Способ изготовления проводника

ОП ИСАНИЕИЗЬБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскииСоциалистическихРеспублик щ 807389(23) Приоритет -Опубликовано 23.02,81, Бюллетень ЛЪ 7 по девам изобретеиий и открытийДата опубликования описания 250281(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА Изобретение относится к электротехнике,в частности к способам изготовления проводников из утлеродного волокна,и может бытьиспользовано в электротехнической промышленности при изготовлении нагревательныхпроводов,Известен способ получения гибкого графи-тированного материала из вискозного волокна, содержащий плетение шнуровых заготовокиз вискозных кордных нитей, пропитку илетеных заготовок 10%-ным водным растворомдвухзамещенного фосфорно-кислого аммония,сушку, карбонизацию при температурах до .3000 и охлаждение, Полученную токопроводящую плетеную жилу прн использовании в ка.честве нагревательного элемента покрываютслоем злектроизоляции 111. Недостатком известного способа является большая неоднородность электрического сопротивления жилы (до 16%), изменение формы сечения жилы после высокотемпературной обработки, а также значительная разница в прочности внешних и внутренних нитейсоставляющих плетеную жилу. Неравномерность 2;формы поперечного сечения жилы вызывает повышенный расход электроизоляции и снижает надежность нагревателя ввиду неравномер. ности толщины электроизоляции. Кроме того, неоднородность прочности нитей при, растяжении жилы вызывает ее преждевременный обрыв. Необходимость предварительного плетения заготовок жилы усложняет процесс ее изготовления. Известен также способ изготовления угле.родных волокнистых материалов, в частности токопроводящей жилы, содержащий изготовление заготовки путем скручивания жилы из отдельных вискозных нитей до получения 90 - 120 круток на 1 м длины заготовки, пропитку крученой заготовки насыщенным водным раствором хлористого аммония, сушку, повторную пропитку и сушку, термоокислительную обработку заготовки на воздухе до получения щ черного цвета, карбонизацию жилы в инертнойсреде при температуре 1100-ЗОООС до полу.чения заданной электропроводности, охлажде ние. В результате проведения пропитки заго.товки насыщенным водным раствором хлорис.того аммония и повторения циклов " пропитка-сушка" повышается однородность электрического сопротивления токопроводящей жилы 218073894Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему формирование за.готовки жилы путем скручивания жилы из от.дельных вискозных нитей или волокон, обра Недостатком известного способа является не.обходимость создания большого количествакручений на одном метре заготовки с цельюполучения готового резиетивного элемента сжилой круглого сечения. При этом достижение круглого сечения жилы значительно ухуд.шает условия ее обработки, так как ввидубольшого количества кручений на исходнойзаготовке и набухания вискозного волокнав водном растворе хлористого аммония про.никновение раствора внутрь заготовки затруднено даже при многократном повторениициклов "пропитка сушка". В свою очередь, вэтом случае ухудшается однородность распреде"ления катализатора и однородность физикохимических свойств готовой жилы, носколь.ку расположенные в середине сечения жилынити имеют пониженную прочность и болеевысокое электрическое сопротивление.Другим недостатком известного способаявляется трудность равномерной термоокислительной обработки заготовки, имеющей большое количество кручений, Во время термоокислительной обработки на воздухе неравномерность степени термохимического превращениявнешних и внутренних нитей снижает проч.ность готовой жилы и приводит к образованию микронеоднородностей электрическогосопротивления.При высокотемпературной обработке обладающие неравномерной степенью превращениянити имеют различную усадку и различный уро.вень внутренних напряжений, что при приложении растягивающих усилий приводит к неодновременным разрывам отдельных нитей и,как следствие, к появлению ворса на поверхности жилы,Кроме того, несмотря на сильное закручи.