Резистивный материал на основе углероднаполненного полиуретана

• Автор: Мелентьев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 159 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1 Полимерные композиционные резистивные материалы, свойства

и применение

1.1 Выбор токопроводящих наполнителей и связующих

для композиционных резистивных материалов

1.2 Использование композиционных резистивных материалов

в нагревателях элементов технологического оборудования

1.2.1 Греющие плиты прессов и сушильных шкафов

1.2.2 Нагреватели гальванических и масляных ванн

1.2.3 Греющие щиты термоактивных опалубок

Выводы к разделу
2 Характеристика компонентов, методы получения и исследования композиционных резистивных материалов
2.1 Углеродсодержагцие проводящие материалы
2.1.1 Технический углерод
2.1.2 Графит
2.2 Полиуретан
2.3 Методика изготовления лабораторных образцов
2.4 Методы исследования
2.5 Статистическая обработка результатов измерений
3 Изучение состава, структуры и свойств резистивных материалов
на основе углероднаполненного полиуретана
3.1 Смачиваемость углеродных наполнителей полиуретаном
3.2 Структурно-морфологические свойства
3.3 Структурно-фазовые превращения при термообработке полиуретановых покрытий
3.4 Механические свойства
3.5 Электрофизические свойства
Выводы к разделу

4 Технология нанесения и эксплуатационные характеристики греющих покрытий из резистивного материала
на основе углероднаполненного полиуретана
4.1 Технологический процесс формирования резистивного материала на металлических поверхностях элементов технологического оборудования
4.2 Эксплуатационные характеристики греющих покрытий
из композиционного резистивного материала
Выводы к разделу
Заключение
Список литературы
Приложение А. Исследование электромагнитного отклика и спектров комплексной диэлектрической проницаемости композиционного
резистивного материала на основе полиуретана
Приложение Б. Документы об использовании результатов
диссертационной работы

Введение
Актуальность темы исследования. Развитие машиностроительной отрасли неразрывно связано с разработкой новых композиционных материалов. К ним относятся, в частности, резистивные материалы, наносимые в виде греющих покрытий на элементы конструкций технологического оборудования для промышленности и строительства, например греющих плит прессов и сушильных шкафов, стенок гальванических и масляных ванн, трубопроводов с электрообогревом, металлических щитов термоактивных опалубок и пр. Создание таких материалов является актуальной проблемой, обусловленной отсутствием у известных греющих покрытий комплекса таких характеристик, как стабильность электрического сопротивления в длительном временном интервале, высокая адгезионная прочность, равномерное распределение температуры по поверхности и др.
Одним из путей решения указанной проблемы может стать создание композиционного резистивного материала, содержащего полиуретан и токопроводящие углеродные частицы. Наряду с химической стойкостью, гидрофобностью, прочностью, полиуретаны имеют высокую эластичность и адгезию практически ко всем известным материалам, обладают ударостойкостью, устойчивостью к износу, газонепроницаемостью, работоспособностью в условиях повышенной влажности в широком температурном интервале от -60 до 130 °С без существенного ухудшения механических свойств и выделения в атмосферу вредных примесей.
В связи с этим возникает необходимость исследования составов, структуры и свойств резистивного материала на основе углероднаполненного полиуретана для греющих покрытий элементов конструкций технологического оборудования.
Актуальность таких исследований подтверждается выполнением г/к № 14.740.11. 1248 ФЦП на 2009-2013 годы «Проведение научных исследований целевыми аспирантами», проекта № 11-08-98014 РФФИ, государственного задания Минобрнауки России № 2014/223, код проекта 1368, а также стипендией Президента РФ СП-5397. 2013.1.

ных смол, наполненных графитом [141]. Низкая адгезионная прочность покрытий на основе этих материалов приводила к их значительным повреждениям, что сокращало число оборотов опалубки. Процесс формирования покрытий на основе фенолформальдегидных и эпоксидных смол весьма сложен, а сами покрытия дороги [141]. По этим причинам данные греющие материалы оказались не эффективными для применения.
В работе [142] описан греющий резистивный композиционный материал, содержащий портландцемент, технический углерод, диэлектрический наполнитель, сульфированный нафталинформальдегидный олигомер и воду. Достоинством этого материала является простота технологии, дешевизна исходных материалов. Однако, хотя добавка сульфированного нафталинформальдегидного олигомера повышает плотность, однородность смеси и в какой-то степени стабилизирует удельное электрическое сопротивление, данный резистивный материал имеет нестабильное сопротивление, высокое водопоглощение и переменные параметры.
Разработана композиция [143], которая содержит токопроводящую фазу из оксида цинка, технического углерода, баритового концентрата и связующее на основе стеарина, хлоропренового каучука, бутилкаучука, гексахлор-п-ксилола и п-трет-алкилформальдегидной смолы, причем она дополнительно содержит двуокись кремния и мелкодисперсный селен [143]. Используемый в этом композиционном резистивном материале в качестве связующего высокотемпературный бу-тилкаучук БК-2045 по своим физико-механическим показателям не позволяет получить равномерное распределение технического углерода по всему объему токопроводящего слоя. Поэтому в готовом изделии появляются места локального перегрева, что не позволяет добиться равномерного нагрева по всей площади электрообогревателя и, кроме того, приводит к значительному сокращению срока его службы. Недостатком данного материала является и то, что бутилкаучук БК-2045 относится к дорогостоящим и дефицитным компонентам.
В работе [144] предложен композиционный резистивный материал, включающий токопроводящую фазу на основе дисперсного технического углерода