RU2733787C1

RU2733787C1 - Mesh heater

Info

Publication number: RU2733787C1
Application number: RU2020113995A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Анатольевич Алешин; Евгений Николаевич Беляев; Илья Валерьевич Зинченко; Антон Андреевич Клямко; Максим Вольдемарович Хаянен
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТеплоКарбон"
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2020-10-06

Abstract

FIELD: heating.SUBSTANCE: mesh heater comprising a glass fiber mesh, a one-sided reinforcing layer, a one-sided electrically conductive layer, belt mesh electrodes or electrodes with a conductive adhesive layer installed along the mesh edge, the first butyl tape, the second butyl tape, one-sided electrically insulating layer, double-sided protective layer.EFFECT: simultaneous simplicity and speed of manufacture, low consumption of material during production, high reliability of heating properties of the device and high bearing properties for use as a construction element.3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к резистивным нагревательным устройствам, а именно к гибким электронагревательным сеткам, и может быть использовано, в частности, для систем теплого пола, антиобледенения в городской среде (края кровли, пандусы, ступеньки, пороги и т.д.), локального нагрева технологического оборудования в различных сферах производства, обогрева строительных конструкций, материалов, емкостей, трубопроводов, а также для создания комфортного теплового режима в жилых, хозяйственных и административных помещениях путем нагрева поверхностей. Причем сетка одновременно получает усиленные механические свойства и повышает свою надежность при использовании в качестве строительного элемента.The invention relates to resistive heating devices, namely to flexible electric heating grids, and can be used, in particular, for underfloor heating systems, anti-icing in an urban environment (roof edges, ramps, steps, thresholds, etc.), local heating of technological equipment in various fields of production, heating of building structures, materials, containers, pipelines, as well as for creating a comfortable thermal regime in residential, utility and administrative premises by heating surfaces. Moreover, the mesh simultaneously receives enhanced mechanical properties and increases its reliability when used as a building element.

Из уровня техники известен сетчатый нагревательный прибор по патенту РФ №2365067 {опубликован 20.08.2009). Общими с заявленным изобретением признаками являются наличие: сетки из стекловолокна, электропроводного покрытия. При этом электропроводной покрытие выполнено металлическим.A mesh heating device is known from the prior art according to RF patent No. 2365067 (published 20.08.2009). Common features with the claimed invention are the presence of: fiberglass mesh, conductive coating. In this case, the electrically conductive coating is made of metal.

Недостатком данного технического решения является использование металлического покрытия плохо закрепляемого на стекловолоконной основе.The disadvantage of this technical solution is the use of a poorly fixed metal coating on a fiberglass base.

Из уровня техники известен сетчатый нагревательный прибор по патенту США US 9918356 (опубл. 13.03.2018). Общими с заявленным изобретением признаками являются наличие: сетки из стекловолокна, электропроводного графитового покрытия, использование защитного слоя на полиуретановой основе.From the prior art, a mesh heating device is known according to US patent US 9918356 (publ. 03.13.2018). Common features with the claimed invention are the presence of: fiberglass mesh, conductive graphite coating, the use of a protective layer on a polyurethane basis.

Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность сетки.The disadvantage of this technical solution is the insufficient strength of the mesh.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение одновременно простоты и скорости изготовления, низкого расхода материала при изготовлени, высокой надежности нагревательных свойств прибора и повышение несущих свойств для использования в качестве строительного элемента за счет использования слоев на основе полиуретана, полимочевины и бутилкаучука, обладающих самоскреплением (высокими взаимными адгезионными свойствами), надежное закрепляющих электропроводящий слой и функционально дополняющие друг друга без снижения функциональных свойств соседних слоев.The technical result of the claimed invention is to provide both simplicity and speed of manufacture, low consumption of material during manufacture, high reliability of the heating properties of the device and an increase in load-bearing properties for use as a building element due to the use of layers based on polyurethane, polyurea and butyl rubber with self-bonding (high mutual adhesive properties), reliably fixing the electrically conductive layer and functionally complementing each other without reducing the functional properties of adjacent layers.

