Композиция для теплоаккумулирующего материала

 

Изобретение относится к композициям для получения теплоаккумулирующих материалов, которые могут быть использованы в качестве защиты от многократных нагревов приборов и оборудования, чувствительных к воздействию повышенных температур, а также в качестве греющих элементов в защитной одежде или в помещениях. Композиция имеет следующий состав, мас.ч.: полимер 100,0, кислота стеариновая 0,5-1,5, оксид цинка 4,0-6,0, тетраметилтиурамдисульфид 1,0-3,0, сера 1,5-2,5, меркаптобензтиазол 0,5-1,5, диэтиленгликоль 5,0-15,0, парафин С_20-31 250,0-350,0. В качестве полимерной основы используется сополимер этилена, пропилена и диена, в качестве диена используют этилиденнорборнен или дициклопентадиен. Достигается температура стабилизации 50-55^oС при высоком суммарном тепловом эффекте в узком температурном интервале, при сохранении прочностных свойств и формоустойчивости. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к композициям для получения теплоаккумулирующих материалов, которые могут быть использованы в качестве защиты от многократных нагревов приборов и оборудования, чувствительных к воздействию повышенных температур, а также в качестве греющих элементов в защитной одежде или в помещениях.

К таким материалам предъявляют следующие требования: сохранение формы при перегреве выше рабочей температуры материала, поглощение большого количества тепла без изменения температуры в течение длительного времени, удовлетворительные прочностные свойства.

Известен материал, использующий в качестве теплоаккумулирующего наполнителя парафин, наполненный загустителем - веществом типа магнезии, каолина и др. (Патент США 4253983).

Однако данный материал имеет существенные недостатки: низкую механическую прочность, формоустойчивость ограничена температурой плавления наполнителя, при нагреве выше которой материал течет.

Также известна композиция для получения теплоаккумулирующего материала, состоящая из полиолефиновой матрицы с введенным в нее фазопереходным веществом в количестве от 0 до 50% типа кристаллического алкилзамещенного углеводорода (заявка ЕПВ 0344014, МПК С 09 5/05).

Недостатком данной композиции является низкий суммарный эндотермический эффект и недостаточная формоустойчивость (течет при температуре 185^oС).

Наиболее близким из известных теплоаккумулирующих материалов по назначению и технологии изготовления, который выбран нами в качестве прототипа, является материал, имеющий следующий состав (мас.ч.): Сополимер этилена, пропилена и дициклопентадиена - 100 Оксид цинка - 4-6 Стеариновая кислота - 0,5-1,5 Тетраметилтиурамдисульфид - 1,0-2,0 Меркаптобензтиазол - 0,5-1,5 Сера - 1,5-2,5 Высокоплавкий церезин - 250-350 Диэтиленгликоль - 5,0-15,0 (патент РФ 2105025, С 09 К 5/06).

Недостатком известной композиции является достаточно высокая средняя температура стабилизации - 80^oС, что не обеспечивает защиту особо чувствительных приборов от перегрева, а также эта композиция не может быть применена для изготовления греющей одежды, где температура греющего элемента не должна превышать 50-55^oС. Кроме того, эндотермический эффект у материала-прототипа реализуется в широком температурном интервале 30-90^oС, что не обеспечивает четкой температуры стабилизации.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка состава для теплоаккумулирующего материала, обеспечивающего температуру стабилизации 50-55^oС, обладающего высоким суммарным тепловым эффектом в узком температурном интервале при сохранении прочностных свойств и формоустойчивости.

Для решения поставленной задачи предлагается композиция для теплоаккумулирующего материала, включающая полимерную основу - сополимер этилена, пропилена и диена в виде этилиденнорбонена или дициклопентадиена при следующем соотношении ингредиентов, мол.%: пропилена 40-60, диена 5,8-7,2, этилен - остальное, кислоту стеариновую, оксид цинка, тетраметилтиурамдисульфид, серу, меркаптобензтиазол и диэтиленгликоль, отличающаяся тем, что в качестве фазопереходного вещества содержит парафин С_20-31 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Сополимер этилена, пропилена и диена - 100,0
Кислота стеариновая - 0,5-1,5
Оксид цинка - 4,0-6,0
Тетраметилтиурамдисульфид - 1,0-3,0
Сера - 1,5-2,5
Меркаптобензтиазол - 0,5-1,5
Диэтиленгликоль - 5,0-15,0
Парафин С_20-31 - 250,0-350,0
В качестве фазопереходного вещества используют парафин (ГОСТ 23683-89), представляющий собой смесь углеводородов олефинового ряда с числом углеродных атомов от 20 до 31, преимущественно нормального строения.

В составе используется выпускаемый по ТУ 38.103252-92 тройной сополимер этилена, пропилена и диена (в качестве диена используется этилиденнорборнен или дициклопентадиен), кислота стеариновая техническая (ГОСТ 9419-72), тетраметилтиурамдисульфид (ГОСТ 740-76), меркаптобензтиазол (ГОСТ 739-67), оксид цинка (ГОСТ 202-76), сера техническая (ГОСТ 127-76), диэтиленполигликоль (ГОСТ 10136-77). Неожиданным эффектом заявляемого изобретения является то, что введение в предлагаемую композицию фазопереходного вещества аномально изменяет теплофизические свойства материала, т. е. отмечается резкий скачок теплопроводности при нагревании от комнатной температуры до 100^oС, в то время как температуропроводность резко снижается. Этот неожиданный эффект концентрирует эндотермический эффект в узком температурном диапазоне.

