Способ изготовления гибкого нагревателя

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении гибких полимерных нагревателей для одежды специального назначения, для обогрева трубопроводов, приборов и т.д. Гибкие нагреватели изготавливаются следующим образом. Из токопроводящей бумаги с пористостью 120 - 700 с изготавливают резистивный элемент нагревателя. Из полотна стеклоткани, на обе поверхности которой нанесен слой термопластичного полимера, который в нагретом состоянии является смачивающим по отношению к материалу полотна, вырезают заготовки для многослойных электроизоляционных покрытий. Толщина слоя термопластичного материала должна быть такой, чтобы после его нанесения вес стеклоткани увеличился в 1,3 - 1,45 раза. Затем резистивный элемент с закрепленными на нем металлическими электродами размещают между многослойными электроизоляционными покрытиями. Соединение всех слоев осуществляют горячим прессованием при давлении 2 - 8 МПа, температуре 150 - 370^oС в течение 15 - 20 мин. Использование способа позволяет увеличить деформируемость, изгибоустойчивость и долговечность гибких нагревателей. 4 з. п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении гибких полимерных нагревателей для одежды специального назначения, для обогрева трубопроводов, приборов и т.п.

Известен способ изготовления гибкого нагревателя [1] включающий формирование двух заготовок из электроизоляционного материала, формирование заготовки из резистентного материала, закрепление на ней металлических электродов и соединение заготовки из резистивного материала с заготовками из электроизоляционного материала с помощью клея холодного отверждения.

Этот способ не позволяет изготавливать гибкие нагреватели с высокими технико-эксплуатационными параметрами, поскольку клеевые соединения не обеспечивают ни высокой герметичности, ни однородности теплофизических параметров по поверхности нагревателя (из-за непроклея в отдельных местах), ни возможности эксплуатации при многократных деформациях.

Известен также способ изготовления гибкого нагревателя [2] включающий формирование резистивного элемента, формирование заготовок для двухслойных электроизоляционных покрытий, размеры которых по контуру превышают размеры резистивного элемента, причем один из слоев каждого двухслойного покрытия выполнен из материала с низкой температурой плавления. Размещают резистивный элемент с закрепленными на нем металлическими электродами между двухслойными электроизоляционными покрытиями так, что материал с низкой температурой плавления контактирует с поверхностями резистивного элемента, а соединение всех слоев осуществляют горячим прессованием.

Этот способ не позволяет изготавливать гибкие нагреватели с высокими технико-эксплуатационными параметрами, так как соединение разнородных слоев между собой с помощью полимерного материала не обеспечивает высокой изгибоустойчивости, а следовательно, и долговечности нагревателя.

Известен способ изготовления гибкого нагревателя [3] по которому приготовляют заготовки изоляционных покрытий, размеры которых превышают по контуру размеры резистивного элемента, размещают резистивный элемент между электроизоляционными покрытиями из стеклоткани, на внутренней поверхности которых наносят слой термопластического полимера, являющегося в нагретом состоянии смачивающим по отношению к материалу полотна стеклоткани.

К недостатку данного способа можно отнести недостаточную прочность нагревателя, выражающуюся в отслоении стеклоткани из-за ее односторонней пропитки полимером и напрессовки.

Наиболее близким к заявленному является способ изготовления гибкого нагревателя [4] по которому формуют по меньшей мере две заготовки для многослойных электроизоляционных покрытий, размеры которых по контуру превышают размеры резистивного элемента, размещают резистивный элемент с закрепленными на нем металлическими электродами между многослойными электроизоляционными покрытиями, соединяют все слои методом горячего прессования, при этом резистивный элемент изготавливают из токопроводящей бумаги и по крайней мере один электроизоляционный слой вырезают из полотна стеклоткани, что обеспечивает определенную гибкость нагревателя.

Однако известный процесс соединения слоев из-за неоднородности термопластичной пропитки не позволяет изготавливать нагреватели с высокими технико-эксплуатационными параметрами.

В основу изобретения поставлена задача разработать способ изготовления гибкого нагревателя с такими условиями осуществления действий, входящих в способ, которые обеспечили бы низкую деформируемость, высокую изгибоустойчивость и долговечность гибкого нагревателя.

