недостатки инфракрасного, элементы и углеродное волокно, лампа и нить для нагревателей

Карбоновый нагреватель представляет собой достаточно новую разновидность инфракрасных обогревателей. Такие обогреватели считаются наиболее экономичные и достаточно прогрессивные на сегодняшний день. Также такое устройство абсолютно безопасно для человека, это подтверждают многочисленные тесты и многолетняя практика использования таких обогревателей.

Основные недостатки карбоновых обогревателей

Карбоновый обогреватель представляет собой углеродное волокно, которое помещается в специальную кварцевую трубку, внутри которой вакуум. Благодаря такой конструкции, такие виды обогревателей не пересушивают атмосферу, сберегая кислород, но, несмотря на это, в такой конструкции есть определенные недостатки.

Такие обогреватели, плохо переносят:

• Удары;
• В случае случайного падения при монтаже или сильном ударе портится карбоновое волокно;
• Карбон находится в кварцевой трубке, и может повредиться при тряске;
• Обогреватель выйдет из строя от перегрева.

Такие обогреватели также не предназначены для сушки чего-либо, так, например, на них не посушить белье после стирки и иные влажные вещи, так как при этом может произойти аварийное отключение обогревателя. Если инфракрасный обогреватель установить слишком близко от мебели или же от каких-либо вещей, то он также может перегреться, и произойдет аварийное отключение. Повторно его можно будет включить только лишь после остывания и устранения причины перегрева.

Обзор самых популярных обогревателей на следующей странице нашего сайта: https://homeli.ru/stroitelstvo-doma/inzhenernye-sistemy/otoplenie/obogrevateli-dlya-doma

Также, если на определенном расстоянии от обогревателя поставить какое-либо препятствие, то нагреваться будет только лишь оно, а те предметы, на которые направлено излучение, перестанут греться, и в помещении начнется падение температуры.

При использовании небольшого обогревателя, будет нагреваться только лишь небольшая часть помещения, и предметы, которые впоследствии будут излучать тепло, прогреваются неравномерно. Прогрев помещения может быть достаточно длительным особенно при больших отрицательных температурах воздуха. Наблюдается отсутствие запасных частей и, в случае поломки, приходится высылать весь обогреватель в сервисный центр, а это достаточно накладно и по времени достаточно долго. Также в ходе пересылки, несмотря на качественную упаковку, после ремонта обогреватель может быть поврежден в ходе транспортировки.

Почему стержневые полы так быстро смогли завоевать популярность на отечественном рынке? Ответ найдёте в статье: https://homeli.ru/stroitelstvo-doma/inzhenernye-sistemy/kanalizatsiya/sterzhnevoj-teplyj-pol

Описание работы инфракрасного карбонового обогревателя

Одни из новейших достижений для поддержания оптимальной температуры в помещении является инфракрасный карбоновый обогреватель.

Его конструкция представляет собой:

• Вакуумные трубки, помещенные в металлический корпус;
• Внутри трубок находится нагревательный элемент;
• Карбон состоит из углеродного волокна.

Передача тепла осуществляется инфракрасным излучением без нагревания воздуха. Такая конструкция способна прогревать какие-либо предметы на определенную глубину. И они в свою очередь излучают энергию в пространство. Обогрев пространства, в зависимости от режима работы, происходит достаточно быстро, необходимо включить обогреватель, и направить его на какие-либо предметы мебели или на пол, как он их прогревает, и уже от них нагревается воздух в помещении.

Есть автоматические напольные обогреватели, в которых встроена система поворота, при включении обогреватель с помощью электромотора поворачивается на определенный угол и обратно для более равномерного нагрева помещения.

Энергопотребление у таких обогревателей тоже достаточно низкое – так, для обогрева помещения площадью около 10 м², достаточно нагревателя с потреблением 1000 Вт. А для помещения 30 м² достаточно нагревателя мощностью в 3000 Вт. Считается, что карбоновый обогреватель на сегодняшний день для многих помещений является наиболее оптимальным вариантом, как по экономичности, так и по обогреву помещения. А благодаря разнообразным конструкциями, напольным, настенным, переносным и даже потолочным, каждый человек сможет выбрать для себя наиболее оптимальный инфракрасный обогреватель. Причем определенные модификации можно использовать даже на улице для обогрева небольшого пространства, например, открытой беседки.

Инфракрасные обогреватели могут создать тёплую уютную обстановку в доме или на даче. Подробности в следующем материале: https://homeli.ru/stroitelstvo-doma/inzhenernye-sistemy/otoplenie/infrakrasnye-obogrevateli

Действие карбнонового нагревательного элемента

Карбоновый нагреватель в последние годы все больше и больше завоевывает популярность, благодаря экономичности простой конструкции и длительному сроку службы. Конструкция представляет собой углеродное волокно, которое заключено в вакуумные трубки. При пропускании электричества через углеродную нить, происходит излучение тепла.

Инфракрасные лучи, достигая какой-либо поверхности, проникают на глубину около 2-2,5 см.

В свою очередь, поверхность, получившая тепло, излучает его в окружающее пространство, нагревая воздух в помещении. Пожаробезопасность на высоте – при перегреве обогревателя, срабатывает защита, которая выключает аппарат. После охлаждения, обогреватель включается обратно, к тому же, многие модели выпускаются со встроенными термостатом, что позволяет управлять работой всего обогревателя.

Преимущества:

1. Благодаря карбоновой нити, обогреватели такого типа потребляют мало электроэнергии. По сравнению с вариантами другого типа, они потребляют электроэнергию в 2–2,5 раза меньше.
2. Температура элемента нагрева не доходит до 90 ᵒС, и отсутствует негативное влияние на микроклимат в помещении. Обогреватели такого типа не высушивают воздух в помещении, а также не сжигают кислород.
3. Такие обогреватели обладают достаточно компактными размерами, обладают малым весом, при этом нагревательного элемента имеет практически неограниченный срок службы.

Некоторые обогреватели могут снабжаться пультами дистанционного управления, что особенно удобно, например, для потолочных вариаций. Помимо тепла, такие обогреватели излучают мягкий красноватый свет, который чем-то напоминает оттенок камина, особенно это эффективно при включении агрегата в темноте.

Преимущества карбонового нагревателя

Карбоновые обогреватели – это относительно новая разновидность инфракрасных излучателей, и данные приборы на современном рынке считаются наиболее прогрессивные и экономичные для помещений. Некоторые люди пугаются фразы излучатель и считают, что такие нагреватели вредны, но на самом деле, такие излучатели излучают только лишь инфракрасные лучи, а они прогревают окружающие предметы. Достаточно поместить обогреватель на стене, полу или на потолке, включить шнур от аппарата в сеть с тем, чтобы за относительно короткое время обогреть все пространство помещения.

Карбоновый нагреватель уже достаточно давно существует на рынке, главный его элемент нагрева – это карбоновое волокно или нить, помещенные в кварцевую трубку, из которой откачан воздух.

При пропускании через нить электротока, карбоновая нить начинает излучать инфракрасные лучи, которые в свою очередь, проникая в окружающие предметы, начинают греть их, и те отдают тепло окружающему пространству.

У карбонового нагревательного элемента теплопроводность выше, чем, например, у металла, и благодаря этому, для нагрева нити требуется значительно меньше электроэнергии. Так что можно отметить, что такие нагревательные элементы более практичны и экономичны. Единственное замечание – такие нагревательные элементы требуют аккуратного обращения, так как, например, при падении или сильном ударе по корпусу, кварцевая трубка может сломаться, и нагревательный элемент выходит из строя. А отремонтировать и заменить поврежденную деталь не всегда бывает возможным.

Устройство карбонового обогревателя (видео)

Разновидностью карбоновых обогревателей можно считать ламповые ИК-обогреватели, такая конструкция представляет собой кварцевые трубки с карбоном внутри, и дополнительно на корпусе может быть установлена лампа, как обычная, так и специальная инфракрасная, которая также дает не только тепло, но и свет в помещении. Карбоновые инфракрасные нагреватели безопасны в использовании, практичны, потребляют мало электроэнергии. При аккуратном с ними обращении, они могут служить и давать тепло долгие годы.

