Електропровідне полімеркомпозиційне покриття

Реферат: Електропровідне полімеркомпозиційне покриття, що містить епоксидне в'яжуче і вуглецевмісний дисперсний наповнювач, причому з метою стабілізації об'ємного питомого опору та підвищення зносостійкості покриття композиція містить як наповнювачі пластинчастий графіт, технічний вуглець, крокус та органічний розчинник. UA 97326 U (12) UA 97326 U UA 97326 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до виготовлення лакофарбових матеріалів на основі полімерних плівкоутворювачів і може бути використана в різних областях техніки для отримання штучних плівкових струмопровідних покриттів (резистів) на великих площах поверхні виробів, призначених для електротепловиділення з метою обігріву навколишнього середовища, наприклад: основних і додаткових джерел тепла житлових і виробничих приміщень (теплі стіни, теплі підлоги), які легко монтуються; обладнання для парників; сушарок для сільськогосподарської продукції та побутових цілей; медичних електрогрілок; теплих крісел для автомобілів; сухих злітно-посадкових аеродромних смуг і т.п. Відома електропровідна композиція (Заявка Франції № 2662703, кл С 09 D 5/24, 1992) на основі полімерного плівкоутворювача, розчинника і дрібнодисперсного електропровідного наповнювача у вигляді суміші срібла (60-75 % від загальної ваги компонентів) і графіту (0,5-10 % від загальної ваги компонентів). Плівка лакофарбового покриття з відомої фарби після 3 6 висихання має питомий об'ємний опір порядку 10 -10 Ом·см. Високий питомий опір плівки лакофарбового покриття пояснюється тим, що, незважаючи на високий процентний вміст срібла -6 (має незначний питомий опір в чистому вигляді, порядку 1,49×10 Ом·см), в лакофарбовому покритті практично неможливо забезпечити безпосередній щільний контакт дрібнодисперсних суміжних частинок срібла один з одним, так як зазначені частинки в процесі диспергування компонентів при виготовленні складу обволікаються полімерним в'яжучим, в результаті чого контакт суміжних частинок срібла у полімеризованому покритті здійснюється, переважно, через прошарок з матеріалу в'яжучого. Наявність частинок графіту в складі сприяє деякому зниженню питомого опору плівки лакофарбового покриття з вищеописаного складу, однак в результаті цього не буде забезпечуватися щільний контакт між усіма наявними в плівці лакофарбового покриття частинками. Відома електропровідна фарба (Заявка РСТ № 92-03509, кл. С 09 D 5/24, 1992) на основі полімерного плівкоутворювача, до складу якої входить розчинник полімерного в'яжучого і дрібнодисперсний електропровідний наповнювач в співвідношенні 40-80 % від загальної ваги складу (композиції). Електропровідний наповнювач може бути виконаний з частинок графіту або вуглецю з вмістом 10-50 % від загальної ваги складу (композиції). Дана електропровідна фарба, може містити електропровідний наповнювач у вигляді суміші дрібнодисперсних металевих частинок і частинок графіту або тільки у вигляді графітовмісного матеріалу. 3 6 Недолік даної електропровідної фарби, лімітований питомим опором порядку 10 -10 Ом·см, що не дозволяє використовувати дане плівкове покриття як тепловиділяючий елемент для електронагрівальних пристроїв та систем і не забезпечить бажаного результату, оскільки для значного зниження питомого об'ємного опору плівки покриття з відомого складу потрібне підвищення процентного вмісту вуглецевих частинок, що не передбачено у відомому технічному рішенні. Отже, отримати електропровідний матеріал зі стабільними характеристиками на основі відомої композиції (для різних напруг в ланцюзі джерела електроживлення) практично неможливо. Крім того, підвищений вміст чистого вуглецю значно знижує механічну міцність плівкового покриття на основі даної композиції