Электропроводящая композиция

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Соиетсник Социалистическик Республик(51)М. Кл з с присовдинеиивч заявки Йо С 0863/00Н 01 В 1/04 Государственный комитет СССР ио деяам изобретеиий и открытий(71) Заявител титу ей и неорганическойелорусской ССР 4) ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ КОМПОЗИЦИ ной диановой смолы и железосодержащего углеродного волокна 21.Однако из-за высокой реакционнойспособности железа по отношению к килотам композиция с железосодержащимуглеродным волокном в кислых средахтеряет свою, массу вследствие растворения железа и резко возрастает удельное объемное сопротивление.Цель изобретения - повышетостойкости материала.Эта цель достигается тем, что вкомпозицию на основе эпоксидной диановой смолы или циклоалифатической 15 эпоксидной смолы вводят в качественаполнителя свинец-или цирконийт илититансодержащее углеродное волокнопри следующем соотношении компонентов, вес. ч: эпоксидная диановая смола 20 или циклоалифатическая эпоксидная смола 100,металлсодержащее (свинец- илицирконий-,или титан-) углеродное волокно 40-100. ние кислоглепластики, используемашиностроении; гальваектротермических устИзвестны у мые в электро нотехнике, эл ройствах 1.Наиболее б ляется композ итансодерж в составе еменно две теля иотвертем самым рас еродных волока- комфунизкой к предлагаемой явиция на основе эпоксид-, 3 Изобретение относится к областиполучения композиционных материаловс электропроводящими свойствами на основе углеродных волокон и эпоксидныхсмол,Композиционные материалы, усиленно разрабатываемые в последние годы,привлекают широкое внимание, поскольку их применение обеспечивает возможность удовлетворения качественно новых требований, возникающих при конструировании машин и аппаратов. Средикомпозиционных материалов следует выделить компоненты на основе углеродных волокон, поскольку такие волокнаявляются наиболее перспективными наполнителями, придающимикомпозициямвысокие физико-механические и другиетехнически важные свойства. К числураспространенных композиций на осно-ве углеродных волокон и полимерныхсвязующих относятся электропроводящие композиции,Свинец-,цирконий-, тщие углеродные волокнапозиции выполняют одновркции армирукщего наполнидителя эпоксидной смолы иширяется ассортимент угл45 1,18 нистых отвердителей эпоксидных связующих,Введение в состав композиции свинец-,цирконий- или титансодержащихуглеродных волокон позволяет повыситьее кислотостой кость, долговечность эксплуатации в различных активных средах, термостойкость. Композиция на5основе свинецсодержащего углеродноговолокна устойчива в сильнокислотнойсреде: выдержка ее в концентрированных и разбавленных растворах солянойи серной кислот при комнатной температуре в течение года не приводитк существенному изменению массы композиции и изменению электропроводности. Предлагаемый электропроводящийматериал имеет удельное объемное элек,тросопротивление 26,8-4,9100 мсм, .прочность на сжатйе до 620 кгс/смпри низкой плотности до 1,25 г/см 3.Композиция характеризуется высокойтермостойкостью - при нагревании ее 20на воздухе до 250 С не происходитпотери массы, а при 300 О потеря массы достигает 10.П р и м е р 1. Отрезки свинецсодержащего углеродного волокна длиной 1-2 мм вносят в эпоксидную смолу,разогретую при 60 С,смесь тщатель-:но перемешивают. Состав композиции,вес. ч,:Эпоксидная смола ЭД100Свинецсодержащее углеродное волокносодержащее свинцав волокне в расчетена металл 32 вес, ) 40Из полученного состава формуют изделие заданной формы, например, блокв виде куба с размером грани 20 мм.Отверждение композиции проводят при190 О в течение 7 ч. Полученный композиционный материал характеризуется 40следующими показателями:Удельное объемноеэлектросопротивление,Ом см 26,8Прочность на сжатие, кгс/см620Плотность, определенная методомгидростатического взвешивания, 50г/см .