Компания Uvicom — Углеродные Волокна и Композиты

HEATING ELEMENTS   Electro-conductive properties of carbon fibrous materials allow using them in manufacturing of woven heaters, nonmetallic electro heating wires, heating elements of an infra-red range, textile products with electro heating etc. The electro-conductive materials of different textile structure and different linear resistance values are produced on the bases of carbon fibrous material UVIS   CARBON TAPES       Width, mm Thickness, mm Weight of 1 running meter, g Resistance, Ohm/m 15+1,0 0,6+0,1 4,0÷4,5 15,0+2,0 20+2,0 0,6+0,1 5,5÷6,0 14,5+2,0 44+2,0 0,4+0,1 7,0÷8,0 14,0+1,0 44+2,0 0,5+0,1 12,0÷13,0 6,5+0,5 100+5,0 0,5+0,1 28,0÷28,5 3,0+0,5 550+10,0 0,5+0,1 160,0÷180,0 1,0+0,5   COMBINED CARBON TAPES AND FABRICS Patent Russian Federation 2114942, kl. 6D03D  15/00   Width, mm 100÷800 Thickness, mm 0,5÷1,0 Resistance, Ohm/m 1,5÷20,0   CARBON THREADS   Linear density, tex Resistance, Ohm/m 70+310% 720+10% 100+10% 515+15% 205+10% 250+15% 400+12% 130+15%   Carbon fibrous materials offer: wide range of electric characteristics due to different techniques of weaving, twisting etc; large heating elements which have very uniform temperature distribution among the surface (∆Т<2оС) heating elements having very high convective heat transfer guaranteed longevity of heating elements (30 years and more) nature-friendly articles dry and soft heating   NON-METAL HEATING WIRES     Insulation materials: fluoroplastic, silicon plastic, organic-silicon rubber, polyvinylchloride.   Technical parameters: Resistance, Ohm/m 80; 120; 250 supply voltage, V 12÷220 Electric durability of isolation, not less than kV 15 Optimum temperature of heating оС 20-80 Maximum temperature of heating оС 180 Diameter of a wire on isolation, mm 1,5÷2,0 Minimum bending radius, mm 5 Operating mode long-term Long-term TBF, hours 10 000 Retention period 10 years   Main advantages in comparison with metal heating wires: stability at multiple alternating deformations high specific resistance lower specific heat duty In perspective The combined isolation Resistance from 10 to 500 ohm/m Supply voltage from 6 to 380 V   THE SYSTEM OF ELECTRIC HEATING OF THE FLOOR  Patent Russian Federation 2124612, kl. 6Е04F15/18      Manufactured with a heating elements From a carbon fibrous material Provide Advantages comparing with cable wires Supply voltage 24V In a crude premises 12V (bath, kitchen, cellar) power-weight ratio 50-150 W Surface Temperature 20-35оС Ecological cleanliness Necessary design and aesthetics view of facilities Application of low voltage, safe for a life Base load electrical savings by 10-15 % Maximum heat dissipation, close to 90 %  Durability at thermal loading 40-60оС till 30 years     HEATING ELEMENT OF AN INFRA-RED RANGE OF LENGTHS WAVES Radiator – a carbon fibrous material with the modified surface       Technical parameters: Electric capacity – up to 2000 W (standard – 900 and 2000 W) Supply voltage – 220 V (possible 24, 100, 110, 230, 240 V), 50-60 Hz 95% rated power output time less than 15 sec. Rated power output time less than 30 sec. Capacity share in infra-red range up to 99% Length of the waves, corresponding a maximum of a spectrum of  radiation 2,5 – 3,5 micron Radiating ability – 0,99 Temperature on a surface of radiator less than  800°C Length of quartz tube – up to 1000 mm (standard 550 and 1000 mm) Diameter of quartz tube – 12-16 mm Life time – more than 10000 hours Vacuum in quarz tube up to 10-4 Design – linear, ring, u-shaped, with a covering from REM-metals and gold reflector Application: Heating of household and industrial premises Electrical household appliances Physiotherapy   ELECTROHEATING TEXTILE PRODUCTS «CARITHERM» Are made on the basis of the carbon tapes, the combined fabrics and tapes and nonmetallic carbon wires. «Caritherm» is soft heat which that gives a non-polluting element carbon without oxygen burning. Such products as blankets, carpets and rugs, hot-water bottles, capes, mattresses and sleeping-bags are issued. » CARITHERM » is: Ultralow, safe voltage 12V which moves through the isolation transformer – the adapter Products which can be applied in the medical purposes, as a source of soft heat to the people, suffering such illnesses as an osteochondrosis, a radiculitis, rheumatism, etc. Products which can be used for protection against overcooling during transportation of serious patient in reanimobiles; during the operations in field conditions Products which are recommended to be used in massage offices for comfort of the patient Products which create individual comfort and a cosiness during rest and work at office, in apartment, in a village-house especially in transition periods — in the early spring and in the autumn. Technical parameters: Dimension, cm from 30х40  to 50х150 Heating element – carbon fibrous material Power, W 10-50 Domestic power supply by way of adapter Car power supply by accumulator Heating period, min — 8 – 15 Application: Heating of a sofa, an armchair, a chair in apartment, on a village-house, at office Heating of driver’s slating and bunk during the traveling and car parking Heating of your pet places

Нихромовая проволока и нить

Отличительная особенность нихрома — высокое электрическое сопротивление. Вокруг этого свойства строится все применение продукции из данного сплава. И нихромовая проволока, и нить являются, пожалуй, наиболее востребованными полуфабрикатами. Нагреватели электрических печей, электротехнические устройства, электронные сигареты, медицинские материалы — везде применяется описываемая продукция.

В МТК Метотехника можно купить нихромовую проволоку и нить. Для заказа, который возможно осуществить разными способами (телефон, факс, email, сайт), доступны марки Х20Н80, Х15Н60 и другие.

Получить более подробную информацию о материалах, а также способах производства и областях применения описанной продукции можно на данной странице в соответствующих разделах. Важным источником информации являются стандарты, которые также представлены на сайте.

Марки

Нихром является жаростойким сплавом, имеет высокое электросопротивление, малый температурный коэффициент сопротивления, существенную коррозионную стойкость к воздействию воздуха или иных газообразных сред при больших значениях температуры. Также он обладает удовлетворительной технологичностью (пластичностью в холодном состоянии, свариваемостью) — из данного материала можно получать нихромовую проволоку, нить, ленту, полосу, прутки и другие полуфабрикаты; достаточной жаропрочностью — способностью выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций, не разрушаясь при высоких температурах. На поверхности данных сплавов образуются оксиды, устойчивые при высоких температурах. Оксидная пленка имеет большую плотность. Эти два фактора обеспечивают высокую жаростойкость данного прецизионного материала.

Наибольшее распространение получили марки Х20Н80 и Х15Н60. Также используется нихром Х20Н80-Н, Х20Н80-ВИ, Х15Н60-Н, Х15Н60-ВИ.

Маркировка указанных сплавов расшифровывается следующим образом: буква обозначает химический элемент, следующее за ней число — среднюю массовую долю данного элемента в сплаве. Например, нихром Х20Н80 содержит 20-23% хрома (Cr) и около 80% никеля (Ni), Х15Н60 — 15-18% хрома (Cr) и около 60% никеля (Ni). Буквы ВИ в конце марки обозначают, что данный материал был изготовлен специальным способом, а именно, с помощью вакуумно-индукционной плавки. Буква Н в конце марки говорит о том, что в состав входит цирконий, благодаря чему увеличивается надежность нагревателя, выполненного из нихрома, за счет повышения стойкости при максимальной рабочей температуре.

Химический состав марок Х20Н80, Х20Н80-Н, Х20Н80-ВИ и Х15Н60, Х15Н60-Н, Х15Н60-ВИ регламентируется стандартом ГОСТ 10994-74.

