электропроводная резистивная комплексная нить для электронагревательной ткани и способ изготовления этой нити

Классы МПК:D01F8/12 с одним или несколькими полиамидами в качестве составляющих
H05B3/34 гибкие, например электронагревательные сетки или ткани 
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Гриневич Игорь Афанасьевич (RU),
Филиппов Дмитрий Иванович (RU),
Толочик Владимир Сергеевич (RU),
КЛЕЩИК Давид (US),
Шелемех Александр Викторович (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2001-06-27
публикация патента:

Электропроводная резистивная нить для тканых нагревательных элементов состоит из синтетического волокна на основе поли-m-фениленизофталамида, поли-n-фенилентерефталамида или поли-n-бензамида и углеродного наполнителя технического углерода и графита. Наполнитель распределен в указанном синтетическом волокне при массовом соотношении синтетического волокна и наполнителя от 1: 0,2 до 1:0,3. Для изготовления нити готовят раствор термостойкого волокнообразующего полимера, в который добавляют при перемешивании технический углерод. Диспергируют его и получают коллоидный раствор, в который дополнительно вводят растворитель для снижения концентрации термостойкого волокнообразующего полимера до 6-7%. Затем вводят коллоидный графит и осуществляют его диспергирование в коллоидном растворе. Из полученного прядильного раствора формуют углеродсодержащие волокна по сухомокрому способу. Повышаются эксплуатационные качества электропроводной резистивной нити, ее надежность и эффективность в работе, упрощается технология производства электропроводной резистивной нити. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 1 табл.

Рисунки к патенту РФ 2203352

Рисунок 1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электротермии, и касается конструкций и способов изготовления электропроводных резистивных нитей, используемых при изготовлении тканевых электрических нагревателей, которые могут быть использованы в автомобильной промышленности, строительстве, при изготовлении одежды и др. в качестве нагревательных элементов, предназначенных для обеспечения и поддержания требуемой температуры в локальной зоне.

Тканевые электрические нагреватели являются разновидностью гибких электрических нагревателей, которые представляют собой гибкое и легко приспосабливаемое к месту установки средство обеспечения нагревания различных поверхностей и сред. К таким приборам, требующим применения тканевых электрических нагревателей, относятся автомобильные сиденья с подогревом, рули с подогревом, масляные картеры автомобильных двигателей, нагреватели для отверждения цемента, одежда с подогревающими устройствами, одеяла с нагревателями и т. д. Простые гибкие электрические нагреватели обычно включают в себя тонкие металлические электрические нагревательные провода, соединенные в змеевидной форме с гибкой поверхностью. Электрическая энергия, подаваемая к нагревающим проводам, рассеивается, тем самым заставляя тепло рассеиваться от провода в окружающую среду. Изоляционный материал, находящийся по обе стороны нагревающих проводов, обеспечивает электрическую изоляцию и распространение тепла. Однако создание тепла с помощью нагревающих проводов, как правило, приводит к неравномерному нагреву, что особенно заметно в приборах, где нагреватель установлен в непосредственной близости к человеку. Кроме того, металлические нагревательные элементы, подвергаемые изгибанию и искривлению, имеют тенденцию выходить из строя, а максимальный диапазон температуры нагрева ограничен размером провода нагревателя. Применение тканевых электрических нагревателей позволяет решить часть упомянутых выше проблем, связанных с гибкими электрическими нагревателями, путем применения многочисленных проводящих нитей в качестве нагревательных элементов, вплетенных в ткань. Таким образом, ткань представляет собой комбинацию электропроводящих нитей типа "оболочка - ядро", идущих в одном направлении ткани, и неэлектропроводящих нитей, идущих в другом направлении.

Различные конструкции электропроводящих нитей типа "оболочка - ядро" широко известны и описаны, в частности, в авт. св. SU 1838896 A3, 30.08.93, Н 05 В 3/36, в патентах RU 2161664 С1, 2001.01.10, D 01 F 8/06, RU 2143791 C1, 1999.12.27, Н 05 В 3/34, US 4185137 A, January 22, 1980, D 02 G 3/00, US 4085182 A, Apr. 18, 1978, В 29 F 3/10, RU 2079584 А, 1997.05.20, D 01 F 8/04, в заявках WO 95/17800 Al, 1995.06.29, Н 05 В 3/34, FR 2730340 A1, 09.08.1996, H 01 В 1/20 и др.

