RU2476033C1 - Method for manufacture of multi-electrode composite electric heater - Google Patents

Method for manufacture of multi-electrode composite electric heater Download PDF

Info

Publication number
RU2476033C1
RU2476033C1 RU2011136621/07A RU2011136621A RU2476033C1 RU 2476033 C1 RU2476033 C1 RU 2476033C1 RU 2011136621/07 A RU2011136621/07 A RU 2011136621/07A RU 2011136621 A RU2011136621 A RU 2011136621A RU 2476033 C1 RU2476033 C1 RU 2476033C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
manufacture
electrically conductive
electric heater
temperature
composite electric
Prior art date
Application number
RU2011136621/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Михайловна Халина
Михаил Васильевич Халин
Александр Борисович Дорош
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ЭнергоЭффектТехнология"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ЭнергоЭффектТехнология" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ЭнергоЭффектТехнология"
Priority to RU2011136621/07A priority Critical patent/RU2476033C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2476033C1 publication Critical patent/RU2476033C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: method for manufacture of a multi-electrode composite electric heater (MECEH) relates to resistive heating elements with application of electrically conductive composite materials and may be used for manufacture of composite electric heaters applied in industrial and agricultural productions. The manufacture method consists in shaping a package including a heat-emitting (electrically conductive) layer 1, positioned between the insulation layers 2. Placed inside the electrically conductive layer 1 is a system of electrodes 3 made of metal (e.g. copper or brass) grid; preliminarily soldered to the electrodes 3 are flexible contact leads 4 projecting outside the electric heater structure in the insulating jacket 5. The targeted change of the MECEH electrically conductive layer composition and the heater manufacture technological mod parameters has resulted in MECEHs with a negative temperature resistance coefficient αp, which corresponds to decrease of the electrically conductive layer volume resistivity pv combined with increase of temperature on the MECEH surface.
EFFECT: method for manufacture of a multi-electrode composite electric heater allows to ensure an energy efficient mode of the electric heater functioning with automatic adjustment of surface temperature without loss of the required operational and electrophysical characteristics.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к технологии получения нагревательных элементов, и может быть использовано при производстве электрообогревателей для местного обогрева в технических и бытовых условиях.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to a technology for producing heating elements, and can be used in the manufacture of electric heaters for local heating in technical and domestic conditions.

Известен способ изготовления композиционного электрообогревателя (Пат. РФ №2037895, кл. Н01С 7/00, опубл. 19.06.95 г.), включающий изготовление изоляционных слоев и тепловыделяющего слоя из электропроводящего материала, состоящего из углеродного наполнителя в виде технического углерода, связующего на основе бутилкаучука, пластифицирующего ингредиента в виде стеарина и дополнительных функциональных ингредиентов, размещение тепловыделяющего слоя с электродами и гибкими токоподводами между изоляционными слоями и последующую вулканизацию собранного пакета при следующем соотношении компонентов, мас.%:A known method of manufacturing a composite electric heater (Pat. RF No. 2037895, class. НСС 7/00, publ. 06/19/95), including the manufacture of insulating layers and a heat-releasing layer of an electrically conductive material consisting of a carbon filler in the form of carbon black, bonding to based on butyl rubber, a plasticizing ingredient in the form of stearin and additional functional ingredients, the placement of a heat-generating layer with electrodes and flexible current leads between the insulating layers and subsequent vulcanization is assembled package in the following ratio of components, wt.%:

БутилкаучукButyl rubber 51-57,7351-57.73 Технический углеродCarbon black 21,17-28,0421.17-28.04 СтеаринStearin 1,54-1,641.54-1.64 Дополнительные функциональные ингредиентыAdditional functional ingredients 16,86-19,46,16.86-19.46,

причем дополнительные функциональные ингредиенты выбраны в следующем соотношении, мас.%:moreover, additional functional ingredients are selected in the following ratio, wt.%:

Оксид цинкаZinc oxide 1,54-1,641.54-1.64 Баритовый концентратBarite Concentrate 7,75-8,107.75-8.10 Гексахлор-п-ксилолHexachlor-p-xylene 0,22-0,520.22-0.52 n-трет-Алкил-фенолформальдегидная смолаn-tert-Alkyl-phenol-formaldehyde resin 5,75-7,105.75-7.10 СтабилойлStaboil 1,6-2,1.1.6-2.1.

