Способ изготовления проводника

 

ОП ИСАНИЕ()8() óçâö

ИЗЬБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 17,05.79 {21) 2768674/24-07 (5l)M. Кл.

Н01 В 1/04 с присоединением заявки М

Государстванный квинтет

СССР (28) Приоритет—

Опубликовано 23.02.81. Бюллетень М 7 ао девам изобретений и открытий (5З) УЙК 621.315 (088.8) Дата опубликования описания 25 02 81 (72) Авторы изобретения

М. Д. Малей и Л. С. Малей (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам изготовления провод. ников из утлеродного волокна,и может быть использовано в электротехнической промышленности при изготовлении нагревательных проводов.

Известен способ получения гибкого графи- тированного материала из вискозного волокна, содержащий плетение шнуровых заготовок из вискозных кордных нитей, пропитку плетеных заготовок 10%-ным водным раствором двухзамещенного фосфорно-кислого аммония, сушку, карбонизацию при температурах. до .

3000 и охлаждение. Полученную токопроводящую плетеную жилу при использовании в качестве нагревательного элемента покрывают слоем электроизоляции 111.

Недостатком известного способа является большая неоднородность электрического сопротивления жилы (до 16%), изменение формы сечения жилы после высокотемпературной обработки, а также значительная разница в прочности внешних и внутренних нитей, составляющих плетеную жилу. Неравномерность

;формы поперечного сечения жилы вызывает повышенный расход электроизоляции и снижает надежность нагревателя ввиду неравномерности толщины электроизоляции. Кроме того, неоднородность прочности нитей при, растяжении жилы вызывает ее преждевременный обрыв. Необходимость предварительного плетения заготовок жилы усложняет процесс ее изготовления.

Известен также способ изготовления угле.родных волокнистых материалов, в частности токопроводящей жилы, содержащий изготовление заготовки путем скручивания жилы из отдельных вискозных нитей до получения 90—

120 круток на 1 м длины заготовки, пропитку крученой заготовки насыщенным водным раствором хлористого аммония, сушку, повторную пропитку и сушку, термоокислительную обработку заготовки на воздухе до получения

2о черного цвета, карбонизацию жилы в инертной среде при температуре 1100-3000 С до получения заданной электропроводности, охлажде- . ние. В результате проведения пропитки заготовки насыщенным водным раствором хлористого аммония и повторения циклов " пропитка-сушка" повышается однородность электрического сопротивления токопроводящей жилы (2).

807389

Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему формирование заготовки жилы путем скручивания жилы из отдельных вискозных нитей или волокон, обраНедостатком известного способа является необходимость создания большого количества кручений на одном метре заготовки с целью получения готового резиетивного элемента с жилой круглого сечения. При этом достижение круглого сечения жилы значительно, шает условия ее обработки, так как ввиду большого количества кручений на исходной заготовке и набухания вискозного волокна в водном растворе хлористого аммония проникновение раствора внутрь заготовки затруднено даже при многократном повторении циклов ™пропитка-сушка". В свою очередь, в этом случае ухудшается однородность распреде" ления катализатора и однородность физикохимических свойств готовой жилы, поскольку расположенные в середине сечения жилы нити имеют пониженную прочность и более высокое электрическое сопротивление.

Другим недостатком известного способа является трудность равномерной термоокислительной обработки заготовки, имеющей большое количество кручений. Во время термоокислительной обработки на воздухе неравномерность степени термохимического превращения внешних и внутренних нитей снижает прочность готовой жилы и приводит к образованию микронеоднородностей электрического сопротивления.

При высокотемпературной обработке обладающие неравномерной степенью превращения нити имеют различную усадку и различный уровень внутренних напряжений, что при приложении растягивающих усилий приводит к неодновременным разрывам отдельных нитей и, как следствие, к появлению ворса на поверхности жилы.

Кроме того, несмотря на сильное закручивание исходной заготовки, во время пропитки волокна набухают и при соприкосновении с направляющими роликами теряют округлую форму. Деформация жилы на операциях пропитки и сушки фиксируется во время термоокислительной и высокотемпературной обработки.