Наиболее близким аналогом (прототипом) устройства и способа является техническое решение, описанное в патенте US 4983814 A, Jan.8, 1991, Н 05 В 3/34 (219/545) и представляющее собой электронагревательную ткань, содержащую в утке электропроводные резистивные нити с линейным электрическим сопротивлением в пределах 1-100 кОм/м. Электропроводная резистивная нить для этой ткани также представляет собой структуру "оболочка - ядро", "ядро" которой состоит из синтетического волокна типа нейлона, полиэфирного типа или полиолефинового типа (имеющих низкую температуру плавления 100 - 120oС), или высокоплавких волокон полифторэтиленового и полиамидного типа, а "оболочка", выполняющая роль резистивного материала, состоит из композиции, включающей полиуретановую смолу полиэфирного типа и углеродный наполнитель при массовом соотношении от 1:0,3 до 1:1 соответственно. В качестве углеродного наполнителя используется технический углерод (полученный из ацетилена, печной или канальный, а также их смеси) и графит (природный с плотнокристаллической, чешуйчатой или аморфизированной структурой и искусственный) при массовом соотношении технический углерода и графит от 1:1,67 до 1:4 или от 1:0,5 до 1: 0,6.

К недостаткам описанной электропроводной нити можно отнести недостаточно стабильное линейное электрическое сопротивление, недостаточно высокую температуру эксплуатации - не выше 150oС, а также необходимость нанесения на "ядро" двух-трех слоев резистивного материала и большой расход резистивного материала даже при однократном нанесении одного слоя "оболочки", что увеличивает затраты на производство нити. При этом только при нанесении трех слоев "оболочки" на "ядро" указанная нить имеет более стабильное линейное электрическое сопротивление, колебание которого составляет электропроводная резистивная комплексная нить для   электронагревательной ткани и способ изготовления этой нити, патент № 22033520,5 кОм/м. При этом в некоторых приборах, таких как нагреватели автомобильных сидений, желательно поддерживать постоянную рабочую температуру нагревателя, равную приблизительно 37oС, с возможностью увеличения температуры нагревателя приблизительно до 150oС в течение короткого периода времени в процессе производства сидений для плавления адгезивного материала, обеспечивающего приклейку обшивки к ложементу. С внедрением в производство современных композиционных материалов, выдерживающих достаточно высокие температуры, стало возможным изготавливать приборы, которые не ограничены требованиями по максимальной температуре нагрева, но включение в тканый элемент для этих приборов токопроводящих резистивных нитей типа "оболочка - ядро", выполненных по известным технологиям, не дают возможности добиться требуемого расширения рабочего температурного интервала.

Способ изготовления описанной выше электропроводной резистивной нити заключается в приготовлении полимерного резистивного материала, включающего углеродный наполнитель, и нанесении его в виде оболочки на синтетические волокна "ядра", при этом нить получают путем нанесения от одного до трех слоев резистивного материала на вышеуказанное синтетическое волокно при массовом соотношении от 1,7:1 до 2,8:1 соответственно.

Существенный недостаток описанного способа получения электропроводной резистивной нити заключается в многоступенчатости ее производства, которое включает изготовление нити-"ядра", приготовление полимерной резистивной композиции и многократное нанесение полимерной резистивной композиции в виде "оболочки" на "ядро".

В связи с изложенным можно сформулировать некоторые требования, которым должна отвечать электропроводная нить: улучшение нагревательных характеристик гибких нагревателей, обеспечение равномерного нагрева поверхности ткани для увеличения комфорта потребителя, увеличение диапазона рабочей температуры и упрощение технологии ее производства.

Таким образом, задача, на решение которой направлено заявленное устройство, состоит в обеспечении равномерного электрического сопротивления по всей длине электропроводной резистивной нити, стабильности требуемого электрического сопротивления нити и тканых нагревательных элементов, изготовленных из этой нити, расширении диапазона рабочих температур, а задача, на решение которой направлен заявленный способ, состоит в упрощении технологии производства нити. Технический результат, достигаемый при реализации заявленного устройства, состоит в повышении эксплуатационных качеств электропроводной резистивной нити, повышении надежности и эффективности ее работы, а технический результат, достигаемый при реализации заявленного способа, состоит в упрощении технологии производства электропроводной резистивной нити.

Конструкция электропроводной резистивной нити для тканых нагревательных элементов, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем испрашиваемый правовой охраны, может быть охарактеризована следующей совокупностью существенных признаков.

