способ изготовления гибкого композиционного электрообогревателя

Формула изобретения

1. Способ изготовления гибкого композиционного электрообогревателя, включающий изготовление проводящего и изоляционных слоев из композиционного материала, укладку по краям электропроводящего слоя двух электродов из металлической сетки с гибкими токоподводами, размещение электропроводящего слоя с электродами и гибкими токоподводами между изоляционными слоями и последующее замоноличивание собранного пакета, отличающийся тем, что перед укладкой электропроводящего слоя с электродами и гибкими токоподводами между изоляционными слоями сверху на каждый электрод накладывают дополнительный слой из материала электропроводящего слоя, причем все слои изготавливают на основе бутилкаучука, а замоноличивание собранного пакета ведут путем вулканизации в два этапа, причем на первом этапе в течение 10 15 мин создают давление 14 - 16 МПа, а на втором в течение 30 35 мин 3 5 МПа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гибкие токоподводы между изоляционными слоями укладывают в виде волнистой линии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, в частности к технологии получения нагревательных элементов, и может быть использовано при производстве электрообогревателей для местного обогрева в технических и бытовых условиях.

Известен способ изготовления полимерного электрообогревателя, включающий нанесение на изоляционную подложку токопроводящего слоя на основе графита и синтетической смолы с образованием резистивного элемента путем пропитки с уплотнением подложки резистивным слоем и последующее нанесение изоляционного покрытия и прессование всех слоев. Полученный таким образом резистивный элемент дополнительно уплотняют перед нанесением изоляционного покрытия, причем перед дополнительным уплотнением на резистивный элемент наносят дополнительное защитное электроизоляционное покрытие, а дополнительное уплотнение ведут с пропусканием тока через резистивный элемент, при этом контролируют мощность резистивного элемента и по ней определяют время окончания процесса уплотнения (см. а.с. СССР N782187, кл. H05B 3/14, 1978).

Недостатком известного способа является то, что он включает в себя значительное количество технологических операций, поэтому является достаточно трудоемким, длительным и дорогостоящим.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является способ изготовления гибкого композиционного электрообогревателя, включающий изготовление электропроводящего и изоляционных слоев из композиционного материала на основе бутилкаучука, укладку по краям электропроводящего слоя двух электродов из металлической сетки с гибкими токоподводами, размещение электропроводящего слоя с электродами и гибкими токоподводами между изоляционными слоями и последующую вулканизацию собранного пакета. Данный способ использован при изготовлении гибкого композиционного электрообогревателя, описанного в а.с. СССР N1048583, кл. H05B 3/34.

Процесс вулканизации при изготовлении данного типа изделий длится порядка 45 мин, при температуре 1801^oC и неизменном давлении до 20 МПа.

Недостатком известного способа является то, что при вулканизации материал изоляционного слоя, контактирующий с электродами, выполненными из металлической сетки, вдавливается в них, что приводит к уменьшению площади контакта между электродом и электропроводящим слоем, ухудшению электрического контакта между ними и, как следствие, к неравномерному распределению напряженности электрического поля по объему электропроводящего слоя. Поэтому по поверхности электрообогревателя происходит неравномерное тепловыделение, т. е. имеет место большой разброс по температурному полю.

Недостатком известного способа является и то, что процесс вулканизации ведется при постоянном максимальном давлении в течение всего периода, что приводит к неоправданным энергозатратам. Кроме того, при вулканизации пакет из композиционного материала на основе бутилкаучука значительно размягчается и при большом давлении происходит смещение разогретых слоев пакета и их равномерное распределение по объему пресс-формы. Расположенные между изоляционными слоями токоподводы подвергаются при этом механическому воздействию и смещаются относительно электродов, что может вызвать обрыв соединения токоподвода и электрода.