Отклонение сечения жилы от круга затрудняет .равномерное наложение электрической изоляции на готовую жилу при изготовлении резистивного элемента, что в свою очередь повышает вероятность электрического пробоя при эксплуатации.

Цель изобретения — повышение эксплуатаци онных характеристик проводника путем получения жилы круглого сечения и повышение однородности ее свойств.

s0 но оценивать визуально по их цвету

Прй выполнении на 1 м длины термоокислительной заготовки не менее 10 кручений жила во время высокотемпературной обработки разрыхляется с искажением формулы поперечного сечения. При увеличении количества круток выше 26. повышаются расход волокна и упругие свойства заготовки, что нежелательно из-за невозможности осуществления высокотем

1s

45 ботку исходного жгута катализатором, например хлористым аммонием, термоокислительную обработку заготовки на воздухе до превращения волокон жилы в волокна черного цвета, высокотемпературную обработку в неокислительной среде до появления свойства электропроводности и охлаждения, скручивание отдельных нитей или волокон производят во время термообработки. Кроме того, скручивание отдельных нитей или волокон производят во.время термоокислительной обработки, а также только во время высокотемпературной обработки, с приложением растягивающего усилия величиной 5 — 90% от разрывной нагрузки жилы. Скрутку производят до образования 20 — 25 кручений на метр длины жилы при термоокислительной обработке и 10 — 20 кручений на метр длины во время высокотемпературной обработки.

Поскольку согласно предлагаемому способу операциям пропитки и сушки подвергают исходную заготовку из параллельно расположенных нитей или волокон, сложная операция

"правильной", т.е. не подверженной самопроизвольному раскручиванию нитей в свободном состоянии, крутки исходной заготовки ликвидируется и заменяется более простой операцией — вращением отдающей катушки с нитями.

Параллельно расположенные нити или волокна равномерно пропитываются раствором хлористого аммония и легко высушиваются в течение более короткого промежутка времени по сравнению с известным способом.

Во время термоокислительной обработки, если одновременно производится формирование заготовки жилы, часть времени термоокисления приходится на обработку разреженных параллельных слабо закрученных нитей или волокон, а в другую часть времени исходная заготовка, вращаясь при движении в рабочем канале термоокислительной установки, постепенно уплотняется и приобретает округлую форму. Как на поверхности заготовки, так и внутри ее сечения располагаются нити или волокна с близкой по величине степенью окисления. Однородность обработки внутренних и внешних волокон мож$

5 пературной обработки с вытягиванием нитей и моноволокон (происходит увеличение шага крутки без вытягивания моноволокон). При этом нарушается заданная форма поперечного сечения. Указанное явление может быть устранено дополнительным подкручиванием жилы при высокотемпературной обработке, что однако усложняет аппаратурное оформление процесса

Более качественный готовый продукт получается при осуществлении операции формирования проводника скручиванием термоокислеиных, параллельно расположенных нитей или волокон во время высокотемпературной обработки — при совмещенных карбонизации и графитации, при карбониэации отдельно или графитации отдельно.

Особенностью процесса изготовления жилы в условиях предлагаемого способа является также необходимость изменения количества налагаемых на заготовку круток в зависимости от того, на какой стадии термообработки осуществляется формирование жилы. Для формирования жилы круглого сечения в условиях способа достаточно произвести 10 — 25 кручений на одном метре длины заготовки. При этом с повышением температуры, при которой осуществляется скручивание, необходимое количество кручений уменьшается. Соответственно, для интервала температур обработки 1003000 С требуется наложение 20 — 25 круток, для интервала 1000 — 3000 С вЂ” 15 — 20 круток, для интервала 2000 — 3000 С вЂ” 10 — 15.круток.

