RU2006187C1

RU2006187C1 - Flexible electric heater

Info

Publication number: RU2006187C1
Authority: RU
Inventors: Д.И. Башта; Т.А. Костенко; Г.Я. Белов
Original assignee: Научно-производственное объединение "Композит"
Priority date: 1992-02-13
Filing date: 1992-02-13
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: electric heating. SUBSTANCE: heater has two insulation woven bases with current-conducting layers arranged between them. These layers impregnate base pores. Heater has current leads and outer insulation coatings. Current-conducting layer is made of mixture of components thermally treated at room temperature. Mixture includes components in the following amounts, mas. % : hydrolyzed solution of ethyl silicate 40-83: 87; dry thermographite C-1 13-17. EFFECT: widened range of application of flexible heaters. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве половых или настенных нагревателей, тонких нагревателей для труб, нагревателей, крепящихся под столом, нагревателей для теплиц, в одежде спецназначения, а также при обогреве узлов, приборов и т. п. The invention relates to electrical engineering and can be used in the manufacture of floor or wall heaters, thin heaters for pipes, heaters, mounted under the table, heaters for greenhouses, in special clothing, as well as for heating units, appliances, etc.

Известна конструкция электронагревателя для упаковочной машины, содержащая нагревательную часть, заключенную между слоями электроизоляционного материала, выполненную из отвержденной композиции, состоящей из 48-65 мас. ч. термостойкого органосиликатного материала и 35-52 мас. ч. технического углерода [1] . A known design of an electric heater for a packaging machine containing a heating part enclosed between layers of electrical insulation material made of a cured composition consisting of 48-65 wt. including heat-resistant organosilicate material and 35-52 wt. including carbon black [1].

Недостатком известной конструкции является высокая температура термообработки (280^оС) и выдержка в течение 2 ч при данной температуре с медленным охлаждением, что делает его жестким и непригодным для гибких нагревательных элементов. Технический углерод, входящий в состав токопроводящего слоя, обладает меньшей электропроводностью, большим выбросом дисперсности частиц, что сказывается на неоднородности температурного поля нагревателя, невысокой химической инертностью.A disadvantage of the known design is the high temperature heat treatment ^(about 280 C) and holding for 2 hours at this temperature with slow cooling, making it stiff and unsuitable for flexible heating elements. Carbon black, which is part of the conductive layer, has less electrical conductivity, a greater emission of particle dispersion, which affects the heterogeneity of the temperature field of the heater, low chemical inertness.

Известна конструкция низкотемпературного гибкого нагревателя, выполненного из двух слоев электроизоляционного материала, между которыми заключен слой электропроводной полимерной композиции, состоящей из смеси 100 мас. ч. полиэфирной смолы, 100 мас. ч. диизоцианата ТГ и 20-200 мас. ч. графита [2] . A known design of a low-temperature flexible heater made of two layers of electrical insulation material, between which lies a layer of an electrically conductive polymer composition consisting of a mixture of 100 wt. including polyester resin, 100 wt. including diisocyanate TG and 20-200 wt. including graphite [2].

Недостатком известной конструкции является недостаточная эластичность нагревательного устройства, а также отсутствие паро- и газопроницаемости, что необходимо с точки зрения санитарно-гигиенических требований. Этилсиликат N 40 в заявляемом составе относится к гидрофобизаторам (веществам, применяемым для поверхностной обработки различных материалов с целью придания последним водоотталкивающих свойств. При гидрофобизации на обрабатываемой поверхности образуется не сплошное покрытие типа лакового, как у полиуретановой композиции, а тончайший слой вещества (в пределе мономолекулярный), благодаря чему сохраняется эластичность материала, паро- и газопроницаемость. Для отверждения электропроводной полимерной композиции необходимо давление 3 кгс/см² и выдержка при 105^оС 3 ч. Графит, входящий в состав токопроводящего слоя, обладает меньшей электропроводностью, большим разбросом дисперсности частиц, что сказывается на неоднородности температурного поля нагревателя, а также невысокой химической инертностью. Термостойкость органосиликатного связующего выше термостойкости полиуретанового, что расширяет температурный диапазон гибкого нагревателя.A disadvantage of the known design is the lack of elasticity of the heating device, as well as the lack of vapor and gas permeability, which is necessary from the point of view of sanitary and hygienic requirements. Ethyl silicate N 40 in the claimed composition relates to water repellents (substances used for surface treatment of various materials to give the latter water-repellent properties. When hydrophobized on the surface to be treated, it is not a continuous coating of the type of varnish, as in the polyurethane composition, but the thinnest layer of the substance (in the limit monomolecular ), due to which the elasticity of the material, vapor and gas permeability is retained.To cure the electrically conductive polymer composition, a pressure of 3 kgf / cm ² and a hold at 105 ^{° C} for 3 hours. The graphite part of the conductive layer, has a lower conductivity, a large spread of particle fineness, which affects the temperature field nonuniformity of the heater, as well as low chemical inertness. Heat Resistance organosilicate binder above the heat resistance of the polyurethane that expands the temperature range of a flexible heater.