Коэффициент линейного. термического расширения, град -1 25,3 10Термическая устойчивость на воздухе,оС 250Исследование устойчивости отвержденной композиции в концентрированной соляной кислоте при комнатнойтемпературе в течение 360 сут показа ло, что эа время испытания не наблюдалось изменений в электросопротивлении и потере веса. Аналогичныерезультаты получены при испытании композиции в течение 12 мес в 20- и 65 10-ых растворах соляной кислоты.Проведены также испытания устойчивости отвержденной композиции в 25,50, 75-ых растворах серной кислоты в течение 30 сут при 20, которые показали, что в указанных режимах изменение массы образцов сос-.тавляет для 75-ого раствора - 21,550-ого раствора - 2,9, для 25-огораствора - 1,3.Для сравнения кислотостойкостипредлагаемой композиции с известнойизготовлена композиция следующегосостава, вес.ч.;Эпоксидная .смола ЭД100Железосодержащее углеродное волокно содержание железа 6,9 вес.) 75Отверждение композиции проводят прио190 С в течение 8 ч. Электросопротивление образца составляет 2,1100 я см.При погружении отвержденной композиции в растворы 10, 20 и концентрированной соляной кислоты сразу женаблюдалось пожелтение раствора, свидетельствующее о протекании процессарастворения железа в кислоте, Изменение массы известной композиции послевыдержки образцов в течение месяцав растворах соляной кислоты состав-.ляет:Для 10-ого раствора - 28,0для 20-ого раствора - 33,2Удельное объемное сопротивление композиции после выдержки в растворахсоляной кислоты возрастает на несколько порядков.Свинецсодержащее углеродное волокно, выполняющее в составе композиции одновременно две функции: отвердителя и наполнителя, получаютследующим образом,Вискозное волокно пропитывают в1 н.растворе уксуснокислого свинцапри модуле 1:30. После пропитки в течение 24 ч волокно извлекают, отжимают от избытка раствора и высушивают.Сухое волокно помещают в герметичнозакрытую печь и Подвергают карбонизации в среде инертного газа - гелияпо следующему режиму: нагрев до 100 Ссо скоростью 5 град/мин, выдержкапри этой температуре 1 ч, далееподъем температуры, осуществляемыйсо скоростью 2 град/мин, до 350 С свыдержкой при этой температуре 1 чи затем подъем температуры со скоростью 2 град/мин до конечной температуры 900 ф С. После этого нагрев прекращают и при непрерывном пропусканиигаза охлаждают до комнатной температуры. Полученное свинецсодержащее углеродное волокно содержит 32 вес.свинца.П р и м е р 2. Отрезки цирконийсодержащего углеродного волокна длиной 1-2 мм вносят в эпоксидную смолуоВразогретую до 60 С и тщательно перемешивают. Состав композиции, вес.ч.20 60 П р и м е р 3. Отрезки титансодержащей углеродной ткани пропитывают в эпоксидной смоле, разогретой60. Состав композиции вес.ч,ф 65 Эпоксидная .циклоалифати%ческая смола УП100Цирконийсодержащее углеродное волокно (содержащее цирконий вволокне в расчете на 5металл 22,0 вес. ) 75Иэ полученного состава формуют изделие в виде цилиндра длиной 25 мм идиаметром 15 мм. Отверждение композиции проводят при 90-100 С в течение 1 ч, при 120 ОС - 2 ч, при 160 С -3 ч; при 180 С - 4 ч, при 200 С - 10 ч.Полученный композиционнный материалхарактеризуется следующими показателями:15Удельное объемное электросопротивление, Ом см 1,51 10Прочность на сжатие,кгс/см 400Плотность, определеннаяметодом гидростатическоговзвешивания, г/см 1,25Термическая устойчивостьна воздухе,оС 250Исследование устойчивости отвержденной композиции в растворах кислот 25при комнатной температуре в течение.20 сут дали следующие результатывыдержка в 10-ом растворе солянойкислоты изменяет массу образца на( -0,2 ), а в 20-ом растворе соляной кислоты - на (-0,4), в 25-омрастворе серной кислоты - на (+1),причем у всех изученных образцов после выдержки в растворах кислот удельное объемное электросопротивление не 35изменилось.Цирконийсодержащее углеродноеволокно, выполняющее в составе композиции одновременно две функции: отвердителя и наполнителя, получают 40следующим образом.