Производство

Нихромовая проволока изготавливается с помощью обработки давлением, а именно, технологической операцией протяжки. Она осуществляется без дополнительного подогрева заготовок, соответственно, изделие получается холоднотянутым.

Проволока из нихрома поставляется в мягком состоянии для чего осуществляется ее отжиг. В некоторых случаях выполняется травление поверхности. Механическая обработка, к которой относятся точение, шлифование и другие операции, не выполняется в силу небольших размеров заготовок.

Размеры изделий, механические свойства, состояние поставки, электрическое сопротивление, а также максимальные рабочие температуры регламентируются стандартами ГОСТ 12766.1-90 и ГОСТ 8803-89.

Стоит отметить, что полуфабрикат круглого сечения малых диаметров, как правило, называются нихромовая нить. Стандарты не содержат подобного полуфабриката в своих описаниях, но в среде специалистов этот термин достаточно часто применяется.

Применение

Группа, к которой относится материал, определяет его области применения. Нихром является прецизионным сплавом с высоким электрическим сопротивлением. Основное применение нихромовой проволоки и нити — изготовление круглых нагревателей электропечей. Нить из нихрома используется в печах небольшой мощности, проволока — в более мощных печах. Для этих целей подходит продукция без изоляции. Однако, существуют варианты, в которых требуется электрический нагреватель, дающий относительно невысокую температуру. В качестве примера можно привести подогрев автомобильных сидений. Здесь уже применяется нихром в изоляции. Это позволяет внедрить нагреватель в обивку сиденья, при этом обеспечив безопасность его использования.

Также проволока из нихрома применяется для производства резистивных элементов в различных электротехнических приборах.

В ГОСТ 12766.1-90 приводится классификация изделий по их назначению:

• из сплавов марок Х20Н80-Н,Х15Н60-Н:
• для нагревательных элементов;
• для трубчатых электрических нагревателей — ТЭН;
• из сплавов марки Х15Н60:
• для элементов сопротивления.

Электрическое сопротивление нихромовой проволоки Х20Н80

Это одна из самых важных характеристик сплава. Оно определяется многими факторами, в частности электрическое сопротивление нихрома зависит от размеров продукции и марки.

Общая формула имеет вид:

    R = ρ · l / S,

где R — активное электросопротивление (Ом), ρ — удельное электросопротивление (Ом·мм), l — длина проводника (мм), S — площадь сечения (мм²).

Ниже приведены некоторые значения эл. сопротивления изделий круглого сечения. Видно, что этот показатель уменьшается по мере увеличения диаметра. Полная таблица, содержащая данные для других марок и большего количества диаметров — Номинальные значения электрического сопротивления 1 м проволоки

Значения электрического сопротивления для 1 м продукции. Проволока нихром Х20Н80

D, мм	R (теория), Ом
Ø 0,1	137,00
Ø 0,2	34,60
Ø 0,3	15,71
Ø 0,4	8,75
Ø 0,5	5,60
Ø 0,6	3,93
Ø 0,7	2,89
Ø 0,8	2,20
Ø 0,9	1,70
Ø 1,0	1,40
Ø 2,0	0,35
Ø 3,0	0,16
Ø 4,0	0,087
Ø 5,0	0,056
Ø 6,0	0,039
Ø 7,0	0,029
Ø 8,0	0,022
Ø 9,0	0,017
Ø 10,0	0,014

Нихромовая нить нашла применение в медицине в качестве шовного материала. Также данную продукцию используют для изготовления струн, применяемых для фигурной резки пенопласта и других подобных материалов.

Цены

Ассортимент и цены на нихромовую проволоку доступны на странице Стоимость. Заказ продукции можно сделать на той же странице, заполнив специальную форму.

Нихромовая нить и особенности ее применения

Технологии получения особых металлических сплавов в некоторых отраслях были успешно вытеснены композитами. Этот процесс не останавливается, но есть направления, в которых все еще доминируют более традиционные материалы. К таким, в частности, относится нихромовая нить, которая, благодаря уникальному спектру технико-физических качеств, нашла применение в самых разных отраслях.

Что представляет собой нихром?

Это сплав, сформированный двумя базовыми металлами – никелем и хромом. Причем первый иногда составляет до 80 % от структуры сплава. Также в состав нихрома вводятся другие металлы, среди которых железо, алюминий, кремний и др. К эксплуатационным особенностям материала относят высокое электрическое сопротивление, жаростойкость, а также пластичность. По отдельности эти качества не являются чем-то особенным для традиционных металлов, однако нихромовая нить выигрывает именно за счет их сочетания в одной структуре. Например, та же пластичность как раз и позволяет изготавливать нитяные волокна сплава, далее применяя их в печах, где рабочая среда может составлять в температурном показателе порядка 1 200 ˚C. Кроме этого, в зависимости от назначения сплав может дополнительно подвергаться легированию, что придает ему новые свойства или же улучшает основные характеристики. Так, для повышения рабочего ресурса нихром разбавляется редкоземельными металлическими компонентами.

Характеристики нихромовой нити

Существует несколько модификаций нихромовых волокон, которые имеют свои особые характеристики, но в целом диапазон значений располагается в одном нешироком спектре. Например, в показателях плотности сплав находится в коридоре от 8200 до 8500 кг/м³. Рабочая температура большинства марок соответствует диапазону 1000–1200˚C. При этом в размерах разброс форматов довольно обширен. Наиболее популярна нихромовая нить, диаметр которой составляет 0,01-0,08 мм. Встречаются и изделия, выходящие за рамки этого типоразмера, но это, скорее, исключения, рассчитанные на использование материала в узкоспециализированных сферах. Что касается физической стойкости, то в среднем нить выдерживает 0,65-0,7 ГПа, но для поддержания этого уровня следует учитывать и предостережения технологов в плане эксплуатационной безопасности материала. К примеру, нить нельзя оставлять в сернистой атмосфере, так как подобные среды губительно сказываются и на свойствах нихрома, и на его структуре.

Производство нихрома

Для начала стоит подчеркнуть, что нить является лишь одним из форматов выпуска нихрома. Она же наиболее близкая по своим качествам к проволочным изделиям. Производят материал по технике протяжки под давлением. Но до начала операции заготовка не подвергается нагреву, поэтому технологию называют холоднотянутой. Также могут применяться методы травления – они качественно улучшают физические свойства, которые получает на выходе нихромовая нить. Где взять данный материал? Обычно изготовлением занимаются металлургические комбинаты. Но здесь важно понимать, что сама процедура создания нихромовых материалов не относится к распространенным. Во многом это связано и со спецификой применения сплава. Тем не менее есть немало предприятий, занимающихся металлопрокатом, которые концентрируют в своем ассортименте наиболее востребованные типоразмеры и марки нихромовых нитей.

Особенности применения

Благодаря высокому электрическому сопротивлению такие волокна применяются в нагревательном оборудовании. Это направление использования сплава также обуславливается прочностью и жаростойкостью структуры. Именно нить применяется в небольших печных конструкциях круглой формы. Кроме этого, нашел свое место данный материал и в сфере медицины, где его используют как средство зашивания. Строительная область также не обошлась без уникального сплава. Так, для получения ровных панельных изделий, например, из пенопласта или гипсокартона, используется резка нихромовой нитью по фигурной линии. В отличие от традиционных электролобзиков нить позволяет более точно и аккуратно производить раскрой с минимальным повреждением заготовки. Впрочем, качество результата зависит и от техники выполнения фигурной резки, а также от условий организации процесса.

Чем заменить нихромовую нить?

В бытовом хозяйстве часто встречаются проблемы обновления нагревательных элементов в разных электроприборах. Наиболее подходящей заменой считается рабочая спираль, которую можно найти в электроплитах, утюгах, некоторых моделях чайников и т. д. Но если требуется обеспечить и защиту от электрохимического воздействия, то стоит обратиться к нержавейке. Как показывает практика, нихромовая нить обычно располагает тем же показателем сопротивления, что и нержавеющий материал, но проигрывает ему в защитных свойствах в плане окисляемости. Оптимальным решением такой замены может быть раскрой оплетки старого шланга, в котором применяются армирующие волокна нержавейки.

