Состав для резистивного пленочного нагревателя

 

З.С. Александрова, И.П. Головач, Н;П. Сметанкина и Н.Е, Харитиныч

Ф (72) Авторы изобретения (71) Заявнтель (54) СОСТАВ ДЛЯ РЕЗИСТИВНОГО ПЛЕНОЧНОГО

НАГРЕВАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротермии, а конкретнее к резистивным пленочным нагревателям, которые мо- . гут быть использованы для нагрева и термостатирования различных теплоотдающих устройств с температурой ис- 5 пользования в эксплуатации до 150оС.

Известны резистивные .нагреватели, на основе акриловой смолы и графита, которые обладают малым стабильным

1О удельным сопротивлением при воздействии. высоких температур и влаги $1).

Однако для изготовления нагревателя требуется температура выше ..371оС, которую должна выдерживать . подЛожка, что не всегда возможно. Кроме того, такой нагреватель имеет не высокие. деформационные свойства и поверхности большой площади подвергаются растрескиванию, особенно на жест- 2о ких подложках.

Известна нагревательная ткань, со,стоящая из стеклянной основы в качестве подложки, нагревательного слоя на

2 основе поливинилхлорида и графита, слоя поливинилхлорида, защищающего электропроводящий материал от влаги (2).

Необходимое электросопротивление проводящего слоя достигается соответствующей концентрацией графита. Из-. готовление такого .нагревателя требуеет специального оборудования (вальцы, каландрыJ. Применение данного нагревателя возможно при низкой температуре нагрева, так как .при 140 С начинается разложение полимера, сопровождающееся выделением токсичного хлористого водорода.

Наиболее близким к изобретению является гибкий листовой нагреватель с пленкообразующим высокомолекулярным связующим и углеродным токопроводящим материалом в виде сажи, мелких частиц угля, которые наносятся на пленку связующего в растянутом ее состоянии, после снятия усилия растяжения пленка сжимается и тем самым соэда944162 ет контакт между электропроводящими частицами, обеспечивая необходимое удельное сопротивление.

Такой нагреватель можно создать только на пленке, обеспечить необходимое сопротивление на жесткой подложке невозможно. Также как и невозможно -нанести его íà nîàåðõíoñòü любой формы.

Цель изобретения - расширение об- 1В ласти использования путем выполнения нагревателя в виде покрытия с низкой температурой формирования различной требуемой толщины на подложках различной формы, улучшение санитарно-ги- 1$ гиенических условий эксплуатации и уменьшение стоимости изготовления, повышение равномерности нагрева его по всей площади.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве углеродного материала использован графит, а в качестве связующего взята пленкообразующая композиция, включающая полиизоцианатный аддукт (синтез 2,4 толуилендиизоцианата 3 моля и триметилопропана 1 моль) в растворе циклогексанона, простой олигоэфиргликоль (сополимер тетрогидрофурана с окисью пропилена), молекулярной массы 1000-1200 и циклогексанон. Все компоненты взяты в следующем соотношении, вес.ч.:

703-ный аддукт в циклогексаноне 61,7-54,7

Простой олигоэфир" гликоль 25,5-22 7

3S

Триметилолпропан 2,3-2,0

Графит 29"37

Циклогексанон 52,5-46,6

При взаимодействии изоцианатных

Щ концевых групп аддукта с уретановыми группами образуется структура, когда один и тот же компонент служит для построения линейной цепи и для сшивания. Поэтому пространственная сетка

4$ этого полиуретана имеет почти одинаковые размеры ячеек. Степень поперечного сшивания обеспечивается соотношением между числом изоцианатных групп и общим числом активных атомов водорода СО/ОН=2 . Исходя из этого рассчитывается сухой состав связующего. С целью получения композиции, обеспечивающей оптимальные условия нанесения и формирования тонкого слоя, равномерного по толщине, берется сухой состав массы и циклогексанона в соотношении 1:l. Такой состав компонентов в сочетании с незначительной вязкостью связующего при введении адсорбционно активного графита уже в процессе смещения ориентирует частицы графита, обеспечивая равномерность трехмерной сетки, способствующей равномерному распределению и фиксации частиц, технологичность формирования, высокую скорость гелеобразования, максимальное содержание гель-фракции (99-99,53} и густосетчатую структуру покрытия. 3а счет этого достигается образование электропроводящих цепочек при сравнительно низкой степени наполнения, о чем свидетельствует линейная вольт-амперная характеристика покрытий, наблюдаемая при степени наполнения 283 массовый и выше. При этом обеспечивается достаточно низкое сопротивление (табл.) . Наличие дополнительно сшивающего компонента (триметилолпропана ) и введение в технологию отверждения токовой обработки обеспечивает густосетчатую с высоким содержанием гель-фракции систему, где структурирование сетки преобладает над дефектностью. Температура стеклования предложенных покрытий 50 С, свидетельствующая о том, что покрытие эксплуатируется в высокоэластическом состоянии и обладает высокими деформационными свойствами.

