СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1996 года по МПК H01B1/20 B32B15/20 

Изобретение относится к области создания электропроводящих композиционных материалов, которые могут быть использованы при изготовлении гибких электронагревательных элементов, широко применяемых для обогрева бытовых и производственных помещений.

Известен способ получения многослойного композиционного материала, включающий формирование пакета из электропроводящих и изолирующих слоев, где электропроводящие слои выполняют в виде тонкого слоя алюминия, а электроизолирующие слои из стекловолокна, соединение слоев с помощью лака и горячее прессование пакета. (заявка Франции N 2.617430, кл. В 32 В 25/20 - прототип).

Недостатком настоящего способа является относительная недолговечность нагревательных элементов, выполненных из композиционного материала, связанная с возможностью перегрева вследствии линейной зависимости силы тока, протекаемого в материале, при изменении внешнего напряжения. Кроме того, электроизолирующий слой из стекловолокна не обладает достаточной прочностью и формоустойчивостью, а изготовление материала требует применения прессового оборудования, усложняющего процесс производства электроизолирующего материала.

Задачей изобретения является создание прочного и долговечного электропроводящего композиционного материала, обеспечивающего саморегулировку температурного режима при его использовании в качестве нагревательного элемента в заданном интервале температур в течение длительного времени эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что формируется пакет из электропроводящего слоя, заключенного между электроизолирующими слоями из стеклоткани, причем электропроводящий слой выполняют из поликапроамидной ткани, содержащей саженаполненную нить, с исходным удельным поверхностным сопротивлением 100-230 Ом, стеклоткань пропитывают эпоксидной смолой с температурой отверждения не более 140^oС до ее содержания 28 40% от массы слоя, и выдерживают пакет при статической нагрузке 0,3 4,5 кг/см² и температуре 120 140^oС.

Содержание эпоксидной смолы при пропитке стеклоткани не должно быть ниже 28% от массы электроизолирующего слоя, чтобы обеспечить его полную и равномерную пропитку, и не должно превышать 40% т.к. при этом снижается адгезия слоев и нарушается монолитность, композиционного материала. Выдерживание композиционного материала при статической нагрузке 0,3 - 4,5кг/см² позволяет достигнуть равномерной пропитки и высокой прочности соединения слоев без использования прессового оборудования. При этом уменьшение температуры прессования ниже 120^oC препятствует полному отверждению связующего, а увеличение свыше 140^oС вызывает его деструкцию и потемнение нагревательной поверхности. Нужно иметь также в виду, что увеличение верхних параметров увеличивает напряжение внутри системы, что нарушает эффект терморегулирования.

Применение в качестве токопроводящего слоя поликапроамидной ткани, содержащей саженаполненную нить, с исходным удельным поверхностным сопротивлением 100 230 Ом обеспечивает в совокупности с остальными параметрами способа эффект стабилизации тока (при увеличении напряжения при прохождении тока через такой композиционный материал уменьшает соотношение мощности к напряжению, что снижает теплоотдачу и исключает перегрев). Благодаря этому свойству при изготовлении из данного композиционного материала электронагревательных элементов обеспечивается высокая долговечность (более 600 тыс. ч) в рабочем интервале температур (70 120^oС).

Способ реализуется следующим образом.

Подготавливают электроизолирующий слой из стеклоткани (ГОСТ 19170 79) путем ее пропитки связующим эпоксидной смолой. В качестве эпоксидной смолы может быть использована любая смола этого ряда с t отверждения не выше 140^oC, например, ЭДT 10П, представляющая собой эпоксидную смолу КДА или КДА 2 (ТУ 6-05-1380-76) (эпоксидиановую смолу ЭД 20, модифицированную алифатической смолой ДЭГ 1), отвержденную ТЭАТ (триэтаноламинтитанатом (ТУ 6-05-1860-78)). Из смеси КДА и ТЭАТ (100 в.ч. и 10 в.ч. соответственно) готовят 50 60% раствор ацетоноспиртовой смеси (соотношение спирт: ацетон 2 1). Связующее наносят на ткань на пропиточной машине до содержания 28 40 мас. и подсушивают при температуре не выше 100^oC. Количество летучих при этом 0,6-3 мас. (см. чертеж).

В качестве токопроводящей ткани используют ткань типа НАСТэлектро (ТУ 6-06-И82-85), содержащую поликапроамидную и токопроводящую саженаполненную нить.

На подготовленную инструментальную плиту через разделительный слой укладывают несколько пакетов, сформированных из поочередно уложенных в следующем порядке слоев: пропитанная смолой стеклоткань токопроводящая ткань с прикрепленными на ней электродами пропитанная смолой стеклоткань. При изготовлении нагревательных элементов в качестве наружных слоев дополнительно укладывают слои декоративного материала, например, ситца или декоративной пленки. Уложенные таким образом пакеты накрывают стальной плитой, обеспечивающей статическую нагрузку О, 3 4,5 кг/см² и термообрабатывают при 120 140^oС 4 5 ч.

Для обеспечения безопасности полученного электропроводящего композиционного материала пакеты вакууммируют в течение 10-12 ч, при 120 - 150^oC и вакууме 650 мм рт.ст.

На чертеже приведена зависимость температуры на поверхности сформированного электропроводящего материала от удельной мощности материала при различных параметрах его получения.

Кривая 1 композиционный материал, полученный при содержании смолы в стеклоткани 28% и температуре прессования 120^oС;
Кривая 2 содержание смолы 32% при температуре прессования 130^oС;
Кривая 3 содержание смолы 40% при температуре прессования 140^oС;
Во всех случаях удельное поверхностное сопротивление ткани 160 Ом.

Кривая 4 прототип.

Перегиб на графике связан со стабилизацией тока при увеличении рабочего напряжения и доказывает высокую надежность материала при использовании его в нагревательных элементах в сравнении с известными.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления многослойного композиционного материала обеспечивает создание долговечного и прочного материала, обеспечивающего саморегулировку температурного режима, что исключает его перегрев и увеличивает ресурс работы.

Использование: изобретение относится к области создания электропроводящих композиционных материалов, которые могут быть использованы при изготовлении гибких электронагревательных элементов, широко применяемых для обогрева бытовых и производственных помещений. Задачей изобретения является создание прочного и долговечного электропроводящего композиционного материала, обеспечивающего саморегулировку температурного режима в заданном интервале температур в течение длительного времени эксплуатации. Сущность изобретения: формируют пакет из электропроводящего слоя, расположенного между электроизолирующими слоями из стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой с низкой температурой отверждения до ее содержания в слое 28-40%. Элекропроводящий слой выполняют из поликапроамидной ткани, содержащей саженаполненную нить с исходным удельным поверхностным сопротивлением 100-230 Ом. Пакет формируют при температуре 120-140<198>С и статической нагрузке 0,3 - 4,5 кг/см<M^>2<D>. 1 ил.

Способ получения многослойного композиционного электропроводящего материала, включающий формирование пакета из электропроводящего слоя, заключенного между электроизолирующими слоями из стеклоткани, соединение его слоев полимерным связующим и выдерживание пакета под давлением при повышенной температуре, отличающийся тем, что электропроводящий слой выполняют из поликапроамидной ткани, содержащей саженаполненную нить, с исходным удельным поверхностным сопротивлением 100-230 ом, стеклоткань пропитывают эпоксидной смолой ЭДТ-10 П с температурой отверждения до 140^oС до ее содержания 28-40% от массы слоя, и выдерживают пакет при статической нагрузке 0,3-4,5 кг/кв.см и температуре 120-140^oС до содержания летучих не более 3%