Задачей предложенного технического решения является создание гибкого полимерного нагревателя. The objective of the proposed technical solution is to create a flexible polymer heater.

Техническим результатом при использовании данного нагревателя является повышение эластичности нагревателя, обеспечение паро- и газопроницаемости, увеличение диапазона рабочих температур от 35 до 300^оС, что расширяет область его применения.The technical result when using the heater is to increase the elasticity of the heater, ensuring steam and gas permeability, the increase in the operating temperature range from 35 ^to 300 ° C, which expands its application field.

В гибком электронагревателе, содержащем по меньшей мере два изоляционных тканых основания, между которыми расположены токопроводящие слои, которыми они пропитаны, выполненные из термообработанной смеси термореактивного полимерного связующего и графитового наполнителя, токоподводы и изоляционное покрытие, токопроводящий слой выполнен из термообработанной при комнатной температуре смеси из малозольного высокодисперсного порошка сухого термографита и гидролизованного раствора этилсиликата при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Гидролизованный раствор
этилсиликата N 40 83-87
Сухой термографит С-1 13-17
На фиг. 1 изображен нагреватель, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - нагреватель в аксонометрии.In a flexible electric heater containing at least two insulating woven bases, between which there are conductive layers with which they are impregnated, made of a heat-treated mixture of a thermosetting polymer binder and graphite filler, current leads and an insulating coating, the conductive layer is made of a low-ash mixture heat-treated at room temperature fine powder of dry thermographite and hydrolyzed ethyl silicate solution in the following ratio of components, m a. %:
Hydrolyzed solution
ethyl silicate N 40 83-87
Dry thermograph S-1 13-17
In FIG. 1 shows a heater, section; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 - heater in a perspective view.

Нагреватель состоит по меньшей мере из двух изоляционных оснований 1, между которыми расположены токопроводящие слои 2, которыми они пропитаны, и токоподводы 3, механического крепления 4, с помощью которого изоляционные основания скреплены между собой по линии расположения токоподводов и внешней изоляции 5. The heater consists of at least two insulating bases 1, between which there are conductive layers 2 with which they are impregnated, and current leads 3, mechanical fasteners 4, with which the insulating bases are fastened to each other along the location of the current leads and external insulation 5.

Гибкий полимерный нагреватель работает как при безопасном напряжении 12-36 В в зависимости от его размеров и необходимой рабочей температуры, так и при напряжениях 36-220 В и может эксплуатироваться как от сети переменного тока, так и от сухого источника постоянного тока. A flexible polymer heater operates both at a safe voltage of 12-36 V, depending on its size and the required operating temperature, and at voltages of 36-220 V and can be operated both from an alternating current main and from a dry direct current source.

Выбор процентного состава слоя 2, обеспечивающего гибкость полимерного нагревателя, а также возможность расширения диапазона его рабочих температур, подтверждается следующими примерами его изготовления. The choice of the percentage composition of layer 2, which provides the flexibility of a polymer heater, as well as the possibility of expanding the range of its operating temperatures, is confirmed by the following examples of its manufacture.

П р и м е р 1. Готовят токопроводящую композицию для слоя 2. PRI me R 1. Prepare a conductive composition for layer 2.

Приготавливают гидролизованный раствор этилсиликата N 40 из следующих компонентов:
этилсиликат 40 (ТУ 6-02-841-76
или ГОСТ 26371-84) - 4 л
фракция головного
этилового спирта (ФГЭС)
ОСТ 18-121-20 или спирт
б/у креп. >89 - 6 л
соляная кислота
(ГОСТ 1382-69) - 70 см³ дистиллированная вода - 0,6 л
Отмеряют необходимое количество компонентов. Выливают в гидролизер фракцию этилового спирта, затем воду, подкисленную кислотой, и перемешивают в течение 1-2 мин. Этилсиликат вливают отдельными порциями при перемешивании и температуре Т ≅ 40^оС.Prepare a hydrolyzed solution of ethyl silicate N 40 from the following components:
ethyl silicate 40 (TU 6-02-841-76
or GOST 26371-84) - 4 l
head fraction
ethyl alcohol (FSES)
OST 18-121-20 or alcohol
used crepe. > 89 - 6 L
hydrochloric acid
(GOST 1382-69) - 70 cm ³ distilled water - 0.6 l
Measure the required number of components. A fraction of ethyl alcohol is poured into the hydrolyzer, then water acidified with acid, and stirred for 1-2 minutes. Ethyl silicate is poured in separate portions with stirring and a temperature of T ≅ 40 ^about C.

