RU2344574C2 - Углеродная гибкая нагревательная структура - Google Patents
Углеродная гибкая нагревательная структура Download PDFInfo
- Publication number
- RU2344574C2 RU2344574C2 RU2006137279/09A RU2006137279A RU2344574C2 RU 2344574 C2 RU2344574 C2 RU 2344574C2 RU 2006137279/09 A RU2006137279/09 A RU 2006137279/09A RU 2006137279 A RU2006137279 A RU 2006137279A RU 2344574 C2 RU2344574 C2 RU 2344574C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flexible heating
- heating structure
- carbon
- silicone rubber
- conductive composition
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 59
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 52
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims description 44
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 53
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims abstract description 42
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims abstract description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000004944 Liquid Silicone Rubber Substances 0.000 claims description 33
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 18
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims description 12
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 8
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 5
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Natural products CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 3
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000008096 xylene Substances 0.000 claims description 2
- 125000003944 tolyl group Chemical group 0.000 claims 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 5
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 8
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 8
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 7
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 5
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 229920006126 semicrystalline polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 208000017843 C syndrome Diseases 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 229920001002 functional polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
- H01B1/24—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising carbon-silicon compounds, carbon or silicon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
- H05B3/145—Carbon only, e.g. carbon black, graphite
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Surface Heating Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к проводящей композиции. Проводящая композиция, образуемая из смеси жидкого силиконового каучука и проводящей сажи, в которой массовое соотношение между жидким силиконовым каучуком и проводящей сажей составляет 100:1~15. Во втором варианте проводящая композиция образована из смеси жидкого силиконового каучука и порошка графита, в которой массовое соотношение между жидким силиконовым каучуком и порошком графита составляет 100:10~150. Проводящая композиция может быть отформована в виде сетки, пластины, стержня, кольца или бруска или она может быть намазана или нанесена на каркасный шаблон и отверждена. Сетка может представлять собой ткань, образованную из утка и основы, может иметь входные участки, выполненные более длинными, чем уток или основа ткани. Входные участки представляют собой покрытые оловом медные проволоки или серебряные проволоки. Техническим результатом является повышение термостойкости, зимостойкости, озоностойкости, электрической изоляции, гибкости. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.
Description
Область техники
Настоящее изобретение относится к углеродной гибкой нагревательной структуре, полученной путем формования проводящей композиции, в которой массовое соотношение между жидким силиконовым каучуком и проводящей сажей составляет 100:1÷15, для придания ей определенной формы, или путем нанесения покрытия из проводящей композиции на шаблон, имеющий определенную форму.
Уровень техники
Постепенно возрастает значимость электропроводящего полимера как одной из разновидностей функционального полимера. Приобретая электропроводность, полимерный материал получает полезные физические и химические свойства и становится не только функционально лучшим материалом, но также и дешевым материалом, принимая во внимание себестоимость.
В общем, ряд полимерных материалов считали в высокой степени изоляционными материалами. Хотя полимерные материалы благодаря низкой проводимости работают как электроизоляционные материалы, они функционируют как проводники, когда в них добавляют наполнитель, такой как сажа, углеродное волокно или металлический порошок.
Добавляемый наполнитель образует электрический путь в полимерном материале, который работает как проход для электронов, так что полимерный материал становится проводником.
При возрастании температуры расстояние между частицами наполнителя в полукристаллическом полимере, включающем проводящий наполнитель, увеличивается из-за термического расширения в области плавления полимера, так что нарушается поток электронов.
В качестве проводящих наполнителей, добавляемых для получения функции положительного температурного коэффициента сопротивления (ПТКС) для полимера, главным образом используют сажу и углеродное волокно. В качестве полимерного материала главным образом используют кристаллический полимер, такой как полиэтилен.
Соответственно, по мере того как температура возрастает, сопротивление материала внезапно сильно увеличивается, что называется статической характеристикой температурного коэффициента сопротивления или явлением ПТКС. То есть, сопротивление является относительно низким при низкой температуре, когда температура достигает заранее заданного значения, сопротивление внезапно увеличивается, так что затрудняется протекание тока. Температуру, при которой происходит вышеупомянутое внезапное изменение, называют температурой скачка сопротивления или температурой Кюри.
Температуру скачка сопротивления определяют как температуру, соответствующую удвоенному значению минимального сопротивления или сопротивления при исходной температуре (25°С), и она является главным параметром в свойствах материала.