Электропроводная резистивная нить для тканых нагревательных элементов состоит из синтетического волокна и углеродного наполнителя, который содержит технический углерод и графит. Синтетическое волокно представляет собой термостойкое волокно, полученное из поли-m-фениленизофталамида или поли-n-фенилентерефталамида, или поли-n-бензамида. Наполнитель распределен в указанном синтетическом волокне, при этом массовое соотношение синтетического волокна и наполнителя находится в пределах от 1:0,2 до 1:0,3.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения углеродный наполнитель может содержать технический углерод, полученный из ацетилена, и коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм, при этом массовое соотношение технического углерода и коллоидного графита может находиться в пределах от 1:0,1 до 1:1.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения электропроводная резистивная нить может быть выполнена в виде крученой комплексной нити из филаментов синтетического волокна с углеродным наполнителем.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения наполнитель может быть равномерно распределен по всей толщине синтетического волокна.

Под термином термостойкие волокна в данном случае подразумеваются синтетические волокна, выдерживающие эксплуатацию в воздушной среде при температурах, превышающих границы термической стабильности обычных текстильных волокон. Термостойкие волокна пригодны для длительной эксплуатации при 250-350oС. Важные преимущества термостойких волокон перед неорганическими волокнами (асбестовыми, стеклянными, металлическими) высокая эластичность и небольшая плотность.

Способ изготовления электропроводной резистивной комплексной нити, обеспечивающий в соответствии с заявленным изобретением достижение указанного выше технического результата, во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, может быть охарактеризован следующей совокупностью признаков.

Способ заключается в том, что готовят раствор термостойкого волокнообразующего полимера, в который добавляют при перемешивании технический углерод. Затем осуществляют диспергирование технического углерода и получение коллоидного раствора, в который дополнительно вводят растворитель для снижения концентрации термостойкого волокнообразующего полимера до уровня 6-7%. Затем вводят коллоидный графит и осуществляют его диспергирование в коллоидном растворе. Из полученного прядильного раствора формуют углеродсодержащие волокна по сухомокрому способу.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения первоначально готовят раствор с концентрацией термостойкого волокнообразующего полимера 16%.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения вводят коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения формуют углеродсодержащие волокна с получением филаментов, имеющих линейную плотность от 0,8 до 1,0 текс.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения диспергирование углеродных наполнителей проводят методом высокочастотной пульсации интенсивного гидродинамического потока при скорости вращения ротора 10000-12000 об/мин и давлении 0,16-0,22 МПа.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения из филаментов углеродсодержащего волокна изготавливают пряжу линейной плотности 15-25 текс с круткой от 150 до 180 кручений на метр.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения пряжу из углеродсодержащего волокна путем крутки перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить линейной плотности 40-80 текс, имеющую от 90 до 100 кручений на метр.

Возможность осуществления каждого изобретения, охарактеризованного приведенными выше совокупностями признаков, а также возможность реализации назначений изобретения заявленной группы может быть подтверждена описанием конструкции электропроводной резистивной комплексной нити, выполненной в соответствии с заявленным изобретением и примером реализации заявленным способа изготовления этой нити.

Согласно изобретению электропроводная резистивная комплексная нить представляет собой структуру "полимер - углеродсодержащий наполнитель", где в качестве "полимера" используют термостойкие волокнообразующие полимеры, а в качестве "углеродсодержащего наполнителя" используют технический углерод, полученный из ацетилена, и коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм.

Для изготовления электропроводной резистивной нити в качестве полимера используют такие термостойкие волокнообразующие полимеры, как поли-m-фениленизофталамид, поли-n-фенилентерефталамид и поли-n-бензамид.

Поли-m-фениленизофталамид представляет собой полимер, имеющий молекулярную массу 40-60 тысяч, плотность 1,33 г/см3, температуру размягчения 270oС, температуру плавления 430oС, температуру эксплуатации от -100 до +250oС, растворимый в амидных растворителях, концентрированной H24 и хлорсульфоновой кислоте. Нерастворим в воде, концентрированной НС1, 40% водном растворе КОН. Получают поликонденсацией m-фенилендиамина с изофталоилхлоридом. Находит применение в производстве термостойких, высокопрочных конструкционных и электроизоляционных пластмасс, волокон, лаков и др.

Поли-n-фенилентерефталамид представляет собой полимер, имеющий молекулярную массу 20-60 тысяч, плотность 1,43 г/см3, температуру размягчения 520oС, температуру плавления 600oС, температуру эксплуатации от -150 до +350oС, растворимый в концентрированной H24, хлорсульфоновой и метансульфоновой кислотах, практически нерастворимый в органических растворителях. Получают поликонденсацией n-фенилендиамина с терефталоилхлоридом в амидных растворителях. Находит применение в производстве термостойких волокон.