Весовые соотношения состава выбраны из следующих соображений ° При количестве графита менее 29 в.ч. наблюдается нелинейность вольт-амперной характеристики, при содержании его более 37 в.ч. ухудшаются прочность при изгибе нагревателя и увеличивается вязкость, что ухудшает технологичность изготовления. Циклогексанон взят s пределах 52,5-46,6 в.ч., чтобы в сумме с циклогексаноном в

703 аддукте составить соотношение сухой массы и растворителя 1:1, для обеспечения технологичности нанесения состава и формирования покрытия любой толщины и кроме того, оно оптимально для осуществления перемешивания без больших энергозатрат. Компоненты полиизоцианатного аддукта и гидроксилсодержащих частей, состоящей из простого олигоэфиргликоля и триметилпропана выбраны для получения заданного соотношения числа изоцианатных групп и активных атомов водорода, увеличения доли триметилол" пропана влечет к увеличению жесткости и нестабильности системы, а увеличение олигоэфиргликоля — не обеспечива-.

5 9441 ет оптимальной плотности сшивки,максимальной гель-фракции, .полноты реакции уретано-образования. Наличие триметилолпропана обеспечивает высокую сетчатость, содержание гель-фракции

98-994, - уменьшение времени отверждения.

Нагреватель изготавливали на примере конкретных марок материала: в качестве полиизоцианатного аддукта 1О взяли триизоцианат ТТ"75, а простой олигоэфиргликоль взят в виде Лапрола 1102-4-80.

Нагреватель выполняли следующим образом. Компоненты полимерной фазы 1з соединяли, добавляли графит, перемешивали 1-2 мин и эту композицию наносили на подложку. Площадь и толщину токопроводящего нагревательного поля формируют в зависимости от необходимой температуры его эксплуатации и от напряжения источника питания.

Состав покрытия наносили окунанием, наливом, пульверизацией. Точно восКоличество внесенного графита,4 марки удельное. сопротивле ние, Ом см

Марка графита

ЗУЗ-м С-1

29 31 34 37 29 31 34 37

13 5 3 1 20 11 8 5 формула изобретения

Состав для резистивного пленочного нагревателя, содержащий углеродный токопроводящий материал и пленкообразующее полимерное связующее, о тл и ч а ю шийся тем, что, с це" лью расширения области использования, в качестве связующего взята композиция, в которую входят полиизоцианатный аддукт в растворе циклогексанона, простой олигоэфиргликоль молекулярной массы 1000- 1200 триметилолпропан и циклогексанон, в качестве углеродного материала использован графит и все компоненты взяты в следующих соотно" шениях, вес.ч.

70, -ный аддукт в растворе циклогексанона 61,7-54,7

Простой олигоэфиргликоль 25,5-22 7

Тримети лолпропан 2, 3-2,0

Графит 29-37

Циклогексанон 52,5-46,6

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции Г 2241856, кл. H 01 С 7/02, 1975.

2 Патент СПА Г 3876968 кл. 338--211, 1975.

3. Патент Японии t: 51-9 174, кл. Н 05 В 3/12 1976. раж 862 Подписное

Ти

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 производя время пульверизации и со- 2s став, легко достигается хорошая воспроизводимость сопротивления. На неотвержденный состав накладывают электроды из отожженной фольги, а затем систему отверждают 2 ч при 100 С, в результате чего содержание гельфракции в покрытии достигает 84-903. Затем производили токовую тренировку при максимально эксплуатационной температуре 150 С в течение 1 ч в pet

35 зультате чего максимальное содержание гель-фракции в покрытии достигло

99-99,54.

Теплостойкость предлагаемого нагревателя 280 С. Долговечность при

150 С свыше 1000 ч, ресурс нагревателя при 150 С вЂ” 1000 ч.

Испытания показали стабильность удельного сопротивления нагревателя при эксплуатации его в течение

1000 ч и стабильность по массе, что указывает на гигиеничность нагревателя, так как в течение всего срока эксплуатации в атмосферу не выделялись летучие и другие вещества.

Полученные значения удельного со50 противления даны в таблице.

Нагреватель применен и испытан для нагрева и термостатирования рабочей емкости из жаропрочного стекла в устройствах, называемых мармитами. ПриВНИИПИ Заказ 5160/78

62 . в менение данного нагревателя позволило увеличить теплопередающую поверхность, снизит перепад температур между нагревателем и нагреваемой средой и тем самым снизить удельную поверхностную мощность.

Экономический эффект от применения нагревателя в мармитах составил

3425 руб..в год.

Нагреватель может быть применен также в теплоотдающих устройствах в качестве радиаторов, для обогрева различных помещений и технологических процессов, для резисторов, для сушильных агрегатов машин,