Также, изменение компонента материала делает температуру скачка сопротивления более близкой к высокой температуре или низкой температуре, так что материал можно использовать во множестве устройств. Например, материал можно применять для датчика температуры или защиты от перегрева, используя свойство зависимости сопротивления от температуры; нагревателя, используя свойство зависимости тока от напряжения, или для цепи задержки, или цепи размагничивания (demagnetic), используя свойство ослабления тока.
Среди вышеупомянутых областей применения, в случае использования для предотвращения разрушения изделия или электронной цепи из-за перегрева или протекания сверхтока, полимер с ПТКС может хорошо выполнять обе функции защиты от перегрева и перегрузки.
В случае плавкого предохранителя, хотя он имеет повышенную защитную функцию по отношению к сверхтоку, когда ток прерывается из-за отключения плавкого предохранителя, плавкий предохранитель нужно заменить, так что это неудобно. В случае биметаллического выключателя, который обеспечивает функцию защиты от повышенной температуры и функцию восстановления, так как он не чувствителен к перегрузкам, трудно использовать биметаллический выключатель для точных электронных схем. Таким образом, можно видеть, что полимер с ПТКС имеет повышенные свойства по сравнению с вышеупомянутыми элементами.
Полимерный материал с ПТКС можно использовать как улучшенный материал с ПТКС, компенсируя недостатки традиционных керамических материалов с ПТКС, такие как низкая проводимость, высокая стоимость производства, фиксированная форма. В частности, так как минимальное сопротивление довольно мало и форма изготовления является произвольной, полимерный материал с ПТКС уже широко используют при разработке маленьких устройств, и их применение быстро увеличивается. Температура полимера с ПТКС уменьшается после прекращения нагревания или тока. Также, материал с ПТКС имеет функцию автоматического восстановления без его замены после устранения сверхтока.
В добавление к вышеупомянутым свойствам ПТКС существует явление отрицательного температурного коэффициента сопротивления (ОТКС), при котором сопротивление сильно уменьшается, когда образуется новая проводящая сеть, поскольку в расплавленном состоянии изменяется распределение проводящих частиц.
Так как свойство, обеспечиваемое проводящему полимеру путем эффекта ПТКС, может утрачиваться за счет явления ОТКС, явление ОТКС становится большим препятствием для явления ПТКС.
Явление ОТКС происходит, когда проводящие частицы перемещаются за счет сшивания в расплавленном состоянии, так что образуется новая структура. Сшивание образует сеть, что позволяет проводящим частицам сильно притягиваться друг другу и ограничивает перемещение проводящих частиц, так что можно получить структурную стабильность.
Полимерный материал с ПТКС используют, чтобы предотвратить разрушение электронных приборов или электронных схем и уже применяют при конструировании маленьких устройств, потому что их изготавливаемая форма является произвольной. Однако так как добавляют сшивающий агент, чтобы ограничить явление ОТКС, и затем материал с ПТКС отверждают, чтобы он имел структуру твердой пластмассы, полимерный материал с ПТКС имеет ограничение в изготовлении и назначении при использовании его для основного нагревательного тела.
В полукристаллическом полимере, включающем проводящий наполнитель, по мере увеличения температуры, так как увеличивается интервал между частицами наполнителя в полимере благодаря термическому расширению в области температуры скачка сопротивления, постоянно существует амплитуда между термическим сжатием и термическим расширением, которая повторяется, вплоть до температуры плавления кристаллов, так что сокращается срок службы изделий.
Раскрытие изобретения
Технические проблемы
Чтобы решить вышеперечисленные, а также прочие, проблемы, настоящее изобретение обеспечивает углеродную гибкую нагревательную структуру с повышенными физическими и химическими свойствами, такими как термостойкость, зимостойкость, озоностойкость, электрическую изоляцию и гибкость, проводящую композицию, используемую для этой структуры, и способ изготовления углеродной гибкой нагревательной структуры.
Настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления углеродной гибкой нагревательной структуры, который может снизить производственные затраты путем упрощения процесса изготовления.
Настоящее изобретение обеспечивает углеродную гибкую нагревательную структуру, в которой не происходит явления расслаивания структуры, даже когда повторяется периодическая смена термического расширения термическим сжатием, благодаря смешиванию и перемешиванию только разбавителя и жидкого силиконового каучука, который является таким же материалом, как проводящая композиция, и нанесения смеси на поверхность углеродной гибкой нагревательной структуры для изоляции, если это необходимо.
Настоящее изобретение обеспечивает углеродную гибкую нагревательную структуру, которую можно использовать в разнообразных областях применения путем изготовления каркасного шаблона (frame mold) различной формы, такой как сетка, пластина, стержень, кольцо или брусок, во время изготовления углеродной гибкой нагревательной структуры.
