CN106576398A - 电阻碳复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电气工程，特别涉及电阻碳复合材料。它可用于制备高导电性浆料和能够提供可靠电接触的粘合剂，以及制造工业和家用加热器。电阻碳复合材料包括基于高导电等级炭黑的导电相，与高导电胶体等级的石墨和耐热等级的聚合物粘合剂的组合。与此同时，提供高导电性的炭黑具有至少300至600m2/g的比表面积，10至50nm的粒径；胶体石墨制剂具有小于4微米的石墨颗粒尺寸。要求保护的本发明声称的技术结果是通过优化粘合剂的含量和有效导电组分的选择来提高导电性和降低电阻。

Description

电阻碳复合材料
技术领域
本发明涉及电气工程，特别是电阻碳复合材料，并且可用于制备能够提供可靠电接触的高导电性浆料和粘合剂，以及用于工业和家用加热器的制造。
相关技术
导电粘合剂和浆料以及工业和家用加热器的生产需要柔性的和耐热的，耐热温度高达150℃的电阻复合材料，根据计算，所述电阻复合材料需具有在5-200欧姆/平方范围内的表面电阻。具体值取决于加热器类型和加热元件的拓扑。
碳材料是公知的并且在各种复合材料中用作导电相。
已知一种复合电阻材料(Pugachev GA导电混凝土，新西伯利亚(Novosibirsk)，“科学(science)”，1993，p.225)由比特尔(betel)的混合物组成，其由含有11.43％的作为导电相的炭黑П-80Э，45.72％的波特兰水泥M-400，和42.85％的作为矿物添加剂的石英砂。
该材料具有许多缺点，例如：长期加热到约90℃或更高的温度是不可能的，混凝土基体的导电性能是不稳定的，导电性低等。
由高导电性炭黑和聚合物粘合剂溶液组成的材料广泛用于制造具有低加热温度(地板下加热等)的膜加热器。
目前已知的材料的缺点是最高加热温度为70℃，并且，不能使用于需要约10瓦每平方分米的比功率的任何加热器。
用于导电涂层的组合物(RU2460750C1，C09D133/04,21.04.2011)是已知的。它含有成膜共聚物，有机溶剂，导电石墨基粉末与羰基铁的混合物，其特征在于将碳黑粉末(烟灰)加入到混合物中。
已知的技术解决方案的缺点是由于石墨组分(太大的颗粒)的次优使用和使用不正确类型的炭黑而导致低的电导率(比本发明低几乎两个数量级)。由于显著的表面电阻和氧化表面的倾向，羰基铁不提供高的导电性。
最接近要求保护的技术决定是复合电阻材料(RU2364967C1，H01S7/00,09.01.2008)，该复合电阻材料包含通过槽法获得的作为导电相的工业碳(所述的工业碳具有高度发达的，400-500m2/g的表面积，粒径为15至25nm)，和聚氨酯清漆，其具有以下比例的组分：18-22wt％工业碳，余量为聚氨酯清漆。在25至110℃的温度范围内，散热覆盖区域的最小加热温度偏差在±0.4℃之内，根据专利，最低电阻率为0.349欧姆*厘米(3.49*10-3欧姆*米)。
已知的解决方案的缺点是，填充有炭黑的材料的这种电阻率导致厚度为0.1mm的电阻层的表面电阻率等于34.9欧姆/平方。此表面电阻率对于加热器的一些实施例以及对于高导电性浆料和粘合剂来说太大了。用分散的碳组分高度填充的材料由于缺乏粘合剂而通常具有较差的机械性能。
发明内容
本发明的目的是获得比在相关技术中要求的具有至少一个数量级，即10-15倍或更高的高导电性的复合电阻碳材料。
使用所提出的发明的技术结果是通过优化粘合剂的含量和选择根据渗透理论有效导电且同时保持导电复合材料的柔性和耐久性的导电材料而增加导电性和降低电阻。电导率显著超过所述的最大的模拟值，数量级，并且溶剂含量的变化允许在宽范围内调节胶体分散体的粘度。
结果通过电阻碳复合材料的含量实现：根据本发明，该电阻碳复合材料包括基于炭黑的导电相和包含基于高导电等级炭黑的导电相的聚合物粘合剂，并且与导电胶体等级的石墨和溶液形式的耐热聚合物粘合剂结合。同时，提供高导电性的炭黑具有至少300至600m2/g的比表面积，10至50nm的粒度，胶体石墨制剂颗粒具有小于4微米的尺寸。为了制备胶体悬浮液，使用耐热聚合物粘合剂溶液作为介质。此外，基于对苯二甲酸或癸二酸或己二酸或乙二醇或二甘醇，或所述组分的部分的聚酯，如TP-60树脂以溶液的形式以如下比例用作耐热聚合物粘合剂，wt％：
具体实施方式
复合电阻材料的制备在其使用实例中示出。
为了产生所意图的工业复合材料的导电性，使用胶体石墨制剂C-0和/或C-1以及磨碎的天然石墨铅笔作为高质量和高导电性的材料。使用在本国生产的一些等级的高导电性炭黑，例如OMCARBTM CH210和/或OMCARBTM CH220，和/或OMCARBTM CH230和OMCARBTMCH600。
为了获得复合材料所需的特性，在耐热树脂TF-60的溶液中制备一些基于胶体石墨-炭黑的悬浮液。根据GOST R 50563.4-93在珠磨机中制备悬浮体系。分散体粒径不超过4微米。
然后通过注射器选择获得的胶体悬浮液的样品并沉积在偶数层的方形基底上。在形成层液体并蒸发溶剂之后，产生电阻复合材料的样品。一些结果如下所示：
表1
粘合剂含量的增加明显增加了电阻性直到完全绝缘。
改变溶剂含量可以在宽范围内调节悬浮液的粘度。使用氯仿或二氯甲烷，或二氯乙烷作为溶剂。
电导率显著地，数量级地超过了在先前专利中声称的弹性的最大值，是。同时，所述的复合材料仍保持强度和导电性。
在本发明中实现的复合碳电阻材料的电导率水平为约5*103S/m，其比现有技术中所述的电导率高出至少一个数量级，即10-15倍或更多。
所提供的材料在工业上适用。可以通过实现相同的技术结果来重复实施。
本发明的技术效果是材料的制造和使用的简单性，以及低生产成本。

