Электропроводящая композиция

Электропроводящая композиция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсник

Социалистическик ттвспублнк

4i (Б

/ к:.

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЗЬСТВУ

/ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву—

J (22) ЗаввЛаио 0%07е79 (21) 2793923/23-05 (51)М. Кл З с присоединеиием заявки ¹

С 08 L 63/00

Н 01 В 1/04

Государственный комитет

СССР

tlo деяам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.81. Бюллетень Й9 14

Дата опубликования описания 1504.81 (53) УДК678. 686 (088.8) (72) Авторы изобретения

И.Н.Ермоленко, В.И.Дубкова, И.П.Лю и Р.Н.Свиридова

Институт общей и неорганической хи

AH БелоРусской CCP .. ...йо.л.

" о Ж1 (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Изобретение относится к области получения композиционных материалов с электропроводящими свойствами на основе углеродных волокон и эпоксидных смол..

Композиционные материалы, усиленно разрабатываемые в последние годы, привлекают широкое внимание, поскольку их применение обеспечивает возможность удовлетворения качественно новых требований, возникающих при конструировании машин и аппаратов. Среди композиционных материалов следует выделить компоненты на основе углеродных волокон, поскольку такие волокна 15 являются наиболее перспективными на.полнителями, придающими композициям высокие физико-механические и другие технически важные свойства. К числу распространенных композиций на осно 20 ве углеродных волокон и полимерных связующих относятся электропроводящие композиции, Известны углепластики, используе- 25 мые в электромашиностроении;. гальванотехнике, электротермических устройствах (1). . Наиболее близкой к предлагаемой яв ляется композиция на основе эпоксид-, 30 йой диановой смолы и железосодержащего углеродного волокна (2).

Однако из-за высокой реакционной способности железа по отношению к кислотам композиция с железосодержащим углеродным волокном в кислых средах теряет свою, массу вследствие растворения железа и резко возрастает удель" ное объемное сопротивление.

Цель изобретения — повышение кислотостойкости материала.

Эта цель достигается тем, что в композицию на основе эпоксидной диановой смолы или циклоалифатической эпоксидной смолы вводят в качестве наполнителя свинец-или цирконийт или титансодержащее углеродное волокно при следующем соотношении компонентов, вес. ч: эпоксидная диановая смола или циклоалифатическая эпоксидная смола 100,металлсодержащее (свинец- или цирконий-,или титан-7 углеродное волокно 40-100.

Свинец- цирконий-, .титансодержащие углеродные волокна в составе композиции выполняют одновременно две функции: армирукщего наполнителя и отвердителя эпоксидной смолы и тем самым рас" ширяется ассортимент углеродных волок821470

1,18 нистых отвердителей эпоксидных связующих.Введение в состав композиции свинец-,цирконий- или титансодержащих углеродных волокон позволяет повысить ее кислотостой кость, долговечность эксплуатации в различных активных средах, термостойкость. Композиция на

5 основе свинецсодержащего углеродного волокна устойчива в сильнокислотной средег выдержка ее в концентрированных и разбавленных растворах соляной и серной кислот при комнатной температуре в течение года не приводит к существенному изменению массы композиции и изменению электропроводности. Предлагаемый. электропроводящий материал имеет удельное объемное элек,тросопротивление 26,8-4,9 ° 10 0м»сгг, . прочность на сжатйе до 620 кгс/см при низкой плотности до 1,25 г/см .

Композиция характеризуется высокой термостойкостью — при нагревании ее 20 на воздухе до 250 С не происходит потери массы, а при 300О потеря массы достигает 10%.

Пример 1. Отрезки свинецсодержащего углеродного волокна дли- 25 ной 1-2 мм вносят в эпоксидную смолу,разогретую при 60 C,ñìåñü тщатель-: но перемешивают. Состав композиции, вес. ч,:

Эпоксидная смола ЭД-20 100

Свинецсодержащее углеродное волокно содержащее свинца в волокне в расчете на металл 32 вес.% г 40

Из полученного состава формуют изделие заданной формы, например, блок в виде куба с размером грани 20 мм.

Отверждение композиции проводят при

190О в течение 7 ч. Полученный композиционный материал характеризуется 40 следующими показателями:

Удельное объемное электросопротивление, Ом см 26,8

Прочность на сжатие, кгс/см 620

Плотность, определенная методом гидростатического взвешивания, 50 г/см .