Недостатком известного способа является то, что не обеспечивается режим саморегулирования температуры на поверхности многоэлектродного композиционного электрообогревателя (МКЭ).The disadvantage of this method is that it does not provide a mode of self-regulation of temperature on the surface of a multi-electrode composite electric heater (FEM).

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления МКЭ, включающий изготовление изоляционных слоев и тепловыделяющего слоя из электропроводящего материала, состоящего из углеродного наполнителя в виде технического углерода, связующего на основе бутилкаучука, пластифицирующего ингредиента в виде стеарина и дополнительных функциональных ингредиентов, размещение тепловыделяющего слоя с электродами и гибкими токоподводами между изоляционными слоями и последующую проводимую в два этапа вулканизацию собранного пакета (Пат. РФ №2075836, кл H05B 3/28, опубл. 20.03.97 г.)The closest in technical essence is the method of manufacturing FEM, including the manufacture of insulating layers and a heat-releasing layer of an electrically conductive material consisting of a carbon filler in the form of carbon black, a binder based on butyl rubber, a plasticizing ingredient in the form of stearin and additional functional ingredients, the placement of a heat-releasing layer with electrodes and flexible current leads between the insulating layers and the subsequent two-stage vulcanization of the assembled pack eta (Pat. RF №2075836, class H05B 3/28, publ. 03.20.97)

Недостатком известного способа, так же как и в известных аналогах, является то, что не обеспечивается режим саморегулирования температуры, что приводит к неэффективному использованию электроэнергии.The disadvantage of this method, as well as in the known analogues, is that it does not provide a mode of self-regulation of temperature, which leads to inefficient use of electricity.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка такого способа изготовления МКЭ, который позволил бы наряду с широкими функциональными и эксплуатационными возможностями обеспечить режим саморегулирования температуры на поверхности без потери необходимых электрофизических характеристик.The technical result of the invention is the development of such a method of manufacturing FEM, which would allow, along with wide functional and operational capabilities, to provide a mode of self-regulation of temperature on the surface without losing the necessary electrical and physical characteristics.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления многоэлектродного композиционного электрообогревателя, включающем изготовление изоляционных слоев и тепловыделяющего слоя из электропроводящего материала, состоящего из углеродного наполнителя в виде технического углерода, связующего на основе бутилкаучука, пластифицирующего ингредиента в виде стеарина и дополнительных функциональных ингредиентов; размещение тепловыделяющего слоя с электродами и гибкими токоподводами между изоляционными слоями и последующую проводимую в два этапа вулканизацию собранного пакета, отличающемся тем, что изготовление электропроводящего материала осуществляют смешением бутилкаучука, технического углерода, стеарина и дополнительных функциональных ингредиентов при следующем соотношении компонентов, мас.%:The problem is solved in that in a method for manufacturing a multi-electrode composite electric heater, including the manufacture of insulating layers and a heat-releasing layer of an electrically conductive material consisting of a carbon filler in the form of carbon black, a binder based on butyl rubber, a plasticizing ingredient in the form of stearin and additional functional ingredients; placement of the heat-generating layer with electrodes and flexible current leads between the insulating layers and the subsequent vulcanization of the assembled package in two stages, characterized in that the manufacture of the electrically conductive material is carried out by mixing butyl rubber, carbon black, stearin and additional functional ingredients in the following ratio of components, wt.%:

БутилкаучукButyl rubber 59-6059-60 Технический углеродCarbon black 19,50-21,1019.50-21.10 СтеаринStearin 1,44-1,531.44-1.53 Дополнительные функциональные ингредиентыAdditional functional ingredients 16,86-19,46.16.86-19.46.