Пример 1. Исходные вискозные кордные нити (N = 5,45) производства Светлогорского завода искусственных волокон в количестве семи штук сматывают со стандартных катушек и объединяют без скручивания в заготовку. Заготовку из параллельных нитей подвергают двухкратному циклу "пропитка— сушка" (насыщенный раствор хлористого аммония при 40 С, температура воздуха в конвективной сушилке 140 С). Пропитанные и высушенные нити, имеющие привес катализатора 37+ 3 вес%, наматывают на приемную катушку. Катушку с волокном с возможностью свободного вращения на оси закрепляют на горизонтальной платформе отдающего механизма установки для термоокислительной обработки. Платформа вместе с осью катушки приводится во вращение от электрического двигателя постоянного тока, что позволяет плавно регулировать количество круток, налагаемых на один метр длины заготовки жилы.

Сматывая с катушки заготовку, жилы пропускают через вертикальный, нагретый до

420 С рабочий канал установки и валки протяжного механизма, обеспечивающего движе807389 6 ние заготовки волокна нли нитей со скоростью

250 м/ч, После этого включают привод вра- . щающейся платформы и устанавливают число оборотов катушки, с которой сматывалось волокно, равным 100-102.

Сформированную таким образом заготовку жилы, имеющую 25 кручений на 1 м длины и глянцево-черный цвет волокна, после протяжного механизма наматывают на приемную катушку. Катушку с термоокисленной заготовкой жилы подвергают: а) карбонизации при 900-1000 С в трубчатой печи с приложением 5% растягивающего разрывного усилия в токе азота и графитации без натяжения (нагрузка на жилу 0,2 кгс), косвенныи нагрев; б) карбонизации и графитации с приложением 90% разрывного усилия, косвенный нагрев; в) карбонизации и графитации с приложениzo ем 50% разрывного растягивающего усилия, косвенный нагрев;

Температура карбонизации 950-1000 С, графитации — 2500 С. Готовую жилу резистивного элемента наматывают на приемную ка2$ тушку и подвергают анализу. Результаты анализа приведены в таблице.

Пример 2. Пропитанную и высушенную в условиях примера 1 заготовку жилы из семи нитей подвергают термоокислительной об работке без наложения кручений при температуре 380 С со скоростью перемещения 240м/ч и наматывают на приемную катушку. Время термоокислительной обработки составляет

25 с. Катушку с термоокисленной заготовкой, 3$ имеющей глянцево-черный цвет, помещают на вращающуюся платформу механизма питания установки непрерывной карбонизации. При скорости перемещения жилы в рабочем канале установки 240 м/ч вращают платформу с

49 катушкой со скоростью 60 — 65 об/мин. Карбонизацию проводят с приложением к заготовке жилы 50% разрывной растягивающей нагрузки, равной 4 кгс. Графитацию осуществляют по непрерывной схеме в условиях косвенного

4$ нагрева со скоростью 500 м/ч при температуре 2500 С без дополнительного закручивания жилы. Результаты анализа характеристик полученного изделия приведены в таблице.

Пример 3. Пропитанную, высушенную

$9 и термоокисленную в условиях примера 2 жилу карбонизуют в течение 8 с при 9001000. С в токе азота без наложения круток.

К жиле во время карбонизации прикладывают растягивающее усилие, величиной 73% от разрывного (кгс/жилу). Катушку с карбонизован$$ ной жилой помещают на вращающуюся платформу механизма питания установки высокотемпературной обработки и подвергают графитации косвенным нагревом при 2500 С в те807389

Технические характеристики готового продукта

Условия изготовле ния токопроводящей жилы г ——

Неоднородность электрического сопротивлении, Примечание

Неоднородность разрывной прочности, % звестный способ (2) 4 — 7 до 51

Высокая эластичность жилы

То же

1,5-2,0

14 — 1,6

1,5-1,9

1,4-1,6

1,5 — 2,0

Пример 1

Круглая 23 — 24

5;5-5,8

8,7-9,2

То же

17 — 20

22 — 23

12-14

S — 6

6,5-3,8

9,8 — 10,2

7 8 — 8,2

Пример 2

Пример 3

Пример 4 с предотвращением усадки

4 — 5

10

4 — 5

15 — 16 " 5,5-6,0 1,4 — 1,6

8 — 9 при растягивающем усилии 2кгс (50% от разрывного) 10 — 12 5,8 — 6,2 1,4 — 1,6

7 — 8 чение 20 с при скорости перемещения жилы

500 м/ч. Во время графитации вращение платформы с катушкой карбонизованной заготовки формируют жилу с наложением 10 кручений на метр длины.

