Процес виготовлення струмообмежувального елемента

1. Процес виготовлення струмообмежувального елемента з ефектом пам'яті форми, який полягає у тому, що струмообмежувальний елемент виготовляють переважно у вигляді циліндричного стрижня з епоксидного композита з наповнювачем із терморозширеного графіту, який деформують у 3 11980 4 В.А. Белошенко и др. Восстановление формы в ствердіння наповненої композиції, її деформацію у полимерных композитах с уплотняющимся наполвисокоеластичному стані одноосьовим стисненням нителем. Высокомолекулярные соединения, 2003, в прес-формі, охолоджування деформованої комт. 45А, №4, с. 597-605]. позиції під навантаженням до температури нижче Особливої уваги заслуговують ЕПКМ із вмістемператури склування. том наповнювача, близьким до порогового, при В основу корисної моделі поставлена задача якому здійснюється перехід провідник - діелектрик. удосконалення відомого способу виготовлення При нагріванні таких електротехнічних матеріалів струмообмежувального елемента на основі ЕПКМ, реалізується ефект саморегулювання температупри якому вибором відповідного матеріалу спрори нагрівання, що полягає в різкому збільшенні щується технологічний процес і досягається велиелектричного опору в деякій критичній області ка величина стрибка R при реалізації ефекту патемператур обумовлений термічним розширенням м'яті форми. полімерної матриці [Н.А. Коваленко, И.К. СыроваПоставлена задача розв'язується за рахунок тская. Влияние механической деформации на элетого, що як епоксидний композит використовується ктропроводность углеродсодержащих композиций. епоксидна композиція холодного ствердіння, наПластические массы, 2000, №10, с. 7-9]. Подібні повнена 15-20 мас.% ТРГ, яка після ствердіння ЕПКМ могли б бути використані в пристроях захидеформується в межах 30-45%. сту електричних ланцюгів від підвищеної темпераПропонований процес обґрунтовується відотури, проте для інтервалу порогових концентрацій мими фактами і результатами виконаних авторами спостерігається дуже великий розкид значень еледосліджень. Вибір даного ЕПКМ обумовлений тим, ктроопору, викликаний негомогенністю розподілу що епоксидна композиція, взята за його основу частинок наповнювача за об'ємом матриці [Н.А. має достатньо велику в'язкість і високі пластичні Коваленко, И.К. Сыроватская. Исследование влихарактеристики після ствердіння. Завдяки такому яния технологических параметров на электропропоєднанню властивостей при її наповненні вдаводность углеродсодержащих композиций. Пласється уникнути процесу розшарування і надалі тические массы, 1999, №8, с. 11-12]. Крім того, здійснювати деформацію композита без небезпеки необхідне збільшення електроопору відбувається руйнування. Велика в'язкість епоксидної композив достатньо широкому діапазоні температур. Цьоції приводить до утворення більш крупних агрегаго можна уникнути, використовуючи ЕПКМ з ефектів частинок ТРГ в композиті в порівнянні із спотом пам'яті форми [В.О. Білошенко та ін. Струмоостережуваними в прототипі. Як наслідок, поріг бмежувальній елемент і пристрій для захисту перколяції зміщується у бік великих концентрацій електричних ланцюгів від підвищеної температури. ТРГ. Формується досконаліший струмопровідний Патент України №63214А, Н01Н37/00, 37/46, кластер і одночасно забезпечуються кращі умови 61/02; В.О. Білошенко, Ю.В. Возняк. Спосіб вигодля отримання зразків з низькими значеннями товлення струмообмежувального елемента. Папитомого електричного опору. тент України №695 88А, 7Н01В1/04, Н01В1/14]. В якості полімерної матриці використовували Значне збільшення об'єму в заданому напрямі, що епоксидну композицію, яка містить епоксидну діавідбувається при нагріванні виробу з такого матенову смолу ЕД-20 (ДСТУ 2093-92) і затверджувач ріалу до температури склування Тс, супроводжудиціанетилірований діетилентриамін УП-0633 (ТУ ється стрибкоподібним збільшенням електричного 6-05-18-63-78), взяті в стехіометричному співвідопору R в достатньо вузькому температурному ношенні. Наповнювачем служив терморозширений інтервалі. Величина стрибка R корелює із ступеграфіт (ТРГ) з насипною густиною 0,02 г/см3. ТРГ нем відновлення і має екстремальну залежність одержували [див. О.П.Ярошенко і ін. Спосіб одервід концентрації наповнювача. жання графіту, що терморозширюється. Патент Як ЕПКМ авторами вказаних винаходів викоУкраїни №18065А, бюл. №5, 31.10.1997] шляхом ристані композиції на основі епоксидного полімеру послідовної обробки графіту ливарного водним гарячого ствердіння. Наповнювачами служили ТРГ розчином (50 мас.