і, отже, обмежує область застосування покриття внаслідок його малої довговічності. Найбільш близьким технічним рішенням є композиція (Заявка Японії № 61-276868, кл. С 09 D 5/24, 1986) на основі епоксиноволаку 30-80 мас. ч. і отверджувача (імідазолу) 0,1-2 мас. ч. на 100 мас. ч. композиції та вугільного порошку 20-70 мас. ч. (прототип). Недоліком даної композиції є те, що високий процентний вміст вуглецевмісного наповнювача у вигляді вугільного порошку (сажі) несприятливо впливає на механічну міцність композиційного матеріалу, що обмежує область їх використання і знижує довговічність. -3 -4 Задачею корисної моделі є стабілізація об'ємного питомого опору (від 10 до 10 Ом·см), механічної міцності та зносостійкості, що дозволило б використовувати дане електропровідного покриття як тепловиділяючий елемент електронагрівальних пристроїв і систем при різній напрузі та різних умовах експлуатації. Поставлена задача вирішується тим, що електропровідне полімеркомпозиційне покриття включає епоксидне в'яжуче, пластинчастий графіт, технічний вуглець, крокус та органічний розчинник, згідно з корисної моделлю, містить (мас. ч.): епоксидна смола ЕД-20 100 аліфатична смола ДЕГ-1 20 пластинчастий графіт 180-210 технічний вуглець 30-50 крокус 15-25 органічний розчинник решта. 1 UA 97326 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Поєднання в запропонованій композиції певного процентного вмісту вуглецевмісного наповнювача в сукупності з певним співвідношенням технічного вуглецю і пластинчастого графіту та крокусу в зазначеному наповнювачі дозволяє забезпечити щільний контакт всіх -3 частинок в отриманому з даного матеріалу плівковому покритті з питомим об'ємним опором 10 -4 10 Ом·см, що на кілька порядків нижче, ніж у відомих технічних рішеннях. Крім того, запропоноване співвідношення технічного вуглецю і пластинчастого графіту та крокусу дозволяє підвищити механічну міцність та зносостійкість покриття на основі даної композиції і надати йому необхідну еластичність. Як базовий компонент для полімерної матриці електропровідного покриття вибрано низькомолекулярну епоксидно-діанову смолу ЕД-20 (ГОСТ 10587-93), яка у скловидному стані характеризується високими фізико-механічними властивостями та адгезійною міцністю. З метою поліпшення теплофізичних, фізико-механічних і технологічних властивостей епоксидну матрицю пластифікували аліфатичною смолою ДЕГ-1 (ТУ 6-05-1645-73), яка являє собою дигліцидиловий ефір діетиленгліколю. При введенні пластифікатора у кількості до 15 мас. ч. на 100 мас. ч. ЕД-20 погіршуються реологічні властивості композиції, а збільшення концентрації ДЕГ-1 понад 25 мас. ч. на 100 мас. ч. ЕД-20 зумовлює зниження теплофізичних характеристик електропровідного покриття. Для зшивання епоксидного в'яжучого використовували отверджувач холодного отверджування - поліетиленполіамін (ПЕПА) (ТУ 6-17-12742-74). Вміст отверджувача у в'яжучому визначали на основі оптимального поєднання високих фізикомеханічних властивостей з технологічністю виготовлення композиції. Як розчинник використовували ацетон (ГОСТ 2768-84), а також можуть бути використані етил- і бутилацетат (ГОСТ 8991-78), толуол (ГОСТ 9880-76), ксилол (ГОСТ 9410-78) та їх суміші. Як електропровідний вуглецевмісний наповнювач використовували пластинчастий графіт ГЛ-1 (ГОСТ 5279-74), дисперсністю 40-120 мкм, технічний вуглець марки П 803 (ГОСТ 7885-86) дисперсністю 2-4 мкм, крокус технічний (ТУ 6-36-5800167-483-90) дисперсністю 0,3-30 нм. Визначення об'ємного питомого опору проводили по відомій методиці [Карякина М.И. Испытания лакокрасочных материалов и покритий / М.И. Карякина. - М.: Химия. 