RU2041508C1

RU2041508C1 - Laminated polymer material

Info

Publication number: RU2041508C1
Application number: RU92004998A
Authority: RU
Inventors: Г.С. Головкин; Е.А. Першина; Ю.В. Кутырев
Original assignee: Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1995-08-09

Abstract

FIELD: domestic appliances. SUBSTANCE: laminated polymer material has inner layer manufactured from conductive carbon filling material impregnated with binder and outer layers produced from insulating filling agent impregnated with binder. Polyvinyl alcohol with following proportion of components (per cent by volume): polyvinyl alcohol 30-70; conductive carbon filling material 10-20; insulating filling agent 20-50 is used as polymer binder. Use of this material provides for ecologically clean manufacturing process, reduces cost of production of articles, contributes to increased safety in operation. Polymer material of proposed composition does not cause any allergic reactions, does not exert harmful effect on human organism. EFFECT: reduced manufacturing cost of articles made of this material, increased safety of handling. 3 tbl

Description

Изобретение относится к товарам народного потребления электротехнического, строительного, спортивного и др. назначений и может найти применение при производстве электронагревательных приборов, которые могут быть использованы для обогрева помещений в жилых, общественных, животноводческих, производственных и других зданиях и сооружениях. The invention relates to consumer goods of electrical, construction, sports and other purposes and can be used in the manufacture of electric heaters that can be used to heat rooms in residential, public, livestock, industrial and other buildings and structures.

Для изготовления электронагревателя методом контактного формования известно применение полимерного материала, полученного сочетанием проводящего слоя из бумаги, которая представляет собой смесь углеродных волокон с диэлектрическими волокнами, изолированных с обеих сторон слоями дублированной полимерной пленки [1]
Однако такие нагреватели имеют невысокую технологичность, так как необходимо применение высоких давлений (10²-10⁵ Па ˙ с) при формовании для монолитизации изделия, и невысокие механические показатели из-за отсутствия в них жесткого слоя, воспринимающего основную конструкционную нагрузку.For the manufacture of an electric heater by contact molding, it is known to use a polymer material obtained by combining a conductive layer of paper, which is a mixture of carbon fibers with dielectric fibers, insulated on both sides by layers of a duplicated polymer film [1]
However, such heaters have a low technological effectiveness, since it is necessary to use high pressures (10 ² -10 ⁵ Pa ˙ s) during molding to monolitize the product, and low mechanical properties due to the lack of a hard layer in them that can absorb the main structural load.

Наиболее близким к изобретению является полимерный материал на основе углеволокнистой бумаги типа "углен" (целлюлоза токопроводящий слой) и непроводящей бумаги (изолирующий слой), пропитанных фенолоформальдегидными связующими [2]
Существенным недостатком нагревателей, изготовленных из указанного материала, является токсичное действие на органы человека во время его применения, которое заключается в появлении аллергических реакций, нарушении комфортного состояния. Кроме того, производство нагревателей из известного материала характеризуется высокой трудоемкостью (термообработка в течение 1-1,5 ч). К недостаткам указанного материала относятся также взрыво- и пожароопасность, что ограничивает возможность применения такого электронагревателя.Closest to the invention is a polymeric material based on carbon fiber paper such as carbon (cellulose conductive layer) and non-conductive paper (insulating layer) impregnated with phenol-formaldehyde binders [2]
A significant drawback of heaters made of this material is the toxic effect on human organs during its use, which consists in the appearance of allergic reactions, a violation of a comfortable state. In addition, the production of heaters from a known material is characterized by high complexity (heat treatment for 1-1.5 hours). The disadvantages of this material also include explosion and fire hazard, which limits the possibility of using such an electric heater.

Предлагаемое техническое решение позволяет решить задачу исключения токсичного и раздражающего действия на организм человека. Замена фенолоформальдегидного связующего (прототип) на поливиниловый спирт (ПВС) в составе предлагаемого материала позволяет исключить токсичные выделения в процессе производства и эксплуатации изделия. Это обусловлено, во-первых, известным свойством ПВС возможность получения водных растворов, во-вторых, установленным в результате проведенного масс-спектрометрического анализа фактом, что основным летучим продуктом при переработке ПВС и полимерных материалов (ПМ) на его основе и при эксплуатации изделий из ПМ на основе ПВС в широком интервале температур (50-300^оС) является вода. Кроме того, снижается себестоимость и трудоемкость изготовления нагревателя. При производстве нагревателя по прототипу требуется термообработка 1-1,5 ч, а при использовании материала на основе ПВС время термообработки составляет лишь 0,5 ч. Более высокие значения теплостойкости полимерного материала на основе ПВС, достигаемые преобразованием линейной структуры полимера в сетчатую в результате переработки ПМ по установленным технологическим режимам, позволяют уменьшить износ в процессе эксплуатации, тем самым увеличивая срок службы электронагревателя.The proposed technical solution allows to solve the problem of eliminating toxic and irritating effects on the human body. The replacement of phenol-formaldehyde binder (prototype) with polyvinyl alcohol (PVA) as part of the proposed material eliminates toxic emissions during the production and operation of the product. This is due, firstly, to the known property of PVA, the possibility of obtaining aqueous solutions, and secondly, established by mass spectrometric analysis of the fact that the main volatile product in the processing of PVA and polymeric materials (PM) based on it and during the operation of products from PM based on PVA in a wide temperature range (50-300 ^о С) is water. In addition, the cost and complexity of manufacturing a heater is reduced. In the manufacture of the prototype heater, heat treatment is required for 1-1.5 hours, and when using a PVA-based material, the heat treatment time is only 0.5 hours. Higher values of heat resistance of the PVA-based polymer material achieved by converting the linear polymer structure to a net structure as a result of processing PM according to the established technological conditions, can reduce wear during operation, thereby increasing the life of the electric heater.