%) хромового ангідриду в кількоі бінарна суміш ТРГ-каолін. Недоліками подібних сті 0,2 кг на 1 кг графіту з подальшим відмиванням ЕПКМ є дуже складний склад полімерної матриці і водою до значень рН водяної витяжки, рівних 6,5необхідність її ствердіння при підвищеній темпе7, і сушки при 105°С до постійної ваги. Висушений ратурі (120°С). Через низьку в'язкість композиції, окислений графіт розміщували на 3 хв. в пічі, нащо затвердіває в цих умовах, спостерігається прогрітої до 1000°С, що досить для видалення води з цес седиментації, який приводить до негомогенноміжплощинного простору. го розподілу ТРГ по довжині заготовки. В резульЗразки для досліджень виготовляли змішувантаті не забезпечується отримання заданих ням компонентів епоксидної композиції з ТРГ в значень R. Для його усунення доводиться вдаванеобхідному співвідношенні з подальшим ствертися до обертання заливальної форми, що ускладінням цієї суміші за режимом: 20°С, 8г + 80°С, 6г. днює технологічний процес. Деформацію здійснювали одноосьовим стисненНайближчим аналогом-прототипом є технічне ням в циліндричній прес-формі. В результаті одерішення, відображене в описі до патенту України ржували вироби у вигляді циліндрів діаметром №63214 А, Н01Н37/00, 37/46, 61/02. Загальними 10мм і довжиною 12мм Ступінь деформації розраознаками корисної моделі і прототипу, що заявляli l ховували за формулою: 100% , де li , l ється, є використовування ЕПКМ на основі епокli сидного полімеру і ТРГ при вмісті останнього, бливідповідно початкова і кінцева довжина зразка. зькому до порогового і послідовність отримання заготовки з ефектом пам'яті форми, що включає 5 11980 l 100% , де l , lí lí відповідно довжина зразка до і після нагріву. Нагрів здійснювали до Т>Тс з витримкою при цій температурі протягом 10хв. Електричний опір зразків композитів вимірювали двузондовим потенціометричним методом при постійному струмі за допомогою цифрового універсального приладу Digital Clamp Meter DT/DM 6266. Електроопір високоомних зразків - за допомогою тераомметра Е6-13А. Швидкість нагрівання зразків складала 2град/хв. Калориметричні дослідження наповнених композицій виконували з використанням термоаналітичного комплексу Du Pont 9900 при нагріванні зразків зі швидкістю 20град/хв. Згідно з отриманими результатами, Те ЕПКМ із вмістом ТРГ 10, 15, 20, 25мас.% складала відповідно 51, 57, 63, 65°С. На Фіг.1 приведені температурні залежності електричного опору ЕПКМ при вмісті наповнювача 15 (1), 20 (2) і 25мас.% (3), отримані при нагріванні зразків, деформованих до ε=30%. Для всіх досліджуваних концентрацій наповнювача залежність R(T) має схожий характер: в області температур склування спостерігається різке збільшення електричного опору. Величина цього стрибка корелює із ступенем відновлення форми. Процес відновлення форми у таких зразків відбувається шляхом збільшення довжини при збереженні діаметра. Коректне графічне відображення всієї динаміки зміни питомого об'ємного електричного опору представляє певні труднощі (через необхідність одночасного вимірювання R і l), тому в табл.1 приведені значення початкового ρп (деформований стан) і кінцевого ρк (відновлений стан) питомого об'ємного електричного опору, які відповідають першому циклу деформація-відновлення форми. Ступінь відновлення S lí 6 При 10мас.% ТРГ композит в недеформованому (відновленому) стані є діелектриком. Максимальні значення ρк/ρп мають місце при концентрації ТРГ, рівній 20мас.%. При цьому спостерігаються низькі абсолютні значення питомого об'ємного електричного опору в деформованому і достатньо високі - у відновленому стані. Оскільки величина стрибка R визначається ступенем попередньої деформації, в табл.1 відображені, головним чином, дані, відповідні граничним значенням ε. Їх величина залежно від змісту ТРГ змінюється екстремальним чином, досягаючи найбільшого значення при 20 мас.% ТРГ. У свою чергу при вмісті наповнювача більше 20% спостерігається неповне відновлення розмірів деформованих зразків. Таким чином, з урахуванням значень ρк/ρп, які досягаються, інтервал концентрацій ТРГ, що рекомендується, складає 1520мас.%, ступеня деформації - 30-45%. Аналіз отриманих даних дозволяє зробити висновок про досягнення технічного результату у вигляді суттєвого спрощення процесу виготовлення заготовки для струмообмежувального елемента: в якості компонентів епоксидної композиції, яка затвердіває, використовуються матеріали, що випускаються промисловістю; композиція має двохкомпонентний вміст; її ствердіння проводиться без використання спеціального приладу, що запобігає седиментації. При цьому максимальна величина скачка електричного опору в інтервалі температур відновлення форми збільшується ніж в 100 разів в порівнянні з прототипом, а абсолютне значення питомого об'ємного електричного опору в початковому стані знижується до 20 разів, що розширює область можливого застосування струмообмежувального елемента із зазначеного матеріалу. Таблиця 1. Композиція ЕП-10% ТРГ ЕП-15% ТРГ ЕП-20% ТРГ ЕП-20% ТРГ ЕП-25% ТРГ ε, % 20 30 30 45 30 S, % 20 30 30 45 29,2 ρп, Ом·м 4300 215 82 3 42 ρк·10-3 , Ом·м ρк/ρп 482 300 300 8 2·103 3·103 105 2·102 7 Комп’ютерна верстка М. Мацело 11980 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601