RU2019065C1

RU2019065C1 - Process of manufacture of flexible resistive heater

Info

Publication number: RU2019065C1
Authority: RU
Inventors: К.А. Бойцов; Н.И. Горбунов; Ю.А. Скорняков; Г.И. Щупак; Ю.А. Ильин; Л.И. Стручкова; Л.П. Козлова; Т.Н. Маслакова; В.А. Зачепило
Original assignee: Бойцов Кирилл Александрович; Горбунов Николай Иванович; Скорняков Юрий Анатольевич; Щупак Галина Ивановна; Ильин Юрий Арсеньевич; Стручкова Лариса Ивановна; Козлова Людмила Петровна; Маслакова Татьяна Николаевна; Зачепило Виктор Анатольевич
Priority date: 1990-10-18
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1994-08-30

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: in process of manufacture of flexible resistive heater resistive layer is formed on one of two polymer backings covered with adhesive layer and electrodes are fabricated on the other one. Backings are reeled out from coil. Adhesive layer is produced on basis of water-soluble acrylic copolymer. Resistive layer is matched with surface of electrodes when all elements are assembled in package. EFFECT: facilitated manufacture, enhanced reliability and efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении нагревателей резистивного типа, имеющих положительный температурный коэффициент сопротивления (ПТКС). The invention relates to electrical engineering and can be used in the manufacture of resistive type heaters having a positive temperature coefficient of resistance (PTKS).

Известна технология изготовления резистивных пленочных нагревателей на основе двух слоев электроизоляционного материала, между которыми заключен слой электропроводной полимерной композиции, содержащей смесь полиэфирной смолы, органического растворителя (ацетон, циклогексанон и др.), графита и подобные ей технологии [1,2]. A known technology for the manufacture of resistive film heaters based on two layers of electrical insulation material, between which is a layer of conductive polymer composition containing a mixture of polyester resin, an organic solvent (acetone, cyclohexanone, etc.), graphite and similar technologies [1,2].

Недостатком указанных гибких нагревательных элементов является низкая надежность их при эксплуатации и несоблюдение требований, предъявляемых к экологически чистым технологиям. The disadvantage of these flexible heating elements is their low reliability during operation and non-compliance with the requirements for environmentally friendly technologies.

В качестве прототипа взят способ изготовления плоского резистивного нагревательного элемента с ПТКС [3]. As a prototype taken a method of manufacturing a flat resistive heating element with PTKS [3].

Согласно известному техническому решению на поверхность подложки из изолирующего материала наносят пару электродов на основе серебросодержащей пасты и резистивный слой, содержащий кристаллическую смолу с электропроводящими частицами, между электродами. Сверху на резистивный слой наносят адгезионный слой - фенольную смолу с добавкой эластомера в качестве защитного покрытия. На адгезионный слой наносят липкий слой, поверхность которого сверху покрывают изоляционной защитной пленкой. При этом резистивное тело состоит из проводящего полимера, образующегося путем смешения размельченного порошка сажи или графита с расплавленной смолой. Резистивная паста имеет следующий состав, мас.ч.: сополимер полиэтилена и винилацетата - 55; графит - 45, огнеупорный агент - 30, наполнитель и растворитель - 20. Полученный таким образом плоский нагреватель имеет стабильные характеристики ПТКС в диапазоне высоких температур. According to a known technical solution, a pair of electrodes based on silver-containing paste and a resistive layer containing a crystalline resin with electrically conductive particles are applied between the electrodes on the surface of the substrate of insulating material. On top of the resistive layer, an adhesive layer is applied - a phenolic resin with the addition of an elastomer as a protective coating. An adhesive layer is applied to the adhesive layer, the surface of which is coated with an insulating protective film on top. In this case, the resistive body consists of a conductive polymer formed by mixing the crushed powder of carbon black or graphite with molten resin. Resistive paste has the following composition, parts by weight: copolymer of polyethylene and vinyl acetate - 55; graphite - 45, refractory agent - 30, filler and solvent - 20. The flat heater thus obtained has stable PTC characteristics in the high temperature range.

Недостатком такого нагревателя является недостаточно высокая надежность его в процессе эксплуатации. The disadvantage of this heater is not its high reliability during operation.

Цель изобретения - повышение надежности работы гибкого резистивного нагревателя. The purpose of the invention is to increase the reliability of a flexible resistive heater.