Техническое решение
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения образуют проводящую композицию из смеси жидкого силиконового каучука и проводящей сажи, или жидкого силиконового каучука и порошка графита, в которой массовое соотношение между жидким силиконовым каучуком и проводящей сажей, и жидким силиконовым каучуком и порошком графита составляет 100:1-15 и 100:10-50 соответственно.
Коэффициент термического расширения жидкого силиконового каучука составляет от 200·10-6 К-1 до 300·10-6 К-1.
Размер частиц проводящей сажи составляет от 20 до 40 нм и величина адсорбции дибутилфталата (ДБФ) составляет от 300 до 50 мл/100 г. Размер частиц порошка графита составляет от 1 до 10 мм, электрическое сопротивление составляет от 0,0005 до 0,08 Ом·см.
Способ изготовления углеродной гибкой нагревательной структуры включает смешивание проводящей композиции, образуемой из жидкого силиконового каучука и наполнителя, перемешивание смеси жидкого силиконового каучука и проводящей сажи при добавлении разбавителя на уровне 1-100% по отношению к массе жидкого силиконового каучука, и формование смеси для придания ей определенной формы и отверждение отформованной смеси.
Преимущества
Как описано выше, углеродная гибкая нагревательная структура согласно настоящему изобретению и проводящая композиция для ее изготовления, имеют повышенные физические и химические свойства, такие как термостойкость, зимостойкость, озоностойкость, электрическая изоляция, и имеют функцию саморегулирующегося резистивного нагрева и повышенную гибкость, так что количество областей применения углеродной гибкой нагревательной структуры согласно настоящему изобретению резко возрастает.
Углеродная гибкая нагревательная структура согласно настоящему изобретению может обеспечивать экономичный способ изготовления путем упрощения стадий изготовления для снижения производственных затрат.
В углеродной гибкой нагревательной структуре согласно настоящему изобретению не происходит расслаивание структуры, даже когда повторяется периодическая смена термического расширения термическим сжатием благодаря смешиванию и перемешиванию только разбавителя и жидкого силиконового каучука, который является таким же материалом, как проводящая композиция, и нанесению смеси на поверхность углеродной гибкой нагревательной структуры для изоляции, если это необходимо.
При изготовлении углеродную гибкую нагревательную структуру можно использовать в разнообразных областях путем формования структуры для придания различных форм на стадии формования или путем изготовления каркасного шаблона в виде различных форм, таких как сетка, пластина, стержень, кольцо или брусок.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлена блок-схема для объяснения способа изготовления углеродной гибкой нагревательной структуры согласно одному из воплощений настоящего изобретения.
На Фиг.2 показан вид сверху, иллюстрирующий структуру углеродной гибкой нагревательной сетки согласно одному из воплощений настоящего изобретения.
На Фиг.3 показан вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий микроструктуру углеродной гибкой нагревательной сетки по Фиг.2.
На Фиг.4 показан вид, иллюстрирующий микроструктуру проводящей композиции согласно одному из воплощений настоящего изобретения;
На Фиг.5 показан вид, иллюстрирующий микроструктуру проводящей композиции, показанной на Фиг.4, в состоянии, при котором температура выше комнатной температуры.
На Фиг.6 представлен график, показывающий зависимость температуры от сопротивления для традиционного устройства с ПТКС;
На Фиг.7 представлен график, показывающий зависимость температуры от сопротивления для углеродной гибкой нагревательной структуры по Фиг.1.
Лучший режим осуществления изобретения
Со ссылкой на сопровождающие чертежи далее подробно описано исполнение настоящего изобретения по отношению к случаю, в котором углеродную гибкую нагревательную структуру с использованием проводящей композиции, получаемую путем смешивания жидкого силиконового каучука и проводящей сажи, формуют в виде сетки.
На Фиг.1 представлена блок-схема для объяснения способа изготовления углеродной гибкой нагревательной структуры согласно одному из воплощений настоящего изобретения. Со ссылкой на Фиг.1 способ изготовления включает смешивание жидкого силиконового каучука и проводящей сажи (операция 110), перемешивание при добавлении разбавителя к смеси жидкого силиконового каучука и проводящей сажи (операция 120) и формование и отверждение путем намазывания или нанесения смеси на структуру, имеющею определенную форму (операция 130).
