ГИБКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК H05B3/28 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве половых или настенных нагревателей, тонких нагревателей для труб, нагревателей, крепящихся под столом, нагревателей для теплиц, в одежде спецназначения, а также при обогреве узлов, приборов и т. п.

Известна конструкция электронагревателя для упаковочной машины, содержащая нагревательную часть, заключенную между слоями электроизоляционного материала, выполненную из отвержденной композиции, состоящей из 48-65 мас. ч. термостойкого органосиликатного материала и 35-52 мас. ч. технического углерода [1] .

Недостатком известной конструкции является высокая температура термообработки (280^оС) и выдержка в течение 2 ч при данной температуре с медленным охлаждением, что делает его жестким и непригодным для гибких нагревательных элементов. Технический углерод, входящий в состав токопроводящего слоя, обладает меньшей электропроводностью, большим выбросом дисперсности частиц, что сказывается на неоднородности температурного поля нагревателя, невысокой химической инертностью.

Известна конструкция низкотемпературного гибкого нагревателя, выполненного из двух слоев электроизоляционного материала, между которыми заключен слой электропроводной полимерной композиции, состоящей из смеси 100 мас. ч. полиэфирной смолы, 100 мас. ч. диизоцианата ТГ и 20-200 мас. ч. графита [2] .

Недостатком известной конструкции является недостаточная эластичность нагревательного устройства, а также отсутствие паро- и газопроницаемости, что необходимо с точки зрения санитарно-гигиенических требований. Этилсиликат N 40 в заявляемом составе относится к гидрофобизаторам (веществам, применяемым для поверхностной обработки различных материалов с целью придания последним водоотталкивающих свойств. При гидрофобизации на обрабатываемой поверхности образуется не сплошное покрытие типа лакового, как у полиуретановой композиции, а тончайший слой вещества (в пределе мономолекулярный), благодаря чему сохраняется эластичность материала, паро- и газопроницаемость. Для отверждения электропроводной полимерной композиции необходимо давление 3 кгс/см² и выдержка при 105^оС 3 ч. Графит, входящий в состав токопроводящего слоя, обладает меньшей электропроводностью, большим разбросом дисперсности частиц, что сказывается на неоднородности температурного поля нагревателя, а также невысокой химической инертностью. Термостойкость органосиликатного связующего выше термостойкости полиуретанового, что расширяет температурный диапазон гибкого нагревателя.

Задачей предложенного технического решения является создание гибкого полимерного нагревателя.

Техническим результатом при использовании данного нагревателя является повышение эластичности нагревателя, обеспечение паро- и газопроницаемости, увеличение диапазона рабочих температур от 35 до 300^оС, что расширяет область его применения.

В гибком электронагревателе, содержащем по меньшей мере два изоляционных тканых основания, между которыми расположены токопроводящие слои, которыми они пропитаны, выполненные из термообработанной смеси термореактивного полимерного связующего и графитового наполнителя, токоподводы и изоляционное покрытие, токопроводящий слой выполнен из термообработанной при комнатной температуре смеси из малозольного высокодисперсного порошка сухого термографита и гидролизованного раствора этилсиликата при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Гидролизованный раствор
этилсиликата N 40 83-87
Сухой термографит С-1 13-17
На фиг. 1 изображен нагреватель, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - нагреватель в аксонометрии.

Нагреватель состоит по меньшей мере из двух изоляционных оснований 1, между которыми расположены токопроводящие слои 2, которыми они пропитаны, и токоподводы 3, механического крепления 4, с помощью которого изоляционные основания скреплены между собой по линии расположения токоподводов и внешней изоляции 5.

Гибкий полимерный нагреватель работает как при безопасном напряжении 12-36 В в зависимости от его размеров и необходимой рабочей температуры, так и при напряжениях 36-220 В и может эксплуатироваться как от сети переменного тока, так и от сухого источника постоянного тока.

Выбор процентного состава слоя 2, обеспечивающего гибкость полимерного нагревателя, а также возможность расширения диапазона его рабочих температур, подтверждается следующими примерами его изготовления.

П р и м е р 1. Готовят токопроводящую композицию для слоя 2.

Приготавливают гидролизованный раствор этилсиликата N 40 из следующих компонентов:
этилсиликат 40 (ТУ 6-02-841-76
или ГОСТ 26371-84) - 4 л
фракция головного
этилового спирта (ФГЭС)
ОСТ 18-121-20 или спирт
б/у креп. >89 - 6 л
соляная кислота
(ГОСТ 1382-69) - 70 см³ дистиллированная вода - 0,6 л
Отмеряют необходимое количество компонентов. Выливают в гидролизер фракцию этилового спирта, затем воду, подкисленную кислотой, и перемешивают в течение 1-2 мин. Этилсиликат вливают отдельными порциями при перемешивании и температуре Т ≅ 40^оС.

Температуру регулируют этилсиликатом и водой в гидролизере. Охлаждают до комнатной температуры.