Цель достигается тем, что в способе изготовления гибкого резистивного нагревателя, при котором формируют на одной из двух полимерных подложек электроды, формируют резистивный слой с положительным коэффициентом сопротивления, наносят адгезионный слой, соединяют в пакет все указанные элементы и затем подвергают его термообработке, первоначально на каждую из подложек, разматываемую из рулона, наносят адгезионный слой, выполненный на основе водорастворимого акрилового сополимера, формируют указанный резистивный слой, изоляционная составляющая которого выполнена идентичной материалу адгезионного слоя на второй подложке, а при соединении в пакет совмещают резистивный слой с поверхностью электродов. The goal is achieved in that in a method for manufacturing a flexible resistive heater, in which electrodes are formed on one of the two polymer substrates, a resistive layer with a positive resistance coefficient is formed, an adhesive layer is applied, all these elements are combined into a packet and then it is subjected to heat treatment, initially for each an adhesive layer made of a water-soluble acrylic copolymer is applied from substrates, unwound from a roll, the specified resistive layer is formed, the insulating composition which is made identical to the material of the adhesive layer on the second substrate, and when connected to a package, the resistive layer is combined with the surface of the electrodes.

На чертеже показана компоновка слоев нагревательного элемента, получаемого по предложенному способу, где 1, 2 - подложки из изолирующего материала, 3, 4 - адгезионные слои, 5 - резистивный слой, 6 - контактные перфорационные отверстия, 7 - электроды. The drawing shows the layout of the layers of the heating element obtained by the proposed method, where 1, 2 are substrates of insulating material, 3, 4 are adhesive layers, 5 is a resistive layer, 6 are contact perforations, 7 are electrodes.

Компоновку слоев нагревательного элемента осуществляют следующим образом. На две одинаковые по ширине (например 240 мм) разматываемые из рулона подложки 1 и 2 из лавсана или полиимида (толщиной 20-40 мкм) и длиной 500-1000 м наносят адгезионные покрытия 3 и 4 на основе водорастворимого акрилового сополимера ОЛД-02 ЭМА (100 мас.ч.) с добавкой эпоксианилиновой смолы ЭА (10 мас.ч.). Толщина адгезионных слоев 3-5 мкм. Температура сушки при нанесении 110-120^оС.The layout of the layers of the heating element is as follows. Adhesive coatings 3 and 4 based on the water-soluble acrylic copolymer OLD-02 EMA are applied to two substrates of the same width (for example, 240 mm) unwound from a roll of lavsan or polyimide (20-40 μm thick) and a length of 500-1000 m 100 parts by weight) with the addition of EA epoxyaniline resin (10 parts by weight). The thickness of the adhesive layers is 3-5 microns. The drying temperature when applying 110-120 ^about C.

На подложку 1 поверх адгезионного слоя 3 наносят резистивный слой 5, состоящий из водорастворимого сополимера ОЛД-02 ЭМА (100 мас.ч.), эпоксианилиновой смолы ЭА (10 мас.ч.), каучука ПДИ-3 АК (10 мас.ч.), графита (25 мас. ч.), технического углерода (25 мас.ч.), растворителя воды или водоспиртовой смеси. Вязкость состава 90-120 с по ВЗ-4. Температура сушки при нанесении 110-120^оС. Толщина резистивного слоя 20-25 мкм.On the substrate 1, over the adhesive layer 3, a resistive layer 5 is applied, consisting of a water-soluble copolymer OLD-02 EMA (100 parts by weight), epoxy aniline resin EA (10 parts by weight), rubber PDI-3 AK (10 parts by weight). ), graphite (25 parts by weight), carbon black (25 parts by weight), a solvent of water or a water-alcohol mixture. The viscosity of the composition is 90-120 s according to VZ-4. The drying temperature when applying 110-120 ^about C. The thickness of the resistive layer is 20-25 microns.

