Патент на изобретение №2365604
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
(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. Материал по изобретению содержит, мас.%: резиновую смесь марки В-14 – 50-55, сверхвысокомолекулярный полиэтилен – 15-20, кокс – 30-35. Кокс предварительно смешан со сверхвысокомолекулярным полиэтиленом. Технический результат состоит в получении электропроводящего композиционного 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 электропроводящий полимерный композиционный материал на основе термостойкого полимера, содержащий силициды железа, а в качестве электропроводящего вещества пиролитический графит и никель (RU 2240616 С2, 20.11.2004). Недостатками известного материала являются сложный состав и трудоемкость совмещения компонентов и использование дорогостоящих ингредиентов, что значительно повышает себестоимость изготавливаемого материала. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электропроводящий полимерный композиционный материал на основе политетрафторэтилена, содержащий в качестве наполнителей: кокс, графит, ферроцен и сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом (SU 1361729 А1, 23.12.1987). Недостатками известного материала являются низкая электропроводимость, сложность в технологии получения и высокая энергоемкость, а именно совмещение наполнителей и прессование с последующим спеканием при температурах 370+5°С. Целью настоящего изобретения является получение электропроводящего полимерного композиционного материала с применением доступных и дешевых дополнительных ингредиентов. Для достижения поставленной цели предлагается изменение рецептуры композита и упрощение технологии получения материала. Электропроводящий полимерный композиционный материал содержит кокс, смешанный со сверхвысокомолекулярным полиэтиленом, и резиновую смесь марки В-14 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
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 табл.1. 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
Формула изобретения
Электропроводящий полимерный композиционный материал для нагревательных элементов, содержащий кокс, смешанный со сверхвысокомолекулярным полиэтиленом и резиновую смесь марки В-14 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
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: 06.07.2009
Извещение опубликовано: 10.08.2010 БИ: 22/2010
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
от Т, приведенные на чертеже.
63 мм и пенополиуретановой теплоизоляцией 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 град -1) при 80-100°С, а также низкое удельное сопротивление 
-нафтиламин