Технология изготовления материала предлагаемого состава соответствует стандартной технологии переработки резиновых материалов и заключается в последовательном введении компонентов при перемешивании на вальцах или в резиносмесителе, калибровке заготовок и компрессионном формовании изделий при температуре 143±2^oС и удельном давлении 5 кг/см².

Примеры осуществления изобретения.

Пример 1.

Сополимер этилена, пропилена и дициклопентадиена в количестве 10,0 грамм пропускают на вальцах до получения на валке равномерной пленки, затем постепенно добавляют стеариновую кислоту в количестве 0,05 г, 0,4 г оксида цинка, 0,1 тетраметилтиурамдисульфида, 0,15 серы, 0,05 г меркаптобензтиазола. После этого в смесь вводят 25,0 грамм парафина марки П-2, постепенно при этом добавляя 0,5 г диэтиленгликоля. Из калиброванной сырой резины вырезают заготовки для последующего формования. Формуют изделие в форме, помещенной в пресс, разогретый до 143±2^oС при удельном давлении 5 кг/см² в течение 40-60 мин.

Пример 2.

Сополимер этилена, пропилена и этиленнорборнена в количестве 100,0 г пропускают на вальцах до получения на валке равномерной пленки, постепенно добавляют 1,0 г стеариновой кислоты, добавляют в смесь 5,0 г оксида цинка, 2,75 г тетраметилтиурамдисульфида, 2,0 г серы, 1,0 г меркаптобензтиазола. После этого вводят 350,0 г парафина и 15,0 г диэтиленгликоля. Калибруют резину на вальцах. Вырезают заготовки и формуют изделия в форме, помещенной в разогретый до 143±2^oС пресс при удельном давлении 5 кг/см² в течение 30-40 мин.

Пример 3.

Изготавливают аналогично примеру 2, используя в качестве полимера сополимер этилена, пропилена и дициклопентадиена и в соотношении, приведенном в таблице.

По технологии, описанной выше, изготовлены образцы заявляемых материалов с различным содержанием компонентов и материала-прототипа. Состав и свойства заявляемого материала и материала-прототипа приведены в таблице.

В таблице приведены результаты испытаний физико-механических свойств образцов материалов, проведенные по ГОСТ 21751-76 на разрывной машине РМИ-60 при скорости нагружения 500 мм/мин. Формоустойчивость материала оценивалась по сохранению образцами геометрических размеров при нагреве в подвешенном состоянии. Температура стабилизации, определяемая фазовым переходом наполнителя, и температурный интервал реализации эндотермического эффекта определяли методом дифференциально-термического анализа.

Анализ таблицы позволяет сделать вывод, что предлагаемый материал обеспечивает стабилизацию температуры на уровне 53^oС и имеет узкий температурный интервал реализации эндотермического эффекта (10^oС вместо 60^oС у прототипа).

Формоустойчивость и суммарный эндотермический эффект, а также и физико-механические показатели несколько превышают эти свойства материала-прототипа.

При нагревании от температуры 25^oС до 100^oС отмечается скачкообразное увеличение удельной теплоемкости от 1,70 до 3,60 кДж/кг и уменьшение коэффициента теплопроводности с 3,50 до 1,70 м²/с, чего не наблюдается у материала-прототипа, что говорит о повышенной энергоемкости предлагаемых материалов.

Предложенный состав удовлетворяет требованиям, предъявляемым к теплоаккумулирующим материалам, применяемым в качестве защитных покрытий приборов и оборудования, чувствительных к перепадам температур, а также используемым для накопления тепла в обогревающей одежде и приборах. Материалы данного состава позволяют многоразовое использование покрытий для отвода или накопления тепла при температурах, значительно превышающих температуры фазового перехода наполнителя. Высокий суммарный эндотермический эффект и его реализация в узком температурном интервале позволяет стабилизировать температуру обогрева или охлаждения постоянной в течение длительного времени.

Таким образом, применение предлагаемой композиции позволяет использовать ее в качестве защиты от перегрева приборов и оборудования, чувствительных к воздействию повышенных температур, а также в качестве обесточенных греющих элементов в защитной одежде, медицинских обогревающих приборах и других отраслях народного хозяйства.

Формула изобретения

Композиция для теплоаккумулирующего материала, включающая полимерную основу - сополимер этилена, пропилена и диена в виде этилиденнорборнена или циклопентадиена при следующем соотношении ингредиентов, мол. %: пропилена 40-60, диена 5,8-7,2, этилен - остальное, фазопереходное вещество, кислоту стеариновую, оксид цинка, тетраметилтиурамдисульфид, серу, меркаптобензтиазол и диэтиленгликоль, отличающаяся тем, что в качестве фазопереходного вещества композиция содержит парафин С_20-31 при следующем соотношении компонентов, мас. ч. :
Сополимер этилена, пропилена и диена - 100,0
Кислота стеариновая - 0,5-1,5
Оксид цинка - 4,0-6,0
Тетраметилтиурамдисульфид - 1,0-3,0
Сера - 1,5-2,5
Меркаптобензтиазол - 0,5-1,5
Диэтиленгликоль - 5,0-15,0
Парафин С_20-31 - 250,0-350,0

РИСУНКИ

Рисунок 1