ванне исходной заготовки, во время пропиткиволокна набухают и при соприкосновении снаправляющими роликами теряют округлую форму, Деформация жилы на операциях пропиткии сушки фиксируется во время термоокислительной и высокотемпературной обработки.Отклонение сечения жилы от круга затрудняет.равномерное наложение электрической изоля.ции на готовую жилу при изготовлении резистивного элемента, что в свою очередь повышает вероятность электрического пробоя приэксплуатации. Цель изобретения - . повышение эксплуатаци. онных характеристик проводника путем получения жилы круглого сечения и повышение однородности ее свойств.5 10 15 20 25 30 354045 ботку исходного жгута катализатором, напри. мер хлористым аммонием, термоокислитель. ную обработку заготовки на воздухе до превращения волокон жилы в волокна черного цвета, высокотемпературную обработку в не. окислительной среде до появления свойства электропроводности и охлаждения, скручива. ние отдельных нитей или волокон производят во время термообработки. Кроме того, скручивание отдельных нитей или волокон произ водят во, время термоокислительной обработ ки, а также только во время высокотемпературной обработки, с приложением растягиваю- щего усилия величиной 5 - 90% от разрывной нагрузки жилы, Скрутку производят до образования 20 - 25 кручений на метр длины жилы при термоокислительной обработке и 10 - 20 кручений на метр длины во время высокотем. пературной обработки.Поскольку согласно предлагаемому способу операциям пропитки и сушки подвергают исходную заготовку из параллельно расположен. ных нитей или волокон, сложная операция "правильной", т.е, не подверженной самопро. извольному раскручиванию нитей в свободном состоянии, крутки исходной заготовки ликвидируется и заменяется более простой операцией - вращением отдающей катушки с нитями,Параллельно расположенные нити или волокна равномерно пропитываются раствором хлористого аммония и легко высушиваются в течение более короткого промежутка времени по сравнению с известным способом.Во время термоокислительной обработки, если одновременно производится формирование заготовки жилы, часть времени термоокисления приходится на обработку разреженных параллельных слабо закрученных нитей или волокон,а в другую часть времени исходная заготовка,вращаясь при движении в рабочем канале тер.моокислительной установки, постепенно уплотняется и приобретает округлую форму. Как наповерхности заготовки, так и внутри ее сечениярасполагаются нити или волокна с близкой повеличине степенью окисления. Однородностьобработки внутренних и внешних волокон мож. 50 но оценивать визуально по их цветуПрй выполнении на 1 м длины термоокислительной заготовки не менее 10 кручений жила во время высокотемпературной обработки разрыхляется с искажением формулы поперечного сечения, При увеличении количества кру. ток выше 26. повышаются расход волокна и упругие свойства заготовки, что нежелательно изза невозможности осуществления высокотем5пературной обработки с вытягиванием нитей и моноволокон (происходит увеличение шага крутки без вытягивания моноволокон), При этом нарушается заданная форма поперечного сечения. Указанное явление может быть устранено дополнительным подкручиванием жилы при высокотемпературной обработке, что. одна. ко усложняет аппаратурное оформление процессаБолее качественный готовый продукт получается при осуществлении операции формиро. вания проводника скручиванием термоокислеи. ных, параллельно расположенных нитей или во. локон во время высокотемпературной обработки - при совмещенных карбонизации и графи. тации, при карбониэации отдельно или графитации отдельно.Особенностью процесса изготовления жилы в условиях предлагаемого способа является также необходимость изменения количества налагаемых на заготовку круток в зависимости от того, на какой стадии термообработки осуществляется формирование жилы. Для форми- рования жилы круглого сечения в условиях способа достаточно произвести 10-25 кручений на одном метре длины заготовки. При этом с повышением температуры, при которой осуществляется скручивание, необходимое ко. личество кручений уменьшается, Соответственно, для интервала температур обработки 100- 3000 С требуется наложение 20 - 25 круток, для интервала 1000 - 3000 С - 15 - 20 круток,для интервала 2000 - 3000 С - 10 - 15.