Патент на изобретение №2365600
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
(57) Реферат:
Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно к электропроводящим материалам с положительным температурным коэффициентом сопротивления, и может быть использовано для изготовления электронагревательных элементов, применяющихся для подогрева трубопроводов, предназначенных для транспортировки высоковязких продуктов, например нефти и нефтепродуктов. В способе по изобретению осуществляют смешение компонентов, прессование с последующим измельчением полученной заготовки до порошкообразного состояния. Композиция материала состоит из, мас.%: 50-55 резиновой смеси В-14, 15-20 сверхвысокомолекулярного полиэтилена, 30-35 кокса. Кокс сначала смешивают со сверхвысокомолекулярным полиэтиленом. Затем прессуют смесь при 15 МПа, измельчают и вводят в сырую резиновую смесь В-14. Экструзию композита проводят при 140-145°С, в головке – 150°С, время – 20-25 мин. Технический результат состоит в упрощении способа и в получении материала с применением доступных и дешевых ингредиентов. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно к электропроводящим материалам с положительным температурным коэффициентом сопротивления, содержащим полимеры – диэлектрики и мелкодисперсный неорганический наполнитель, и может быть использовано для изготовления электронагревательных элементов с положительным температурным коэффициентом сопротивления, применяющихся для подогрева трубопроводов, предназначенных для транспортировки высоковязких продуктов, например нефти и нефтепродуктов. Известен способ получения электропроводящего полимерного композиционного материала на основе политетрафторэтилена, содержащий в качестве наполнителей: кокс, графит, ферроцен и сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом. Материал получают смешением компонентов, сушкой в вакуумном шкафу, холодным прессованием и спеканием (SU 1361729 А1, 23.12.1987) [1]. Недостатком известного способа получения материала является сложность технологии и высокая энергоемкость, а именно совмещение наполнителей, прессование с последующим спеканием при температурах 370+5°С, а также такой способ обеспечивает низкую электрическую проводимость материала. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения электропроводящего полимерного композиционного материала на основе полиамидного связующего ПАИС-104, содержащий в качестве проводящего наполнителя нестехиометрический карбид титана и углеродный наполнитель в виде порошка графита, сажи или каменноугольного кокса (RU 2280657 С1, 27.07.2006) [2]. Недостатком известного способа материала является сложность технологии, а именно трудоемкость совмещения компонентов и использование дорогостоящих ингредиентов, что значительно повышает себестоимость изготавливаемого материала. Целью настоящего изобретения является получение электропроводящего полимерного композиционного материала с применением доступных и дешевых дополнительных ингредиентов и упрощение технологического цикла изготовления материала. Для достижения поставленной цели предлагается технологический подход, основанный на трехстадийной технологии, предусматривающий на первом этапе смешение компонентов, холодное прессование, на втором – измельчение полученной заготовки до порошкообразного состояния, затем введение в сырую резиновую смесь, на третьем – экструзию композиции. При этом рецептура композита содержит не менее трех составляющих: резиновая смесь марки В-14, сверхвысокомолекулярный полиэтилен и кокс. Предварительно просушенный порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена при 100-120°С в течение 2 ч, просеянного через сито, в количестве 15-20 мас.% смешивают в лопастном смесителе с порошком кокса – 30-35 мас.%, затем прессуют смесь при удельном давлении 15 МПа, полученный монолит измельчают до порошкообразного состояния, затем на вальцах вводят в сырую резиновую смесь марки В-14 – 50-55 мас.%, после чего полученный композит экструдируют при следующем режиме: температура в зонах составляет 140-145°С, в головке 150°С, продолжительность – 20-25 мин. Материал готовят из следующих компонентов. Резиновая смесь марки В-14 имеет рабочие температуры – 55÷120°С, разрушающее напряжение при растяжении 10-15 МПа, относительное удлинение при разрыве 160%. Состав В-14 приведен в таблице. Порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена представляет собой вещество белого цвета. Разрушающее напряжение при растяжении 22-26 МПа, относительное удлинение при разрыве 300-500%, удельное объемное сопротивление 1011-1017 Ом·м. Кокс линейный мелкодисперсный марки КЛ-1 имеет размер частиц 10-40 