Дополнительные функциональные ингредиенты выбраны при следующем соотношении, мас.%:Additional functional ingredients are selected in the following ratio, wt.%:

Оксид цинкаZinc oxide 1,54-1,641.54-1.64 Баритовый концентратBarite Concentrate 7,75-8,107.75-8.10 Гексахлор-п-ксилолHexachlor-p-xylene 0,22-0,520.22-0.52 n-трет-Алкил-фенолформальдегидная смолаn-tert-Alkyl-phenol-formaldehyde resin 5,75-7,105.75-7.10 Масло ПМPM oil 1,6-2,1.1.6-2.1.

Причем вулканизацию собранного пакета осуществляют на первом этапе в течение 0,5-1 мин при давлении 12-13 МПа, а на втором этапе - в течение 30-35 мин при давлении 11-11,5 МПа.Moreover, the vulcanization of the collected package is carried out at the first stage for 0.5-1 minutes at a pressure of 12-13 MPa, and at the second stage - for 30-35 minutes at a pressure of 11-11.5 MPa.

В современных промышленных производствах приготовления бутиловых смесей в качестве вулканизирующего ингредиента используют парафино-нафтеновое масло марки ПМ как наиболее экологически чистый компонент по сравнению с ранее применяемыми стабилойлом. Поэтому в состав предложенной композиции вместо стабилойла (Пат. РФ №2037895, кл. Н01С 7/00, опубл. 19.06.95 г.) в качестве дополнительного функционального ингредиента введено масло ПМ без изменения соотношения мас.%.In modern industrial production of butyl mixtures, PM brand paraffin-naphthenic oil is used as the vulcanizing ingredient as the most environmentally friendly component in comparison with previously used stableoil. Therefore, instead of stabiloil (Pat. RF No. 2037895, class Н01С 7/00, publ. 06/19/95), PM oil was introduced as an additional functional ingredient without changing the ratio of wt.%.

Сущность изобретения поясняется фиг.1.The invention is illustrated in figure 1.

На фиг.1 представлен способ изготовления многоэлектродного композиционного электрообогревателя. Тепловыделяющий слой 1 размещают между изоляционными слоями 2, в электропроводящем слое 1 размещают систему электродов 3 из металлической сетки, например медной или латунной, к электродам 3 предварительно припаивают гибкие токоподводы 4, выходящие из конструкции электрообогревателя в изоляционной оболочке 5. Собранный пакет вулканизируют в два этапа при температуре 172-174°C, на первом этапе - в течение 0,5-1 мин при давлении 12-13 МПа, а на втором этапе - в течение 30-35 мин при температуре 165-167°C и давлении 11-11,5 МПа.Figure 1 presents a method of manufacturing a multi-electrode composite electric heater. The heat-releasing layer 1 is placed between the insulating layers 2, a system of electrodes 3 of a metal mesh, for example, copper or brass, is placed in the electrically conductive layer 1, flexible current leads 4 preceding the structure of the electric heater in the insulating sheath 5 are pre-soldered to the electrodes 3. The assembled package is vulcanized in two stages at a temperature of 172-174 ° C, at the first stage - for 0.5-1 minutes at a pressure of 12-13 MPa, and at the second stage - for 30-35 minutes at a temperature of 165-167 ° C and a pressure of 11-11 5 MPa.

Уменьшение давления ниже указанного предела (ниже 12 МПа) и сокращение времени вулканизации на первом этапе (менее 0,5 мин) не позволяют получить требуемых электрических параметров электрообогревателя.A decrease in pressure below the specified limit (below 12 MPa) and a decrease in vulcanization time at the first stage (less than 0.5 min) do not allow to obtain the required electrical parameters of the electric heater.

Снижение давления на втором этапе технологического процесса вулканизации (ниже 11 МПа) и уменьшение времени (менее 30 мин) не позволяют получить изделие, отвечающее требованиям ГОСТ Р 52161.1-2004 (МЭК 60335-1:2001).A decrease in pressure at the second stage of the vulcanization process (below 11 MPa) and a decrease in time (less than 30 minutes) do not allow to obtain a product that meets the requirements of GOST R 52161.1-2004 (IEC 60335-1: 2001).