Решение этой задачи обеспечивается тем, что по способу изготовления гибкого нагревателя, по которому формируют резистивный элемент из токопроводящей бумаги и по меньшей мере две заготовки для многослойных электроизоляционных покрытий из полотна стеклоткани с размерами по контуру, превышающими размеры резистивного элемента, размещают резистивный элемент с закрепленными на нем металлическими электродами между многослойными электроизоляционными покрытиями, соединяют все слои методом горячего прессования, согласно изобретению резистивный элемент изготавливают из токопроводящей бумаги с пористостью, равной 120-700 с, на обе стороны каждой заготовки для многослойных электроизоляционных покрытий наносят слой термопластического полимера, являющегося в нагретом состояния смачивающим по отношению к материалу полотна стеклоткани, толщиной, увеличивающей в 1,3-1,45 раза вес пропитанной им стеклоткани по отношению к ее первоначальному весу, а горячее прессование осуществляют в течение 15-20 мин при давлении 2-8 МПа.

Целесообразно в качестве полимерного термопластичного материала использовать сополиамид, полиамид, полиэтилентерефталат или полисульфон, а горячее прессование осуществлять соответственно при температуре 150-160, 220-250, 250-270 или 350-370^оС.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что благодаря нанесению на поверхность стеклоткани слоев термопластичного полимера определенной толщины, а также использованию термопластичных полимеров, которые в нагретом состоянии являются смачивающими по отношению к материалу стеклоткани, в процессе операции горячего прессования, осуществляемой при указанных выше режимных параметрах, обеспечивается полная пропитка полимерным материалом всех слоев стеклоткани и слоя резистивного материала.

При этом достигается высокая однородность механических, теплофизических и электроизоляционных параметров по поверхности гибкого нагревателя при одновременной высокой изгибоустойчивости нагревателя, т.е. возможности эксплуатации при многократных деформациях.

Кроме того, при использовании резистивного материала с пористостью, соответствующей указанному выше диапазону значений, обеспечивается сохранение однородного распределения электрического сопротивления вдоль поверхности готового гибкого нагревателя, что повышает долговечность гибкого нагревателя из-за отсутствия локальных перегревов при его эксплуатации.

Исключение из указанной выше совокупности хотя бы одного из признаков ведет к тому, что ожидаемые технические результаты не будут достигнуты. Действительно использование в качестве термопластичного полимера материала, который в нагретом состоянии не является смачивающим по отношению к материалу стеклоткани, не обеспечит ни высокой деформируемости нагревателя, ни долговечности, поскольку при деформации происходит образование продольных трещин, которые вызывают местные перегревы из-за увеличения локального теплового сопротивления электроизоляции. Использование резистивного материала с пористостью большей или меньшей, чем указано выше, ведет к тому, что при проведении операции горячего прессования не будет обеспечено ни однородности электрического сопротивления токопроводящего слоя нагревателя при указанной выше толщине слоев термопластичного материала, ни требуемого электрического сопротивления токопроводящего слоя.

Необходимость и существенность двустороннего покрытия полимером полотна стеклоткани обусловлены необходимостью полной, равномерной и однородной пропитки полотна стеклоткани, в результате чего при выбранных режимах горячего прессования достигается высокая прочность и изгибоустойчивость, определяющие долговечность и надежность работы нагревателя.

На фиг. 1 схематично показан процесс укладки заготовок при формировании многослойного блока; на фиг. 2 показан вариант выполнения гибкого нагревателя с двумя заготовками из резистивного материала.

Многослойный симметричный блок содержит заготовки 1, между которыми расположена по крайней мере одна заготовка 2 из резистивного материала. Заготовки 2 снабжены полосковыми металлическими электродами 3. Заготовки 1 выполнены из стеклоткани, на обе стороны которой нанесены слои 4 из термопластичного полимера.

Способ реализуется следующим образом.

На обе стороны полотна стеклоткани наносят слой 4 термопластичного полимера, который в нагретом состоянии является смачивающим по отношению к материалу полотна. В качестве термопластичного полимера предпочтительно используют сополиамид, полиамид, полиэтилентерефталат, полисульфон и т.п. Толщина слоев 4 термопластичного полимера, наносимых на поверхности полотна стеклоткани, должна быть такой, чтобы вес полученного электроизоляционного материала, называемого препрегом, в 1,3-1,45 раза превышал первоначальный вес стеклоткани (в пересчете на единицу длины полотна или единицу ее площади). Из полотна стеклоткани с нанесенными на ее поверхности слоями 4 термопластичного полимера вырезают заготовки 1, соответствующие размерам будущего гибкого нагревателя (фиг. 1).