мкм, коэффициент теплопроводности 0,42·10-3 Вт/м. Введение в сырую резину марки В-14 кокса, смешанного с сверхвысокомолекулярным полиэтиленом, позволяет получить электропроводящий полимерный материал с высоким положительным температурным коэффициентом сопротивления и удельной электропроводностью, а сочетание двух полимеров разной химической природы позволяет улучшить технологические качества материала, а также улучшить физико-механические показатели, например прочность предлагаемого электропроводящего материала, обеспечивающего повышенный контакт с рабочей поверхностью и равномерное распределение тепла при обогреве криволинейных поверхностей. Как видно из приведенного графика, введение именно смеси наполнителей кокса и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (кривые 1 и 2) приводит к значительному во всем исследуемом диапазоне температур увеличению проводимости предлагаемой электропроводящей полимерной композиции как минимум на один десятичный порядок по сравнению с проводимостью известной композиции (кривая 3). При сравнении кривых 1 и 2 видно, что уменьшение содержания кокса с 40 (кривая 1) до 30 (кривая 2), но увеличение содержания сверхвысокомолекулярного полиэтилена с 15 до 20 и В-14 с 45 до 50 мас.% приводит к увеличению проводимости. Пример 1. 15 г сверхвысокомолекулярного полиэтилена, предварительно высушенного при 100-120°С в течение 2 ч, просеянного через сито, смешивают в лопастном смесителе с 40 г кокса. Затем смесь порошков помещают в пресс-форму и прессуют при удельном давлении 15 МПа. Полученный монолит измельчают в вибромельнице и вводят в сырую резину марки В-14 на вальцах. Экструзию проводят при температурах: I зона – 140, II зона – 140, III зона – 145, головка 150°С, в течение 25 мин. Исследование электрических свойств предлагаемых материалов проводят на образцах – лентах. Для определения удельного сопротивления предлагаемого электропроводящего композиционного материала к краям прижимаются металлические электроды с проводниками. Подготовленный таким образом образец подключат к цифровому омметру и помещают в термокамере, с помощью которой и производится нагрев образцов – лент. Температура образца регистрируется с помощью термопары, помещенной в образец. Результаты измерений представляют собой зависимости Предел прочности при растяжении определяется на лентах при комнатной температуре на испытательной машине. Пример 2. 20 г сверхвысокомолекулярного полиэтилена, предварительно высушенного при 100-120°С в течение 2 ч, просеянного через сито, смешивают в лопастном смесителе с 30 г кокса. Затем смесь порошков помещают в пресс-форму и прессуют при удельном давлении 15 МПа. Полученный монолит измельчают в вибромельнице и вводят в сырую резину марки В-14 на вальцах. Полученную композицию экструдируют в изделие и определяют характеристики по примеру 1. Испытания электропроводящего полимерного материала предлагаемого состава в составе греющего кабеля для обогрева водопровода из полиэтиленовой трубы Увеличение или уменьшение процентного содержания наполнителей значительно снижает служебные характеристики предлагаемого материала. Уменьшение содержания электропроводящего наполнителя приводит к значительному падению проводимости материала, а повышение – к снижению прочностных характеристик материала. Высокий положительный температурный коэффициент сопротивления град-1) при 80-100°С, а также низкое удельное сопротивление
Формула изобретения
Способ получения электропроводящего композиционного материала, включающий смешение компонентов в лопастном смесителе, прессование с последующим измельчением, отличающийся тем, что используют композицию, состоящую из следующих компонентов, мас.%: резиновая смесь марки В-14 50-55, сверхвысокомолекулярный полиэтилен 15-20, кокс 30-35, при этом кокс смешивают со сверхвысокомолекулярным полиэтиленом, затем прессуют смесь при удельном давлении 15 МПа, полученный монолит измельчают до порошкообразного состояния, затем на вальцах вводят в сырую резиновую смесь марки В-14, после чего полученный композит экструдируют при следующем режиме: температура в зонах составляет 140-145°С, в головке – 150°С, продолжительность 20-25 мин.
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 05.07.2009
Извещение опубликовано: 10.08.2010 БИ: 22/2010
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
от Т, приведенные на чертеже.
63 мм и пенополиуретановой теплоизоляции толщиной 30 мм показали увеличение его работоспособности, обусловленное отсутствием терморегулирующих устройств, а также гибкостью, позволяющей обеспечить равномерное распределение тепла по рабочей поверхности нагреваемого элемента.
(0,039
-нафтиламин