Указанный технический результат достигается заявленным изобретением, представляющим собой сетчатый нагревательный прибор включающий:The specified technical result is achieved by the claimed invention, which is a mesh heating device including:

- сетку из стекловолокна;- fiberglass mesh;

- односторонний укрепляющий слой на водной основе, содержащий не менее 30% полиуретана, а также минеральные добавки, обеспечивающие коркообразование, нанесенный разбрызгиванием по всей площади сетки;- a one-sided water-based reinforcing layer containing at least 30% polyurethane, as well as mineral additives that provide crust formation, applied by spraying over the entire area of the mesh;

- односторонний электропроводящий слой на основе полиуретановой водной дисперсии, содержащей нанографит, нанесенный разбрызгиванием по всей площади сетки;- a one-sided electrically conductive layer based on a polyurethane aqueous dispersion containing nanographite, sprayed over the entire area of the mesh;

- ленточные сетчатые электроды или электроды с токопроводящим адгезивным слоем, установленные вдоль кромки сетки;- strip mesh electrodes or electrodes with a conductive adhesive layer installed along the edge of the mesh;

- первую бутиловую ленту, установленную поверх ленточного сетчатого медного проводника,- the first butyl tape installed over the tape mesh copper conductor,

- вторую бутиловую ленту, установленную поверх сетки из стекловолокна с противоположной стороны от первой бутиловой ленты;- a second butyl tape installed over the fiberglass mesh on the opposite side of the first butyl tape;

- односторонний электроизоляционный слой на водной основе с содержанием полиуретана не менее 30% и антитрекинговыми добавками, нанесенный разбрызгиванием по всей площади сетки;- one-sided water-based electrical insulating layer with a polyurethane content of at least 30% and anti-tracking additives, applied by spraying over the entire area of the mesh;

- двухсторонний защитный слой на основе полимочевинной композиции с добавлением антипиренов и гидрофобизаторов, нанесенный разбрызгиванием по всей площади сетки.- a double-sided protective layer based on a polyurea composition with the addition of fire retardants and water repellents, applied by spraying over the entire area of the mesh.

Бутиловая лента может быть выполнена из слоев бутилкаучука, полиэтилена, нетканого полотна. Электропроводящий слой на основе полиуретановой водной дисперсии, содержащей нанографит, может быть нанесен разбрызгиванием полосами поперек сетки по всей площади сетки.Butyl tape can be made of layers of butyl rubber, polyethylene, non-woven fabric. An electrically conductive layer based on a polyurethane aqueous dispersion containing nanographite can be applied by spraying in stripes across the mesh over the entire area of the mesh.

Использование односторонних слоев и нанесения методом разбрызгивания существенно уменьшает расход материала.The use of single-sided layers and spray application significantly reduces material consumption.

Укрепляющий слой, электропроводящий слой, электроизолирующий слой выполнены из материалов, которые можно наносить разбрызгиванием и с содержанием не менее 30% полиуретана, что обеспечивает их максимальную адгезию между собой и с другими слоями. Использование меньшего содержания полиуретана не обеспечивает достаточную адгезию и формирование из слоев единой структуры.The reinforcing layer, the electrically conductive layer, the electrically insulating layer are made of materials that can be applied by spraying and containing at least 30% polyurethane, which ensures their maximum adhesion to each other and to other layers. The use of a lower polyurethane content does not provide sufficient adhesion and formation of a single structure from the layers.

Бутилкаучук, использованный в бутиловых лентах, а также полимочевина, являющая основой для защитного слоя, являются однородным полиуретану материалами и обладают высокими адгезионными свойствами по отношению к нему.Butyl rubber used in butyl tapes, as well as polyurea, which is the basis for the protective layer, are homogeneous materials with polyurethane and have high adhesion properties to it.

Таким образом, каждый использованный слой с одной стороны вносит свой собственный функциональный вклад, а с другой - формирует единую структуру, обладающую суммой указанных свойств с повышением надежности нагревательных свойств и прочности сетчатого нагревательного прибора для использования в качестве строительного элемента.Thus, each layer used, on the one hand, makes its own functional contribution, and on the other, forms a single structure that has the sum of these properties with an increase in the reliability of the heating properties and the strength of the mesh heating device for use as a building element.

Укрепляющий слой обеспечивает усиление электроизоляции с тыльной стороны проводящего слоя, а также за счет коркообразования укрепляет механические свойства основы - сетки из стекловолокна. При этом он имеет высокую адгезию с со стекловолокном и следующим - электропроводным слоем.The reinforcing layer reinforces the electrical insulation on the back of the conductive layer, and also strengthens the mechanical properties of the base - fiberglass mesh due to crust formation. At the same time, it has high adhesion with glass fiber and the next - an electrically conductive layer.