Из резистивного листового материала токопроводящей бумаги вырезают заготовку 2, линейные размеры которой на 10-20% меньше линейных размеров заготовок из препрега. При реализации предлагаемого способа могут быть использованы токопроводящие бумаги на основе целлюлозы, асбеста, стекловолокна, а также лавсанового, арамидного волокна или волокна марки опсилон с пористостью 120-700 с, измеренной по методу Стандарт МЭКС N 5636/5-86. Далее на двух противоположных сторонах заготовки 2 из резистивного материала закрепляют полосковые металлические электроды 3, которые могут быть выполнены, например, из медной фольги толщиной 0,03-0,05 мм и шириной 8-12 мм. Крепление полосковых металлических электродов к заготовке из резистивного материала может осуществляться с помощью различных известных средств и методов, однако наиболее предпочтительным является метод прошивки листового материала и фольги на специальном станке.

Из полученных заготовок 1 и 2 формируют многослойный симметричный блок, содержащий расположенные по обе стороны от заготовки 2 из резистивного материала предпочтительно две заготовки 1 из препрега, поскольку уменьшение количества слоев стеклоткани может привести к снижению электрической прочности электронагревателя, а при увеличении значительно ухудшается гибкость.

Многослойный блок формируют путем последовательного наложения друг на друга заготовок 1 и 2 при одновременном совмещении их торцов. После укладки заготовки 2 из резистивного материала концы полосковых электродов 3 могут быть загнуты, как показано на фиг. 1. В результате упрощается узел подключения гибкого нагревателя к внешней электрической сети.

Сформированный блок заготовок помещают между плитами холодного пресса, снабженными системами нагрева и охлаждения. При этом между наружными слоями термопластичного полимера многослойного блока заготовок и плитами пресса закладывают антиадгезионную пленку, что исключает прилипание и обеспечивает глянцевую поверхность изготовленного нагревателя. Затем последовательно устанавливают давление прессования, равное 2-8 МПа, и нагревают блок заготовок до температуры, определяемой материалом используемого полимера (см. таблицу), с последующей выдержкой при соответствующих температуре и давлении в течение 15-20 мин.

По окончании операции горячего прессования осуществляют охлаждение плит пресса хладагентом, не снижая при этом величины силового воздействия на блок. Извлечение готового гибкого нагревателя осуществляют после охлаждения его до комнатной температуры.

Описанным выше способом могут быть изготовлены гибкие нагревали на рабочее напряжение 12-380 В как постоянного, так и переменного тока. В ряде случаев, например при необходимости уменьшить величину потребляемой гибким нагревателем электрической мощности, из резистивного листового материала вырезают несколько, например две, заготовок (фиг. 2), которые соединяют между собой последовательно.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИБКОГО НАГРЕВАТЕЛЯ, при котором формируют резистивный элемент из токопроводящей бумаги и по меньшей мере две заготовки для многослойных электроизоляционных покрытий из полотна стеклоткани с размерами по контуру, превышающими размеры резистивного элемента, размещают резистивный элемент с закрепленными на нем металлическими электродами между многослойными электроизоляционными покрытиями, соединяют все слои методом горячего прессования, отличающийся тем, что резистивный элемент изготавливают из токопроводящей бумаги с пористостью 120 700 с, на обе стороны каждой заготовки для многослойных электроизоляционных покрытий наносят слой термопластического полимера, являющегося в нагретом состоянии смачивающим по отношению к материалу полотна стеклоткани, толщиной, увеличивающей в 1,3 - 1,45 раза массу пропитанной стеклоткани по отношению к ее первоначальной массе, а горячее прессование осуществляют в течение 15 20 мин при давлении 2 8 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного термопластичного материала используют сополиамид, а горячее прессование ведут при 150 160^oС.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного термопластичного материала используют полиамид, а горячее прессование ведут при 220 250^oС.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного термопластичного материала используют полиэтилентерефталат, а горячее прссование ведут при 250 270^oС.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного термопластичного материала используют полисульфон, горячее прессование ведут при 350 370^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3