Таким образом, направленным изменением композиции электропроводящего слоя МКЭ и параметров технологического режима его изготовления получены электрообогреватели МКЭ с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления αρ, что соответствует уменьшению удельного объемного сопротивления электропроводящего слоя ρv с увеличением температуры на поверхности МКЭ.Thus, by a directed change in the composition of the electrically conductive layer of the FEM and the parameters of the technological mode of its manufacture, FEM electric heaters with a negative temperature coefficient of resistance α ρ were obtained, which corresponds to a decrease in the specific volume resistance of the conductive layer ρ v with an increase in temperature on the surface of the FEM.

Для исследования зависимости ρv от изменения температуры Т МКЭ была выбрана партия электрообогревателей в количестве 5 шт, изготовленных в соответствии с предлагаемым способом.To study the dependence of ρ v on the temperature change T FEM, a batch of 5 electric heaters was selected, made in accordance with the proposed method.

Измерения проводились при температуре окружающей среды 18-20°C, образец располагали на деревянном основании, на электрообогреватель через каждые пять минут в течение первого часа и через каждые десять в течение второго подавалось напряжение 220 В частотой 50 Гц; измерялись напряжение, ток и температура на поверхности электрообогревателя.The measurements were carried out at an ambient temperature of 18–20 ° C, the sample was placed on a wooden base, and an electric heater was supplied with voltage of 220 V at a frequency of 50 Hz every five minutes during the first hour and every ten during the second; measured voltage, current and temperature on the surface of the electric heater.

Характер приведенных зависимостей ρv=f(T) после выхода на рабочий режим (фиг.2) свидетельствует об отрицательном температурном коэффициенте, присущем полимерным полупроводниковым материалам, и показывает преобладание связей проводящий наполнитель - проводящий наполнитель по отношению к связям полимер - проводящий наполнитель в резистивной фазе КМ, сложившееся в результате усиления тепловой эмиссии электронов в бутилкаучуковой матрице, увеличения их подвижности и осуществления перемещения зарядов в местах разрыва токопроводящих цепочек за счет туннельного эффекта. Это обстоятельство и делает возможным работу МКЭ в энергоэффективном режиме саморегулирования. Установлено, что характер зависимости ρv=f(T) аналогичен для образцов всей партии, среднее отклонение составило не более 7% от измеряемой величины.The nature of the given dependences ρ v = f (T) after entering the operating mode (Fig. 2) indicates a negative temperature coefficient inherent in polymer semiconductor materials, and shows the predominance of the conductive filler - conductive filler bonds with respect to the polymer - conductive filler bonds in the resistive CM phase, resulting from an increase in the thermal emission of electrons in a butyl rubber matrix, an increase in their mobility, and the movement of charges in places where the conductive circuits rupture EC due to the tunnel effect. This circumstance makes possible the operation of the FEM in an energy-efficient self-regulation mode. It was found that the nature of the dependence ρ v = f (T) is similar for samples of the entire batch, the average deviation was not more than 7% of the measured value.

