Электропроводящий полимерный композиционный материал для нагревательных элементов

(59 4 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОБРЕТЕНИ ПИС ЕЛВСТ ЛИМЕРНЫЙ НАГРЕВА(71) Институт физико-техническипроблем Севера Якутского филиалАН СССР(56) Гуль В,Е, и др, Электропродящие полимерные материалы, - МХимия, 1968, с, 248,Химические волокна, 1978, Ус, 13-14. я к электр - повыше положит ель ха СО сопрот олимерный Х пенко, Чераолите12,08 0 оп фторпропиполучают смой в вакуум теле нием и спились на ВТОРСКОМ,Ф С(54) ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЙКОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ(57) Изобретение относитехнике, Цель изобретениние электропроводности иного температурного коэфления. С этой целью в птериал, содержащий, масфторэтилен 53,0-75,0 и20,0 введены, мас,7: гр15,0, ферроцен 1,0-5,0трафторэтилена с гексном 3,0-7,0. Материалшением компонентов, сушшкафу, холодным прессовканием, Испытания провообразцах-лопатках, 1 ил361729 2 11Изобретение относится к областиполимерного материаловедения, а именно к электропроводящим полимернымматериалам .с положительным температурным коэффициентом сопротивления,содержащим полимеры-диэлектрики ивысокодисперсные неорганические наполнители, и может быть использова- .но для изготовления электронагревательных элементов, резисторных устройств с положительным температурным коэффициентом сопротивления,применяющихся в теплонагревательныхтрубопроводах для сварки полимеров.Цель изобретения - повышениеудельной электропроводности и положительного температурного коэффициента сопротивления материала в области температур 150-250 С.На чертеже приведены кривые проводимости,Электропроводящий материал содержит политетрафторэтилен, кокс,сополимер, тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, графит и Ферроценпри следующих соотношениях ингредиентов, мас, .:ПолитетраФторэтилен 53-75Сополимертетрафторэтилена сгексафторпропиленом 3-7Кокс 12-20Графит 8,0-15Ферроцен 1-5Материал готовят из следующих компонентов.Порошок политетрафторэтилена(фторопласт) представляет собойвещество белого цвета, рыхлое, волокнистое, легко комкующееся при хранении. Разрушающее напряжение при растяжении 14-25 МПа, относительноеудлинение при разрыве 25-50 , удельное объемное сопротивление 10101 0 м м,Сополимер тетрафторэтилена сгексафторпропиленом (фторопласт4 МБ марки ВН) имеет т,пл, 265-285 С,разрушающее напряжение при растяжении 16-26 МПа, показатель текучестирасплава при 300 фС 2,0-8,0 г/10 мин,Содержание в нем гексафторпропилена15-20 мол, .Кокс литейный мелкодисперсный марки КЛимеет размер частиц 1040 мкм, коэффициент теплопроводности0,42 10Вт/м,Графит карандашный марки 3 КА сразмером частиц 10-40 мкм, коэффициентом теплопроводности 0,60 10 Вт/м,Ферроцен 1(СН) Ре 1 - твердоеметаллоорганическое соединение темнокрасного цвета с т,пл. 173 С ит.разл. 400 С.Введение в политетрафторэтиленименно смеси наполнителей кокса,графита, ферроцена позволяет получить,.электропроводящий полимерный материал с высоким положительным температурным коэффициентом сопротивленияи удельной электропроводностью, а сочетание двух полимеров одной химической природы, но характеризующихсяразличной вязкостью расплава позволяет улучшить технологические качества полимерного материала, а также улучшить физико-механические показатели, например, прочность предлагаемого электропроводящего материала,его перерабатываемость в изделиеи придание рабочей поверхности антиадгезионных свойств, обеспечивающихотсутствие налипания свариваемыхматериалов на нее и высокое качествосварного шва,Как видно из приведенного чертежаграфика, введение именно смеси наполнителей кокса, графита и ферроцена (кривые 1 и 2) приводит к значительному во всем исследуемом диапазоне температур увеличению проводимости предлагаемой электропроводящейполимерной композиции как минимумна два десятичных порядка по сравнению с проводимостью известной композиции (кривая 3). При сравнении кривых 1 и 2 видно, что увеличениесодержания ферроцена с 1,0 (кривая1) до 5 (кривая 2) мас, . приводит кувеличению проводимости на один десятичный порядок, Причем композицияферроцена с политетрафторэтиленоми сополимером тетрафторэтилена с гексафторпропиленом не является проводящей, а также не является достаточно проводящей и композиция, содержащая сочетание кокса и графитадаже при содержании в композиции12-20 мас.