Заключение

Использование качественного нихрома дает массу преимуществ пользователю того или иного прибора или конструкции. Данный материал не всегда может конкурировать с аналогами в показателях износостойкости, но защита от термического поражения и электрическое сопротивление ставят его в отдельный ряд уже по технико-эксплуатационным свойствам. При этом нихромовая нить не должна рассматриваться в качестве универсального решения для тех же электроприборов. Опять же, некоторые марки наиболее ярко проявляются свои преимущества как элемент режущей оснастки, а другие – как устойчивый проводник нагревательной инфраструктуры. Наделение теми или иными свойствами во многом зависит от внесения дополнительных модификаторов. Собственно в чистом виде нихром сегодня почти не встречается, так как на фоне повышения характеристик целевого оборудования растут и требования к расходным материалам. Поэтому возникает и необходимость улучшения качеств нихромовой нити.

Электропроводная резистивная комплексная нить для электронагревательной ткани и способ изготовления этой нити

 

Электропроводная резистивная нить для тканых нагревательных элементов состоит из синтетического волокна на основе поли-m-фениленизофталамида, поли-n-фенилентерефталамида или поли-n-бензамида и углеродного наполнителя технического углерода и графита. Наполнитель распределен в указанном синтетическом волокне при массовом соотношении синтетического волокна и наполнителя от 1: 0,2 до 1:0,3. Для изготовления нити готовят раствор термостойкого волокнообразующего полимера, в который добавляют при перемешивании технический углерод. Диспергируют его и получают коллоидный раствор, в который дополнительно вводят растворитель для снижения концентрации термостойкого волокнообразующего полимера до 6-7%. Затем вводят коллоидный графит и осуществляют его диспергирование в коллоидном растворе. Из полученного прядильного раствора формуют углеродсодержащие волокна по сухомокрому способу. Повышаются эксплуатационные качества электропроводной резистивной нити, ее надежность и эффективность в работе, упрощается технология производства электропроводной резистивной нити. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электротермии, и касается конструкций и способов изготовления электропроводных резистивных нитей, используемых при изготовлении тканевых электрических нагревателей, которые могут быть использованы в автомобильной промышленности, строительстве, при изготовлении одежды и др. в качестве нагревательных элементов, предназначенных для обеспечения и поддержания требуемой температуры в локальной зоне.