При операции 110 смешения жидкий силиконовый каучук и проводящую сажу смешивают в соотношении приблизительно 100:1~15, исходя из их массового отношения. Далее, при операции 120 перемешивания к смеси жидкого силиконового каучука и проводящей сажи добавляют разбавитель и смесь перемешивают. В качестве разбавителя главным образом используют толуол или ксилол. Разбавитель, добавляемый к смеси при операции 120 перемешивания, предпочтительно находится в интервале приблизительно 0-100% по отношению к массе жидкого силиконового каучука. При операции 120 перемешивания, когда содержание сажи мало, гибкость проводящей композиции обеспечивают без добавления разбавителя. Однако так как гибкость ухудшается по мере того, как увеличивается содержание сажи, гибкость проводящей композиции улучшают путем добавления разбавителя и перемешивания смеси. Проводящая композиция, прошедшая операцию 110 смешения и операцию 120 перемешивания, проходит операцию 130 формования и отверждения, при этом получают углеродную гибкую нагревательную структуру, соответствующую желаемому применению.
Проводящую композицию, которая представляет собой перемешанную смесь, формуют для придания определенной формы и затем отверждают, или намазывают, или наносят на шаблон, имеющий определенную форму, и затем отверждают. Структуру, имеющую разнообразие форм, таких как сетка, пластина, стержень, кольцо или брусок, можно использовать в качестве определенной формы или шаблона, имеющего определенную форму.
В таблице 1 показано время отверждения после того, как проводящую композицию наносят на шаблон, имеющий определенную форму.
| Таблица 1 | |
| Температура отверждения | Время отверждения |
| Комнатная температура | 4 дня - 1 неделя |
| 150°С | 5~10 минут |
| 250°С | 1~5 минут |
Из таблицы 1 видно, что когда отверждают проводящую композицию, при комнатной температуре требуется время отверждения 4-7 дней, которое можно уменьшить до 1-5 минут при температуре 200°С.
В таблице 2, приведенной ниже, показаны термические свойства полиэтилена и жидкого силиконового каучука согласно настоящему изобретению. В таблице 3, приведенной ниже, показан срок службы силиконового каучука в соответствии с температурой.
Жидкий силиконовый каучук используют для проводящей композиции, поскольку он проявляет повышенную термостойкость, зимостойкость, озоностойкость, электрическую изоляцию и гибкость. Как показано в таблице 2, поскольку коэффициент термического расширения жидкого силиконового каучука, который составляет 270·10-6 К-1, выше, приблизительно в два раза, чем этот коэффициент у полиэтилена, который составляет 150·10-6 К-1, углеродная гибкая нагревательная структура имеет функцию саморегулирующегося резистивного нагрева.
| Таблица 2 | |||
| Свойство | Жидкий силиконовый каучук | Полиэтилен (ПЭВП) | |
| Удельная масса | 1,04 | 0,94~0,97 | |
| Температура стеклования, Тс | -118~-132°С | -30°С | |
| Температура плавления кристаллов, Тп | - | 137°С | |
| Коэффициент термического расширения (10-6/К-1) | 270 | 150 | |
| Температура длительного применения | 190°С | 80~90°С | |
| Таблица 3 | |||
| Температурный интервал | Ожидаемый срок службы | ||
| - 50~-30°С | 10 лет или более | ||
| -30~-150°С | почти постоянное использование (20 лет или более) | ||
| 150~200°С | 5~10 лет | ||
| 200~250°С | 1~2 года | ||
| 250~300°С | 1~2 месяца | ||
| 300~00°С | от нескольких недель до нескольких месяцев | ||
Так как в углеродной гибкой нагревательной структуре согласно настоящему изобретению используется жидкий силиконовый каучук, она обладает повышенной гибкостью, так что область применения углеродной гибкой нагревательной сетки по настоящему изобретению резко расширяется. Кроме того, силиконовый каучук можно использовать более 20 лет или почти постоянно в соответствии с интервалом температуры, в котором используют силиконовый каучук.
В таблице 4, приведенной ниже, показаны типичные свойства проводящей сажи согласно настоящему изобретению.
| Таблица 4 | |||
| Наименование | Доля воздушной прослойки, % | Диаметр первичных частиц, нм | Число первичных частиц (×1015 шт/г) |
| Проводящая сажа | 60 | 40 | 38 |
Типичными свойствами проводящей сажи является то, что она имеет размер частиц 40 нм, пористость 60% и число частиц 38·1015 на грамм. Это означает, что проводящая сажа имеет высокопроводящую структуру, в которой величина адсорбции дибутилфталата (ДФТ) составляет от 300 до 500 мл/100 г.
На Фиг.2 показано строение углеродной проводящей нагревательной структуры типа сетки согласно одному из воплощений настоящего изобретения (здесь и далее ее называют «углеродная гибкая нагревательная сетка»). На Фиг.3 показан поперечный разрез углеродной гибкой нагревательной сетки по Фиг.2.