Работа МКЭ в технологическом режиме саморегулирования позволяет регулировать расход электроэнергии на местный обогрев, например молодняка животных в зависимости от условий теплообмена. Принцип действия саморегулируемого МКЭ состоит в том, что при отсутствии животных обогреватель нагревается до достаточной для их привлечения температуры. При нахождении молодняка на электрообогревателе теплоотдача в месте контакта снижается, что приводит к увеличению температуры и уменьшению его сопротивления. Уменьшение сопротивления ρv в зоне контакта животных с тепловыделяющей поверхностью МКЭ сопровождается дополнительным увеличением мощности и установлением необходимой температуры. Для реализации режима саморегулирования МКЭ электропроводящий слой должен обладать отрицательным αρ. Применение саморегулируемых МКЭ позволяет существенно снизить расход электрической энергии на местный обогрев молодняка животных. Кроме того, поскольку процесс регулирования происходит за счет самоорганизации структуры электропроводящего слоя с изменением условий теплообмена, отпадает необходимость в дополнительных элементах автоматики и линий связи для регулирования температуры.The operation of the FEM in the technological mode of self-regulation allows you to adjust the energy consumption for local heating, for example, young animals, depending on the conditions of heat transfer. The principle of operation of the self-regulating FEM is that, in the absence of animals, the heater is heated to a temperature sufficient to attract them. When the young animals are on the electric heater, the heat transfer at the point of contact decreases, which leads to an increase in temperature and a decrease in its resistance. The decrease in resistance ρ v in the contact zone of animals with the fuel surface of the FEM is accompanied by an additional increase in power and the establishment of the required temperature. To implement the FEM self-regulation mode, the electrically conductive layer must have a negative α ρ . The use of self-regulating FEM allows significantly reducing the consumption of electric energy for local heating of young animals. In addition, since the regulation process occurs due to the self-organization of the structure of the electrically conductive layer with changing heat transfer conditions, there is no need for additional automation elements and communication lines to control the temperature.

Таким образом, по сравнению с известными аналогами заявляемый способ изготовления многоэлектродного композиционного электрообогревателя позволяет обеспечить энергоэффективный режим функционирования электрообогревателя с саморегулированием температуры на поверхности без потери необходимых эксплуатационных и электрофизических характеристик.Thus, in comparison with known analogues, the inventive method of manufacturing a multi-electrode composite electric heater allows you to provide an energy-efficient mode of operation of the electric heater with self-regulation of temperature on the surface without losing the necessary operational and electrophysical characteristics.

Claims (1)

Способ изготовления многоэлектродного композиционного электрообогревателя, включающий изготовление изоляционных слоев и тепловыделяющего слоя из электропроводящего материала, состоящего из углеродного наполнителя в виде технического углерода, связующего на основе бутилкаучука, пластифицирующего ингредиента в виде стеарина и дополнительных функциональных ингредиентов; размещение тепловыделяющего слоя с электродами и гибкими токоподводами между изоляционными слоями, отличающийся тем, что приготовление электропроводящего материала осуществляют смешением бутилкаучука, технического углерода, стеарина и дополнительных функциональных ингредиентов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Бутилкаучук 59-60 Технический углерод 19,50-21,10 Стеарин 1,44-1,53 Дополнительные функциональные ингредиенты 16,86-19,46;

причем вулканизацию собранного пакета осуществляют на первом этапе в течение 0,5-1 мин при температуре 172-174°C и давлении 12-13 МПа, а на втором в течение 30-35 мин при температуре 165-167°C и давлении 11-11,5 МПа.
A method of manufacturing a multi-electrode composite electric heater, including the manufacture of insulating layers and a heat-releasing layer of an electrically conductive material consisting of a carbon filler in the form of carbon black, a binder based on butyl rubber, a plasticizing ingredient in the form of stearin and additional functional ingredients; placing a heat-generating layer with electrodes and flexible current leads between the insulating layers, characterized in that the preparation of the electrically conductive material is carried out by mixing butyl rubber, carbon black, stearin and additional functional ingredients in the following ratio of components, wt.%:
Butyl rubber 59-60 Carbon black 19.50-21.10 Stearin 1.44-1.53 Additional functional ingredients 16.86-19.46;

moreover, the collected package is vulcanized at the first stage for 0.5-1 min at a temperature of 172-174 ° C and a pressure of 12-13 MPa, and at the second stage for 30-35 min at a temperature of 165-167 ° C and a pressure of 11- 11.5 MPa.
RU2011136621/07A 2011-09-02 2011-09-02 Method for manufacture of multi-electrode composite electric heater RU2476033C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011136621/07A RU2476033C1 (en) 2011-09-02 2011-09-02 Method for manufacture of multi-electrode composite electric heater

