ТЕРМОРЕЗИСТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ АСФАЛЬТА ПРОПАНОВОЙ ДЕАСФАЛЬТИЗАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК H01C7/00 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в технологии получения терморезистивных материалов для приборов, предназначенных для термостатирования объектов при фиксированных значениях температуры, например терморезисторов, нагревательных элементов и регуляторов температуры.

В настоящее время довольно остро стоит вопрос утилизации асфальта пропановой деасфальтизации, а в связи с тенденцией к утяжелению добываемых нефтей эта проблема становится еще важнее.

В работе [Доломатов М.Ю., Масленников В.А., Челноков Ю.В. Исследование и применение продукта переработки тяжелых нефтяных остатков // В сб.: Исследования в области охраны окружающей среды. - М.: НИИТЭНефтехим, 1991] установлено, что асфальт пропановой деасфальтизации обладает значительным температурным коэффициентом сопротивления: при увеличении температуры на 100°С удельное сопротивление падает в 10000 раз. Вышеуказанное свойство позволяет рассматривать асфальт пропановой деасфальтизации как сырье для получения терморезистивных материалов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является терморезистивный материал [А.С. СССР 1372375, кл. Н01С 7/02, опубл. 07.02.1988], включающий органическую основу, при этом в качестве органической основы он содержит органическое соединение, имеющее температуру фазового перехода твердое тело-жидкость в заданном интервале регистрируемых температур, и дополнительно содержит углеродистый материал и аэросил при следующем соотношении компонентов, об.ч.: органическое соединение 100, углеродистый материал 10-41, аэросил 5-20. Материал получали путем смешивания расчетных количеств органического соединения, углеродистого материала и аэросила, механического перемешивания смеси при температуре на 5-20°С выше температуры плавления органического соединения, диспергирования полученной композиции и повторного перемешивания для придания композиции однородности состава. В качестве органического соединения может использоваться бензофенон, дифенил, парафин, пальмитиновая кислота, 4-циано-4-октилоксидифенил, 1,8-диметилнафталин. Использование материала позволяет повысить точность поддержания температуры приборами, изготовленными на его основе, а за счет выбора органической основы с различными температурами плавления расширить температурный диапазон прибора. Известный терморезистивный материал в области фазового перехода имеет высокий положительный температурный коэффициент сопротивления.

Недостатками указанного метода являются относительная сложность изготовления терморезистивного материала, а также резкий скачок температурного коэффициента сопротивления в области фазового перехода. Кроме того, материал, предложенный в аналоге, неоднороден и состоит из крупнодисперсных частиц, вызывающих перколяционные эффекты электропроводности, которые приводят к зависимости электропроводности от плотности упаковки дисперсных частиц. При небольших плотностях упаковки затрудняется перенос заряда между отдельными частицами, что приводит к повышению сопротивления и снижению температурного коэффициента сопротивления, что является нежелательным.

Целью изобретения является повышение термостойкости материала, выравнивание температурного коэффициента сопротивления по всему интервалу измеряемых температур, избавление от перколяционного эффекта электропроводности и расширение сырьевой базы терморезистивных материалов.

Цель изобретения достигается тем, что терморезистивным материалом является асфальт пропановой деасфальтизации, представляющий собой концентрат асфальтосмолистых веществ и высокомолекулярных нафтеновых соединений.

Терморезистивный материал на основе асфальта пропановой деасфальтизации получили следующим способом. Асфальт пропановой деасфальтизации нагревали до температуры размягчения и заливали в металлическую ячейку для придания определенной формы и размера.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) терморезистивного материала измеряли следующим образом. В исследуемый образец терморезистивного материала с двух краев помещали два электрода. С помощью цифрового милливольтметра измеряли сопротивление образца между двумя электродами. Температуру контролировали термопарой, спай которой был помещен между электродами. Удельное электрическое сопротивление ρ (Ом·м) рассчитали по известной зависимости:

где ΔU - падение напряжения, В;

I - сила тока, А;

S - сечение исследуемого образца, м²;

l - расстояние между электродами, м.

В таблице 1 представлена численная характеристика влияния температуры на удельное сопротивление терморезистивного материала.

Таблица 1 Влияние изменения температуры на изменение удельного сопротивления терморезистивного материала Температура, °С Удельное сопротивление, Ом·м 20 5,38·10¹² 45 1,70·10¹¹ 50 3,45·10¹⁰ 60 4,76·10⁹ 65 3,12·10⁹ 70 1,49·10⁹ 75 1,49·10⁹ 80 1,27·10⁹ 120 5,77·10⁹

На рис.1 представлен график зависимости десятичного логарифма удельного сопротивления терморезистивного материала от температуры.

Данная зависимость имеет коэффициент корреляции по линии Тренда ≈0,99, то есть температурный коэффициент сопротивления носит абсолютно линейный характер, что свидетельствует о его выравнивании по всему интервалу измеряемых температур.

Таким образом, терморезистивные элементы, выполненные на основе асфальта пропановой деасфальтизации, не требуют дополнительного градуирования.

Асфальт пропановой деасфальтизации имеет температуру фазового перехода около 500°С, терморезистивный материал на его основе более термостойкий, чем материал, предложенный в аналоге. Указанное свойство асфальта пропановой деасфальтизации значительно расширяет диапазон измеряемых температур.

Однородность терморезистивного материала на основе асфальта пропановой деасфальтизации позволяет избавиться от перколяционного эффекта электропроводности и не допускает изменений электропроводящих характеристик при изготовлении на его основе терморезистивных устройств.

Кроме того, асфальт пропановой деасфальтизации является побочным продуктом при очистке масел, что позволяет добиться расширения сырьевой базы терморезистивных материалов.

Использование асфальта пропановой деасфальтизации в качестве терморезистивного материала позволяет частично решить проблему его утилизации, снизить стоимость терморезистивных элементов, расширить диапазон измеряемых температур. При этом материал на основе асфальта пропановой деасфальтизации не имеет перколяционного эффекта электропроводности и не требует дополнительной градуировки измерительных элементов, выполненных на его основе.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в технологии получения терморезистивных материалов для приборов, предназначенных для термостатирования объектов при фиксированных значениях температуры, например терморезисторов, нагревательных элементов и регуляторов температуры. Предложено использование в качестве терморезистивного материала асфальта пропановой деасфальтизации, представляющего собой концентрат асфальтосмолистых веществ и высокомолекулярных ароматических и нафтеноароматических соединений. Технический результат: повышение термостойкости материала, выравнивание температурного коэффициента сопротивления по всему интервалу измеряемых температур, избавление от перколяционного эффекта электропроводности и расширение сырьевой базы терморезистивных материалов. 1 ил., 1 табл.

Терморезистивный материал, содержащий органическую основу, отличающийся тем, что в качестве органической основы используется асфальт пропановой деасфальтизации, представляющий собой концентрат асфальтосмолистых веществ и высокомолекулярных нафтеновых соединений.