Углеродная гибкая нагревательная сетка 200 представляет собой ткань, образованную из утка 230 и основы 220. Входные участки 210а и 210b выполнены более длинными, чем уток 230 и основа 220 ткани, как входы для подачи электроэнергии к обоим концевым участкам утка 230 или основы 220. Входные участки 210а и 210b выполнены из проводящей металлической проволоки с повышенной проводимостью, причем в качестве проводящей металлической проволоки использована покрытая оловом медная проволока или серебряная проволока, обладающие повышенной проводимостью. Проводящую композицию 250 предпочтительно наносят или намазывают на каркасную структуру 240 до толщины от 0,05 до 0,15 мм.
При этом смесь, получаемую путем смешивания и перемешивания только жидкого силиконового каучука и разбавителя, можно нанести на поверхность углеродной гибкой нагревательной сетки 200 для изоляции, если это необходимо. Так как изоляционное покрытие 260 образуют из жидкого силиконового каучука, который является таким же материалом, как проводящая композиция 250, даже если существует периодическая смена термического расширения и термического сжатия, которая происходит неоднократно, явления отслаивания сетки 200 не происходит.
Далее описан механизм саморегулирующегося резистивного нагрева более подробно со ссылкой на Фиг.4 и Фиг.5.
На Фиг.4 показана микроструктура проводящей композиции при комнатной температуре согласно воплощению настоящего изобретения. На Фиг.5 показана микроструктура проводящей композиции, показанной на Фиг.4, в состоянии, при котором температура выше комнатной температуры. Фиг.4 и Фиг.5 показывают степень ориентации проводящей сажи 310 в жидком силиконовом каучуке 320.
Между распределенными частицами проводящей сажи 310 имеются узкие зазоры, заполненные жидким силиконовым каучуком 320. Узкий зазор работает как потенциальный барьер, и электроны проходят по узкому зазору за счет тепловых флуктуации, что вызывают электропроводность.
Функция саморегулирующегося резистивного нагрева согласно настоящему изобретению использует туннельный ток, как это описано выше. Туннельный ток протекает по узкому зазору, когда узкий зазор из силиконового каучука 320 поддерживают равным 1 нм или менее, причем туннельный ток очень чувствителен к расстоянию, так как он изменяется обратно пропорционально и по экспоненте по отношению к изменению расстояния.
Когда температура увеличивается, как показано на Фиг.5, узкий зазор 320, заполненный силиконовым каучуком, увеличивается, так что электропроводность понижается. Таким образом, значение сопротивления возрастает, и узкий зазор работает как электрический изолятор.
Исполнение углеродной гибкой нагревательной структуры, работающей как указано выше, описано подробно со ссылкой на Фиг.6 и Фиг.7. На Фиг.6 представлен график, показывающий зависимость сопротивления от температуры для традиционного устройства с ПТКС. На Фиг.7 представлен график, показывающий зависимость сопротивления от температуры для углеродной гибкой нагревательной структуры согласно исполнению настоящего изобретения.
Ссылаясь на Фиг.6 и 7, опытный образец углеродной гибкой нагревательной сетки с содержанием сажи 10% и опытный образец углеродной гибкой нагревательной сетки с содержанием сажи 8% использовали в конструктивном исполнении 1 и конструктивном исполнении 2 соответственно. Зависимость сопротивления от температуры измеряли для каждого исполнения, и результаты измерений приведены ниже в таблице 5.
| Таблица 5 | ||
| Температура, °С | Уровень сопротивления, р·см | |
| Исполнение 1 | Исполнение 2 | |
| 20 | 91 | - |
| 30 | 129 | 150 |
| 40 | 144 | 220 |
| 50 | 156 | 267 |
| 60 | 170 | 312 |
| 70 | 187 | 416 |
| 80 | 208 | 468 |
| 90 | 250 | 625 |
| 100 | 267 | 939 |
| 110 | 312 | 1300 |
| 120 | 407 | |
На Фиг.6 показана кривая зависимости сопротивления от температуры для обычного полимерного устройства с ПТКС в качестве сравнительного примера. Как видно из Фиг.6, кривая зависимости сопротивления от температуры для традиционного устройства с ПТКС показывает, что температура нагрева устройства с ПТКС определяется температурой плавления кристаллов Тп для каждого полимерного материала и что уровень сопротивления больше не увеличивается при конкретной температуре после прохождения температуры скачка сопротивления.
Однако, как показано на Фиг.7, углеродная гибкая нагревательная сетка согласно настоящему изобретению, в отличие от традиционного устройства с ПТКС, обладает свойством саморегулирующегося резистивного нагрева, т.е. уровень сопротивления постепенно возрастает с увеличением температуры.
