Электропроводящий полимерный композиционный материал для нагревательных элементов

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - повышение электропроводности и положительного температурного коэф, сопротивления . С этой целью в полимерный материал , содержащий, мас.%: политетрафторэтилен 53,0-75,0 и кокс 12,0- 20,0 введены, мас.%: графит 8,0- 15,0, ферроцен 1,0-5,0 и сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом 3,0-7,0. Материал получают смешением компонентов, сушкой в вакуумшкафу, холодным прессованием и спе-. канием. Испытания проводились на образцах-лопатках. 1 ил. (Л tc со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) GD4НО5В3 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н A BYGPCHGMV СВИДЕТЕЛВСТВУ (21) 4031820/24-07 (22) 04 ° 03.86 (46) 23.12.87. Бюл. ¹ 47 (71) Институт физико-технических проблем Севера Якутского филиала СО

АН СССР (72) А.В. Виноградов, Н.А. Коваленко, Ю.П. Козырев, Л.Г. Мунтян и И.Н.Черский (53) 621.3.036.069(088.8) (56) Гуль В.Е. и др. Электропроводящие полимерные материалы. — M.:

Химия, 1968, с. 248.

Химические волокна, 1978, № 5, с. 13-14. (54) ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЙ ПОЛИМЕРНЫЙ

КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — повышение электропроводности и положительного температурного коэф. сопротивления. С этой целью в полимерный материал, содержащий, мас.Ж: политетрафторэтилен 53,0-75,0 и кокс 12,020,0 введены, мас.7: графит 8,015,0, ферроцен 1,0-5,0 и сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом 3,0-7,0. Материал получают смешением компонентов, сушкой в вакуумшкафу, холодным прессованием и спе-. канием. Испытания проводились на образцах-лопатках. 1 ил.

361729 2

1

Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно к электропроводящим полимерным материалам с положительным температурным коэффициентом сопротивления, содержащим полимеры-диэлектрики и высокодисперсные неорганические наполнители, и может быть использова- . но для изготовления электронагревательных элементов, резисторных устройств с положительным температурным коэффициентом сопротивления, применяющихся в теплонагревательных трубопроводах для сварки полимеров.

Цель изобретения — повышение удельной электропроводности и положительного температурного коэффициента сопротивления материала в области температур 150-250 С.

На чертеже приведены кривые проводимости, Электропроводящий материал содержит политетрафторэтилен, кокс, сополимер, тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, графит и ферроцен при следующих соотношениях ингредиентов > мас, Политетрафторэтилен 53-75

Сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом 3-7

Кокс 12-20

Графит 8,0-15

Ферроцен 1-5

Материал готовят из следующих компонентов.

Порошок политетрафторэтилена (фторопласт-4) представляет собой вещество белого цвета, рыхлое, волокнистое, легко комкующееся при хранении. Разрушающее напряжение при растяжении 14-25 МПа, относительное удлинение при разрыве 25-50, удельное объемное сопротивление 10

10 OM.ì.

Сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом (фторопласт

4МБ марки ВН) имеет т,пл. 265-285 С, разрушающее напряжение при растяжении 16-26 МПа, показатель текучести расплава при 300 С 2,0-8,0 г/10 мин.

Содержание в нем гексафторпропилена

15-20 мол. .

Кокс литейный мелкодисперсный марки КЛ-1 имеет размер частиц 105

40 мкм, коэффициент теплопроводности

0,42 10 Вт/м.

Графит карандашный марки 3 КА с размером частиц 10-40 мкм, коэффициентом теплопроводности 0,60 10 Вт/м, Ферроцен l(CzH )> Fef. — твердое металлоорганическое соединение темнокрасного цвета с т.пл, 173 С и т.разл. 400 С.

Введение в политетрафторэтилен именно смеси наполнителей кокса, графита, ферроцена позволяет получить, .электропроводящий полимерный материал с высоким положительным температурным коэффициентом сопротивления и удельной электропроводностью, а сочетание двух полимеров одной химической природы, но характеризующихся различной вязкостью расплава позволяет улучшить технологические качества полимерного материала, а также улучшить физико-механические показатели, например, прочность предлагаемого электропроводящего материала, его перерабатываемость в изделие и придание рабочей поверхности антиадгезионных свойств, обеспечивающих отсутствие налипания свариваемых материалов на нее и высокое качество сварного шва.