Готовую жилу подвергают анализу, результаты которого приведены в таблице.

Пример 4. Исходные вискозные кордные нити (М вЂ” 5,45) в количестве 4% сматывают со. стандартных заводских катушек и объединяют в заготовку жилы без наложения круток.

Заготовку пропитывают насыщенным водным раствором NH4Ct при 25 С в непрерывном режиме в течение 2 мин и высушивают в сушилке при температуре воздуха 160 С до остаточной влажности 9 вес.%.

Катушку с пропитанным и высушенным волокном выдерживают в термостате при 25 С и относительной влажности 60% в течение 24ч, после чего подвергают термоокислительной обработке при 340 С на воздухе. Скорость перемещения заготовки составляет 120 м/ч, время термоокислительной обработки — 30 с. Катушку с приготовленным черным термоокисленным волокном (заготовкой) помещают на вращающуюся платформу установки высокотемпературной обработки. При протягивании заготовки через нагретый до 2400 С рабочий канал установки осуществляют совмещенную карбонизацию и графитацию волокна. С помощью платформы на жиле выполняют 10

30 кручений на метр длины при линейной скорости перемещения волокна в установке

Форма по Количество Разрывная перечного круток на прочность, сечения 1 м длинь кгс

Эллипс- 45 — 80 1,7-3,3 ная

120 м/ч. Количество оборотов платформы составляет 30 — 32 об/мин. Во время термообработки волокна к жиле прилагают растягивающее усилие, предотвращанплее усадку, равное 0,5 кгс. Второй образец обрабатывают с приложением усилия, составляющего 50% от разрывной нагрузки (2 кг). Обработку проводят в противотоке азота.

Готовую жилу наматывают на катушку и подвергают анализу, результаты которого сведены в таблицу.

Использование предлагаемого способа изготовления жилы резистивного элемента обеспечивает возможность изготовления углеродной волокнистой жилы для резистивного элемента без применения сложных текстильных машин для скручивания всходных заготовок и .сокращение числа раздельных технологических операций; возможность изготовления резистивного элемента с повышенной электрической надежностью за счет равномерного наложения электрической изоляции на полученную по предлагаемому способу жилу круглого сечения; повышение однородности электрического сопротивления жилы при повышении с интегральной разрывной прочности и возможность изготовления крученой жилы с заданными значениями предела прочности волокон при растяжении и модуля упругости, Перечисленные преимущества в итоге значительно повышают качество реэистивного элемента на основе токоп оводящей жилы.

Формула изобретения

807389

Составитель Л. Бибергаль

Редактор И. Николайчук Техред Н. Келушак Корректор И. Муска

Тираж 795 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР, ло делам изобретений и открытий

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

Заказ 302/79

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

1, Способ изготовления проводника из углеродного волокна путем формирования заготовки скручиванием жгута из волокон, обработки волокон катализатором, HallpHMop хлористым эммонием, термообработки заготовки на воздухе до придания волокнам черного цвета, термообработки при высокой температуре в неокислнтельной среде до появления свойств электропроводности, охлаждения заготовки, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик проводника, обработку катализатором проиэво. дят перед скруткой, скрутку обработанных волокон производят одновременно с термообработкой до образования 10 — 25 кручений на

1 м длины проводника.

10, 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скручивание волокон производят во время термообработки на воздухе до образования 20-25 кручений на 1 м длины заготовки.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что скручивание волокон производят до образования 10 — 20 кручений на 1 м длины заготовки во время термообработки при высокой температуре с приложением растягиваю10 щего усилия 5 — 90% от разрывной нагрузки проводника.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР У 199947, С 01 В 31/00.

2. Авторское свидетельство СССР И 503671, С 01 В 31/00.