Для решения поставленной задачи в слоистом полимерном материале, внутренний слой которого выполнен из пропитанного связующим токопроводящего углеродного наполнителя, а наружные из пропитанного связующим изоляционного наполнителя, в качестве полимерного связующего использован поливиниловый спирт при связующем соотношении компонентов, об. Поливиниловый спирт 30-70 Токопроводящий угле- родный наполнитель 10-20 Изоляционный напол- нитель 20-50
В качестве связующего полимерного материала может быть использован ПВС различных марок. В качестве электропроводного слоя применяются углеродосодержащие материалы, например углеродный трикотаж, углеродные ткани, ленты, порошки, жгуты. В качестве изоляционного слоя могут быть использованы стеклянные и органические ткани, например СВМ.To solve the problem in a layered polymeric material, the inner layer of which is made of a conductive carbon filler impregnated with a binder, and the outer one is of an insulating filler impregnated with a binder, polyvinyl alcohol was used as a polymeric binder with a binder ratio of components, vol. Polyvinyl alcohol 30-70 Conductive carbon filler 10-20 Insulating filler 20-50
PVA of various grades can be used as a binder polymer material. As the electrically conductive layer, carbon-containing materials are used, for example, carbon knitwear, carbon fabrics, ribbons, powders, tows. Glass and organic fabrics, such as CBM, can be used as the insulating layer.

ПВС, водным раствором которого различной концентрации (от 0,1 до 95 мас. ) предварительно пропитывают электропроводящий и изоляционный слои с последующим удалением растворителя (воды), при получении изделия расплавляется и образует матричную фазу. Электронагреватели необходимых размеров и конфигурации в зависимости от вида наполнителей изготовляют методом прессования. PVA, an aqueous solution of which various concentrations (from 0.1 to 95 wt.) Pre-impregnated with the conductive and insulating layers, followed by removal of the solvent (water), upon receipt of the product melts and forms a matrix phase. Electric heaters of the required size and configuration, depending on the type of fillers, are manufactured by pressing.

П р и м е р ы 1-5. Полимерный материал, содержащий в качестве матрицы ПВС марки 8/2 (ГОСТ 10779-78) Т_пл. 230^оС, в качестве токопроводящего слоя углеродный трикотаж, в качестве изоляционного слоя стеклоткань марки Т10-80 (ГОСТ 19170-73) получали методом пропитки углеродного трикотажа и стеклоткани растворами ПВС различной концентрации на стадии изготовления препрега с последующей сушкой при 100^оС в течение 1 ч, термообработкой при 200^оС в течение 15 мин и прессованием листового пластика при 250^оС, давлением 15 атм в течение 15 мин. Образцы пластика испытывали на деформационную теплостойкость в соответствии с ГОСТ 12021-75. Результаты испытаний представлены в табл.1.PRI me R s 1-5. A polymer material containing as a matrix PVA grade 8/2 (GOST 10779-78) T _pl. 230 ^{° C,} as the conductive carbon layer knitted fabric, as an insulating layer of glass cloth mark T10-80 (GOST 19170-73) was prepared by impregnating carbon knitted fiberglass and solutions of different concentration of PVA in the step of manufacturing the prepreg, followed by drying at ¹⁰⁰ ° C for 1 hour heat treatment at ²⁰⁰ ° C for 15 minutes and compressing the plastic sheet at 250 ^{° C,} a pressure of 15 atm for 15 minutes. Plastic samples were tested for deformation resistance in accordance with GOST 12021-75. The test results are presented in table 1.

П р и м е р ы 6-10. Полимерный материал, содержащий в качестве матрицы ПВС марки 16/1 (ГОСТ 10779-78) Тпл. 220^оС, в качестве токопроводящего слоя углеродную ткань УРАЛ-ТРI0ЭХО (ТУ6-06-31-504-85), изоляционного слоя ткань СВМ артикул 56313, получали методом пропитки ткани УРАЛ и ткани СВМ водными растворами ПВС различной концентрации на стадии изготовления препрега с последующей сушкой при 100^оС в течение 1 ч, термообработкой при 200^оС в течение 15 мин и прессованием при 240^оС, давлении 15 атм в течение 15 мин. Образцы пластика испытывали на деформационную теплостойкость в соответствии с ГОСТ 12021-75.PRI me R s 6-10. A polymer material containing as a matrix PVA brand 16/1 (GOST 10779-78) TPL. 220 ^о С, URAL-TRI0EHO carbon fabric (TU6-06-31-504-85) as a conductive layer, insulation layer of SVM fabric article 56313, were obtained by impregnating URAL fabric and SVM fabric with various concentrations of PVA aqueous solutions at the stage of prepreg manufacturing with followed by drying at ¹⁰⁰ ° C for 1 hour, heat treatment at ²⁰⁰ ° C for 15 min and pressing at 240 ^{° C,} a pressure of 15 atm for 15 minutes. Plastic samples were tested for deformation resistance in accordance with GOST 12021-75.

Результаты испытаний представлены в табл. 2. The test results are presented in table. 2.

Примеры 11-15. Состав пластика и режимы обработки аналогичны примерам 1-5. Examples 11-15. The composition of the plastic and processing modes are similar to examples 1-5.

Claims

LAYERED POLYMERIC MATERIAL, the inner layer of which is made of a conductive carbon filler impregnated with a binder, and the outer layer is of an insulating filler impregnated with a binder, characterized in that it contains polyvinyl alcohol as a polymer binder in the following ratio of components, vol.

Polyvinyl alcohol 30 70
Conductive carbon filler 10 20
Insulation Filler 20 50