Поли-n-бензамид представляет собой термопластичный полимер, имеющий молекулярную массу 10-20 тысяч, плотность 1,43 г/см3, температуру плавления 560"С, температуру эксплуатации от -150 до +300oС, растворимый в концентрированных минеральных кислотах, метилсерной и хлорсульфоновой кислотах, диметилацетамиде, тетраметиленсульфоне, нерастворим в воде, спиртах, эфирах. Получают низкотемпературной поликонденсацией хлорангидрида n-аминобензойной кислоты. Находит применение в производстве термостойких волокон.

Из широкой гаммы существующих марок технического углерода наиболее эффективное влияние на электрические характеристики полимерного резистивного материала нити оказывает технический углерод марки А 144-Э (ТУ 14-106-357-90. Углерод технический элементный А144-Э), полученный в процессе термического разложения ацетилена при высоком давлении (взрывной процесс) и применяемый при изготовлении химических источников тока, магнитных носителей информации, полимерных и резинотехнических композиций. Технический углерод, получаемый из ацетилена, имеет низкую зольность (не более 0,07%), высокую массовую долю чистого углерода (не менее 99,75%) и высокую удельную поверхность (140-160 м2/г).

Вторым компонентом углеродсодержащего наполнителя электропроводной резистивной нити является коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм. Основное применение коллоидного графита - это получение коллоидно-графитовых препаратов, используемых в качестве смазки, а также они нашли применение в качестве электропроводящего покрытия электронно-лучевых трубок и магнитных лент. Особое преимущество коллоидного графита заключается в его способности обеспечивать стабильную электрическую проводимость, то есть обеспечивать стабильность линейного электрического сопротивления электропроводной резистивной нити.

Линейное электрическое сопротивление электропроводной нити зависит от компонентного состава и соотношения компонентов. Исследования по оптимизации состава полимерной углеродсодержащей композиции показали, что для получения электропроводной резистивной нити с линейным электрическим сопротивлением 0,2-180 кОм/м требуется:

- во-первых, соблюдать массовое отношение технического углерода, полученного из ацетилена, и коллоидного графита в пределах от 1:0,1 до 1:1 соответственно, так как при снижении концентрации коллоидного графита ниже указанной величины сопротивление электропроводной нити возрастает выше допустимого значения, и оно становится нестабильным по ее длине, а увеличение концентрации коллоидного графита выше указанного значения снижает физико-механические характеристики электропроводной нити;

- во-вторых, соблюдать массовое отношение термостойкого волокнообразующего полимера и углеродного наполнителя в пределах от 1:0,2 до 1:0,3 соответственно, так как снижение концентрации углеродного наполнителя ниже указанной величины приводит к повышению линейного электрического сопротивления электропроводной нити и делает ее непригодной для изготовления тканых нагревательных элементов, а повышение концентрации углеродного наполнителя выше указанной величины снижает физико-механические характеристики электропроводной нити и делает ее непригодной для изготовления ткани.

Согласно изобретению способ изготовления электропроводной резистивной комплексной нити заключается в приготовлении 6-7% прядильного раствора волокнообразующего полимера, включающего углеродный наполнитель, состоящий из технического углерода и коллоидного графита, путем смешения компонентов и диспергирования частиц углеродного наполнителя с целью получения коллоидного раствора. Полученный раствор перерабатывают путем формования волокна по сухомокрому способу для получения филаментов углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 0,8-1 текс, из которых изготавливают пряжу линейной плотности 15-25 текс с круткой 150-180 кручений на метр, которую перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить линейной плотности 40-80 текс, имеющую 90-100 кручений на метр, с требуемым линейным электрическим сопротивлением.

Технология получения электропроводной резистивной комплексной нити согласно изобретению включает следующие операции:

- приготовление в смесителе 16% раствора термостойкого волокнообразующего полимера в соответствующем растворителе путем смешения компонентов;

- смешение полученного раствора с заданным количеством техническим углеродом;

- диспергирование частиц технического углерода до фракции менее 1 мкм в роторно-пульсационном смесителе методом высокочастотной пульсации интенсивного гидродинамического потока при скорости вращения ротора 10000-12000 об/мин и давлении 0,16-0,22 МПа;

- введение в полученную суспензию соответствующего количества растворителя для приготовления прядильного раствора, имеющего концентрацию термостойкого волокнообразующего полимера на уровне 6-7%;

- смешение полученного прядильного раствора с заданным количеством коллоидного графита, имеющим крупность частиц менее 1 мкм;

- диспергирование частиц коллоидного графита в прядильный раствор в роторно-пульсационном смесителе при вышеуказанных условиях;

