Саморегулируемый электронагреватель на основе эластомера, модифицированный многослойными углеродными нанотрубками

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.

саморегулируемый нагреватель, наномодифицированный композит, силиконовый каучук, многослойные углеродные нанотрубки, электропроводность.,

1. Wyzkiewicz I. et al. Self-regulating heater for microfluidic reactors // Sensor Actuat B-Chem. 2014. № 1 P. 893–896. doi: 10.1007/s11483–007–9043–6

2. Luo J. et al. Electrically conductive adhesives based on thermoplastic polyurethane filled with silver flakes and carbon nanotubes // Composites Science and Technology. 2016. № 129. P. 191–197. doi: 10.1016/j.compscitech.2016.04.026

3. Pajor-Swierzy A., Farraj Y., Kamyshny A., Magdassi S. Effect of carboxylic acids on conductivity of metallic films formed by inks based on copper@silver core-shell particles // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2017. № 522. P. 320–327. doi: 10.1016/j.colsurfa.2017.03.019

4. Лебедев С.М., Гефле О.С., Амитов Е.Т. Механические и реологические свойства новых электропроводящих полимерных материалов // Материалы и технологии новых поколений в современном материаловедении: сборник трудов Международной конференции с элементами научной школы для молодежи. 2015. С. 24-28.

5. Ларионов С.А., Деев И.С., Петрова Г.Н., Бейдер Э.Я. Влияние углеродных наполнителей на электрофизические, механические и реологические свойства полиэтилена // Труды ВИАМ. 2013. № 9. С.4.

6. Абдуллин М.И., Басыров А.А., Колтаев Н.В. и др. Токопроводящие полимерные композиции для 3D-печати // Бюллетень науки и практики. 2016. №4. С. 44–50.

7. Дороганов В.А. Перетокина Н.А., Дороганов Е.А., Евтушенко Е.И. и др. Исследование наномоди-фицированных вяжущих карбида кремния и композитов на их основе // Новые огнеупоры. 2016. №. 9. С. 44-47.

8. Чернышов Е.М., Славчева Г.С., Артамонова О.В. К концептуальным моделям управления сопротивлением разрушению наномодифицированных структур конгломератных строительных композитов // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2014. №. 3. С. 156-161.

9. Смирнов В.А., Королев Е.В., Данилов А.М., Круглова А.Н. Фрактальный анализ микроструктуры наномодифицированного композита // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2011. Т. 3. №. 5. С. 78-86.

10. Bhattacharya M. Polymer nanocomposites – a comparison between carbon nanotubes, graphene, and clay as nanofillers // Materials. 2016. V. 9. № 4. P. 262.