Предлагаемым изобретением решается задача создания такого способа изготовления гибкого композиционного электрообогревателя, который позволил бы повысить стабильность и точность получения электрических характеристик электрообогревателя и привел бы к снижению энергозатрат в процессе вулканизации.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе изготовления гибкого композиционного электрообогревателя, включающем изготовление электропроводящего слоя и изоляционных слоев на основе бутилкаучука, укладку по краям электропроводящего слоя двух электродов из металлической сетки с гибкими токоподводами, размещение электропроводящего слоя с электродами и гибкими токоподводами между изоляционными слоями и последующую вулканизацию собранного пакета, согласно изобретению, перед укладкой электропроводящего слоя с электродами между изоляционными слоями сверху на каждый электрод накладывают дополнительный слой из материала электропроводящего слоя, гибкие токоподводы между изоляционными слоями укладывают в виде волнистой линии, а вулканизацию собранного пакета ведут в два этапа, причем на первом этапе, в течение 10 15 мин, создают давление 14 16 МПа, а на втором, в течение 30 - 35 мин, 3 5 МПа.

На чертеже изображен пакет из электропроводящих и изоляционных слоев перед вулканизацией.

Способ реализуется следующим образом. Из смесей на основе бутилкаучука готовят электропроводящий слой 1 и изоляционные слои 2 и 3, причем в качестве токопроводящей фазы в электропроводящем слое 1 используют порошкообразный технический углерод. По краям электропроводящего слоя 1 укладывают два электрода 4 и 5 из металлической сетки, например медной или латунной. К электродам 4 и 5 предварительно припаивают гибкие токоподводы 6 и 7. Сверху на каждый из электродов 4 и 5 накладывают дополнительный слой 8 и 9 из материала электропроводящего слоя. Затем электропроводящий слой 1 с электродами 4 и 5, дополнительными слоями 8 и 9 и гибкими токоподводами 6 и 7 размещают между изоляционными слоями 2 и 3, причем гибкие токоподводы 6 и 7 между изоляционными слоями 2 и 3 укладывают в виде волнистой линии. Собранный таким образом пакет вулканизируют в течение 45 50 мин при температуре 180^oC, причем вулканизацию ведут в два этапа: на первом этапе, в течение 10 15 мин, создают давление 14 16 МПа, а на втором, в течение 30 35 мин, создают давление 3 5 МПа.

Размещение над каждым из электродов 4, 5 дополнительного слоя 8, 9 из материала электропроводящего слоя при вулканизации обеспечивает проникновение электропроводящего материала дополнительных слоев 8, 9 в ячейки соответствующих электродов 4, 5, выполненных из медной или латунной сетки. Это приводит к увеличению площади контакта каждого из электродов 4, 5 с электропроводящим слоем 1 и исключает контакт изоляционного слоя 2 с электродами. Так как в процессе вулканизации собранные в пакет слои из композиционного материала на основе бутилкаучука значительно размягчаются и при большом давлении происходит смещение разогретых слоев пакета и их распределение по объему пресс-формы, а расположенные между изоляционными слоями 2 и 3 гибкие токоподводы 6, 7 при этом подвергаются механическому воздействию, то для исключения обрыва соединения токоподвода 6 или 7 соответствующего электрода 4, 5 гибкие токоподводы между изоляционными слоями 2 и 3 укладывают в виде волнистой линии. Опытным путем установлено, что в первые 10 15 мин вулканизации собранного пакета при давлении 14 16 МПа и температуре 1801^oC происходит полное формирование требуемых электрических параметров электрообогревателя (удельного объемного и омического сопротивления). Дальнейший процесс вулканизации без нарушения технологического регламента протекает в течение 30 35 мин при давлении 3 5 МПа. Поэтому поддержание высокого давления (14 16 МПа) в течение всего периода вулканизации приводит к неоправданным энергозатратам.

Уменьшение давления ниже указанного предела (ниже 14 МПа) и сокращение времени вулканизации на первом этапе (менее 10 мин) не позволяют получить требуемых электрических параметров электрообогревателя.

Снижение давления на втором этапе технологического процесса вулканизации (ниже 3 МПа) и уменьшение времени (менее 30 мин) не позволяют получить изделие, отвечающее требованиям ТУ 38.305-022-91.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый способ изготовления гибкого композиционного электрообогревателя позволяет:

добиться равномерности распределения напряженности электрического поля в электрообогревателях и тем самым равномерного тепловыделения по всей поверхности;

уменьшить в процессе изготовления количество бракованных изделий за счет исключения обрывов соединения токоподводов и электродов;

значительно снизить энергоемкость процесса.