SU1361729A1 - Электропровод щий полимерный композиционный материал дл нагревательных элементов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике . Цель изобретени  - повышение электропроводности и положительного температурного коэф, сопротивлени . С этой целью в полимерный материал , содержащий, мас.%: политетрафторэтилен 53,0-75,0 и кокс 12,0- 20,0 введены, мас.%: графит 8,0- 15,0, ферроцен 1,0-5,0 и сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропи- леном 3,0-7,0. Материал получают смешением компонентов, сушкой в вакуум- шкафу, холодным прессованием и спе-. канием. Испытани  проводились на образцах-лопатках. 1 ил. (Л tc со

Description

Изобретение относитс  к области полимерного материаловедени , а имено к электропровод щим полимерным материалам .с положительным темпера- турньм коэффициентом сопротивлени , содержащим полимеры-диэлектрики и высокодисперсные неорганические наполнители , и может быть использова- но дл  изготовлени  электронагрева- тельных элементов, резисторных устройств с положительным температурным коэффициентом сопротивлени , примен ющихс  в теплонагревательных трубопроводах дл  сварки полимеров,

Цель изобретени  - повышение удельной электропроводности и положительного температурного коэффициента сопротивлени  материала в области температур 150-250 Со

На чертеже приведены кривые проводимости .

Электропровод щий материал содержит политетрафторэтилен, кокс, сополимер, тетрафторэтилена с гекса- фторИРопилвном, графит и ферроцен при следующих соотношени х ингредиентов , мас,%:

Политетрафторэтилен 53-75

Сополимер

тетрафторэтилена с

гексафторпропиленом 3-7 Кокс12-20

Графит8,0-15

Ферроцен 1-5

Материал готов т из следуюшзих копонентов ,

Порошок политетрафторэтилена- (фторопласт-4) представл ет собой вещество белого цвета, рыхлое, волонистое , легко комкующеес  при хранении . Разрушающее напр жение при раст жении 14-25 МПа, относительное удлинение при разрыве 25-50%, удельное объемное сопротивление 10 - 10 Ом-м,

Сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропилен.ом (фторопласт 4МБ марки ВН) имеет т.пл, 265-285°С разрушающее напр жение при раст жении 16-26 МПа, показатель текучести расплава при 300°С 2,0-8,0 г/10 мин. Содержание в нем гексафторпропилена 15-20 мол,%.

Кокс литейный мелкодисперсный маки КЛ-1 имеет размер частиц 10

д

0

5

0

0

5

5

0

5

7292

40 мкм, коэффициент теплопроводности 0,42 Ю Вт/м,

Графит карандашный марки 3 КА с размером частиц 10-40 мкм, коэффициентом теплопроводности 0,60-Ю Вт/м,

Ферроцен C(CFHs)2 FeJ. - твердое металлоорганическое соединение темно- красного цвета с т,ш1, ПЗ С и т.разл, 400 С,

Введение в политетрафторэтилен именно смеси наполнителей кокса, графита, ферроцена позвол ет получить. .Электропровод ш;ий полимерный материал с высоким положительным температурным коэффициентом сопротивлени  . и удельной электропроводностью, а сочетание двух полимеров одной химической природы, но характеризующихс  различной в зкостью расплава позвол ет улучшить технологические качества полимерного материала, а также улучшить физико-механические показатели , например, прочность предлагаемого электропровод щего материала, его перерабатываемость в изделие и придание рабочей поверхности анти- адгезионньк свойств, обеспечивающих отсутствие налипани  свариваемых материалов на нее и высокое качество сварного шва.

Как видно из приведенного чертежа графика, введение именно смеси наполнителей кокса, графита и ферроцена (кривые 1 и 2) приводит к значительному во всем исследуемом диапазоне температур увеличению проводимости предлагаемой электропровод щей полимерной композиции как минимум на два дес тичных пор дка по сравнению с проводимостью известной композиции (крива  3), При сравнении кривых 1 и 2 видно, что увеличение содержани  ферроцена с 1,0 (крива  1) до 5 (крива  2) мас,%, приводит к увеличению проводимости на один дес тичный пор док, Причем композици  ферроцена с политетрафторэтиленом и сополимером тетрафторэтилена с гек- сафторпропиленом не  вл етс  провод щей , а также не  вл етс  достаточно провод щей и композици , содержаща  сочетание кокса и графита даже при содержании в композиции 12-20 мас,% кокса и 8,0-15,0 мае,% графита.

Пример 1,53 г политетрафторэтилена , предварительно высушенного при 100-120°С в течение 2 ч.