Тканевые электрические нагреватели являются разновидностью гибких электрических нагревателей, которые представляют собой гибкое и легко приспосабливаемое к месту установки средство обеспечения нагревания различных поверхностей и сред. К таким приборам, требующим применения тканевых электрических нагревателей, относятся автомобильные сиденья с подогревом, рули с подогревом, масляные картеры автомобильных двигателей, нагреватели для отверждения цемента, одежда с подогревающими устройствами, одеяла с нагревателями и т. д. Простые гибкие электрические нагреватели обычно включают в себя тонкие металлические электрические нагревательные провода, соединенные в змеевидной форме с гибкой поверхностью. Электрическая энергия, подаваемая к нагревающим проводам, рассеивается, тем самым заставляя тепло рассеиваться от провода в окружающую среду. Изоляционный материал, находящийся по обе стороны нагревающих проводов, обеспечивает электрическую изоляцию и распространение тепла. Однако создание тепла с помощью нагревающих проводов, как правило, приводит к неравномерному нагреву, что особенно заметно в приборах, где нагреватель установлен в непосредственной близости к человеку. Кроме того, металлические нагревательные элементы, подвергаемые изгибанию и искривлению, имеют тенденцию выходить из строя, а максимальный диапазон температуры нагрева ограничен размером провода нагревателя. Применение тканевых электрических нагревателей позволяет решить часть упомянутых выше проблем, связанных с гибкими электрическими нагревателями, путем применения многочисленных проводящих нитей в качестве нагревательных элементов, вплетенных в ткань. Таким образом, ткань представляет собой комбинацию электропроводящих нитей типа «оболочка — ядро», идущих в одном направлении ткани, и неэлектропроводящих нитей, идущих в другом направлении. Различные конструкции электропроводящих нитей типа «оболочка — ядро» широко известны и описаны, в частности, в авт. св. SU 1838896 A3, 30.08.93, Н 05 В 3/36, в патентах RU 2161664 С1, 2001.01.10, D 01 F 8/06, RU 2143791 C1, 1999.12.27, Н 05 В 3/34, US 4185137 A, January 22, 1980, D 02 G 3/00, US 4085182 A, Apr. 18, 1978, В 29 F 3/10, RU 2079584 А, 1997.05.20, D 01 F 8/04, в заявках WO 95/17800 Al, 1995.06.29, Н 05 В 3/34, FR 2730340 A1, 09.08.1996, H 01 В 1/20 и др. Наиболее близким аналогом (прототипом) устройства и способа является техническое решение, описанное в патенте US 4983814 A, Jan.8, 1991, Н 05 В 3/34 (219/545) и представляющее собой электронагревательную ткань, содержащую в утке электропроводные резистивные нити с линейным электрическим сопротивлением в пределах 1-100 кОм/м. Электропроводная резистивная нить для этой ткани также представляет собой структуру «оболочка — ядро», «ядро» которой состоит из синтетического волокна типа нейлона, полиэфирного типа или полиолефинового типа (имеющих низкую температуру плавления 100 — 120^oС), или высокоплавких волокон полифторэтиленового и полиамидного типа, а «оболочка», выполняющая роль резистивного материала, состоит из композиции, включающей полиуретановую смолу полиэфирного типа и углеродный наполнитель при массовом соотношении от 1:0,3 до 1:1 соответственно. В качестве углеродного наполнителя используется технический углерод (полученный из ацетилена, печной или канальный, а также их смеси) и графит (природный с плотнокристаллической, чешуйчатой или аморфизированной структурой и искусственный) при массовом соотношении технический углерода и графит от 1:1,67 до 1:4 или от 1:0,5 до 1: 0,6. К недостаткам описанной электропроводной нити можно отнести недостаточно стабильное линейное электрическое сопротивление, недостаточно высокую температуру эксплуатации — не выше 150^oС, а также необходимость нанесения на «ядро» двух-трех слоев резистивного материала и большой расход резистивного материала даже при однократном нанесении одного слоя «оболочки», что увеличивает затраты на производство нити. При этом только при нанесении трех слоев «оболочки» на «ядро» указанная нить имеет более стабильное линейное электрическое сопротивление, колебание которого составляет 0,5 кОм/м. При этом в некоторых приборах, таких как нагреватели автомобильных сидений, желательно поддерживать постоянную рабочую температуру нагревателя, равную приблизительно 37^oС, с возможностью увеличения температуры нагревателя приблизительно до 150^oС в течение короткого периода времени в процессе производства сидений для плавления адгезивного материала, обеспечивающего приклейку обшивки к ложементу. С внедрением в производство современных композиционных материалов, выдерживающих достаточно высокие температуры, стало возможным изготавливать приборы, которые не ограничены требованиями по максимальной температуре нагрева, но включение в тканый элемент для этих приборов токопроводящих резистивных нитей типа «оболочка — ядро», выполненных по известным технологиям, не дают возможности добиться требуемого расширения рабочего температурного интервала. Способ изготовления описанной выше электропроводной резистивной нити заключается в приготовлении полимерного резистивного материала, включающего углеродный наполнитель, и нанесении его в виде оболочки на синтетические волокна «ядра», при этом нить получают путем нанесения от одного до трех слоев резистивного материала на вышеуказанное синтетическое волокно при массовом соотношении от 1,7:1 до 2,8:1 соответственно. Существенный недостаток описанного способа получения электропроводной резистивной нити заключается в многоступенчатости ее производства, которое включает изготовление нити-«ядра», приготовление полимерной резистивной композиции и многократное нанесение полимерной резистивной композиции в виде «оболочки» на «ядро». В связи с изложенным можно сформулировать некоторые требования, которым должна отвечать электропроводная нить: улучшение нагревательных характеристик гибких нагревателей, обеспечение равномерного нагрева поверхности ткани для увеличения комфорта потребителя, увеличение диапазона рабочей температуры и упрощение технологии ее производства. Таким образом, задача, на решение которой направлено заявленное устройство, состоит в обеспечении равномерного электрического сопротивления по всей длине электропроводной резистивной нити, стабильности требуемого электрического сопротивления нити и тканых нагревательных элементов, изготовленных из этой нити, расширении диапазона рабочих температур, а задача, на решение которой направлен заявленный способ, состоит в упрощении технологии производства нити. Технический результат, достигаемый при реализации заявленного устройства, состоит в повышении эксплуатационных качеств электропроводной резистивной нити, повышении надежности и эффективности ее работы, а технический результат, достигаемый при реализации заявленного способа, состоит в упрощении технологии производства электропроводной резистивной нити. Конструкция электропроводной резистивной нити для тканых нагревательных элементов, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем испрашиваемый правовой охраны, может быть охарактеризована следующей совокупностью существенных признаков. Электропроводная резистивная нить для тканых нагревательных элементов состоит из синтетического волокна и углеродного наполнителя, который содержит технический углерод и графит. Синтетическое волокно представляет собой термостойкое волокно, полученное из поли-m-фениленизофталамида или поли-n-фенилентерефталамида, или поли-n-бензамида. Наполнитель распределен в указанном синтетическом волокне, при этом массовое соотношение синтетического волокна и наполнителя находится в пределах от 1:0,2 до 1:0,3. Кроме того, в частном случае реализации изобретения углеродный наполнитель может содержать технический углерод, полученный из ацетилена, и коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм, при этом массовое соотношение технического углерода и коллоидного графита может находиться в пределах от 1:0,1 до 1:1. Кроме того, в частном случае реализации изобретения электропроводная резистивная нить может быть выполнена в виде крученой комплексной нити из филаментов синтетического волокна с углеродным наполнителем. Кроме того, в частном случае реализации изобретения наполнитель может быть равномерно распределен по всей толщине синтетического волокна. Под термином термостойкие волокна в данном случае подразумеваются синтетические волокна, выдерживающие эксплуатацию в воздушной среде при температурах, превышающих границы термической стабильности обычных текстильных волокон. Термостойкие волокна пригодны для длительной эксплуатации при 250-350^oС. Важные преимущества термостойких волокон перед неорганическими волокнами (асбестовыми, стеклянными, металлическими) высокая эластичность и небольшая плотность. Способ изготовления электропроводной резистивной комплексной нити, обеспечивающий в соответствии с заявленным изобретением достижение указанного выше технического результата, во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, может быть охарактеризован следующей совокупностью признаков. Способ заключается в том, что готовят раствор термостойкого волокнообразующего полимера, в который добавляют при перемешивании технический углерод. Затем осуществляют диспергирование технического углерода и получение коллоидного раствора, в который дополнительно вводят растворитель для снижения концентрации термостойкого волокнообразующего полимера до уровня 6-7%. Затем вводят коллоидный графит и осуществляют его диспергирование в коллоидном растворе. Из полученного прядильного раствора формуют углеродсодержащие волокна по сухомокрому способу. Кроме того, в частном случае реализации изобретения первоначально готовят раствор с концентрацией термостойкого волокнообразующего полимера 16%. Кроме того, в частном случае реализации изобретения вводят коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм. Кроме того, в частном случае реализации изобретения формуют углеродсодержащие волокна с получением филаментов, имеющих линейную плотность от 0,8 до 1,0 текс. Кроме того, в частном случае реализации изобретения диспергирование углеродных наполнителей проводят методом высокочастотной пульсации интенсивного гидродинамического потока при скорости вращения ротора 10000-12000 об/мин и давлении 0,16-0,22 МПа. Кроме того, в частном случае реализации изобретения из филаментов углеродсодержащего волокна изготавливают пряжу линейной плотности 15-25 текс с круткой от 150 до 180 кручений на метр. Кроме того, в частном случае реализации изобретения пряжу из углеродсодержащего волокна путем крутки перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить линейной плотности 40-80 текс, имеющую от 90 до 100 кручений на метр. Возможность осуществления каждого изобретения, охарактеризованного приведенными выше совокупностями признаков, а также возможность реализации назначений изобретения заявленной группы может быть подтверждена описанием конструкции электропроводной резистивной комплексной нити, выполненной в соответствии с заявленным изобретением и примером реализации заявленным способа изготовления этой нити. Согласно изобретению электропроводная резистивная комплексная нить представляет собой структуру «полимер — углеродсодержащий наполнитель», где в качестве «полимера» используют термостойкие волокнообразующие полимеры, а в качестве «углеродсодержащего наполнителя» используют технический углерод, полученный из ацетилена, и коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм. Для изготовления электропроводной резистивной нити в качестве полимера используют такие термостойкие волокнообразующие полимеры, как поли-m-фениленизофталамид, поли-n-фенилентерефталамид и поли-n-бензамид. Поли-m-фениленизофталамид представляет собой полимер, имеющий молекулярную массу 40-60 тысяч, плотность 1,33 г/см³, температуру размягчения 270^oС, температуру плавления 430^oС, температуру эксплуатации от -100 до +250^oС, растворимый в амидных растворителях, концентрированной H₂SО₄ и хлорсульфоновой кислоте. Нерастворим в воде, концентрированной НС1, 40% водном растворе