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011136621/07A RU2476033C1 (en) 2011-09-02 2011-09-02 Method for manufacture of multi-electrode composite electric heater

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2476033C1 true RU2476033C1 (en) 2013-02-20

Family

ID=49121196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011136621/07A RU2476033C1 (en) 2011-09-02 2011-09-02 Method for manufacture of multi-electrode composite electric heater

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2476033C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU790022A1 (en) * 1978-05-04 1980-12-23 Белорусский институт механизации сельского хозяйства Composition material
RU2037895C1 (en) * 1993-03-02 1995-06-19 Халин Михаил Васильевич Composition resistive material
RU2075836C1 (en) * 1993-04-16 1997-03-20 Алтайский государственный технический университет Method of production of flexible composite electric heater
RU2094957C1 (en) * 1994-05-10 1997-10-27 Акционерное общество закрытого типа "БОНУС" Multiple-layer heater
EP0967838A1 (en) * 1998-06-25 1999-12-29 White Consolidated Industries, Inc. Thin film heating assemblies
RU2259024C2 (en) * 2003-06-26 2005-08-20 ООО Научно-технический центр "НТЦ-Ползучесть" Flat composition electric heating device
WO2008091001A2 (en) * 2007-01-22 2008-07-31 Panasonic Corporation Sheet heating element

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU790022A1 (en) * 1978-05-04 1980-12-23 Белорусский институт механизации сельского хозяйства Composition material
RU2037895C1 (en) * 1993-03-02 1995-06-19 Халин Михаил Васильевич Composition resistive material
RU2075836C1 (en) * 1993-04-16 1997-03-20 Алтайский государственный технический университет Method of production of flexible composite electric heater
RU2094957C1 (en) * 1994-05-10 1997-10-27 Акционерное общество закрытого типа "БОНУС" Multiple-layer heater
EP0967838A1 (en) * 1998-06-25 1999-12-29 White Consolidated Industries, Inc. Thin film heating assemblies
RU2259024C2 (en) * 2003-06-26 2005-08-20 ООО Научно-технический центр "НТЦ-Ползучесть" Flat composition electric heating device
WO2008091001A2 (en) * 2007-01-22 2008-07-31 Panasonic Corporation Sheet heating element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4874244B2 (en) PTC thick film electric circuit controlled electric heating element
CN101485230B (en) Material and heating cable
JP2008508664A5 (en)
CA2613702A1 (en) Smart layered heater surfaces
AU2001230673A1 (en) Floor heating device
RU2476033C1 (en) Method for manufacture of multi-electrode composite electric heater
CN103304947A (en) Anti-oxidation PTC (Positive Temperature Coefficient) macromolecular heating material and preparation method thereof
CN103214857A (en) Silicon rubber with temperature self-control performance
CN104244474A (en) Heating carbon paste and far-infrared electro-thermal film based on heating carbon paste
KR20130000193A (en) A method for manufacturing ptc heating device
CN103304938B (en) PTC thermistor base material and preparation method thereof
CN112153764B (en) Rapid heating method for preparing ceramic material
KR100290457B1 (en) Self regulation plain heater and manufacture method.
CN103602068A (en) Conductive rubber
CN204905159U (en) Temperature controller with adjustable it is novel
CN106188712A (en) A kind of dielectric resilience rubber
KR100695339B1 (en) Manufacturing method of mica plate-type heating element
US1927185A (en) Resistor unit and method of making the same
KR100438329B1 (en) artificial bar generating heat
CN103304885A (en) Conductive composite material and preparation method thereof
KR100522820B1 (en) Manufacturing method of conductive panel using hybrid carbon fiber and carbon powder
CN1267939C (en) Method for producing and heat treating high molecular PTC thermistor
KR200360473Y1 (en) Carbon flexible heating mesh
RU2074521C1 (en) Electric heater and method for its manufacturing
CN108250593A (en) A kind of manufacturing method of the insulation system of power electronic devices

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160903

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170905

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180903