- формование волокон из полученного коллоидного раствора по сухомокрому способу, когда раствор полимера (при необходимости подогретый), выходящий из фильеры, проходит сначала через воздушную прослойку толщиной 30-50 мм, а затем поступает в осадительную ванну, где в результате вымывания растворителя струйки прядильного раствора затвердевают, образуя элементарные волокна (филаменты) в виде гелеобразных нитей, пучок которых принимают на вращающийся диск и подвергают с целью упрочнения ориентационному вытягиванию в 1,5-2 раза, промывке водой, сушке, термофиксации и намотке на веретено. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 0,8-1 текс;

- изготовление пряжи с линейной плотностью 15-25 текс путем кручения пучка филаментов углеродсодержащего волокна и намотку пряжи на бобины;

- изготовление электропроводной резистивной комплексной нити с линейной плотностью 40-80 текс путем кручения нитей пряжи в 2-5 сложений для получения нити с требуемым линейным электрическим сопротивлением.

Использование 6-7% прядильного раствора термостойкого волокнообразующего полимера обусловлено тем, что после введения в него углеродсодержащего наполнителя он должен иметь оптимальную вязкость и сохранять прядильные свойства. При концентрации полимера в растворе более 7% его вязкость повышается выше допустимого значения после введения в раствор углеродного наполнителя, что затрудняет процесс формования волокна. При концентрации полимера в растворе менее 6% повышается обрывность филаментов в процессе формования волокна.

Получение филаментов углеродсодержащего волокна с линейной плотностью в диапазоне 0,8-1 текс снижает обрывность комплексной нити при кручении и ткачестве, что обусловлено большей выносливостью нити при многократном растяжении, повышенной стойкостью к истиранию и меньшим количеством внешних дефектов.

Крутка оказывает большое влияние на основные механические свойства электропроводной резистивной комплексной нити. По мере повышения крутки комплексной нити до определенной величины - от 150 до 180 кручений на метр происходит увеличение ее разрывной нагрузки и относительной прочности за счет выравнивания степени растяжения, а с ней и напряжения филаментов, повышения одновременности их разрыва из-за возникших при кручении сил трения между ними. Более высокие значения крутки данной комплексной нити приводят к снижению данных показателей, что является следствием перенапряжения филаментов, деформированных при крутке, их неравномерного натяжения и возрастания неодновременности разрыва, что особенно проявляется в случае более толстых филаментов, поскольку при кручении в них возникают большие напряжения, чем в тонких.

Окончательная крутка при изготовлении электропроводной резистивной комплексной нити в пределах 90-100 кручений на метр производится с целью получения нити с требуемым линейным электрическим сопротивлением в пределах 0,2-180 кОм/м путем 2-5-кратного сложения нитей с линейной плотностью 15-25 текс. При этом повышается стабильность линейного электрического сопротивления, колебания которого по длине нити не превышают электропроводная резистивная комплексная нить для   электронагревательной ткани и способ изготовления этой нити, патент № 2203352 0,25 кОм/м. Кроме того, повторная крутка позволяет также повысить качество комплексной нити за счет снятия напряжений, возникших в нити при первой крутке, что снижает ее обрывность в процессе ткачества.

Таким образом, предлагаемая электропроводная резистивная комплексная нить и способ ее изготовления позволяют решить поставленные задачи, а именно:

- повысить по длине нити стабильность линейного электрического сопротивления, колебания которого не превышают электропроводная резистивная комплексная нить для   электронагревательной ткани и способ изготовления этой нити, патент № 2203352 0,25 кОм/м;

- расширить диапазон рабочей температуры электропроводной резистивной комплексной нити и нагревательной ткани на ее основе до +250-350oС в зависимости от свойств волокнообразующего полимера;

- упростить производство электропроводной резистивной комплексной нити за счет ее непосредственного получения из раствора волокнообразующего углеродсодержащего полимера.

Возможность осуществления заявленного способа изготовления электропроводной резистивной комплексной нити подтверждается следующими примерами его реализации.

Пример 1

100 мас. ч. поли-n-бензамида растворяют при перемешивании в 525 мас.ч. диметилацетамида, содержащем 3,5% LiCl. В полученный раствор полимера добавляют 18 мас.ч. технического углерода, полученного из ацетилена, смесь перемешивают и диспергируют частицы технического углерода до крупности менее 1 мкм, после чего добавляют 803 мас. ч. диметилацетамида, содержащего 3,5% LiCl, и при перемешивании вводят 2 мас.ч. коллоидного графита с размером частиц менее 1 мкм, которые диспергируют в полученном прядильном растворе.

