КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1999 года по МПК C09K5/06 

Изобретение относится к составам для получения теплоаккумулирующих материалов (ТАМ), которые могут быть использованы в качестве защиты от многократных нагревов приборов и оборудования в различных областях техники.

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 состав (а.с. 1715815), включающий полиэтилен и предельную органическую кислоту, используемую в качестве рабочего тела. Наибольшая температура стабилизации достигает 70 - 80^oС. Состав позволяет получать материалы, сохраняющие форму в течение 2 часов при температуре 120^oС. При более высоких температурах или более длительных временах использования материал данного состава теряет форму и стекает с защищаемой поверхности.

Известен также теплоаккумулирующий материал на основе полиэтилена, поверхность гранул или волокон которого обработана аргоновой ионной плазмой с температурой накопления тепла (или теплосъема) 130^oС (пат. США 4463799). Ограниченный размер частиц или волокон (до 3 мм) с довольно большой толщиной поверхностного устойчивого слоя (0,3 - 1,0 мм) значительно уменьшает теплопоглощающую способность материала. Недостатком материала является также то, что его можно использовать только в дисперсном состоянии в контакте с жидким теплоносителем. Отформовать покрытия из данного материала невозможно. Кроме того, получение материала требует сложного аппаратурного оснащения.

Наиболее близкой из известных теплоаккумулирующих материалов по назначению и технологии изготовления и выбранная нами в качестве прототипа является композиция, состоящая из органического каучука - сополимера этилена, пропилена и дициклопентадиена, смеси твердых углеводородов в качестве фазопереходного вещества (церезин), вулканизующей группы, включающей оксид цинка, тетраметилтиурамдисульфид, меркаптобентиазол, серу и технологических добавок - стеариновой кислоты и диэтиленгликоля. Технология изготовления материала соответствует стандартной технологии резинового производства (заявка РФ N 93045929/04 от 27.09.93).

Этот состав позволяет получить материал, обеспечивающий температуру стабилизации 80^oС, имеет сравнительно невысокую прочность при растяжении (не превышает 26 кг/см²) и широкий температурный интервал эндотермического эффекта (в интервале температур 40 - 90^oС).

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание композиции для теплоаккумулирующего материала, обеспечивающего температуру стабилизации 125^oС, обладающего высоким суммарным эндотермическим тепловым эффектом в более узком температурном диапазоне и повышенными прочностными свойствами.

Для решения поставленной задачи предлагается композиция для теплоаккумулирующего материала на основе органического каучука - хлорсульфированного полиэтилена, вулканизующей группы, содержащей оксид магния и органический ускоритель вулканизации: тетраметилтиурамдисульфид, стеариновую кислоту в качестве технологической добавки и дополнительно композиция содержит дифенилгуанидин в качестве органического ускорителя вулканизации и полиэтилен в качестве фазопереходного вещества при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Хлорсульфированный полиэтилен - 100
Полиэтилен - 200 - 350
Оксид магния - 10 - 25
Кислота стеариновая - 1 - 6
Тетраметилтиурамдисульфид - 1 -3
Дифенилгуанидин - 0,3 - 0,8
В качестве фазопереходного вещества использовался полиэтилен высокой плотности (ТУ 6-051870-79).

В составе используется хлорсульфированный полиэтилен (ТУ 6-01-1415-90), оксид магния (ГОСТ 4526-75), тетраметилтиурамдисульфид (ГОСТ 740-67), дифенилгуанидин (ГОСТ 5-1350-72), стеариновая кислота (ГОСТ 9419-72).

Неожиданным эффектом заявляемого изобретения является то, что при температурах от 100^oС до 150^oС отмечается скачкообразное увеличение удельной теплоемкости от 2,30 до 6,00 кДж/кг•град, и коэффициента теплопроводности с 2,0 х 10⁷ до 8,20 х 10⁷ м²/сек.

Технология изготовления предлагаемого материала соответствует стандартной технологии переработки резиновых материалов и заключается в последовательном введении компонентов и перемешивании на вальцах или в резиносмесителе, калибровке заготовок и компрессионном формовании покрытий при температуре 143 + 2,0^oС и удельном давлении 5 кг/см².

По вышеописанной технологии изготовлены образцы материалов с различным содержанием компонентов (см. таблицу).

Испытания физико-механических свойств проведены 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, температурный интервал реализации эндотермического эффекта определяли методом дифференциального термического анализа.

Состав композиции и свойства заявляемого материала и материала-прототипа приведены в таблице. Из представленной таблицы видно, что предлагаемый материал обеспечивает стабилизацию температуры на уровне 125^oС, имеет более узкий температурный интервал реализации эндотермического эффекта, чем материал-прототип (25^oС вместо 60^oС).

Формоустойчивость и суммарный эндотермический тепловой эффект на уровне свойств материала-прототипа.

Предложенная композиция удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к теплоаккумулирующим материалам, применяемым в качестве защитных покрытий приборов и оборудования, чувствительных к перегревам. Покрытия из материала данной композиции позволяют обеспечить многоразовую защиту при сохранении температуры внутри прибора до 125^oС. Высокая формоустойчивость позволяет использовать материал при температурах, значительно превышающих температуру фазового перехода наполнителя. Высокий суммарный эндотермический эффект и его реализация в узком интервале температур позволяет защитить приборы и оборудование от значительных внешних тепловых потоков при сохранении внутри приборов постоянной температуры в течение длительного времени.

Высокие прочностные свойства материала позволяют использовать его в виде самостоятельных покрытий, не требующих дополнительных конструкций.

Изобретение относится к композициям для получения формоустойчивых теплоаккумулирующих материалов, используемых в качестве покрытий, обеспечивающих многоразовую защиту от перегрева приборов и оборудования в различных областях техники. Описывается композиция для теплоаккумулирующего материала, содержащая органический каучук, оксид металла, тетраметилтиурамдисульфид, стеариновую кислоту, отличающаяся тем, что в качестве органического каучука используют хлорсульфированный полиэтилен, в качестве оксида металла - оксид магния и дополнительно дифенилгуанидин и полиэтилен при следующем соотношении компонентов, мас. ч. : хлорсульфированный полиэтилен 100; полиэтилен 200-350, оксид магния 10-25, тетраметилтиурамдисульфид 1-3, дифенилгуанидин 0,3-0,8, кислота стеариновая - 1-6. 1 табл.

Композиция для теплоаккумулирующего материала, содержащая органический каучук, оксид металла, тетраметилтиурамдисульфид, стеариновую кислоту, отличающаяся тем, что в качестве органического каучука используют хлорсульфированный полиэтилен, в качестве оксида металла - оксид магния и дополнительно дифенилгуанидин и полиэтилен при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Хлорсульфированный полиэтилен - 100
Полиэтилен - 200 - 350
Оксид магния - 10 - 25
Тетраметилтиурамдисульфид - 1 - 3
Дифенилгуанидин - 0,3 - 0,8
Стеариновая кислота - 1 - 6