В другом исполнении, порошок графита можно использовать вместо проводящей сажи. Когда в качестве наполнителя используют порошок графита, поскольку графит имеет повышенную по сравнению с проводящей сажей смазывающую способность, порошок графита можно легко смешать с жидким силиконовым каучуком.
Предпочтительно массовое соотношение между жидким силиконовым каучуком и порошком графита составляет 100:10-150 в проводящей композиции, изготовленной из смеси жидкого силиконового каучука и порошка графита. Средний размер частиц порошка графита составляет 1-10 мм, а электрическое сопротивление составляет 0,0005~0,08 Ом·см.
Можно использовать короткое волокно (short staple) в качестве армирующего материала для проводящей композиции, получаемой путем смешивания жидкого силиконового каучука и проводящей сажи или порошка графита в качестве наполнителя. Короткое волокно может быть стекловолокном, углеродным волокном или графитовым волокном, имеющим диаметр от 1 до 50 мкм. Путем добавления короткого волокна можно не только армировать жидкую проводящую композицию, но также проще осуществлять формование проводящей композиции в виде желаемой формы без каркасной структуры.
Проводящую композицию и углеродную гибкую нагревательную структуру согласно настоящему изобретению можно применять в областях изготовления температурных датчиков, устройств компенсации температуры, защиты от перегрева, нагревателей, и электрической схемы для защиты от сверхтока, причем области применения ее ограничиваются вышеописанными примерами.
Вышеупомянутые конструктивные исполнения являются только примерными, и их не следует истолковывать как ограничивающие настоящее изобретение. Подразумевается, что описание настоящего изобретения является иллюстративным и не ограничивает объем формулы. Множество альтернатив, модификаций и изменений очевидно для специалистов.
Claims (7)
1. Углеродная гибкая нагревательная структура, включающая проводящую композицию, полученную путем смешивания жидкого силиконового каучука и сажи при массовом соотношении 100:1~15 с приданием ей определенной формы, в которой проводящая композиция армирована путем добавления короткого волокна, диаметр которого составляет от 1 до 50 мкм и которое выбрано из стекловолокна, углеродного волокна и графитового волокна.
2. Углеродная гибкая нагревательная структура, включающая проводящую композицию, полученную путем смешивания жидкого силиконового каучука и порошка графита при массовом соотношении 100:10~150 с приданием ей определенной формы, в которой проводящая композиция армирована путем добавления короткого волокна, диаметр которого составляет от 1 до 50 мкм и которое выбрано из стекловолокна, углеродного волокна и графитового волокна.
3. Углеродная гибкая нагревательная структура по п.1 или 2, в которой проводящая композиция отформована в виде сетки, пластины, стержня, кольца или бруска или она намазана или нанесена на каркасный шаблон указанной выше формы и отверждена.
4. Углеродная гибкая нагревательная структура по п.3, в которой сетка представляет собой ткань, образованную из утка и основы, и имеет входные участки, выполненные более длинными, чем уток или основа ткани, причем входные участки выполнены из проводящей металлической проволоки с повышенной проводимостью.
5. Углеродная гибкая нагревательная структура по п.4, в которой входные участки представляют собой покрытые оловом медные проволоки или серебряные проволоки.
6. Углеродная гибкая нагревательная структура по любому из п.1 или 2, дополнительно включающая на поверхности изоляционное покрытие из смеси жидкого силиконового каучука и разбавителя.