Из полученного прядильного раствора поли-n-бензамида, содержащего углеродный наполнитель, формуют волокно по сухомокрому способу, пропуская раствор через отверстия фильеры и далее через воздушную прослойку толщиной 50 мм между донышком фильеры и зеркалом осадительной ванны, заполненной водой, где в результате вымывания растворителя происходит коагуляция полимера с образованием элементарных волокон, которые на выходе из ванны принимают на вращающийся диск и подвергают ориентационному вытягиванию в 1,5 раза, промывают водой, сушат, подвергают термообработке и наматывают на веретено. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 0,8 текс.

Изготовление пряжи осуществляют путем кручения 25 филаментов углеродсодержащего волокна с величиной крутки 180 кручений на метр и получают нить с линейной плотностью 20 текс, которую путем 2-кратного сложения и кручения с величиной крутки 100 кручений на метр перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить с линейной плотностью 40 текс, характеристика которой представлена в Таблице.

Пример 2

Аналогично Примеру 1 изготавливают прядильный раствор и пряжу из него, но электропроводную резистивную комплексную нить получают путем 3- кратного сложения нити пряжи и ее кручения с величиной крутки 90 кручений на метр. В результате получают нить с линейной плотностью 60 текс, характеристика которой представлена в Таблице.

Пример 3

100 мас. ч. поли-n-бензамида растворяют при перемешивании в 525 мас.ч. диметилацетамида, содержащем 3,4% LiCl. В полученный раствор полимера добавляют 16,7 мас.ч. технического углерода, полученного из ацетилена, смесь перемешивают и диспергируют частицы технического углерода до крупности менее 1 мкм, после чего добавляют 803 мас. ч. диметилацетамида, содержащего 3,4% LiCl, и при перемешивании вводят 13,3 мас.ч. коллоидного графита с размером частиц менее 1 мкм, которые диспергируют в полученном прядильном растворе.

Из полученного прядильного раствора поли-n-бензамида, содержащего углеродный наполнитель, формуют волокно аналогично Примеру 1. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 0,9 текс.

Изготовление пряжи осуществляют путем кручения 28 филаментов углеродсодержащего волокна с величиной крутки 150 кручений на метр и получают нить с линейной плотностью 25 текс, которую путем 2-кратного сложения и кручения с величиной крутки 90 кручений на метр перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить с линейной плотностью 50 текс, характеристика которой представлена в Таблице.

Пример 4

100 мас. ч. поли-n-фенилентерефталамида растворяют при перемешивании в 525 мас. ч. концентрированной серной кислоты. В полученный раствор полимера добавляют 15 мас.ч. технического углерода, полученного из ацетилена, смесь перемешивают и диспергируют частицы технического углерода до крупности менее 1 мкм, после чего добавляют 913 мас.ч. концентрированной серной кислоты и при перемешивании вводят 15 мас.ч. коллоидного графита с размером частиц менее 1 мкм, которые диспергируют в полученном прядильном растворе.

Из полученного прядильного раствора поли-n-фенилентерефталамида, содержащего углеродный наполнитель, формуют волокно аналогично Примеру 1. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 1,0 текс.

Изготовление пряжи осуществляют путем кручения 20 филаментов углеродсодержащего волокна с величиной крутки 150 кручений на метр и получают нить с линейной плотностью 20 текс, которую путем 3-кратного сложения и кручения с величиной крутки 90 кручений на метр перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить с линейной плотностью 60 текс, характеристика которой представлена в Таблице.

Пример 5

Аналогично Примеру 4 изготавливают прядильный раствор и пряжу из него, но электропроводную резистивную комплексную нить получают путем 4-кратного сложения нити пряжи и ее кручения с величиной крутки 90 кручений на метр. В результате получают нить с линейной плотностью 80 текс, характеристика которой представлена в Таблице.

Пример 6

100 мас. ч. поли-n-фенилентерефталамида растворяют при перемешивании в 525 мас. ч. концентрированной серной кислоты. В полученный раствор полимера добавляют 16,7 мас.ч. технического углерода, полученного из ацетилена, смесь перемешивают и диспергируют частицы технического углерода до крупности менее 1 мкм, после чего добавляют 803 мас.ч. концентрированной серной кислоты и при перемешивании вводят 13,3 мас. ч. коллоидного графита с размером частиц менее 1 мкм, которые диспергируют в полученном прядильном растворе.

Из полученного прядильного раствора формуют волокно аналогично Примеру 1. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 0,9 текс.