Предварительно набухшее в водев течение двух часов вискозное волокно отжимают от избытка влаги и пропитывают в растворе хлорокиси циркония (1,5 М) в течение суток. Послепропитки волокно извлекают, отжимают и высушивают. Сухое волокно помещают в герметично закрытую печь иподвергают карбонизации в среде инертного газа - гелия по следующем режиму: нагрев до 400 ОС со скоростьюподъема температуры 2 град/мин, азатем от 400 до 900 со скоростью4 град/мин. После этого нагрев прекращают и при непрерывном пропуска 55нии газа охлаждают до комнатной температуры. Полученное цирконийсодержащее углеродное волокно в расчетена металл содержит 22,0 вес. циркония. Эпоксидная циклоалифатическая смола УП100Титансодержащая углеродная ткань(в расчетена металл содержащаятитана 3,0 вес.,) 100Отрезки ткани укладывают послойнодруг на друга и отверждают под давлением 2,5 кгс/см по режиму, описанному в примере 2. Отвержденнаялистовая композиция толщиной 2 ммимеет следующие показатели:Удельное объемное элект.роСопротивление, Ом.см 4,9 102Плотность, определенная методом гидростатического взвешивания, г/см 1,20Термическая устойчивостьна воздухе,о С 250Исследование устойчивости отвержденной композиции в растворах кислот прикомнатной температуре в течение 30 сутдает следующие результаты: выдержкакомпозиции в 10 и 20 растворах соляной кислоты практически не изменяет ее массы за все время испытания, а также не изменяется удельное объемное сопротивление.Титансодержащую ткань, выполняющуюв составе композиции одновременно две функции: отвердителя и наполнителя, получают следующим образом. Предварительно набухшую в воде ткань из гидратцеллюлозного волокна отжимают от избытка влаги, опускают в раствор треххлористого титана, концентрации 0,3 М, в котором выдерживают в течение 3-4 ч, затем извлекают, отжимают от избытка раствора и высушивают. Карбонизацию ткани проводят в условиях по примеру 2. Полученная титансодержащая углеродная ткань в расчете на металл содержит 3,0 вес. титана.Из приведенных примеров видно, что предлагаемая электропроводящая композицияхарактеризуется такимипоказателями,как высокая кислотостойкость и электропроводность,прочность при сжатии, низкая плотность, термостойкость. Иэ такой композиции могут быть изготовлены изделия различной конфигурации и размеров с малой удельной массой, широким диапазоном регулируемого электрического сопротивления и большой теплоизлучающей поверхно-.т стью. Такие нагреватели имеют большой срок службы, могут быть использованы в различных агрессивных средах. Низкий коэффициент термяческого расширения композиции позволяет изготавливать из нее покрытия для большого числа материалов, как с целью обогрева, так и снятия статического электричества. Расчет экономической эффективности от использования электропроводящей композиции только для изготовления камер с целью ускорения тверденяя бетоя на показывает, что экономия может быть821470 40-100 формула изобретения СоставительВ. ЧистяковаТехред М.Майорош, Корректор Е.Рошко Редактор К.волощук Подписное Заказ 1712/39 Тираж 530ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, МосКва, Ж, Раушская наб., д,4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 достигнута за счет исключения расхо-да пара, повышения равномерности обогрева, облегчения регулировки процессатермообработки и составляет 2,5 р. на1 м бетонна. Экономия от. использования 1 м электропроводящей композиции,например, для обогрева полов животноводческих помещений составляет порядка 30 р. Суммарный"экономический эффект от использования изобретения внародном хозяйстве, учитывая большойобъем строительства, составляет миллион рублей. 15Электропроводящая композиция, содержащаяэпоксидную смолу и металл - содержащий углеродный волокнистый наполнитель, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения кнслото стойкости материала на ее основе,она,содержит эпоксидную диановую смолуили циклоалифатическую эпоксидную смолу, в качестве волокнистого наполнителя - свинец- или цирконий-,или титаясодержащее углеродное волокно при следующем соотношении компонентов, вес.ч:Эпоксидная диановая смолаили циклоалифатическаяэпоксидная смола 100Свинец- или цирконий-,или титансодержащееуглеродное волокно. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Электротехнические материалы.Сборник, вып. 5(91), 1978, с.20-22.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2521476/23-05,кл. С, 0863/02, 1977 (прототип).1