Коэффициент линейного

- термического расширения, град -" 25,3 10

Термическая устойчивость на воздухе,"С 250

Исследование устойчивости отвержденной композиции в концентрированной соляной кислоте при комнатной температуре в течение 360 сут показа- ло, что эа время испытания не наблюдалось изменений в электросопротивлении и потере веса. Аналогичные результаты получены при испытании композиции в течение 12 мес в 20%- и 65

10%-ых растворах соляной кислоты.

Проведены также испытания устойчивости отвержденной коглпоэиции в 25%, 50%, 75%-ых растворах серной кислоты в течение 30 сут при 20, которые показали, что в указанных режимах изменение массы образцов сос-. тавляет для 75%- ого раствора — 21,5%,, 50%-oro раствора — 2,9%, для 25%-ого раствора — .1,3%.

Для сравнения кислотостойкости предлагаемой композиции с известной изготовлена композиция следующего

I состава, вес. ч.;

Эпоксидная .смола ЭД-20 100

Железосодержащее углеродное волокно (содержание железа 6,9 вес.%) 75

Отверждение композиции проводят при о

190 С в течение 8 ч. Электросопротивление образца составляет 2,1 ° 10 0я см.

При погружении отвержденной композиции в растворы 10%, 20% и концентрированной соляной кислоты сразу же наблюдалось пожелтение раствора, свидетельствующее о протекании процесса растворения железа в кислоте. Изменение массы известной композиции после выдержки образцов в течение месяца в растворах соляной кислоты состав-. ляет:

Для 10%-ого раствора — 28,0% для 20%-ого раствора — 33,2%

Удельное объемное сопротивление композиции после выдержки .в растворах соляной кислоты возрастает на несколько порядков.

Ъ

Свинецсодержащее углеродное волокно, выполняющее в составе композиции одновременно две функции: отвердителя и наполнителя, получают следующим образом.

Вискозное волокно пропитывают в

1 н.растворе уксуснокислого свинца при модуле i:30. После пропитки в течение 24 ч волокно извлекают, отжимают от избытка раствора и высушивают.

Сухое волокно помещают в герметично закрытую печь и Подвергают карбонизации в среде инертного газа — гелия по следующему режиму: нагрев до 100 С со скоростью 5 град/мин, выдержка при этой температуре 1 ч, далее подъем температуры, осуществляемый со скоростью 2 град/мин, до 350 С с выдержкой при этой температуре 1 ч и затем подъем температуры со ско)ростью 2 град/мин до конечной темпе ратуры 900 С. После этого нагрев прекращают и при непрерывном пропускании газа охлаждают до комнатной температуры. Полученное свинецсодержащее углеродное волокно содержит 32 вес.% свинца.

Hp и м е р 2. Отрезки цирконийсодержащего углеродного волокна длиной 1-2 мм вносят в эпоксидную смолу о

В разогретую до 60 С и тщательно перемешивают. Состав композиции, вес.ч .

821470

d0

Пример 3. Отрезки титансодержащей углеродной ткани пропитывают в эпоксидной смоле, разогретой до 60 . Состав композиции, вес.ч, .

Эпоксидная .циклоалифати% ческая смола УП-632 100

Цирконийсодержащее углеродное волокно (содержащее цирконий в волокне в расчете на 5 металл . 22,0 вес.Ъ ) 75

Иэ полученного состава формуют изделие в виде цилиндра длиной 25 мм и диаметром 15 мм. Отверждение композиции проводят при 90-100 С в течение 1 ч, при 120ОС - 2 ч, при 160 С—

3 ч; при 180 C — 4 ч, при 200 С вЂ” 10ч.

Полученный композиционнный материал характеризуется следующими показателями:

Удельное объемное электросопротивление, Ом см 1,51 10

Прочность на сжатие, кгс/см 400

Плотность, определенная методом гидростатического взвешивания, г/см 1,25

Термическая устойчивость на воздухе,оC 250

Исследование устойчивости отвержденной композиции в растворах кислот 25 при комнатной температуре в течение. 20 сут дали следующие результаты! выдержка в 10%-ом растворе соляной кислоты изменяет массу образца на (-0,2% ), а в 20%-ом растворе соля- 30 ной кислоты — на (-0,4%), в 25%-ом растворе серной кислоты — на (+1%), причем у всех изученных образцов после выдержки в растворах кислот удельное объемное электросопротивление не 35 изменилось.

Цирконийсодержащее углеродное волокно, выполняющее в составе композиции одновременно две функции: отвердителя и наполнителя, получают 40 следующим образом.