Температуру регулируют этилсиликатом и водой в гидролизере. Охлаждают до комнатной температуры. The temperature is regulated by ethyl silicate and water in a hydrolyzer. Cool to room temperature.

В стакан быстроходной бисерной мельницы загружают 200 г гидролизованного этилсиликата N 40 и 30 г сухого термографита С-1 ОСТ 6-08-431-75. Добавляют в качестве диспергирующего агента 200 см³ стеклянного бисера при частоте 2000 мин^-1. Мельницу выключают, суспензию отфильтровывают через металлическое сито N 0071 по ГОСТ 6613-73.200 g of hydrolyzed ethyl silicate N 40 and 30 g of dry thermographite C-1 OST 6-08-431-75 are loaded into a glass of a high-speed bead mill. 200 cm ^{3 of} glass beads are added as a dispersing agent at a frequency of 2000 min ^-1 . The mill is turned off, the suspension is filtered through a metal sieve N 0071 according to GOST 6613-73.

Полученный состав токопроводящей композиции, мас. % :
Гидролизованный раствор
этилсиликата N 40 87
Сухой термографит С-1 13
Две подложки 1 из стеклоткани Т-10-80 ГОСТ 19170-73 размером 150х150 мм укладывают на пропиточный стол и шпателем наносят на одну сторону один слой токопроводящей композиции 2 ровным слоем. Сушат при комнатной температуре (18-20^оС) 20 мин. Данную композицию можно наносить ручным пневматическим краскораспылителем при рабочем давлении сжатого воздуха в сети 0,29-0,39 МПа по три слоя на одну сторону подложки во взаимно перпендикулярных направлениях. Подложки должны быть пропитаны композицией тщательно.The resulting composition of the conductive composition, wt. %:
Hydrolyzed solution
ethyl silicate N 40 87
Dry thermograph S-1 13
Two substrates 1 of fiberglass T-10-80 GOST 19170-73 measuring 150x150 mm are placed on the impregnation table and a spatula is applied on one side of one layer of the conductive composition 2 in an even layer. Dried at room temperature (18-20 ° ^C) for 20 minutes. This composition can be applied with a manual pneumatic spray gun at a working pressure of compressed air in the network of 0.29-0.39 MPa in three layers on one side of the substrate in mutually perpendicular directions. Substrates should be thoroughly impregnated with the composition.

Отрезают два медных электрода длиной 200 мм, шириной 15 мм и толщиной 0,05-0,1 мм. Two copper electrodes 200 mm long, 15 mm wide and 0.05-0.1 mm thick are cut.

При изготовлении длинных нагревателей для большей токопроводности желательно увеличить толщину электродов до 0,1 мм. Укладывают между двумя подложками (токопроводящим слоем внутрь) параллельно медные электроды 3, отступив от края 5-10 мм, и механически скрепляют между собой подложки по линии расположения токоподводов с помощью металлических скоб 4 к сшивателю бумаг с шагом 20-30 мм или прошивают их на швейной машинке медной или стальной проволокой диаметром 0,1-0,2 мм двумя параллельными швами на расстоянии 5-10 мм друг от друга. Сухую заготовку снаружи обкладывают с двух сторон электроизоляционными пластиковыми листами полиэфира 5 толщиной 0,1 мм. Пластиковые листы имеют ширину на 10-20 мм больше, чем ширина подложки. Сверху и снизу кладут листы целлофана в качестве антиадгезионного слоя и помещают сборку между плитами холодного пресса. Дают давление 1 МПа и включают обогрев. Прогревают до 200^оС и выдерживают 3-5 мин. Включают охлаждение и после полного охлаждения образец вынимают. Общее электрическое сопротивление образца 3000 Ом. Температура нагревателя (65+5)^оС. Данный нагреватель обладает герметичностью. При температуре ≥ 85^оС электроизоляционный слой 5 состоит из двух слоев стеклоткани Т10-80 ГОСТ 19170-73 или кремнеземной ткани КТ-11ТО ОСТ6-19-526-87 или термостойкой бумаги "Фенилон", которые прострочены по периметру хлопчатобумажными нитками.In the manufacture of long heaters for greater conductivity, it is desirable to increase the thickness of the electrodes to 0.1 mm. Copper electrodes 3 are laid parallel between two substrates (the conductive layer inward) in parallel, departing from the edge of 5-10 mm, and the substrates are mechanically fastened to each other along the current lead arrangement using metal brackets 4 to the paper stapler in increments of 20-30 mm or stitched onto sewing machine with copper or steel wire with a diameter of 0.1-0.2 mm with two parallel seams at a distance of 5-10 mm from each other. A dry preform is externally coated on both sides with insulating plastic sheets of polyester 5 0.1 mm thick. Plastic sheets have a width of 10-20 mm greater than the width of the substrate. Sheets of cellophane are placed on top and bottom as a release layer and the assembly is placed between the cold press plates. They give a pressure of 1 MPa and turn on the heating. Warm up to 200 ^about C and incubate for 3-5 minutes. Cooling is turned on and, after complete cooling, the sample is taken out. The total electrical resistance of the sample is 3000 ohms. The temperature of the heater (65 + 5) ^o C. This heater has a tightness. At a temperature of ≥ 85 ^{° C} the electrically insulating layer 5 consists of two layers of fiberglass T10-80 GOST 19170-73 or silica fabric 11TO OST6-19-526-87 CT or heat resistant paper "phenylone" which stitched along the perimeter of cotton threads.