В стакан быстроходной бисерной мельницы загружают 200 г гидролизованного этилсиликата N 40 и 30 г сухого термографита С-1 ОСТ 6-08-431-75. Добавляют в качестве диспергирующего агента 200 см³ стеклянного бисера при частоте 2000 мин^-1. Мельницу выключают, суспензию отфильтровывают через металлическое сито N 0071 по ГОСТ 6613-73.

Полученный состав токопроводящей композиции, мас. % :
Гидролизованный раствор
этилсиликата N 40 87
Сухой термографит С-1 13
Две подложки 1 из стеклоткани Т-10-80 ГОСТ 19170-73 размером 150х150 мм укладывают на пропиточный стол и шпателем наносят на одну сторону один слой токопроводящей композиции 2 ровным слоем. Сушат при комнатной температуре (18-20^оС) 20 мин. Данную композицию можно наносить ручным пневматическим краскораспылителем при рабочем давлении сжатого воздуха в сети 0,29-0,39 МПа по три слоя на одну сторону подложки во взаимно перпендикулярных направлениях. Подложки должны быть пропитаны композицией тщательно.

Отрезают два медных электрода длиной 200 мм, шириной 15 мм и толщиной 0,05-0,1 мм.

При изготовлении длинных нагревателей для большей токопроводности желательно увеличить толщину электродов до 0,1 мм. Укладывают между двумя подложками (токопроводящим слоем внутрь) параллельно медные электроды 3, отступив от края 5-10 мм, и механически скрепляют между собой подложки по линии расположения токоподводов с помощью металлических скоб 4 к сшивателю бумаг с шагом 20-30 мм или прошивают их на швейной машинке медной или стальной проволокой диаметром 0,1-0,2 мм двумя параллельными швами на расстоянии 5-10 мм друг от друга. Сухую заготовку снаружи обкладывают с двух сторон электроизоляционными пластиковыми листами полиэфира 5 толщиной 0,1 мм. Пластиковые листы имеют ширину на 10-20 мм больше, чем ширина подложки. Сверху и снизу кладут листы целлофана в качестве антиадгезионного слоя и помещают сборку между плитами холодного пресса. Дают давление 1 МПа и включают обогрев. Прогревают до 200^оС и выдерживают 3-5 мин. Включают охлаждение и после полного охлаждения образец вынимают. Общее электрическое сопротивление образца 3000 Ом. Температура нагревателя (65+5)^оС. Данный нагреватель обладает герметичностью. При температуре ≥ 85^оС электроизоляционный слой 5 состоит из двух слоев стеклоткани Т10-80 ГОСТ 19170-73 или кремнеземной ткани КТ-11ТО ОСТ6-19-526-87 или термостойкой бумаги "Фенилон", которые прострочены по периметру хлопчатобумажными нитками.

П р и м е р 2. Нагреватель получают по технологии, изложенной в примере 1, при этом состав токопроводящей композиции следующий, мас. % :
Гидролизованный раствор
этилсиликата N 40 85
Сухой термографит С-1 15
П р и м е р 3. Нагреватель изготовлен по примеру 1, но состав токопроводящей композиции следующий, мас. % :
Гидролизованный раствор
этилсиликата N 40 83
Сухой термографит С-1 17
П р и м е р 4. Нагреватель получен по примеру 3, только состав токопроводящей композиции наносят на одну сторону подложки в два слоя, после высыхания первого слоя.

П р и м е р 5. Нагреватель получен по примеру 3, только состав токопроводящей композиции наносят на одну сторону подложки в 4 слоя, после высыхания каждого слоя.

П р и м е р 6. Нагреватель получен по примеру 3, только состав токопроводящей композиции наносят на одну сторону подложки в 3 слоя, после каждого слоя.

Электрические и механические свойства нагревателей по примерам 1-6 представлены в таблице. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1613384, кл. H 05 B 3/14, 1990.

2. Авторское свидетельство СССР N 180270, кл. H 05 B 3/14, 1966.

Использование: электронагрев. Сущность: гибкий электронагреватель содержит два изоляционных тканых основания, между которыми размещены токопроводящие слои, пропитывающие поры оснований. Нагреватель содержит токоподводы и наружные изоляционные покрытия. Токопроводящий слой выполнен из смеси термообработанных при комнатной температуре компонентов, мас. % : гидролизованный раствор этилсиликата - 40,83 87, сухой термографит С-1 - 13 17. Изобретение расширяет область использования гибких нагревателей. 3 ил.

ГИБКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ, содержащий по меньшей мере два изоляционных тканых основания, пропитанных материалом расположенных между ними токопроводящих слоев, выполненных из смеси термообработанных термореактивного полимерного связующего и графитового наполнителя, токопроводы и наружное изоляционное покрытие, отличающийся тем, что токопроводящий слой выполнен из термообработанной при комнатной температуре смеси малозольного высокодисперсного порошка сухого термографита С-1, взятого в качестве графитового наполнителя, и гидролизованного раствора этилсиликата-40 - в качестве указанного связующего при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Гидролизованный раствор этилсиликата-40 83 - 87
Сухой термографит С-1 13 - 17