1988. - С. 163166]. Відносну зносостійкість визначали за допомогою відцентрового прискорювача ЦУК-3М (ГОСТ 23201-78) при куті атаки гідроабразивної суміші 30° відносно алюмінію АЛ-7. В таблиці наведено приклади конкретного використання композиції: технічні рішення згідно із заявкою. Контрольні приклади прототипу, а також їхні порівняльні властивості. Композицію формують і наносять на поверхню за наступною технологією. Дозування компонентів, змішування епоксидної смоли і пластифікатора з підігрівом їх на водяній ванні до температури 323-333 K, охолодження суміші до 293-303 K, добавляють наповнювач, органічний розчинник і після перемішування композиції при кімнатній температурі вводять отверджувач (ПЕПА). Отриману композицію протягом 30-40 хвилин наносять на попередньо обезжирену поверхню. Наносити можна пензлем, валиком або пневматичним, електростатичним і безповітряним розпиленням та методом занурення. Як видно з таблиці оптимальний підбір інгредієнтів дозволяє у порівнянні з прототипом знизити об'ємний питомий опір та підвищити зносостійкість. Таким чином, основними перевагами запропонованого складу полімеркомпозиційного матеріалу є те, що одержуване на його основі плівкове електропровідне покриття на діелектричній підкладці має такі властивості: -3 -4 низький питомий опір (від 10 до 10 Ом·см), що дозволяє використовувати як безпечні (12-36 В), так і промислові (127-220 В) значення напруг при використанні електропровідного полімеркомпозиційного покриття як тепловиділяючого (резистивного) елемента електронагрівальних пристроїв і систем; висока адгезійна здатність, що дозволяє використовувати широкий спектр підкладок, включаючи скло, шаруваті пластики, гуму; можливість створення нагрівальних поверхонь великої площі; можливість в процесі виготовлення отримувати електротепловиділяючі плівки із заданим вихідним температурним параметром та економічність. Крім того, низька вартість та доступність компонентів і матеріалів розробленого покриття у порівнянні з прототипом зумовлює більш широке його використання у промисловості та народному господарстві. 2 UA 97326 U Таблиця № 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Компоненти Композиція згідно з корисної моделлю 1 2 3 3 4 5 1 6 2 7 3 8 4 9 5 10 6 11 7 12 1 13 2 14 3 15 100 100 100 100 100 100 100 100 100 — — — 20 20 20 20 20 20 20 20 20 — — — 12 12 12 12 12 12 12 12 12 — — — 200 210 170 170 215 215 180 200 210 — — — 40 50 50 40 25 40 60 25 30 — — — 20 25 15 30 15 10 10 30 25 — — — — — — — — — — — — 30 50 70 — — — — — — — — — 0,1 1 2 — — — — — — — — — 20 50 70 2 Епоксидна 100 смола ЕД-20 Аліфатична 20 смола ДЕГ-1 Отверджувач поліетилен12 поліамін (ПЕПА) Пластинчастий графіт 180 (40-120 мкм) Технічний вуглець 30 (2-4 мкм) Крокус 15 (0,3-30 нм) Епоксиноволак — Отверджувач — імідазол Вугільний — порошок Контрольні приклади Прототип Характеристики композитного матеріалу Об'ємний 1,1× 6,3× 1,2× 4,3× 5,1× 2,5× 7,2× 3,7× 6,3× 4,6× 1,1× 6,2× 3,4× 1 питомий опір, -3 -4 -4 -2 -2 -2 -3 -2 -3 -3 3 2 2 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Ом·см Відносна 2 1,15 1,25 1,30 0,88 0,90 0,79 0,67 0,62 0,91 1,00 0,25 0,35 0,40 зносостійкість* * зносостійкість визначали відносно алюмінію АЛ-7 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Електропровідне полімеркомпозиційне покриття, що містить епоксидне в'яжуче і вуглецевмісний дисперсний наповнювач, яке відрізняється тим, що з метою стабілізації об'ємного питомого опору та підвищення зносостійкості покриття композиція містить як наповнювачі пластинчастий графіт, технічний вуглець, крокус та органічний розчинник з наступним співвідношенням інгредієнтів (мас. ч.): епоксидна смола ЕД-20 100 аліфатична смола ДЕГ-1 20 пластинчастий графіт 40-120 мкм 180-210 технічний вуглець 2-4 мкм 30-50 крокус технічний 0,3-30 нм 15-25 органічний розчинник решта. 10 Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3