круток.П р и м е р 1. Исходные вискозные кордные нити (У = 5,45) производства Светлогор. ского завода искусственных волокон в количестве семи штук сматывают со стандартных катушек и объединяют без скручивания в заготовку. Заготовку из параллельных нитей подвергают двухкратному циклу "пропитка - сушка" (насыщенный раствор хлористого аммония при 40 С, температура воздуха в конвективной сушилке 140 С). Пропитанные и высушенные нити, имеющие привес катализа. тора 37+ 3 вес,%, наматывают на приемную катушку. Катушку с волокном с возможностью свободного вращения на оси закрепляют на горизонтальной платформе отдающего механизма установки для термоокислительной обработки. Платформа вместе с осью катушки приводится во вращение от электрического двигателя постоянного тока, что позволяет плавно регулировать количество круток, на.лагаемых на один метр длины заготовки жилы. Сматывая с катушки заготовку, жилы пропускают через вертикальный, нагретый до 420 С рабочий канал установки и валки про. тяжкого механизма, обеспечивающего движе.807389 6 ние заготовки волокна нли нитей со скоростью 250 м/ч, После этого включают привод вра. щающейся платформы и устанавливают число оборотов катушки, с которой сматывалось волокно, равным 100-102,Сформированную таким образом заготовку жилы, имеющую 25 кручений на 1 м длины и глянцево-черный цвет волокна, после протяжного механизма наматывают на приемную 5 о катушку. Катушку с термоокисленной заготовкой жилы подвергают:а) карбонизации при 900-1000 С в трубча.той печи с приложением 5% растягивающегоразрывного усилия в токе азота и графитациибез натяжения (нагрузка на жилу 0,2 кгс),ч косвенныи нагрев;б) карбонизации и графитации с приложе.вием 90% разрывного усилия, косвенный нагрев;в) карбонизации и графитации с приложени.20ем 50% разрывного растягивающего усилия,косвенный нагрев;Температура карбонизации 950-1000 С, графитации - 2500 С, Готовую жилу резистивного элемента наматывают на приемную катушку и подвергают анализу. Результаты анализа приведены в таблице.П р и м е р 2. Пропитанную и высушеннуюв условиях примера 1 заготовку жилы из се.ми нитей подвергают термоокислительной обО работке без наложения кручений при темпе.ратуре 380 С со скоростью перемещения 240 м/чи наматывают на приемную катушку. Времятермоокислительной обработки составляет25 с. Катушку с термоокисленной заготовкой, Э 5 имеющей глянцево-черный цвет, помещают навращающуюся платформу механизма питанияустановки непрерывной карбонизации. Прискорости перемещения жилы в рабочем кана.ле установки 240 м/ч вращают платформу с 40 катушкой со скоростью 60 - 65 об/мин, Кар.бонизацию проводят с приложением к заготовке жилы 50% разрывной растягивающей нагруз.ки, равной 4 кгс, Графитацию осуществляютпо непрерывной схеме в условиях косвенного 45 нагрева со скоростью 500 м/ч при температуре 2500 С без дополнительного закручиванияжилы. Результаты анализа характеристик полученного изделия приведены в таблице.П р и м е р 3. Пропитанную, высушенную 59и термоокисленную в условиях примера 2 жилу карбонизуют в течение 8 с при 9001000.С в токе азота без наложения круток.К жиле во время карбонизации прикладываютрастягивающее усилие, величиной 73% от раз.рывного (кгс/жилу), Катушку с карбонизован. Яной жилой помещают на вращающуюся платформу механизма питания установки высокотемпературной обработки и подвергают графитации косвенным нагревом при 2500 С в те807389 Технические характеристики готового продукта Условия изготовле ния токопроводящей жилы Неоднородность разрывной прочНеоднородность злектрического Количествокруток на 1 м длинь римечание азрывнаяпрочность,орма по еречного кгс сопротивлении,ности, %4 - 7 д чения звестныйспособ 12 Эллипс. 45-8ная 1,7-3,3 о 51 ысокая элас ость жилыТо ж Пример 1 23-24 17 - 20 5;5-5,8 8,7-9,2 6)5-3,8 9,8 - 10 78 - 8,2,5 - 2,0 ,4 - 1,6 КруглаяТо же 22 Пример 2 Пример 3 12-14 1,4-1,6 1,5 - 2,0 10 Пример 4с предотвращением усад ки 5.6,0 1,4 - 1,16 при растяги.вающем усилии 2 кгс(50% отразрывного) 1,4 - 1,6-- 10 5,8-6,чение 20 с при скорости перемещения жилы500 м/ч, Во время графитации вращение плат.