7. Углеродная гибкая нагревательная структура по п.6, в которой разбавитель представляет собой толуол или ксилол.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2004-0021056 | 2004-03-29 | ||
| KR1020040021056 | 2004-03-29 | ||
| KR10-2004-0028299 | 2004-04-23 | ||
| KR10-2004-0028299A KR100535175B1 (ko) | 2004-03-29 | 2004-04-23 | 카본유연성 발열구조체 제조용 전도성 조성물과 이를 이용한 카본유연성 발열구조체 및 이의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006137279A RU2006137279A (ru) | 2008-05-10 |
| RU2344574C2 true RU2344574C2 (ru) | 2009-01-20 |
Family
ID=37276802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006137279/09A RU2344574C2 (ru) | 2004-03-29 | 2005-03-29 | Углеродная гибкая нагревательная структура |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7781706B2 (ru) |
| KR (1) | KR100535175B1 (ru) |
| CN (1) | CN1938790B (ru) |
| RU (1) | RU2344574C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579863C2 (ru) * | 2010-12-23 | 2016-04-10 | Федерал-Могул Нюрнберг Гмбх | Устройство для отливки поршня для двигателя внутреннего сгорания и способ изготовления отлитого поршня для двигателя внутреннего сгорания |
| RU2748851C1 (ru) * | 2020-06-16 | 2021-06-01 | Общество с ограниченной ответственностью "ТеплоКарбон" | Способ изготовления греющей сетки и станок для его осуществления |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060129554A (ko) * | 2005-06-07 | 2006-12-18 | 주식회사 웨이브솔루션 | 도전성 실리콘 함침액과 이 함침액이 함침된 폴리우레탄스펀지 및 이들의 제조방법 |
| CN101260238B (zh) * | 2008-04-14 | 2011-08-10 | 浙江万马集团电气有限公司 | 导电硅橡胶 |
| KR100921998B1 (ko) * | 2008-06-18 | 2009-10-14 | 주식회사 유니웜 | 발열장판 제조방법 |
| KR100942816B1 (ko) | 2008-06-19 | 2010-02-18 | 김영철 | 절연 튜브 제조 장치 |
| CN101841940B (zh) * | 2010-04-29 | 2013-07-10 | 葫芦岛天力工业有限公司 | 船用钢板涂装电预热板 |
| CN101873729B (zh) * | 2010-06-07 | 2012-01-04 | 刘忠耀 | 电发热膜及其制备方法 |
| WO2012074558A2 (en) * | 2010-12-03 | 2012-06-07 | Michael Colburn | Mixture of graphite and dielectric particles for heat generation and exchange devices |
| US8708553B2 (en) * | 2010-12-06 | 2014-04-29 | Cooper-Atkins Corporation | System for verifying temperature measurement |
| CN103269528B (zh) * | 2011-08-12 | 2016-05-18 | 李春学 | 高分子复合电热材料、其制备方法、以及其用途 |
| US9095008B1 (en) * | 2011-10-20 | 2015-07-28 | Michael P. Seacord | Heated blanket |
| CN103572453A (zh) * | 2012-08-12 | 2014-02-12 | 泰根索路科技股份有限公司 | 导电硅橡胶发热体及其制造方法 |
| US11578213B2 (en) | 2013-06-26 | 2023-02-14 | Intelli Particle Pty Ltd | Electrothermic compositions |
| NZ714626A (en) * | 2013-06-26 | 2023-03-31 | Intelli Particle Pty Ltd | Electrothermic compositions |
| KR101602880B1 (ko) | 2014-06-18 | 2016-03-11 | (주)유니플라텍 | 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법과, 그 제조 방법에 의해 제조된 피티씨 소자 및 그 피티씨 소자가 구비된 면상 발열체 |
| EP3245844B1 (en) | 2015-01-12 | 2020-05-27 | Laminaheat Holding Ltd. | Fabric heating element |
| US10147645B2 (en) * | 2015-09-22 | 2018-12-04 | Nxp Usa, Inc. | Wafer level chip scale package with encapsulant |
| EP3366080A1 (en) | 2015-10-19 | 2018-08-29 | LaminaHeat Holding Ltd. | Laminar heating elements with customized or non-uniform resistance and/or irregular shapes, and processes for manufacture |
| KR101726538B1 (ko) * | 2016-01-09 | 2017-04-13 | 박상구 | 복합사 직물의 전열망 |
| WO2018008695A1 (ja) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | 国際環境開発株式会社 | 発熱装置及びその製造方法 |
| CN106009685A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-10-12 | 安徽省宁国天成电工有限公司 | 一种复合型ptc热敏电阻器发热材料 |
| CN108955928B (zh) * | 2018-05-17 | 2021-02-19 | 浙江欧仁新材料有限公司 | 一种柔性温度传感器及其制备方法 |