Предварительно набухшее в воде в течение двух часов вискозное волокно отжимают от избытка влаги и пропитывают в растворе хлорокиси циркония (1,5M ) в течение суток. После пропитки волокно извлекают, отжимают и высушивают. Сухое волокно помещают в герметично закрытую печь и подвергают карбонизации в среде инертного газа — гелия по следующем ре- 5О жиму: нагрев до 400ОC со скоростью подъема температуры 2 град/мин, а затем от 400 до 900 со скоростью

4 град/мин. После этого нагрев прекращают и при непрерывном пропуска 55 нии газа охлаждают до комнатной температуры. Полученное цирконийсодержащее углеродное волокно в расчете на металл содержит 22,0 вес.Ъ циркония.

Эпоксидная циклоалифатическая смола УП-632 100

Титансодержащая углеродная ткань(в расчете на металл содержащая титана 3,0 вес.Ъ,) 100

Отрезки ткани укладывают послойно друг на друга и отверждают под давлением 2,5 кгс/см по режиму, описанному в примере 2. Отвержденная листовая композиция толщиной 2 мм имеет следующие показатели:

Удельное объемное элект.роСопротивление, Ом.см 4,9 10

Плотность, определенная методом гидростатического взвешивания, г/см 1,20

Термическая устойчивость на воздухе,оС 250

Исследование устойчивости отвержденной композиции в растворах кислот при комнатной температуре в течение 30сут дает следующие результаты: выдержка композиции в 10%.и 20% растворах соляной кислоты практически не изменяет ее массы за все время испытания, а также не изменяется удельное объемное сопротивление.

Титансодержащую ткань, выполняющую в составе композиции одновременно две функции: отвердителя и наполнителя, получают следующим образом. Предварительно набухшую в воде ткань из гидратцеллюлозного волокна отжимают от избытка влаги, опускают в раствор треххлористого титана, концентрации

0,3 М, в котором выдерживают в течение 3-4 ч, затем извлекают, отжимают от избытка раствора и высушивают. Карбонизацию ткани проводят в условиях по примеру 2. Полученная титансодержащая углеродная ткань в расчете на металл содержит 3,0 вес.Ъ титана.

Из приведенных примеров видно, что предлагаемая электропроводящая композицияхарактеризуется такимипоказателями,как высокая кислотостойкость и электропроводность,прочность при сжатии, низкая плотность, термостойкость. Иэ такой композиции могут быть изготовлены изделия различной конфигурации и размеров с малой удельной массой, широким диапазоном регулируемого электрического сопротивления и большой теплоизлучающей поверхно-.т стью. Такие нагреватели имеют большой срок службы, могут быть использованы в различных агрессивных средах. Низкий коэффициент термИческого расширения композиции позволяет изготавливать из нее покрытия для большого числа материалов, как с целью обогрева, так и снятия статического электричества.

Расчет экономической эффективности от использования электропроводящей композиции только для изготовления камер с целью ускорения тверденяя бето на показывает, что экономия может быть (821470

40-100

Формула изобретения

Составитель В. Чистякова

Техред N. Майорош, Корректор Е. Рошко

Редактор К. Волощук

Подписное

Заказ 1712/39 Тираж 530

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, МосКва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 достигнута за счет исключения расхо- да пара, повышения равномерности обог рева, облегчения регулировки процесса термообработки и составляет 2,5 р. на

1 м бетонна. Экономия от. использования 1 м электропроводящей композиции 5 например, для обогрева полов животноводческих помещений составляет порядка 30 р. Суммарный"экономический эффект от использования изобретения в народном хозяйстве, учитывая большой объем строительства, составляет миллион рублей.

Электропроводящая композиция, содвржащая эпоксидную смолу и металл— содержащий углеродный волокнистый наполнитель, о т л и ч а ю щ а я. с я тем, что, с целью повышения кнслото- 2О стойкости материала на ее основе,она, содержит эпоксидную диановую смолу или циклоалифатическую эпоксидную смолу, в качестве волокнистого наполнителя — свинец- или цирконий-, или титаясодержащее углеродное волокно при следующем соотношении компонентов, вес.ч :

Эпоксидная диановая смола или циклоалифатическая эпоксидная смола 100

Свинец- или цирконий-, или титансодержащее углеродное волокно.. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Электротехнические материалы. Сборник, вып. 5(91), 1978, с.20-22.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2521476/23-05, кл. С, 08 L 63/02, 1977 (прототип).