КОН. Получают поликонденсацией m-фенилендиамина с изофталоилхлоридом. Находит применение в производстве термостойких, высокопрочных конструкционных и электроизоляционных пластмасс, волокон, лаков и др. Поли-n-фенилентерефталамид представляет собой полимер, имеющий молекулярную массу 20-60 тысяч, плотность 1,43 г/см³, температуру размягчения 520^oС, температуру плавления 600^oС, температуру эксплуатации от -150 до +350^oС, растворимый в концентрированной H₂SО₄, хлорсульфоновой и метансульфоновой кислотах, практически нерастворимый в органических растворителях. Получают поликонденсацией n-фенилендиамина с терефталоилхлоридом в амидных растворителях. Находит применение в производстве термостойких волокон. Поли-n-бензамид представляет собой термопластичный полимер, имеющий молекулярную массу 10-20 тысяч, плотность 1,43 г/см³, температуру плавления 560″С, температуру эксплуатации от -150 до +300^oС, растворимый в концентрированных минеральных кислотах, метилсерной и хлорсульфоновой кислотах, диметилацетамиде, тетраметиленсульфоне, нерастворим в воде, спиртах, эфирах. Получают низкотемпературной поликонденсацией хлорангидрида n-аминобензойной кислоты. Находит применение в производстве термостойких волокон. Из широкой гаммы существующих марок технического углерода наиболее эффективное влияние на электрические характеристики полимерного резистивного материала нити оказывает технический углерод марки А 144-Э (ТУ 14-106-357-90. Углерод технический элементный А144-Э), полученный в процессе термического разложения ацетилена при высоком давлении (взрывной процесс) и применяемый при изготовлении химических источников тока, магнитных носителей информации, полимерных и резинотехнических композиций. Технический углерод, получаемый из ацетилена, имеет низкую зольность (не более 0,07%), высокую массовую долю чистого углерода (не менее 99,75%) и высокую удельную поверхность (140-160 м²/г). Вторым компонентом углеродсодержащего наполнителя электропроводной резистивной нити является коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм. Основное применение коллоидного графита — это получение коллоидно-графитовых препаратов, используемых в качестве смазки, а также они нашли применение в качестве электропроводящего покрытия электронно-лучевых трубок и магнитных лент. Особое преимущество коллоидного графита заключается в его способности обеспечивать стабильную электрическую проводимость, то есть обеспечивать стабильность линейного электрического сопротивления электропроводной резистивной нити. Линейное электрическое сопротивление электропроводной нити зависит от компонентного состава и соотношения компонентов. Исследования по оптимизации состава полимерной углеродсодержащей композиции показали, что для получения электропроводной резистивной нити с линейным электрическим сопротивлением 0,2-180 кОм/м требуется: — во-первых, соблюдать массовое отношение технического углерода, полученного из ацетилена, и коллоидного графита в пределах от 1:0,1 до 1:1 соответственно, так как при снижении концентрации коллоидного графита ниже указанной величины сопротивление электропроводной нити возрастает выше допустимого значения, и оно становится нестабильным по ее длине, а увеличение концентрации коллоидного графита выше указанного значения снижает физико-механические характеристики электропроводной нити; — во-вторых, соблюдать массовое отношение термостойкого волокнообразующего полимера и углеродного наполнителя в пределах от 1:0,2 до 1:0,3 соответственно, так как снижение концентрации углеродного наполнителя ниже указанной величины приводит к повышению линейного электрического сопротивления электропроводной нити и делает ее непригодной для изготовления тканых нагревательных элементов, а повышение концентрации углеродного наполнителя выше указанной величины снижает физико-механические характеристики электропроводной нити и делает ее непригодной для изготовления ткани. Согласно изобретению способ изготовления электропроводной резистивной комплексной нити заключается в приготовлении 6-7% прядильного раствора волокнообразующего полимера, включающего углеродный наполнитель, состоящий из технического углерода и коллоидного графита, путем смешения компонентов и диспергирования частиц углеродного наполнителя с целью получения коллоидного раствора. Полученный раствор перерабатывают путем формования волокна по сухомокрому способу для получения филаментов углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 0,8-1 текс, из которых изготавливают пряжу линейной плотности 15-25 текс с круткой 150-180 кручений на метр, которую перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить линейной плотности 40-80 текс, имеющую 90-100 кручений на метр, с требуемым линейным электрическим сопротивлением. Технология получения электропроводной резистивной комплексной нити согласно изобретению включает следующие операции: — приготовление в смесителе 16% раствора термостойкого волокнообразующего полимера в соответствующем растворителе путем смешения компонентов; — смешение полученного раствора с заданным количеством техническим углеродом; — диспергирование частиц технического углерода до фракции менее 1 мкм в роторно-пульсационном смесителе методом высокочастотной пульсации интенсивного гидродинамического потока при скорости вращения ротора 10000-12000 об/мин и давлении 0,16-0,22 МПа; — введение в полученную суспензию соответствующего количества растворителя для приготовления прядильного раствора, имеющего концентрацию термостойкого волокнообразующего полимера на уровне 6-7%; — смешение полученного прядильного раствора с заданным количеством коллоидного графита, имеющим крупность частиц менее 1 мкм; — диспергирование частиц коллоидного графита в прядильный раствор в роторно-пульсационном смесителе при вышеуказанных условиях; — формование волокон из полученного коллоидного раствора по сухомокрому способу, когда раствор полимера (при необходимости подогретый), выходящий из фильеры, проходит сначала через воздушную прослойку толщиной 30-50 мм, а затем поступает в осадительную ванну, где в результате вымывания растворителя струйки прядильного раствора затвердевают, образуя элементарные волокна (филаменты) в виде гелеобразных нитей, пучок которых принимают на вращающийся диск и подвергают с целью упрочнения ориентационному вытягиванию в 1,5-2 раза, промывке водой, сушке, термофиксации и намотке на веретено. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 0,8-1 текс;
— изготовление пряжи с линейной плотностью 15-25 текс путем кручения пучка филаментов углеродсодержащего волокна и намотку пряжи на бобины;
— изготовление электропроводной резистивной комплексной нити с линейной плотностью 40-80 текс путем кручения нитей пряжи в 2-5 сложений для получения нити с требуемым линейным электрическим сопротивлением. Использование 6-7% прядильного раствора термостойкого волокнообразующего полимера обусловлено тем, что после введения в него углеродсодержащего наполнителя он должен иметь оптимальную вязкость и сохранять прядильные свойства. При концентрации полимера в растворе более 7% его вязкость повышается выше допустимого значения после введения в раствор углеродного наполнителя, что затрудняет процесс формования волокна. При концентрации полимера в растворе менее 6% повышается обрывность филаментов в процессе формования волокна. Получение филаментов углеродсодержащего волокна с линейной плотностью в диапазоне 0,8-1 текс снижает обрывность комплексной нити при кручении и ткачестве, что обусловлено большей выносливостью нити при многократном растяжении, повышенной стойкостью к истиранию и меньшим количеством внешних дефектов. Крутка оказывает большое влияние на основные механические свойства электропроводной резистивной комплексной нити. По мере повышения крутки комплексной нити до определенной величины — от 150 до 180 кручений на метр происходит увеличение ее разрывной нагрузки и относительной прочности за счет выравнивания степени растяжения, а с ней и напряжения филаментов, повышения одновременности их разрыва из-за возникших при кручении сил трения между ними. Более высокие значения крутки данной комплексной нити приводят к снижению данных показателей, что является следствием перенапряжения филаментов, деформированных при крутке, их неравномерного натяжения и возрастания неодновременности разрыва, что особенно проявляется в случае более толстых филаментов, поскольку при кручении в них возникают большие напряжения, чем в тонких. Окончательная крутка при изготовлении электропроводной резистивной комплексной нити в пределах 90-100 кручений на метр производится с целью получения нити с требуемым линейным электрическим сопротивлением в пределах 0,2-180 кОм/м путем 2-5-кратного сложения нитей с линейной плотностью 15-25 текс. При этом повышается стабильность линейного электрического сопротивления, колебания которого по длине нити не превышают 0,25 кОм/м. Кроме того, повторная крутка позволяет также повысить качество комплексной нити за счет снятия напряжений, возникших в нити при первой крутке, что снижает ее обрывность в процессе ткачества. Таким образом, предлагаемая электропроводная резистивная комплексная нить и способ ее изготовления позволяют решить поставленные задачи, а именно:
— повысить по длине нити стабильность линейного электрического сопротивления, колебания которого не превышают 0,25 кОм/м;
— расширить диапазон рабочей температуры электропроводной резистивной комплексной нити и нагревательной ткани на ее основе до +250-350^oС в зависимости от свойств волокнообразующего полимера;
— упростить производство электропроводной резистивной комплексной нити за счет ее непосредственного получения из раствора волокнообразующего углеродсодержащего полимера. Возможность осуществления заявленного способа изготовления электропроводной резистивной комплексной нити подтверждается следующими примерами его реализации. Пример 1
100 мас. ч. поли-n-бензамида растворяют при перемешивании в 525 мас.ч. диметилацетамида, содержащем 3,5% LiCl. В полученный раствор полимера добавляют 18 мас.ч. технического углерода, полученного из ацетилена, смесь перемешивают и диспергируют частицы технического углерода до крупности менее 1 мкм, после чего добавляют 803 мас. ч. диметилацетамида, содержащего 3,5% LiCl, и при перемешивании вводят 2 мас.ч. коллоидного графита с размером частиц менее 1 мкм, которые диспергируют в полученном прядильном растворе. Из полученного прядильного раствора поли-n-бензамида, содержащего углеродный наполнитель, формуют волокно по сухомокрому способу, пропуская раствор через отверстия фильеры и далее через воздушную прослойку толщиной 50 мм между донышком фильеры и зеркалом осадительной ванны, заполненной водой, где в результате вымывания растворителя происходит коагуляция полимера с образованием элементарных волокон, которые на выходе из ванны принимают на вращающийся диск и подвергают ориентационному вытягиванию в 1,5 раза, промывают водой, сушат, подвергают термообработке и наматывают на веретено. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 0,8 текс. Изготовление пряжи осуществляют путем кручения 25 филаментов углеродсодержащего волокна с величиной крутки 180 кручений на метр и получают нить с линейной плотностью 20 текс, которую путем 2-кратного сложения и кручения с величиной крутки 100 кручений на метр перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить с линейной плотностью 40 текс, характеристика которой представлена в Таблице. Пример 2
Аналогично Примеру 1 изготавливают прядильный раствор и пряжу из него, но электропроводную резистивную комплексную нить получают путем 3- кратного сложения нити пряжи и ее кручения с величиной крутки 90 кручений на метр. В результате получают нить с линейной плотностью 60 текс, характеристика которой представлена в Таблице. Пример 3
