способ получения многослойного композиционного электропроводящего материала

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА, при котором поочередно укладывают электропроводящие и изоляционные слои и соединяют их между собой, отличающийся тем, что изоляционные слои изготовляют из стеклоткани, которую пропитывают полимерным связующим и высушивают, электропроводящие слои формируют из углеродного материала, который спирально наматывают на изоляционный слой или синусоидально укладывают между изоляционными слоями, при этом электропроводящие слои соединяют между собой параллельно, а затем материал термообрабатывают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к созданию электропроводящих композиционных материалов, которые могут найти широкое применение в качестве нагревательных элементов, в частности при производстве товаров народного потребления.

Известен способ получения многослойного композиционного материала, заключающийся в том, что формируют слой из нетканого текстильного материала, содержащего измельченный электропроводный материал такой, как дисперсный технический углерод, а затем слои соединяют [1] Недостатком данного способа является то, что использование дисперсного технического углерода в качестве электропроводного материала технологически усложняет процесс, поскольку достаточно сложно обеспечить строгую его дозировку, вносимую на слой нетканого материала, а также обеспечить равномерность его распыления. При этом как дозировка так и равномерность распределения дисперсного углерода определяют рабочие характеристики готового материала, такие как равномерность нагрева поверхности и мощность.

Известен другой, наиболее близкий по существу к предлагаемому техническому решению, способ получения многослойного композиционного материала, заключающийся в том, что поочередно укладывают электропроводящие и изоляционные слои, при этом электропроводящие слои выполняют в виде тонкого слоя алюминия, а изоляционные слои формируют из необработанных стекловолокон, слои склеивают с помощью лака, а затем подвергают горячему прессованию [2] Недостатком данного способа является то, что электропроводящие слои имеют ограниченную толщину, что обусловлено технологическим процессом производства алюминиевой фольги. Это ограничивает рабочий диапазон мощностей при использовании данного композиционного материала в качестве нагревательного элемента. Кроме того, алюминий имеет высокую стоимость и широкое использование его экономически нецелесообразно. Что касается изоляционного слоя, то его формируют из стекловолокон, а потому он не обладает достаточной прочностью и формоустойчивостью. Все это вызывает технологические и экономические сложности при производстве материала.

Сущность изобретения заключается в создании многослойного композиционного электропроводящего материала технологичного в изготовлении и экономичного, при этом обеспечивается возможность изменения электропроводности в широком диапазоне.

В отличие от прототипа, в котором изоляционные слои сформированы из необработанного слоя стекловолокна, а электропроводящий слой выполнен из алюминия, в предлагаемом способе все слои изготавливают из стеклоткани, которую пропитывают полимерным связующим. При этом полимерное связующее выполняет роль не только дополнительного изолятора, но и способствует соединению слоев при термообработке, а электропроводящий слой формируют из углеродного материала (это может быть как отдельное волокно, так и тканая или трикотажная лента требуемой ширины и толщины), который спирально наматывают на изоляционный слой или синусоидально укладывают между изоляционными слоями, при этом электропроводящие слои соединяют между собой параллельно, а затем материал термообрабатывают.

Таким образом в процессе производства композиционного электропроводящего материала легко регулировать его электропроводность в соответствии с заданными требованиями и не только путем численного увеличения электропроводящих слоев, но также за счет использования определенного вида углеродного материала (волокно, лента и т.д.), формы его расположения и плотности укладки на изоляционном слое. При этом легко выдерживается равномерность электропроводящего слоя.

На фиг. 1,2 представлена структура композиционного материала.

Материал содержит изоляционные слои 1, которые чередуются с электропроводящими слоями 2, которые образуются путем намотки на изоляционные слои или синусоидальной укладки между изоляционными слоями 1.

Способ осуществляется следующим образом. Из стеклоткани, полученной методом качества по стандартной технологии, вырезают изоляционные слои заданной формы и размеров. Слои пропитывают полимерным связующим, например, на основе фенолформальдегидной смолы и высушивают. Электропроводящие слои формируют из углеродного материала, в качестве которого используют углеродное волокно или ленту, вывязанную трикотажным переплетением или полученную ткачеством. Вид электропроводящего элемента, его размеры, плотность выбирают в зависимости от требуемого диапазона мощности нагревателя. Непосредственно углеродные волокна по- лучают путем формования из вискозы или полиакрилонитрила с последующим окислением при 200-300^оС и карбонизацией при 1500-2000^оС. Такая термообработка увеличивает прочность волокна.

Формируют композиционный материал путем поочередного укладывания изоляционных слоев, т.е. слоев из стеклоткани, пропитанных полимерным связующим, и электропроводящих слоев, которые формируют из углеродного материала, который спирально наматывают на изоляционный слой или синусоидально укладывают между изоляционными слоями. В сформированном материале слои соединяют между собой параллельно, а затем материал подвергают термообработке, в процессе которой все слои соединяются за счет расплава полимерного связующего, находящегося на слоях стеклоткани.

Таким образом, предлагаемый многослойный композиционный электропроводящий материал технологически прост в изготовлении, экономичен. Использование углеродного материала позволяет в широком пределе регулировать его электропроводность, а следовательно, и рабочий диапазон мощности нагревателя. Подобные нагреватели с большим успехом опробованы в электроутюгах в замен электрических спиралей. Они легко заменяются и не требуют ремонта.