Способ изготовления плоского электронагревателя

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сюз Советскна Социалистических Республик(23) ПРиоРитет 20 Л 9,71(32) 21.09.70 Н 05 В 3/34 Государственный комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий(45) Дата опубликования описания 2611.78 ИностранцыИасаки Сато, Хиромицу Макита и Нориюки Таета (Япония)(72) Авторы изобретения Иностранные фирмы в Куреха Кагаку Когио Кабусики Кайся и Тойо Босеки Кабусики Кайся"(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛОСКОГО ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯИзобретение относится к области электротермии и касается способа изготовления панельного обогревателя особой конструкции.Известен нагревательный элемент, в котором слои изготавливают перемешиванием угольных волокон длиною 3 - 10 мм с натуральными или синтетическим волокном 1) .Известен также способ, по которо- Ю му отверждение слоев нагревательного элемента проводят с помощью холодной прокатки предварительнОго нагрева 21Однако эти способы не позволяют изготавливать электропроводящиеслои со стабильной величиной сопротивления. Наиболее близким к предложенному является способ изготовления плоского Ж электронагревателя, по которому электропроводящий слой образуют смешением электропроводного и неэлектропроводного материалов, термообрабатывают его, устанавливают электроды и нано- ф сят электроизоляционный .слой на обе стороны нагревателя при одновременной горячей прокатке под давлением, обеспечивающим необходимую степень сцепления слоев (3). . ЗВ Однако этот способ не дает доста- точнЬ стабильных электрических характеристик нагревателя.Целью изобретения является обеспечение стабилизации электрических характеристик электронагревателя.Это достигается тем, что по предложенному способу в качестве электро- проводного материала берут тонкие угольные волокна длиною 3-10 мм в количестве 30-75 вес.В,в качестве неэлектропроводного материала - натуральные волокна, например пульпу, перед термообработкой электропроводящий слой пропитывают термореактивной смолой, а после горячего прессования электронагреватель дополнительно подвергают холодной прокатке под давлением, необходимым для затвердевания слоев.На фиг.1 схематически изображен предложенный плоский обогреватель, поперечное сечение; на фиг.2 - электродная часть плоского обогревателя, поперечное сечение; на фиг.3 - график, показывающий зависимость длины угольного волокна от электрического сопротивления листа, состоящего из угольного волокна и целлюлозного волокна и используемого в обогревателе в качестве резистора; на фиг.4 - график,показывающий зависимость электрического сопротивления листового резистора от содержания угольного волокна. Плоский обогреватель выполнен в виде электропроводящего листа 1 (илиполотна), электродов 2 из металлической проволочной сетки, слоеной синтетической пленки, состоящей из слоя 3 смолы с легкоплавящими свойствами и слоя 4 смолы более высокойточки плавления. Слоеную пленкупомещают на обе поверхности электропроводящего листа так, что слой 3 излегкоплавкой смолы непосредственноприлегает к листу. При горячем прессовании или горячей прокатке слой 3из легкоплавкой смолы становитсямягким или расплавляется, в то времякак слой 4 из трудно расплавляемойсмолы нагревают под давлением до такой температуры, при которой смолане расплавляется, Расплавленная смо 10 ла слоя 3 частично проникает в электропроводящий лист 1 и электрод 2 изметаллической проволочной сетки достаточно прочно соединяется с ним,электрод 2 вжигается в электропроводящий лист 1, создавая при этом хороший контакт с угольным волокномлиста. Трудно плавящаяся смола (4)составляет стабильный и прочныйнаружный слой без расплавления вовремя тепловой обработки под давлением. Под электропроводящим листом 30(или полотном) подразумевается такойлист, который изготовлен путем смеши 3540 вания угольных волокон с натуральными или искусственнымиорганическимиволокнами, например волокнами целлюлозы, поливинилового спирта, акриловыми волокнами и т.д или неорганическими волокнами, например асбест,стекловолокно, пульпа и т.д., ипревращением смешанного материала вбумажный продукт любым известнымспособом (сухим или мокрым) производства бумаги. 