Электропроводящий слой обеспечивает возможность нагрева сетки и обладает высокой адгезии с соседними слоями - укрепляющим и электроизоляционным слоем, а в месте установки ленточных электродов - с бутилкаучукомThe electrically conductive layer provides the possibility of heating the mesh and has high adhesion to adjacent layers - a reinforcing and electrical insulating layer, and in the place of installation of the strip electrodes - with butyl rubber

Ленточные сетчатые электроды или электроды с токопроводящим адгезивным слоем, установленные вдоль кромки сетки, обеспечивает подачу напряжения на электропроводный слой. Сетчатая форма дополнительная обеспечивает возможность проникновения через его ячейки бутилкаучука и усиление адгезии двух бутилкаучуковых лент. Либо используется электрод с адгезивным слоем или слоями, также обеспечивающими надежное скрепление слоев.Ribbon mesh electrodes or electrodes with a conductive adhesive layer installed along the edge of the mesh provide voltage to the conductive layer. The mesh form additionally provides the possibility of penetration of butyl rubber through its cells and enhances the adhesion of two butyl rubber tapes. Alternatively, an electrode with an adhesive layer or layers that also provide reliable bonding of the layers is used.

Электроизоляционный слой обладает антитрекинговыми свойствами и высокой адгезией с соседними ему слоями - бутилкуачуковой лентой и защитным слоем с использованием полимочевины.The electrical insulating layer has anti-tracking properties and high adhesion to the adjacent layers - butyl rubber tape and a protective layer using polyurea.

Защитный слой дополнительно повышает механические свойства сетчатого нагревательного прибора.The protective layer further enhances the mechanical properties of the mesh heating device.

Простота и скорость изготовления достигается тем, что все выбранные слои наносятся путем рызбрызгивания.Simplicity and speed of manufacture is achieved by the fact that all selected layers are applied by spraying.

Изобретение поясняется следующими фигурами.The invention is illustrated by the following figures.

Фиг. 1 - общий вид прибораFIG. 1 - general view of the device

Фиг.2 - последовательное включение прибора.Figure 2 - sequential switching on of the device.

Фиг. 3 - условный разрез сетки прибора у кромкиFIG. 3 - conditional section of the device mesh at the edge

Сетчатый нагревательный прибор включает:Mesh heating device includes:

- сетку 1 из стекловолокна 2, например с толщиной 300 мкм;- mesh 1 of fiberglass 2, for example with a thickness of 300 microns;

- односторонний укрепляющий слой 3 на водной основе, содержащий не менее 30% полиуретана, а также минеральные добавки, например микрослюду и микротальк, обеспечивающие коркообразование, нанесенный разбрызгиванием по всей площади сетки с толщиной финального покрытия 100 мкм.;- one-sided reinforcing layer 3 on a water basis, containing at least 30% polyurethane, as well as mineral additives, such as micromica and microtalc, providing crust formation, applied by spraying over the entire area of the mesh with a final coating thickness of 100 microns;

- односторонний электропроводящий слой 4 на основе полиуретановой водной дисперсии, содержащей нанографит, нанесенный разбрызгиванием, например полосами поперек сетки, по всей площади сетки толщиной, например 30 мкм;- a one-sided electrically conductive layer 4 based on a polyurethane aqueous dispersion containing nanographite, applied by spraying, for example in stripes across the mesh, over the entire area of the mesh with a thickness of, for example, 30 μm;

- ленточные сетчатые электроды 5 или электроды 5 с токопроводящим адгезивным слоем, установленные вдоль кромки сетки, например медные электроды толщиной 90 мкм;- strip mesh electrodes 5 or electrodes 5 with a conductive adhesive layer installed along the edge of the mesh, for example copper electrodes with a thickness of 90 μm;

- первую бутиловую ленту 6, установленную поверх ленточного сетчатого медного проводника, например толщиной 500 мкм;- a first butyl tape 6 installed over a tape mesh copper conductor, for example, 500 μm thick;

- вторую бутиловую ленту 7, установленную поверх сетки из стекловолокна с противоположной стороны от первой бутиловой ленты, такой же толщины;- a second butyl tape 7 installed over the fiberglass mesh on the opposite side of the first butyl tape of the same thickness;

- односторонний электроизоляционный слой 8 на водной основе с содержанием полиуретана не менее 30% и антитрекинговыми добавками, нанесенный разбрызгиванием по всей площади сетки, например толщиной 120 мкм;- one-sided electrical insulating layer 8 on a water basis with a polyurethane content of at least 30% and anti-tracking additives, applied by spraying over the entire area of the mesh, for example, 120 microns thick;

- двухсторонний защитный слой 9 на основе полимочевинной композиции, например с использованием полиолов и изоцианатов с добавлением антипиренов и гидрофобизаторов, нанесенный разбрызгиванием по всей площади сетки, например 600-800 мкм с каждой стороны.- a double-sided protective layer 9 based on a polyurea composition, for example, using polyols and isocyanates with the addition of fire retardants and water repellents, applied by spraying over the entire area of the mesh, for example 600-800 microns on each side.