При изготовлении адгезионного слоя, а также в качестве связующего при изготовлении резистивного слоя, кроме указанного акрилового сополимера ОЛД-02 ЭМА (ТУ6-01-2-558-79), можно использовать водорастворимый акриловый сополимер АК-623 (ТУ-601-24-85-85). В этом случае для адгезионного слоя берут 100 мас.ч. АК-623 и 30 мас.ч. эпоксианилиновой смолы ЭА, для резистивного слоя также берут указанные компоненты в таком же количестве. In the manufacture of the adhesive layer, as well as a binder in the manufacture of the resistive layer, in addition to the specified acrylic copolymer OLD-02 EMA (TU6-01-2-558-79), you can use AK-623 water-soluble acrylic copolymer (TU-601-24- 85-85). In this case, 100 parts by weight are taken for the adhesive layer. AK-623 and 30 parts by weight epoxyaniline resin EA, for the resistive layer also take these components in the same amount.

Подложку 2 с адгезионным слоем 4 подвергают перфорированию в виде отверстий 6 диаметром 10-15 мм по ширине пленки на расстоянии 180-190 мм друг от друга. Расстояния между отверстиями по длине пленки определяют длину нагревательного элемента в зависимости от его назначения. Перфорационные отверстия обеспечивают в дальнейшем удобство контакта с электродами 7. Электроды 7 в виде фольговых лент шириной 12-20 мм формируют после нанесения перфорации на подложке 2 со стороны адгезионного слоя 4. Затем соединяют обе подложки, совмещая резистивный слой 5 на подложке 1 с поверхностью электродов 7 на подложке 2, и проводят термообработку сдвоенного рулона при температуре 120-130^оС в течение 6-8 ч.The substrate 2 with an adhesive layer 4 is subjected to perforation in the form of holes 6 with a diameter of 10-15 mm across the width of the film at a distance of 180-190 mm from each other. The distance between the holes along the length of the film determines the length of the heating element depending on its purpose. The perforations provide further convenience of contact with the electrodes 7. Electrodes 7 in the form of foil tapes 12-20 mm wide are formed after perforation on the substrate 2 from the side of the adhesive layer 4. Then, both substrates are combined, combining the resistive layer 5 on the substrate 1 with the surface of the electrodes 7 on the substrate 2, and conduct heat treatment of a double roll at a temperature of 120-130 ^about With for 6-8 hours

Резистивный нагреватель, полученный предложенным способом, имеет повышенную надежность при эксплуатации, обусловленную улучшением его влагозащитных и электромеханических характеристик; нагреватель выдерживает практически неограниченное количество перегибов (более 500), в то время как нагреватель по известному техническому решению [3] выдерживает не более 100 перегибов. The resistive heater obtained by the proposed method has increased reliability during operation, due to the improvement of its moisture-proof and electromechanical characteristics; the heater withstands an almost unlimited number of kinks (more than 500), while the heater withstands the well-known technical solution [3] withstands no more than 100 kinks.

Анализ результатов сравнительных ресурсных испытаний электронагревателей с электродами, сформированными последовательно на одной подложке с резистивным элементом, и электронагревателей с электродами и резистивным элементом, нанесенными на разные подложки (предложенный способ), показал, что интенсивность отказов в первом случае в 100 раз больше, чем во втором. An analysis of the results of comparative life tests of electric heaters with electrodes formed sequentially on the same substrate with a resistive element, and electric heaters with electrodes and a resistive element deposited on different substrates (the proposed method) showed that the failure rate in the first case is 100 times higher than in second.

Кроме того, использование в качестве связующего резистива водорастворимого акрилового сополимера определило снижение скорости образования окисной пленки на электродах в отсутствие растворителя, улучшение условий электрического контакта между электродом и резистивом, что приводит к снижению вероятности отказов нагревателя за счет образования локальных перегревов. In addition, the use of a water-soluble acrylic copolymer as a binder resistor determined a decrease in the rate of formation of an oxide film on the electrodes in the absence of a solvent, an improvement in the conditions of electrical contact between the electrode and the resistor, which reduces the likelihood of heater failures due to the formation of local overheating.

Claims

METHOD FOR MANUFACTURING A FLEXIBLE RESISTIVE HEATER, in which electrodes are formed on one of the two polymer substrates, a resistive layer with a positive resistance coefficient is formed, an adhesive layer is applied, all these elements are combined into a packet and then heat treated, characterized in that, in order to increase the reliability of operation the heater, initially on each of the substrates, unwound from a roll, an adhesive layer is applied, made on the basis of a water-soluble acrylic copolymer, to form the specified p resistive layer, insulating component is made identical to the material of the adhesive layer on the second substrate, and when combined in the package combined resistive layer with a surface electrode.