| USD911038S1 (en) | 2019-10-11 | 2021-02-23 | Laminaheat Holding Ltd. | Heating element sheet having perforations |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1602372A (en) * | 1977-05-18 | 1981-11-11 | Hotfoil Ltd | Electrically conductive rubber composition |
| US4695508A (en) | 1985-09-06 | 1987-09-22 | The Yokohama Rubber Co., Ltd. | Adhesive composition |
| US4929391A (en) * | 1988-07-20 | 1990-05-29 | Dow Corning Corporation | Electrically conductive silicon compositions |
| US5082595A (en) * | 1990-01-31 | 1992-01-21 | Adhesives Research, Inc. | Method of making an electrically conductive pressure sensitive adhesive |
| JP2631572B2 (ja) | 1990-04-27 | 1997-07-16 | 東芝シリコーン株式会社 | 導電性シリコーンゴム組成物 |
| JPH04304266A (ja) | 1991-03-29 | 1992-10-27 | Polytec Design:Kk | 可変抵抗ゴム |
| CN1062989A (zh) * | 1991-12-13 | 1992-07-22 | 周绍云 | 一种导电膏 |
| JP2731691B2 (ja) | 1993-04-26 | 1998-03-25 | 東芝シリコーン株式会社 | 導電性シリコーンゴム組成物 |
| JP3844436B2 (ja) | 2000-04-26 | 2006-11-15 | 旭化成ケミカルズ株式会社 | 導電性樹脂組成物及びその製法 |
| CN1412108A (zh) * | 2001-10-15 | 2003-04-23 | 夏同民 | 导电碳粉的制造工艺和高分子复合导电导热材料及制造方法 |
-
2004
- 2004-04-23 KR KR10-2004-0028299A patent/KR100535175B1/ko active IP Right Grant
-
2005
- 2005-03-29 RU RU2006137279/09A patent/RU2344574C2/ru active
- 2005-03-29 CN CN2005800104349A patent/CN1938790B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-03-29 US US10/599,379 patent/US7781706B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579863C2 (ru) * | 2010-12-23 | 2016-04-10 | Федерал-Могул Нюрнберг Гмбх | Устройство для отливки поршня для двигателя внутреннего сгорания и способ изготовления отлитого поршня для двигателя внутреннего сгорания |
| RU2748851C1 (ru) * | 2020-06-16 | 2021-06-01 | Общество с ограниченной ответственностью "ТеплоКарбон" | Способ изготовления греющей сетки и станок для его осуществления |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7781706B2 (en) | 2010-08-24 |
| RU2006137279A (ru) | 2008-05-10 |
| KR100535175B1 (ko) | 2005-12-09 |
| KR20050096792A (ko) | 2005-10-06 |
| CN1938790A (zh) | 2007-03-28 |
| CN1938790B (zh) | 2011-05-18 |
| US20080251510A1 (en) | 2008-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2344574C2 (ru) | Углеродная гибкая нагревательная структура | |
| FI80820C (fi) | Sjaelvreglerande elektrisk uppvaermningsanordning. | |
| JP2007531217A (ja) | カーボン柔軟性発熱構造体製造用伝導性組成物とこれを用いたカーボン柔軟性発熱構造体及びこれの製造方法 | |
| JPH10116703A (ja) | 導電性重合体組成物及びｐｔｃ装置 | |
| Chekanov et al. | Positive temperature coefficient effect of epoxy resin filled with short carbon fibers | |
| KR101019758B1 (ko) | 정착용 히터와 그 제조 방법 | |
| CN105794312B (zh) | 复合物、自调节加热元件、以及形成这样的复合物的方法 | |
| CN113382489A (zh) | 具有稳定功率和自限制特性的pptc加热器和材料 | |
| KR200360473Y1 (ko) | 카본유연성발열메쉬 | |
| WO2021168656A1 (en) | Pptc heater and material having stable power and self-limiting behavior | |
| KR960022851A (ko) | 고분자 ptc(정온도계수)의 조성물 | |
| KR200356263Y1 (ko) | 판형 피티씨 소자 | |
| KR20050109634A (ko) | 고온용 판형 피티씨 소자 제조용 전도성 조성물과 이를 이용한 고온용 판형 피티씨 소자 및 이의 제조방법 | |
| JPH07173325A (ja) | 帯電防止樹脂組成物 | |
| KR102624065B1 (ko) | 이종 전도성 고분자를 이용한 적층구조의 ptc 소자 및 그 제조방법 | |
| KR20240005519A (ko) | 직조형 발열 구조체 | |
| JPH10223406A (ja) | Ｐｔｃ組成物およびそれを用いたｐｔｃ素子 | |
| US20070295933A1 (en) | Fixing Heater and Manufacturing Method Thereof | |
| KR20050105659A (ko) | 판형 피티씨 소자 제조용 전도성 조성물과 이를 이용한 판형 피티씨 소자 및 이의 제조방법 | |
| JPH11329675A (ja) | Ｐｔｃ組成物 | |
| Kishimoto et al. | Polymer film‐type channel electron multipliers: Their characteristics and comparison with bulk‐type flexible multipliers | |
| JPH052961A (ja) | ポリマースイツチ及びその製造方法 | |
| JP2006073217A (ja) | 面状発熱体および面状発熱体の製造方法 | |
| KR20090031712A (ko) | 정온 발열 소자의 제조방법 및 그의 정온 발열 소자 | |
| KR20050114005A (ko) | 탄성을 갖는 전류제어 저항발열 조성물질 및 이조성물질을 이용한 피티씨발열소자의 제조방법 |