Полиуретановая водная дисперсия, служащая основой для электропроводного слоя, может изготавливаться следующим образом. В полиуретановую смолу вводится растворитель - вода. Затем вводится частицы нанографита, а после этого тиксотропные добавки.A polyurethane aqueous dispersion serving as the basis for the electrically conductive layer can be manufactured as follows. A solvent, water, is introduced into the polyurethane resin. Then nanographite particles are introduced, and then thixotropic additives.

Изготовление сетчатого нагревательного прибора может осуществляться путем разматывания сетки основы из стекловолокна с бабины, нанесением на нее разбрызгиванием соответствующего одностороннего слоя, сушки, сматыванием и переносом бабины на следующий участок, где аналогичным образом наносится следующий слой. На соответствующей стадии перед подачей сетки с бабины под струю осуществляется закрепление сетчатого проводника, его защита бутилкаучуковыми лентами, закрепление внешних электродов 10 или контактов, предназначенных для подачи питания на готовый прибор.The mesh heater can be made by unrolling the fiberglass backing mesh from the bobbin, spraying it with a suitable one-sided layer, drying it, winding it up and transferring the bobbin to the next area where the next layer is similarly applied. At an appropriate stage, before feeding the mesh from the bobbin under the jet, the mesh conductor is secured, protected with butyl rubber tapes, the external electrodes 10 or contacts intended to supply power to the finished device are secured.

На последнем этапе осуществляется нанесение двухстороннего защитного слоя и резка сетки на фрагменты.At the last stage, a double-sided protective layer is applied and the mesh is cut into fragments.

Для эксплуатации может использоваться фрагмент сетки. На контакты прибора подается напряжение бытовой сети 220 В, которое приводит к нагреву электропроводного слоя. Фрагменты сетки могут соединяться между собой последовательно (фиг. 2) или параллельно.A fragment of the grid can be used for operation. A 220 V household voltage is applied to the contacts of the device, which leads to heating of the electrically conductive layer. Fragments of the mesh can be connected to each other in series (Fig. 2) or in parallel.

Нагревательный прибор может использоваться в качестве строительного элемента, например для теплых полов, нанесения покрытий на стены. Его ячеистая структура позволит пропускать через себя строительные растворы и выполнять все функции, для которых в строительстве используется сетка из стекловолокна. При этом сетка будет иметь повышенные механические свойства за счет самоскрепившихся дополнительных слоев и одновременно будет надежно выполнять функцию нагревательного прибора.The heating device can be used as a building element, for example for warm floors, wall coverings. Its cellular structure will allow building mortars to pass through itself and perform all the functions for which fiberglass mesh is used in construction. In this case, the mesh will have increased mechanical properties due to self-bonded additional layers and at the same time will reliably perform the function of a heating device.

Claims

1. Mesh heating device including:

- fiberglass mesh;

- a one-sided water-based reinforcing layer applied by spraying over the entire area of the mesh, containing at least 30% polyurethane, as well as mineral additives that provide crust formation, improve heat resistance, reduce destruction;

- a one-sided electrically conductive layer based on a polyurethane aqueous dispersion containing nanographite, sprayed over the entire area of the mesh;

- strip mesh electrodes or electrodes with a conductive adhesive layer installed along the edge of the mesh;

- the first butyl tape installed over the tape mesh copper conductor,

- a second butyl tape installed over the fiberglass mesh on the opposite side of the first butyl tape;

- one-sided water-based electrical insulating layer with a polyurethane content of at least 30% and anti-tracking additives, applied by spraying over the entire area of the mesh;

- a double-sided protective layer based on a polyurea composition with the addition of fire retardants and water repellents, applied by spraying over the entire area of the mesh.

2. Mesh heating device according to claim. 1, in which the butyl tape is made of layers of butyl rubber, polyethylene, non-woven fabric.

3. A mesh heating device according to claim 1 or 2, wherein a one-sided electrically conductive layer based on a polyurethane aqueous dispersion containing nanographite is sprayed in stripes across the mesh over the entire area of the mesh.