аспирант, инженер, кафедра техники и технологии производства нанопродуктов, ул. Советская 106, г. Тамбов, 392000, Россия
graduate student, engineer, department of technology and technology of production of nanoproducts, Sovetskaya street 106, Tambov, 392000, Russia
к.т.н., доцент, кафедра техники и технологии производства нанопродуктов, ул. Советская 106, г. Тамбов, 392000, Россия
Cand. Sci. (Engin.), associate professor, department of technology and technology of production of nanoproducts, Sovetskaya street 106, Tambov, 392000, Russia
Обзор подходов к созданию материалов, в современной науке, для электронагрева позволяет сделать вывод о том, что исследование электропроводящих композитов базируется на применении эластомеров модифицированных наноразмерными углеродными материалами. При изготовлении электронагревателей главным свойством, которое повышает его характеристики, является саморегулирование температуры. Однако ученые, занимающиеся исследованиями электронгаревателей, сталкиваются с трудностями связанными с величиной питающего напряжения и мощности. В этой связи задачами работы являются: исследования характеристик модификаторов для наномодифицированных нагревателей; подбор модификатора, который лучшим образом диспергируется в эластомере, что обеспечит максимальное значение питающего напряжения и высокое значение удельной мощности нагревателя. Для создания электрического нагревателя в качестве эластомера использовали силиконовый каучук модифицированный углеродными нанотрубками. Описали методику изготовления наномодифицированного материала нагревательного элемента. В качестве электропроводящего модификатора использовали многослойные углеродные нанотрубки, которые синтезированы методом CVD. Перед модифицированием эластомеров углеродные нанотрубоки подвергали обработке на мельнице при частоте вращения рабочих лопастей 25 000 об/мин. Далее углеродные нанотрубки термически обрабатывали в печи до температуры 110 °С. После этого углеродные нанотрубки и эластомер смешивали с помощью смесительной машины типа BRABENDER, с последующим прессованием и получением пластин электронагревательного материала. Для обеспечения контакта нагревателя с источником питания использовали алюминиевую фольгу, которую вкладывали внутрь пуансонов перед прессованием. Исследовали электропроводность наномодифицированных материалов. Изготовили и описали установку для исследования электропроводности наномодифицированных материалов для эластичных нагревателей. На основе полученных результатов сделали вывод о целесообразности использования различных многослойных углеродных нанотрубок в качестве модификаторов эластомеров, которые, образовывая электропроводящие сети внутри эластомера способны к тепловыделению при подключении к электрическому напряжению. С помощью бесконтактного метода измерения температурного поля на поверхности электрического нагревателя получили термограммы. Температурное поле на поверхности электрического нагревателя имело равномерное распределение и стабилизировалось в определенное время после достижение теплового баланса с окружающей средой. На основе полученных данных сделали вывод о работоспособности нагревательного элемента, подключенного к сети переменного электрического тока с напряжением 220 В.
The review of modern approaches to the development of electric heating materials makes it possible to conclude that the studies of electrically conductive composites are based on using elastomers modified with nanoscale carbon materials. In the manufacturing of electric heaters, temperature self-regulation is the main property that increases their characteristics. However, researchers engaged in studying such heaters, face difficulties associated with the magnitude of supply voltage and power. In this regard, the tasks of the present work were as follows: to study the modifier characteristics for nanomodified heaters, and to select a modifier that is best dispersed in the elastomer, which will ensure the maximum magnitude of the supply voltage and the high value of the specific power of the heater. To develop an electric heater, silicone rubber modified with carbon nanotubes was used as an elastomer. The method for manufacturing the heating element nanomodified material was described. Multi-walled carbon nanotubes synthesized through the CVD method were employed as an electrically conductive modifier. Before modifying the elastomer, the carbon nanotubes were processed in a mill at a rotational speed of working blades of 25,000 rpm. Then, the nanotubes were thermally treated in a furnace until the temperature of 110 °C was reached. After that, the nanotubes and the elastomer were mixed using a BRABENDER mixer, followed by pressing and obtaining plates of the electric heating material. To ensure contact between the heater and the power source, aluminum foil, inserted into the punches before pressing, was used. The electrical conductivity of the elastic heater nanomodified material was studied using a setup (facility) constructed especially for that purpose. Based on the results obtained, a conclusion can be made on the expediency of using different multi-walled carbon nanotubes as elastomer modifiers, which form electrically conductive networks inside the elastomer and are capable of releasing heat when connected to an electrical voltage source. Employing a non-contact method of measuring the temperature field on the electric heater surface, thermograms were recorded. It was found that the temperature field is uniformly distributed on the heater surface and is stabilized at a certain time after achieving a thermal balance with the environment. From the data obtained, it can be concluded that the heating element connected to an alternating current network with a voltage of 220 V is efficient.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.