 调节剂，增稠剂，增塑剂，润滑剂，抑制剂等) 。将油墨电热芯片植入木质地板夹层中，即形成内置式电热地板，又称暖芯地板、自发热地板，运用及使用方式与电热膜类似。2、长纤碳纤维又称长丝碳纤维，是由碳纤维长丝组成，比较短纤碳纤维成本略高一些，产品抗拉强度强，耐腐蚀，耐酸碱，不燃烧，耐氧化。相对金属发热导线，有电磁辐射小、环保节能、热效率高等优势。长纤碳纤维在制热地板领域的主要应用形式：碳纤维发热线，使用长纤碳纤维作为基材， 基材之外分别采用了4层绝缘材料进行了防护，由外到内为聚氟乙烯护套,F46氟塑料层，硅胶防水耐温层。分别由绝缘层和防护套组成，通电后发热，并在40C-60C的温度间运行，埋没在填充层内的发热电缆，将热能通过热传导（对流）的方式和辐射远红外（4-17m）方式给受热体。目前常见的碳纤维发热线运用，如汽车、航空加热，家用地暖采暖加热等，通过直接埋设的方式使用，需要填充层。目前市场上出现了将发热线直接运用于木质地板的方式，采取了实木地板中心穿孔引线、强化复合地板底部开槽布线、多层实木

9、地板中心开槽布线等方式。3、纳米碳纤维纳米碳纤维(Carbon nanofibers, CNFs)，是直径为50 200nm，长径比为100 500的新型碳材料。它填补了常规碳纤维（直径为7 10m）和单壁碳纳米管（SWNTs）（直径约为1nm）及多壁碳纳米管（MWNTs）（直径为150nm）尺寸上的缺口，具有较高的强度、模量、长径比、热稳定性、化学活性、导电性导热性高等特点。在复合材料（包括增强、导电及电磁屏蔽添加剂等）、门控场发射器件、电化学探针、超电容、催化剂载体、过滤材料等领域都有广阔应用前景。纳米碳纤维在制热地板领域的主要应用形式：目前只要是通过用木浆作为载体，制造出制热芯材，分为短纤碳纤维芯材和纳米碳分子团特种木质板两种，纳米级特种木质板制造技术目前仅有美多制热地板等几家企业掌握。五、制热地板系统构成制热载体制热地板的热媒主要以碳纤维为主，分为发热线、导电油墨、短纤碳纤维芯材、纳米碳分子团特种木质板几类。根据载体运用不同，还可分为外置式、内置式两类。外置式：市场常见为碳纤维发热线、碳纤维电热膜、碳纤维制热板，通常通过水泥埋设、木地板下铺设等方式实现家庭制热。内置式：市场俗称暖芯地板、自热地板、发热地板，通过地板内置制热热媒方式，在直接铺装木地板后实现家庭制热取暖的目的，是目前最快捷有效的制热方式。电气系统制热地板工作需要由专门的电路连接系统提供电源连接，目前市场常见的有“并线紧固螺丝连接“、”并联插帽连接“、”串联插头连接“等形式，配合温控器、空气开关组成的电气系统，安装简单，容易操作。美多制热地板开发出的”集成制热线路连接“系统则将制热地板的电气安装直接简化到如同插接电源插头般简单，并具有极高电气安全性。温控系统制热地板的使用与控制必须由温控系统来完成，目前在温控器的设计制造方面，我国以及有了成熟的运用，并结合我国不同地区的使用需求，做出了细致的调整。市场上常见的温控器，一般都具有程序设置、分组记忆、分区控制、分时控制等功能。辅助材料制热地板的辅助材

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