45 на. Используют волокна диаметром 520 мкм и длиной в среднем 3-10 мм.Если длина волокна превышает 10 мм,затруднительно производство электропроводящего листа, содержащего однородно распределенное угольное волокно, в результате чего обязательнонаблюдается непостоянство в значении сопротивления. С другой стороны, если средняя длина волокна не достигает 3 мм, значение сопротивлейия эа счет изменения длины волокна изменяется ненормально (фиг. 3), в результате чего трудно изготовить элемент сопротивления (электропроводящий лист) с хорошей характеристикой. ГраФик на фиг.3 показывает результаты измерения электрического сопроугольное волокнО включает как карбонизированиые, так и графитовые волок тивления на квадратный сантиметрэлектропроводящих листов, изготовленных смешиванием угольного волокнадиаметром 8 мкм, нарезанного на кусочки различной длины в пределах 23 мм, с крафт-пульпой хвойных деревьев в пропорции 1:1 (по весу), такчто вес изготовленного листа достигает 100 г/см . Значение сопротив 2ления постоянно при длине волокон3 мм и выше, но резко изменяется(возрастает) при длине волокон менее3 мм,Пропорция угольного волокна присмешивании- 75 вес.Ъ по отношению к общему количеству волокон. Причина такого выбора заключается в том,что если содержание угольного волокна в элементе сопротивления составляетменее 35 Ъ, электрическое сопротивление резко возрастает (фиг.4), Хотязначение сопротивления можно легкорегулировать содержанием угольноговолокна, это значение растет оченьбыстро при незначительном изменениисодержания угольных волокон,а следовательно трудно получить изделие стабильной. характеристики. Содержаниеже угольного волокна более, чем35 вес.Ъ,дает постоянное значениесопротивления независимо от этогосодержания, а также от длины волокна,и характеристика элемента становитсястабильной. Когда содержание угольного волокна превышает 7 5 вес.Ъпрочность сцепления одного угольного волокна с другим и механическая прочность электропроводящего листа снижаются, что делает иэделие практически бесполезньщ.Значения электрического сопротивления электропроводящего листа, полученного смешиванием угольного волокна диаметром 12 мкм и длиной 3 и 5 ммс краФт-пульпой хвойных деревьев вразличных пропорциях приведены нафиг.4. На этом графике сложные кривыекасаются волоксн длиной 5 мм, а пунктирные линии - волокон длиной 3 мм.Электрическое сопротивление можно регулировать весом,листа. Значение электрического сопротивпения можно регулировать в пределах 5 - 130 Ом. Крометого, поскольку регулировку веса легко выполнять при производстве бумаги,регулировку сопротивления, также каки стабильности характеристики, значительно удобнее осуществлять изменяясодержание угольного волокна. Хотя используемые угольные волокна могут быть получены из Различных сырьевых материалов, однако рекомендуется получать их из пека, поскольку механические свойства ( в частности прочность и вязкость) такого угольного волокна отличаются от свойств угольного волокна, полученного из другого сырья и другици способами.Для металлической проволочной сетки, используемой в ка естве электро- да, обычно применяют медь и алюминий. Металлическую проволочную сетку нарезают на полосы одинаковой ширины и крепят с обоих концов электропроводящего Листа. Крепление может быть выполнено или с одной поверхности 5 или с обеих поверхностей листа. При креплении с обеих поверхностей листа проволочную сетку отгибают дважды так, чтобы она окружала лист. При непосредственном помещении металли- . )О ческой проволочной сетки на электро- проводящий лист генерация тепла. идет локально за счет контактного сопротивления. Поэтому для снижения контактного сопротивления рекомендуется 15 перед этим применять электропроводящую окраску той части, в которой крепится электрод из металлической проволочной сетки.Для этой цели можно испольэовать любую электропроводящую краску.Используемая в качестве наружного слоя плоского обогревателя пленка из синтетической смолы состоит из слоя легкоплавкой смолы и слоя туго- плавкой смолы. Примерами легкоплавкой смолы могут служить полиэтилен, полипропилены, поливинилхлориды и т.д., тугоплавкой смолы - полиэтилен,терефталаты, нолиамиды и т,д.