Изготовление пряжи осуществляют путем кручения 28 филаментов углеродсодержащего волокна с величиной крутки 150 кручений на метр и получают нить с линейной плотностью 25 текс, которую путем 3-кратного сложения и кручения с величиной крутки 90 кручений на метр перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить с линейной плотностью 75 текс, характеристика которой представлена в Таблице.

Пример 7

100 мас.ч. поли-m-фениленизофталамида растворяют при перемешивании в 525 частях концентрированной серной кислоты. В полученный раствор полимера добавляют 17 мас.ч. технического углерода, полученного из ацетилена, смесь перемешивают и диспергируют частицы технического углерода до крупности менее 1 мкм, после чего добавляют 995 мас.ч. концентрированной серной кислоты и при перемешивании вводят 8 мас.ч. коллоидного графита с размером частиц менее 1 мкм, которые диспергируют в полученном прядильном растворе.

Из полученного прядильного раствора поли-m-фениленизофталамида, содержащего углеродный наполнитель, формуют волокно аналогично Примеру 1. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 1,0 текс.

Изготовление пряжи осуществляют путем кручения 15 филаментов углеродсодержащего волокна с величиной крутки 160 кручений на метр и получают нить с линейной плотностью 15 текс, которую путем 3-кратного сложения и кручения с величиной крутки 100 кручений на метр перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить с линейной плотностью 45 текс, характеристика которой представлена в Таблице.

Пример 8

Аналогично Примеру 7 изготавливают прядильный раствор и пряжу из него, но электропроводную резистивную комплексную нить получают путем 5-кратного сложения нити пряжи и ее кручения с величиной крутки 90 кручений на метр. В результате получают нить с линейной плотностью 75 текс, характеристика которой представлена в Таблице.

Пример 9

100 мас.ч. поли-m-фениленизофталамида растворяют при перемешивании в 525 мас.ч. концентрированной серной кислоты. В полученный раствор полимера добавляют 15,6 мас.ч. технического углерода, полученного из ацетилена, смесь перемешивают и диспергируют частицы технического углерода до крупности менее 1 мкм, после чего добавляют 913 мас.ч. концентрированной серной кислоты и при перемешивании вводят 9,4 мас.ч. коллоидного графита с размером частиц менее 1 мкм, которые диспергируют в полученном прядильном растворе.

Из полученного прядильного раствора поли-m-фениленизофталамида, содержащего углеродный наполнитель, формуют волокно аналогично Примеру 1. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 0,8 текс.

Изготовление пряжи осуществляют путем кручения 25 филаментов углеродсодержащего волокна с величиной крутки 170 кручений на метр и получают нить с линейной плотностью 20 текс, которую путем 2-кратного сложения и кручения с величиной крутки 100 кручений на метр перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить с линейной плотностью 40 текс, характеристика, которой представлена в Таблице.

Пример 10

Аналогично примеру 9 изготавливают прядильный раствор и пряжу из него, но электропроводную резистивную комплексную нить получают путем 3-кратного сложения нити пряжи и ее кручения с величиной крутки 100 кручений на метр. В результате получают нить с линейной плотностью 60 текс, характеристика которой представлена в Таблице.

В таблице представлены также характеристики электропроводной резистивной нити, полученной согласно прототипу (US 4983814).

Из представленных данных видно, что электропроводная резистивная комплексная нить, полученная согласно изобретению при сопоставимых значениях по линейному электрическому сопротивлению с электропроводными резистивными нитями, полученными согласно прототипу, имеет наименьшие отклонения линейного электрического сопротивления по длине нити. Относительные колебания по линейному электрическому сопротивлению от 3,3 до 62 раз ниже, чем в известных технических решениях.

Из Таблицы также видно, что температура эксплуатации электропроводной резистивной комплексной нити, полученной согласно изобретению, на 100-200oС выше, чем у электропроводных резистивных нитей, полученных согласно прототипу.

Способ изготовления электропроводной резистивной комплексной нити согласно изобретению позволяет упростить технологию производства за счет ее непосредственного получения из раствора волокнообразующего углеродсодержащего полимера, что исключает операции изготовления нити "ядра" и нанесения "оболочки" на "ядро".