100 мас. ч. поли-n-бензамида растворяют при перемешивании в 525 мас.ч. диметилацетамида, содержащем 3,4% LiCl. В полученный раствор полимера добавляют 16,7 мас.ч. технического углерода, полученного из ацетилена, смесь перемешивают и диспергируют частицы технического углерода до крупности менее 1 мкм, после чего добавляют 803 мас. ч. диметилацетамида, содержащего 3,4% LiCl, и при перемешивании вводят 13,3 мас.ч. коллоидного графита с размером частиц менее 1 мкм, которые диспергируют в полученном прядильном растворе. Из полученного прядильного раствора поли-n-бензамида, содержащего углеродный наполнитель, формуют волокно аналогично Примеру 1. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 0,9 текс. Изготовление пряжи осуществляют путем кручения 28 филаментов углеродсодержащего волокна с величиной крутки 150 кручений на метр и получают нить с линейной плотностью 25 текс, которую путем 2-кратного сложения и кручения с величиной крутки 90 кручений на метр перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить с линейной плотностью 50 текс, характеристика которой представлена в Таблице. Пример 4
100 мас. ч. поли-n-фенилентерефталамида растворяют при перемешивании в 525 мас. ч. концентрированной серной кислоты. В полученный раствор полимера добавляют 15 мас.ч. технического углерода, полученного из ацетилена, смесь перемешивают и диспергируют частицы технического углерода до крупности менее 1 мкм, после чего добавляют 913 мас.ч. концентрированной серной кислоты и при перемешивании вводят 15 мас.ч. коллоидного графита с размером частиц менее 1 мкм, которые диспергируют в полученном прядильном растворе. Из полученного прядильного раствора поли-n-фенилентерефталамида, содержащего углеродный наполнитель, формуют волокно аналогично Примеру 1. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 1,0 текс. Изготовление пряжи осуществляют путем кручения 20 филаментов углеродсодержащего волокна с величиной крутки 150 кручений на метр и получают нить с линейной плотностью 20 текс, которую путем 3-кратного сложения и кручения с величиной крутки 90 кручений на метр перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить с линейной плотностью 60 текс, характеристика которой представлена в Таблице. Пример 5
Аналогично Примеру 4 изготавливают прядильный раствор и пряжу из него, но электропроводную резистивную комплексную нить получают путем 4-кратного сложения нити пряжи и ее кручения с величиной крутки 90 кручений на метр. В результате получают нить с линейной плотностью 80 текс, характеристика которой представлена в Таблице. Пример 6
100 мас. ч. поли-n-фенилентерефталамида растворяют при перемешивании в 525 мас. ч. концентрированной серной кислоты. В полученный раствор полимера добавляют 16,7 мас.ч. технического углерода, полученного из ацетилена, смесь перемешивают и диспергируют частицы технического углерода до крупности менее 1 мкм, после чего добавляют 803 мас.ч. концентрированной серной кислоты и при перемешивании вводят 13,3 мас. ч. коллоидного графита с размером частиц менее 1 мкм, которые диспергируют в полученном прядильном растворе. Из полученного прядильного раствора формуют волокно аналогично Примеру 1. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 0,9 текс. Изготовление пряжи осуществляют путем кручения 28 филаментов углеродсодержащего волокна с величиной крутки 150 кручений на метр и получают нить с линейной плотностью 25 текс, которую путем 3-кратного сложения и кручения с величиной крутки 90 кручений на метр перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить с линейной плотностью 75 текс, характеристика которой представлена в Таблице. Пример 7
100 мас.ч. поли-m-фениленизофталамида растворяют при перемешивании в 525 частях концентрированной серной кислоты. В полученный раствор полимера добавляют 17 мас.ч. технического углерода, полученного из ацетилена, смесь перемешивают и диспергируют частицы технического углерода до крупности менее 1 мкм, после чего добавляют 995 мас.ч. концентрированной серной кислоты и при перемешивании вводят 8 мас.ч. коллоидного графита с размером частиц менее 1 мкм, которые диспергируют в полученном прядильном растворе. Из полученного прядильного раствора поли-m-фениленизофталамида, содержащего углеродный наполнитель, формуют волокно аналогично Примеру 1. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 1,0 текс. Изготовление пряжи осуществляют путем кручения 15 филаментов углеродсодержащего волокна с величиной крутки 160 кручений на метр и получают нить с линейной плотностью 15 текс, которую путем 3-кратного сложения и кручения с величиной крутки 100 кручений на метр перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить с линейной плотностью 45 текс, характеристика которой представлена в Таблице. Пример 8
Аналогично Примеру 7 изготавливают прядильный раствор и пряжу из него, но электропроводную резистивную комплексную нить получают путем 5-кратного сложения нити пряжи и ее кручения с величиной крутки 90 кручений на метр. В результате получают нить с линейной плотностью 75 текс, характеристика которой представлена в Таблице. Пример 9
100 мас.ч. поли-m-фениленизофталамида растворяют при перемешивании в 525 мас.ч. концентрированной серной кислоты. В полученный раствор полимера добавляют 15,6 мас.ч. технического углерода, полученного из ацетилена, смесь перемешивают и диспергируют частицы технического углерода до крупности менее 1 мкм, после чего добавляют 913 мас.ч. концентрированной серной кислоты и при перемешивании вводят 9,4 мас.ч. коллоидного графита с размером частиц менее 1 мкм, которые диспергируют в полученном прядильном растворе. Из полученного прядильного раствора поли-m-фениленизофталамида, содержащего углеродный наполнитель, формуют волокно аналогично Примеру 1. В результате получают филаменты углеродсодержащего волокна с линейной плотностью 0,8 текс. Изготовление пряжи осуществляют путем кручения 25 филаментов углеродсодержащего волокна с величиной крутки 170 кручений на метр и получают нить с линейной плотностью 20 текс, которую путем 2-кратного сложения и кручения с величиной крутки 100 кручений на метр перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить с линейной плотностью 40 текс, характеристика, которой представлена в Таблице. Пример 10
Аналогично примеру 9 изготавливают прядильный раствор и пряжу из него, но электропроводную резистивную комплексную нить получают путем 3-кратного сложения нити пряжи и ее кручения с величиной крутки 100 кручений на метр. В результате получают нить с линейной плотностью 60 текс, характеристика которой представлена в Таблице. В таблице представлены также характеристики электропроводной резистивной нити, полученной согласно прототипу (US 4983814). Из представленных данных видно, что электропроводная резистивная комплексная нить, полученная согласно изобретению при сопоставимых значениях по линейному электрическому сопротивлению с электропроводными резистивными нитями, полученными согласно прототипу, имеет наименьшие отклонения линейного электрического сопротивления по длине нити. Относительные колебания по линейному электрическому сопротивлению от 3,3 до 62 раз ниже, чем в известных технических решениях. Из Таблицы также видно, что температура эксплуатации электропроводной резистивной комплексной нити, полученной согласно изобретению, на 100-200^oС выше, чем у электропроводных резистивных нитей, полученных согласно прототипу. Способ изготовления электропроводной резистивной комплексной нити согласно изобретению позволяет упростить технологию производства за счет ее непосредственного получения из раствора волокнообразующего углеродсодержащего полимера, что исключает операции изготовления нити «ядра» и нанесения «оболочки» на «ядро». Данные результаты достигнуты благодаря использованию при изготовлении электропроводной резистивной комплексной нити термостойких волокнообразующих полимеров, содержащих более низкую концентрацию углеродного наполнителя, включающего технический углерод, полученный из ацетилена, и коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм, что позволяет приготовить коллоидный прядильный раствор полимера с углеродным наполнителем, способный к формованию волокон с более равномерным распределением углеродного наполнителя в структуре волокна, а это в свою очередь приводит к повышению стабильности линейного электрического сопротивления по длине нити; определенному соотношению компонентов в углеродном наполнителе и углеродного наполнителя с полимерным материалом; возможности регулирования линейного электрического сопротивления электропроводной комплексной нити в широком диапазоне путем крутки филаментов углеродсодержатцего волокна для получения нити пряжи с определенной линейной плотностью, способной перерабатываться в текстильном производстве, для изготовления из нее путем сложения и крутки электропроводной резистивной комплексной нити с требуемым линейным электрическим сопротивлением. Описанная выше конструкция электропроводной резистивной комплексной нити, выполненной в соответствии с заявленным изобретением и примером реализации заявленного способа ее изготовления, доказывает возможность реализации назначения каждого изобретения заявленной группы изобретений и возможность достижения указанного выше технического результата, но при этом не исчерпывает всех возможностей осуществления изобретений, охарактеризованных совокупностями признаков, приведенными в формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Электропроводная резистивная нить для тканых нагревательных элементов, состоящая из синтетического волокна и углеродного наполнителя, который содержит технический углерод и графит, при этом синтетическое волокно представляет собой термостойкое волокно, полученное из поли-m-фениленизофталамида, или поли-n-фенилентерефталамида, или поли-n-бензамида, а наполнитель распределен в указанном синтетическом волокне, при этом массовое соотношение синтетического волокна и наполнителя находится в пределах от 1:0,2 до 1:0,3. 2. Нить по п.1, характеризующаяся тем, что углеродный наполнитель содержит технический углерод, полученный из ацетилена, и коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм, при том массовое соотношение технического углерода и коллоидного графита находится в пределах от 1:0,1 до 1:1. 3. Нить по п.1 или 2, характеризующаяся тем, что выполнена в виде крученой комплексной нити из филаментов синтетического волокна с углеродным наполнителем. 4. Нить по п.1 или 2, характеризующаяся тем, что наполнитель равномерно распределен по всей толщине синтетического волокна. 5. Способ изготовления электропроводной резистивной комплексной нити, заключающийся в том, что готовят раствор термостойкого волокнообразующего полимера, в который добавляют при перемешивании технический углерод, а затем осуществляют диспергирование технического углерода и получение коллоидного раствора, в который дополнительно вводят растворитель для снижения концентрации термостойкого волокнообразующего полимера до уровня 6-7%, затем вводят коллоидный графит и осуществляют его диспергирование в коллоидном растворе, из полученного прядильного раствора формуют углеродсодержащие волокна по сухо-мокрому способу. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что первоначально готовят раствор с концентрацией термостойкого волокнообразующего полимера 16%. 7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что вводят коллоидный графит с размером частиц менее 1 мкм. 8. Способ по одному из пп.5-7, отличающийся тем, что формуют углеродсодержащие волокна с получением филаментов, имеющих линейную плотность от 0,8 до 1,0 текс. 9. Способ по одному из пп.5-8, отличающийся тем, что диспергирование углеродных наполнителей проводят методом высокочастотной пульсации интенсивного гидродинамического потока при скорости вращения ротора 10000-12000 об/мин и давлении 0,16-0,22 МПа. 10. Способ по одному из пп.5-9, отличающийся тем, что из филаментов углеродсодержащего волокна изготавливают пряжу линейной плотности 15-25 текс с круткой 150-180 кручений на метр. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что пряжу из углеродсодержащего волокна путем крутки перерабатывают в электропроводную резистивную комплексную нить линейной плотности 40-80 текс, имеющую 90-100 кручений на метр.