Как видно из приведенного чертежа графика, введение именно смеси наполнителей кокса, графита и ферроцена (кривые 1 и 2) приводит к значительному во всем исследуемом диапазоне температур увеличению проводимости предлагаемой электропроводящей полимерной композиции как минимум на два десятичных порядка по сравнению с проводимостью известной композиции (кривая 3). При сравнении кривых 1 и 2 видно, что увеличение содержания ферроцена с 1,0 (кривая

1) до 5 (кривая 2) мас. . приводит к увеличению проводимости на один десятичный порядок, Причем композиция ферроцена с политетрафторэтиленом и сополимером тетрафторэтилена с гексафторпропиленом не является проводящей, а также не является достаточно проводящей и композиция, содержащая сочетание кокса и графита даже при содержании в композиции

12-20 мас. кокса и 8,0-15,0 мас. графита.

Пример 1. 53 г политетрафторэтилена, предварительно высушенного при 100-120 С в течение 2 ч, 1361729 размолотого и просеянного через сито Р 1, смешивают в вибромельнице с 7 r сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, прдготовленных так же, как и политетрафторэтилен, Затем к смеси полимеров добавляют последовательно 20 г кокса, 15 г графита, 5 г ферроцена. Перемешивание композиции проводят после добавления каждого ингредиента в течение 30 с и после введения последнего из них — еще 2 мин.

Полученную композицию сушат при

100-120 С в течение 2 ч в сушильном вакуум-шкафу. Высушенную композицию помещают в пресс-форму и прессуют изделие при удельном давлении 3050 МПа. Спекают изделие в электроо печи при 370+5 С в течение 2 ч. Охлаждение спеченных изделий проводят непосредственно в печи.

Исследование свойств предлагаемых материалов проводят на стандартных образцах-лопатках. Для определения удельного сопротивления предлагаемого электропроводящего композиционного полимерного материала в широкие части образца лопатки впрессовывается латунная сетка с ячейкой

0,2 мм, по всей поверхности, к которой прижимаются металлические электроды с проводниками, Подготовленный таким образом образец подключают к цифровому омметру и помещают в термокамеру, с помощью которой и производится нагрев образцов-лопаток.

Температура образца регистрируется с помощью термопары, помещенной в образец, и самописца, Измерения проводят в диапазоне температур 50250 С дискретно через 10 С с выдержкой при каждой температуре в течение

10 мин. Результаты измерений представляют собой зависимости р от Т, приведенные на чертеже, Предел прочности при растяжении определяется на лопатках при комнатной температуре на испытательной машине.

Пример 2. 75 г политетрафторэтилена и 3 г сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом. подготавливают и смешивают по примеру 1. Затем к смеси полимеров добавляют последовательно 12 г кокса, 9,0 г графита и 1,0 r ферроцена, а и полученную композицию прессуют

Электропроводящий полимерный композиционный материал для нагревательных элементов, содержащий политетрафторэтилен и кокс, о т л и ч а ю50 шийся тем что с целью повы1 1 шения удельной электропроводности и положительного температурного коэффициента сопротивления, он дополнительно содержит графит, ферроцен и сополимер тетрафторэтилена с гек55 сафторпропиленом при следующих соотношениях компонентов, мас.7.:

Политетрафторэтилен . 53-75

40 в иэделие и определяют характеристики по примеру 1, Испытания электропроводящего поли мерного материала предлагаемого состава в составе сварочного аппарата для сварки труб из полиэтилена

D = 160 мм показали увеличение его работоспособности 2,5-3 раза, обусловленное отсутствием терморегулирующих устройств, а также практичес- . ки полным отсутствием налипания свариваемого материала на рабочей поверхности нагревательного элемента за счет его высоких антиадгезионных свойств.

Увеличение или уменьшение процент ного содержания наполнителей значительно снижает служебные характеристики предлагаемого материала. Уменьшение содержания наполнителя приводит к значительному падению проводимости материала, а повышение — к снижению прочностных характеристик материала и антиадгезионных свойств рабочей поверхности нагревателя.

Высокий положительный температурный коэффициент сопротивления р (0,035 град - ) при 180-250 С, а также низкое удельное сопротивление

g(p=1 Ом м при 250 С) позволяют получить на основе электропроводящего полимерного материала предлагаемого состава нагревательный элемент для сварки труб из термопластов с рабо0 чей температурой до 250 С. При этом температура нагревателя практически не зависит от колебания напряжения электрической сети, что позволяет обходиться без стабилизирующего устройства и повышает надежность нагревательного элемента при работе в полевых условиях, формула изобретения

1361729 р,Ои м

Составитель А.Ходатаева

Техред И.Попович Корректор М.Пожо

Редактор Е.Папп

Заказ 6304/57

Тираж 799 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

С ополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом

Кокс

Графит

Ферроцен о юо co zoo zoo

Температура Т, с

3-7

12-20

8-15

1-5