П р и м е р 2. Нагреватель получают по технологии, изложенной в примере 1, при этом состав токопроводящей композиции следующий, мас. % :
Гидролизованный раствор
этилсиликата N 40 85
Сухой термографит С-1 15
П р и м е р 3. Нагреватель изготовлен по примеру 1, но состав токопроводящей композиции следующий, мас. % :
Гидролизованный раствор
этилсиликата N 40 83
Сухой термографит С-1 17
П р и м е р 4. Нагреватель получен по примеру 3, только состав токопроводящей композиции наносят на одну сторону подложки в два слоя, после высыхания первого слоя.PRI me R 2. The heater is obtained according to the technology described in example 1, while the composition of the conductive composition is as follows, wt. %:
Hydrolyzed solution
ethyl silicate N 40 85
Dry thermograph S-1 15
PRI me R 3. The heater is made according to example 1, but the composition of the conductive composition is as follows, wt. %:
Hydrolyzed solution
ethyl silicate N 40 83
Dry thermograph S-1 17
PRI me R 4. The heater obtained in example 3, only the composition of the conductive composition is applied on one side of the substrate in two layers, after drying of the first layer.

П р и м е р 5. Нагреватель получен по примеру 3, только состав токопроводящей композиции наносят на одну сторону подложки в 4 слоя, после высыхания каждого слоя. PRI me R 5. The heater is obtained according to example 3, only the composition of the conductive composition is applied on one side of the substrate in 4 layers, after drying of each layer.

П р и м е р 6. Нагреватель получен по примеру 3, только состав токопроводящей композиции наносят на одну сторону подложки в 3 слоя, после каждого слоя. PRI me R 6. The heater obtained in example 3, only the composition of the conductive composition is applied on one side of the substrate in 3 layers, after each layer.

Электрические и механические свойства нагревателей по примерам 1-6 представлены в таблице. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1613384, кл. H 05 B 3/14, 1990. The electrical and mechanical properties of the heaters according to examples 1-6 are presented in the table. (56) 1. USSR author's certificate N 1613384, cl. H 05 B 3/14, 1990.

2. Авторское свидетельство СССР N 180270, кл. H 05 B 3/14, 1966. 2. Copyright certificate of the USSR N 180270, cl. H 05 B 3/14, 1966.

Claims

ГИБКИЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ, содержащий по меньшей мере два изоляционных тканых основания, пропитанных материалом расположенных между ними токопроводящих слоев, выполненных из смеси термообработанных термореактивного полимерного связующего и графитового наполнителя, токопроводы и наружное изоляционное покрытие, отличающийся тем, что токопроводящий слой выполнен из термообработанной при комнатной температуре смеси малозольного высокодисперсного порошка сухого термографита С-1, взятого в качестве графитового наполнителя, и гидролизованного раствора этилсиликата-40 - в качестве указанного связующего при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Гидролизованный раствор этилсиликата-40 83 - 87
Сухой термографит С-1 13 - 17FLEXIBLE ELECTRIC HEATER, containing at least two insulating woven bases, impregnated with material of conductive layers located between them, made of a mixture of heat-treated thermosetting polymer binder and graphite filler, conductors and an outer insulating coating, characterized in that the conductive layer is made of heat-treated mixture at room temperature low-ash finely divided powder of dry thermographite S-1, taken as a graphite filler, and hydrolysis ovannoy solution of ethyl silicate-40 - as the specified binder in the following ratio of components, wt. %:
Hydrolyzed solution of ethyl silicate-40 83 - 87
Dry thermograph S-1 13 - 17