РИСУНКИ

Рисунок 1

состав, применение и свойства нихрома; производство проволоки

Выносливый материал применяют во всех сферах деятельности. Обладая устойчивыми и повышенными характеристиками пластичности, твёрдости, высокими температурными сопротивлениями, стойкости к окисляемости, даёт возможность широкого применения во всех областях промышленности, а также в быту.

Изготовление нихромовой проволоки

Нихром — это сплав двух металлов: никеля и хрома. Дополняется добавками: железом, алюминием, фосфором и серой для достижения требуемого качества. Бывает разных марок в зависимости от составляющих.

Из сплавов на основе нихрома, ферронихрома и фехраль производят проволоку методом вытягивания под давлением. Технология протяжки проходит без дополнительного подогрева заготовок. Для того чтобы проволока была мягкой, ее подвергают обжигу в термических печах и охлаждают естественным путем. Устанавливается регламент по качеству ГОСТами. Хром придаёт прочность и твёрдость, никель — пластичность. От количества никеля в сплаве зависит температура. Максимальная температура 1300 градусов.

В промышленной отрасли больше применяются две марки:

Х20Н80 и Х15Н60;

Х20Н80 — Х ­- хром, 20 — наличие хрома в процентах; Н — никель, 80 процентов содержание никеля.

Этот материал используют в изготовлении электронагревательных и резистивных элементов и промышленных электронагревательных приборов, в лабораториях, печах, в изделиях домашнего обихода, аппаратах теплового действия.

Высокая сопротивляемость электрическому току даёт возможность уменьшить вес и размеры электронагревателей. Чем толще проволока, тем больше теплоотдача. При нагревании до максимальной температуры металл остаётся в неизменной форме, не теряет свои качества. Сплав не поддаётся коррозии, ржавчине; устойчив к агрессивным средам.

Достоинства нихрома

К главным преимуществам можно отнести:

1. высокое электрическое сопротивление;
2. высокая жаростойкость и жаропрочность;
3. отличные механические свойства;
4. пластичность и свариваемость, даёт лёгкую обработку изделия;
5. устойчивость к деформации под действием высокого давления при температуре выше 400 °C;
6. относится к немагнитным материалам.

Недостатки материала

Помимо достоинств, металл имеет и свои минусы:

1. высокая стоимость;
2. нагревательная температура недостаточная, в других сплавах она значительно выше.

Приобретение и выбор

Продают готовые изделия с различными намотками. Нить исполнена в виде проволоки, ленты, фольги.

Для приобретения проволоки можно сделать заказ в ведомстве по изготовлению металлопроката. Достаточно уточнить телефон и позвонить. Интернет предоставит все доступные сведения. Рассмотрим другие варианты приобретения проволоки:

• магазины, специализирующиеся на нагревательных элементах;
• магазины, торгующие хозяйственными товарами;
• на рынке;
• в своём доме из старых электронагревательных приборов.

Широкое применение нашла нихромовая нить в медицине. Имеет свойства не окисляться, используется при пластических операциях, в хирургии при внутриполостных действиях.

Изделия получили применение в фармакологических институтах, исследовательских лабораториях. При станковой фигурной резке из нихрома изготавливают струны. В домашнем обиходе изготавливают струнные приспособления для нарезки деревянных фигурок. Дома с наличниками, имеющие красивый старинный орнамент, выполнены такими самодельными струнными инструментами из нихромовых нитей.

В домашних приборах

Источниками нихромовой нити могут стать вышедшие из применения домашние электронагревательные приборы, такие как:

1. Фен;
2. Электрощипцы для завивки волос;
3. Спираль электроплитки;
4. Электропаяльник;
5. Лампочка (лампочка Ильича).
6. Электронагревательные элементы микроволновки;
7. Печь электрическая, плита и в духовка;
8. Обогреватель;
9. Нагревательный элемент стиральной машинки.

Обращаем внимание на маркировку при выборе:

• Н — товар для нагревательных элементов;
• С — материал повышенного сопротивления;
• ТЭН­­ — трубчатые электронагреватели.

Чтобы узнать, точно ли элемент состоит из нихрома, достаточно проверить это с помощью обычного магнита: нихром притягивается к магниту. Если же притяжения нет, деталь, скорее всего, выполнена из иного сплава.