формы с катушкой карбонизованной заготовки формируют жилу с наложением 10 круче.ний на метр длины,5Готовую жилу подвергают анализу, резуль.таты которого приведены в таблице,П р и м е р 4. Исходные вискозные кордные нити (Яф - 5,45) в количестве 4% сматывают со. стандартных заводских катушек и объединяют в заготовку жилы без наложения круток.Заготовку пропитывают насыщенным воднымраствором МН 4 С 1 при 25 С в непрерывном режиме в течение 2 мин и высушивают в сушил.ке при температуре воздуха 160 С до остаточ.ной влажности 9 вес.%.Катушку с пропитанным и высушенным во.локном выдерживают в термостате при 25 Си относительной влажности 60% в течение 24 ч,после чего подвергают термоокислительнойобработке при 340 С на воздухе. Скорость перемещения заготовки составляет 120 м/ч, время термоокислительной обработки - 30 с. Ка.тушку с приготовленным черным термоокисленным волокном (заготовкой) помещаютна вращающуюся платформу установки высоко.температурной обработки, При протягиваниизаготовки через нагретый до 2400 С рабочийканал установки осуществляют совмещеннуюкарбонизацию и графитацию волокна. С по.мощью платформы на жиле выполняют 1030кручений на метр длины при линейной скорости перемещения волокна в установке 8120 м/ч, Количество оборотов платформы составляет 30 - 32 об/мин. Во время термо. обработки волокна к жиле прилагают растя. гивающее усилие, предотвращающее усадку, равное 0,5 кгс, Второй образец обрабатывают с приложением усилия, составляющего 50% от разрывной нагрузки (2 кг). Обработку проводят в противотоке азота.Готовую жилу наматывают на катушку и подвергают анализу, результаты которого сведены в таблицу.Использование предлагаемого способа из. готовления жилы резистивного элемента обеспечивает возможность изготовления углеродной волокнистой жилы для резистивного элемента без применения сложных текстильных машин для скручивания всходных заготовок и .сокращение числа раздельных технологичес. ких операций; возможность изготовления резистивного элемента с повышенной электри. ческой надежностью за счет равномерного наложения электрической изоляции на полученную по предлагаемому способу жилу круг. лого сечения; повышение однородности электрического сопротивления жилы при повышении с интегральной разрывной прочности и возможность изготовления крученой жилы с заданными значениями предела прочности во. локон при растяжении и модуля упругости,Перечисленные преимущества в итоге значительно повышают качество резистивного элемента на основе токоп оводящей жилы.9Формула изобретения 807389 Составитель Л, БибергэльРедактор И. Николайчук Техред Н. Келушак Корректор И, Муска Тираж 795 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР . но делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб д. 4/5Заказ 302/79 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 4 1, Способ изготовления проводника из углеродного волокна путем формирования заготов. ки скручиванием жгута из волокон, обработки волокон катализатором, например хлористым эммонием, термообработки заготовки на возду. хе до придания волокнам черного цвета, тер. мообработки при высокой температуре в не. окислнтельной среде до появления свойств электропроводности, охлаждения заготовки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик проводника обработку катализатором проиэво дят перед скруткой, скрутку обработанных волокон производят одновременно с термооб. работкой до образования 10-25 кручений на 1 м длины проводника. 10,2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что скручивание волокон производят вовремя термообработки на воздухе до образо.вания 20-25 кручений на 1 м длины заготовки.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что скручивание волокон производятдо образования 10 - 20 кручений на 1 м длинызаготовки во время термообработки при высокой температуре с приложением растягивают щего усилия 5 - 90% от разрывной нагрузкипроводника,Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР У 199947,С 01 В 31/00 2. Авторское свидетельство СССР Ио 503671,С 01 В 31/00.