Claims (8)

1.电阻碳复合材料，其包含基于炭黑的导电相和聚合物粘合剂，所述材料的特征在于，包括基于高导电等级的炭黑的导电相与胶体等级的石墨和作为溶液的耐热聚合物粘合剂的组合，与此同时，所述提供高导电性的炭黑具有不小于300至600m2/g的比表面积，10至50nm的粒径；其中所述胶体石墨制剂具有小于4微米的粒径。
2.如权利要求1所述的电阻碳复合材料，其中使用所述等级为OMCARBTM CH210和/或OMCARBTM CH220和/或OMCARBTM CH230和OMCARBTM CH600的炭黑。
3.如权利要求1所述的电阻碳复合材料，其中所述C-0或C-1级的石墨用作胶体石墨。
4.如权利要求1所述的电阻碳复合材料，其中使用所述天然石墨作为胶体石墨。
5.如权利要求1所述的电阻碳复合材料，其中所述TF-60树脂用作耐热聚合物粘合剂。
6.如权利要求1所述的电阻碳复合材料，其中使用所述基于对苯二甲酸和己二酸或癸二酸，或乙二醇，或二甘醇的聚酯作为粘合剂。
7.如权利要求1所述的电阻碳复合材料，其中使用氯仿，或二氯甲烷，或二氯乙烷作为溶剂。
8.如权利要求1所述的电阻碳复合材料，其中包含所述以下组分，wt％：
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