кокса и 8,0-15,0 мас. .графита.П р и м е р 1, 53 г политетрафторэтилена, предварительно высушенного при 100-120 С в течение 2 ч,5 10 15 20 25 30 35 40 45 5055размолотого и просеянного через сито В 1, смешивают в вибромельницес 7 г сополимера тетрафторэтилена сгексафторпропиленом, прдготовленныхтак же, как и политетрафторэтилен,Затем к смеси полимеров добавляютпоследовательно 20 г кокса, 15 гграфита, 5 г ферроцена. Перемешивание композиции проводят после добавления каждого ингредиента в течение 30 с и после введения последнегоиз них - еще 2 мин,Полученную композицию сушат при100-120 С в течение 2 ч в сушильномвакуум-шкафу, Высушенную композициюпомещают в пресс-форму и прессуютизделие при удельном давлении 3050 МПа, Спекают изделие в электроопечипри 370+5 С в течение 2 ч, Охлаждение спеченных изделий проводятнепосредственно в печи,Исследование свойств предлагаемыхматериалов проводят на стандартныхобразцах-лопатках. Для определенияудельного сопротивления предлагаемого электропроводящего композиционного полимерного материала в широкие части образца лопатки впрессовывается латунная сетка с ячейкой0,2 мм, по всей поверхности, к которой прижимаются металлические электроды с проводниками, Подготовленный таким образом образец подключают к цифровому омметру и помещают втермокамеру, с помощью которой ипроизводится нагрев образцов-лопаток.Температура образца регистрируетсяс помощью термопары, помещенной вобразец, и самописца, Измерения проводят в диапазоне температур 50250 С дискретно через 10 С с выдержкой при каждой температуре в течение10 мин, Результаты измерений представляют собой зависимости р от Т,приведенные на чертеже,Предел прочности при растяженииопределяется на лопатках при комнатной температуре на испытательноймашине,П р и м е р 2. 75 г политетрафторэтилена и 3 г сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом.подготавливают и смешивают по примеру 1, Затем к смеси полимеров добавляют последовательно 12 г кокса,9,0 г графита и 1,0 г ферроцена, аи полученную композицию прессуютФормула изобретения 45 Электропроводящий полимерный композиционный материал для нагревательных элементов, содержащий политетрафторэтилен и кокс, о т л и ч а ю - 50щ и й с я тем что с целью повы 1шения удельной электропроводностии положительного температурного коэффициента сопротивления, он дополнительно содержит графит, ферроцени сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом при следующих соотношениях компонентов, мас.Х:Политетрафторэтилен . 53-75 5 10 15 20 25 30 35 40 в иэделие и определяют характеристики по примеру 1.Испытания электропроводящего полимерногО материала предлагаемогосостава в составе сварочного аппарата для сварки труб из полиэтилена0 = 160 мм показали увеличение егоработоспособности 2,5-3 раза, обусловленное отсутствием терморегулирующих устройств, а также практичес-ки полным отсутствием налипаниясвариваемого материала на рабочейповерхности нагревательного элементаза счет его высоких антиадгезионныхсвойств.Увеличение или уменьшение процентного содержания наполнителей значительно снижает служебные характеристики предлагаемого материала. Уменьшение содержания наполнителя приводит к значительному падению проводимости материала, а повышение -кснижению прочностных характеристикматериала и антиадгезионных свойстврабочей поверхности нагревателя,Высокий положительный температурный коэффициент сопротивления р( 0,035 град,- ) при 180-250 С, атакже низкое удельное сопротивление(р=1 Ом м при 250 С) позволяют получить на основе электропроводящегополимерного материала предлагаемогосостава нагревательный элемент длясварки труб из термопластов с рабо 0чей температурой до 250 С, При этомтемпература нагревателя практическине зависит от колебания напряженияэлектрической сети, что позволяетобходиться без стабилизирующего устройства и повышает надежность нагревательного элемента при работе вполевых условиях,1361729 р,Ои м ЖО ЯОО 85Температура Т, фс Составитель А.Ходатаева Техред И.Попович Редактор Е,Папп ожо Заказ 6304/5 4/5 изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,Сополимертетраторэтиленас гексафторпроВНИИПИ по дел 1130пиленомКоксГрафитферроцен раж 799 Подписударственного комитета СССРизобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб.,3-712-20 8-15 1-5