Так как слоеная пленка из синтетической смолы используется для электрической изоляции, а также и для защиты нагревательных элементов, она должна обладать хорошими изоляционными свойствами, влагостойкостью и 35 другими свойствами. Для покрытия изоляционной пленкой используют различные способы, например наслоение (включающее прокатку в горячем состоянии, адгезионный способ и т.д., 40 покрытие из расплава, покрытие из раствора и т.д.).Электропроводящее листовое основание обеспечивает хорошую пропитку смОлы, которая достаточно проникает в листовое основание и Фиксирует контактные точки между угольными 45 волокнами. При такой смолопропитке значение сопротивления не изменяется.Следовательно, путем импрегнирования термоотверждающихся смол (таких как фенольная, диарилфталатная, эпок сидная, фурфуроловая) заранее в лис" товое основание можно улучшить характеристики листового основания в качестве нагревательного элемента. При достаточной пропитке защитным смолопокрытием достигается следующий эффект: улучшается стабильность значения сопротивления в случае.длительного нагрева, улучшается механическая прочность, повышается стабильность значения сопротивления от воздействия различных внешних сил, таких как растяжение, сжатие, изгиб и т.д., улучшается стабильность значения сопротив-.ления от воздействия влаги за счетснижения влагостойкости. Если количество пропиточной смолы превышает,70 вес.%, на поверхности листовогооснования получают покровный слойсмолы, который не только портит внешний вид листа, но также увеличиваетконтактное сопротивление при креплении электрода, так что лист становится непригодным для изготовленияпанельного обогревателя,П р и м е р. Электропроводящееполотно, вес которого 100 г на 1 мполучают смешиванием 40 вес.ч. угольного волокна диаметром 8 мкм и длинойволокон в среднем 3 мм с 60 вес.ч.древесной пульпы с помощью обычнойбумагоделательной машины. Из полученного полотна вырезают испытуемыйобразец длиной 101 см и шириной 10 см.С обоих концов по длине испытуемого Образца обе поверхности полотнашириной 5 мм покрывают электропроводящей краской. Прямо на это покрытиенакладывают тканую проволочную сеткуиз меди, закрывая полностью,покрытуюповерхность. Затем обе поверхностилистового образца покрывают пленкойиз синтетической смолы, образованной слоем полизтилентерефталатнойпленки толщиной 50 мкм и слоем полиэтиленовой пленки толщиной 100 мкм(при этом слой полиэтилена непосредственно соприкасается с полотном,образуя внутренний слой, как показанона фиг.1). Слоеную пленку подвергают горячему прессованию при 180 Св течение 3 мин под давлением 40 кг/см.Изготовленный таким образом панельный обогреватель имеет сопротивление110 См, при напряжении 100 В при комнатной температуре обеспечивает поддерживание температуры поверхности81 С, и даже после 2000 ч непрерывной эксплуатации не отмечают износаи разрыва или ненормальной температуры в электродной частиКроме того,такой панельный обогреватель выдерживает напряжение переменного токайьнде 1500 В.Формула изобретенияСпособ изготовления плоского электронагревателя, по которому электро- проВодящий слой образуют смешением электропроводного и незлектропроводного материалов, термообрабатывают его устанавливают электроды и наносят электроизоляционный слой на обе стороны нагревателя при одновременной горячей прокатке под давлением, обеспечивающим необходимую степень сцепления слоев,.о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью стабилизации электрических характеристик электронагревателя, в качестве электропроводного материала берут тонкие угольные волок,3 Ф9 иг. 1ф б Заказ 6644 ираж 950 Подписи ППП Патент, г.у од, ул,Проектная,4 л на длиною 3 - 10 мм в количестве 30-75 вес.В.,в качестве неэлектропроводного материала - натуральные волокна, например пульпу, перед термообработкой электропроводящий слой пропитывают термореактивной смолой, а после горячего прессования электро. нагреватель дополнительно подвергают холодной прокатке под давлением, необходимым для затвердевания слоев.2 4 я 1 Ю Источники информации, принятыево внимание при экспертизе: 1. Патент США Р 3367851,кл. 204-2, 1968. 2. Патент США Р 3040210,5 кл. 317-2, 1962,3. Авторское свидетельство СССР Р 180270, кл. Н 05 Ь 3/34, 1963. Ф