Данные результаты достигнуты благодаря использованию при изготовлении электропроводной резистивной комплексной нити термостойких волокнообразующих полимеров, содержащих более низкую концентрацию углеродного наполнителя, включающего технический углерод, полученный из ацетилена, и коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм, что позволяет приготовить коллоидный прядильный раствор полимера с углеродным наполнителем, способный к формованию волокон с более равномерным распределением углеродного наполнителя в структуре волокна, а это в свою очередь приводит к повышению стабильности линейного электрического сопротивления по длине нити; определенному соотношению компонентов в углеродном наполнителе и углеродного наполнителя с полимерным материалом; возможности регулирования линейного электрического сопротивления электропроводной комплексной нити в широком диапазоне путем крутки филаментов углеродсодержатцего волокна для получения нити пряжи с определенной линейной плотностью, способной перерабатываться в текстильном производстве, для изготовления из нее путем сложения и крутки электропроводной резистивной комплексной нити с требуемым линейным электрическим сопротивлением.

Описанная выше конструкция электропроводной резистивной комплексной нити, выполненной в соответствии с заявленным изобретением и примером реализации заявленного способа ее изготовления, доказывает возможность реализации назначения каждого изобретения заявленной группы изобретений и возможность достижения указанного выше технического результата, но при этом не исчерпывает всех возможностей осуществления изобретений, охарактеризованных совокупностями признаков, приведенными в формуле изобретения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Электропроводная резистивная нить для тканых нагревательных элементов, состоящая из синтетического волокна и углеродного наполнителя, который содержит технический углерод и графит, при этом синтетическое волокно представляет собой термостойкое волокно, полученное из поли-m-фениленизофталамида, или поли-n-фенилентерефталамида, или поли-n-бензамида, а наполнитель распределен в указанном синтетическом волокне, при этом массовое соотношение синтетического волокна и наполнителя находится в пределах от 1:0,2 до 1:0,3.

2. Нить по п.1, характеризующаяся тем, что углеродный наполнитель содержит технический углерод, полученный из ацетилена, и коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм, при том массовое соотношение технического углерода и коллоидного графита находится в пределах от 1:0,1 до 1:1.

3. Нить по п.1 или 2, характеризующаяся тем, что выполнена в виде крученой комплексной нити из филаментов синтетического волокна с углеродным наполнителем.

4. Нить по п.1 или 2, характеризующаяся тем, что наполнитель равномерно распределен по всей толщине синтетического волокна.

5. Способ изготовления электропроводной резистивной комплексной нити, заключающийся в том, что готовят раствор термостойкого волокнообразующего полимера, в который добавляют при перемешивании технический углерод, а затем осуществляют диспергирование технического углерода и получение коллоидного раствора, в который дополнительно вводят растворитель для снижения концентрации термостойкого волокнообразующего полимера до уровня 6-7%, затем вводят коллоидный графит и осуществляют его диспергирование в коллоидном растворе, из полученного прядильного раствора формуют углеродсодержащие волокна по сухо-мокрому способу.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что первоначально готовят раствор с концентрацией термостойкого волокнообразующего полимера 16%.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что вводят коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм.

8. Способ по одному из пп.5-7, отличающийся тем, что формуют углеродсодержащие волокна с получением филаментов, имеющих линейную плотность от 0,8 до 1,0 текс.

9. Способ по одному из пп.5-8, отличающийся тем, что диспергирование углеродных наполнителей проводят методом высокочастотной пульсации интенсивного гидродинамического потока при скорости вращения ротора 10000-12000 об/мин и давлении 0,16-0,22 МПа.

10. Способ по одному из пп.5-9, отличающийся тем, что из филаментов углеродсодержащего волокна изготавливают пряжу линейной плотности 15-25 текс с круткой 150-180 кручений на метр.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что пряжу из углеродсодержащего волокна путем крутки перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить линейной плотности 40-80 текс, имеющую 90-100 кручений на метр.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс D01F8/12 с одним или несколькими полиамидами в качестве составляющих

Класс H05B3/34 гибкие, например электронагревательные сетки или ткани 

Патенты РФ в классе H05B3/34:
колесо рулевое, включающее нагревательный элемент -  патент 2529565 (27.09.2014)
электронагреватель для проточных текущих сред -  патент 2499369 (20.11.2013)
безопасный гибкий электронагреватель -  патент 2439860 (10.01.2012)
способ получения металлизированного текстильного изделия плоской формы, металлизированное текстильное изделие плоской формы и его применение -  патент 2439230 (10.01.2012)
листовой нагревательный элемент -  патент 2403686 (10.11.2010)
электронагреватель для термочехла -  патент 2392779 (20.06.2010)
электронагревательный элемент -  патент 2382528 (20.02.2010)
способ изготовления плоского резистивного электронагревателя и технологическая линия для его осуществления -  патент 2380861 (27.01.2010)
листовой нагревательный элемент и сиденье, в котором он используется -  патент 2378804 (10.01.2010)
гибкий нагревательный элемент -  патент 2371886 (27.10.2009)


Наверх