размолотого и просе нного через сито № 1, смешивают в вибромельнице с 7 г сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, прдготовленных так же, как и политетрафторэтилен. Затем к смеси полимеров добавл ют последовательно 20 г кокса, 15 г графита, 5 г ферроцена. Перемешивание композиции провод т после добавлени  каждого ингредиента в течение 30 с и после введени  последнего из них - еще 2 мин.

Полученную композицию сушат при 100-12b C в течение 2 ч в сушильном вакуум-шкафу. Высушенную композицию помещают в пресс-форму и прессуют изделие при удельном давлении 30- 50 МПа. Спекают изделие в электропечи при 370+5°С в течение 2 ч. Охлаждение спеченных изделий провод т непосредственно в печи.

Исследование свойств предлагаемых материалов провод т на стандартных образцах-лопатках. Дл  определени  удельного сопротивлени  предлагаемого электропровод щего композиционного полимерного материала в широкие части образца лопатки впрессовываетс  латунна  сетка с  чейкой 0,2 мм, по всей поверхности, к которой прижимаютс  металлические электроды с проводниками. Подготовленный таким образом образец подключают к цифровому омметру и помещают в термокамеру, с помощью которой и производитс  нагрев образцов-лопаток Температура образца регистрируетс  с помощью термопары, помещенной в образец, и самописца. Измерени  провод т в диапазоне температур 50- 250°С дискретно через 10°С с выдержкой при каждой температуре в течение 10 мин. Результаты измерений представл ют собой зависимости р от Т, приведенные на чертеже,

I

Предел прочности при раст жении

определ етс  на лопатках при комнатной температуре на испытательной машине,

Пример 2. 75 г политетра- фторэтилена и 3 г сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом подготавливают и смешивают по примеру 1. Затем к смеси полимеров добавл ют последовательно 12 г кокса, 9,0 г графита и 1,0 г ферроцена, а и полученную композицию прессуют

в изделие и определ ют характеристики по примеру 1.

Испытани  электропровод щего поли

мерного материала предлагаемого

состава в составе сварочного аппарата дл  сварки труб из полиэтилена D 160 мм показали увеличение его работоспособности 2,5-3 раза, обусловленное отсутствием терморегули- рующих устройств, а также практически полньм отсутствием налипани  свариваемого материала на рабочей поверхности нагревательного элемента

за счет его высоких антиадгезионных свойств.

Увеличение или уменьшение процент ного содержани  наполнителей значительно снижает служебные характеристики предлагаемого материала. Уменьшение содержани  наполнител  приводит к значительному падению проводимости материала, а повышение - к снижению прочностных характеристик

материала и антиадгезионных свойств рабочей поверхности нагревател .

Высокий положительный температурный коэффициент сопротивлени  ( 0,035 град,- ) при 180-250 С, а

также низкое удельное сопротивление f( Ом м при 250°С) позвол ют получить на основе электропровод щего полимерного материала предлагаемого состава нагревательный элемент дл  сварки труб из термопластов с рабочей температурой до 250 С, При этом температура нагревател  практически не зависит от колебани  напр жени  электрической сети, что позвол ет обходитьс  без стабилизирующего устройства и повьш ает надежность нагревательного элемента при работе в полевых услови х.

ормула изобретени 

Электропровод щий полимерный композиционный материал дл  нагревательных элементов, содержащий политетрафторэтилен и кокс, отличающийс  тем, что, с целью повышени  удельной электропроводности и положительного температурного коэффициента сопротивлени , он дополнительно содержит графит, ферроцен и сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом при следующих соотношени х компонентов, мас.%: Политетрафторэтилен 53-75

Сополимер тетрафтор- этилена с гекса- фторпроJ3 ,OM-M

-.

.«. f

X

1й:5::-«-

750 ЮО 150 200 250

Температура т; С

Редактор Е.Папп

Составитель А.Ходатаева

Техред И.Попович Корректор М.Пожо

Заказ 6304/57

Тираж 799Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно папиграфическое предпри тие, г, Ужгород, ул. Проектна , 4

3-7

12-20

8-15

1-5

Claims (1)

1. Формула изобретения

   45 „ „

   Электропроводящий полимерный композиционный материал для нагревательных элементов, содержащий политетрафторэтилен и кокс, отличающ и й с я тем, что, с целью повы50 шения удельной электропроводности и положительного температурного коэффициента сопротивления, он дополнительно содержит графит, ферроцен и сополимер тетрафторэтилена с гек—

   55 сафторпропиленом при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

   Политетрафторэтилен . 53-75

   Сополимер пиленом 3-7 тетрафтор- Кокс 12-20 этилена Графит 8-15 с гекса- Ферроцен 1-5 фторпро-