Способ изготовления электропроводящих нитей

Изобретение относится к области электротермии, а именно к производству электропроводящих нитей, которые могут быть использованы, в частности, для изготовления гибких нагревательных элементов.

Известен способ изготовления электропроводящих нитей линейной плотности от 200 до 400 текс [RU 2318931, C1, D01F 8/06, 10.03.2008], согласно которому формируют электропроводящую заготовку равномерным обкручиванием одной углеродной нити в качестве стержня двумя-четырьмя металлизированными нитями в различных направлениях с числом обкручиваний 5-20 витков на метр, а затем проводят дальнейшее обкручивание нитями Русар, имеющими большую разрывную нагрузку, с помощью обкруточного оборудования с числом обкручиваний от 260 до 370 витков на метр.

Недостатком этого способа является его относительно высокая сложность, обусловленная неоднократным обкручиванием углеродной нити.

Известен также способ изготовления углеродных волокон для композитных материалов, обладающих электропроводностью [RU 2615427, C1, D06M 11/83, 04.04.2017], включающий в себя следующие стадии:

a) создание углеродного волокна, состоящего из нитей углеродного волокна,

b) проведение процесса нанесения покрытия для осаждения металла в форме металлического покрытия на нити,

с) нанесение состава на основе по меньшей мере одного полимерного связующего на снабженные металлическим покрытием нити, причем данный состав содержит электропроводящие наночастицы.

Кроме того, отличительной особенностью этого способа является то, что, стадии а)-с) проводят последовательно в непрерывном процессе, стадия b) представляет собой процесс гальванизации, когда осаждаемый металл представляет собой медь, на стадии с) нанесение состава представляет собой стадию импрегнирования, на которой нити углеродного волокна импрегнируют водной дисперсией, содержащей электропроводящие наночастицы, а дисперсия дополнительно содержит, по меньшей мере, одну эпоксидную смолу и/или по меньшей мере одну полиуретановую смолу.

Недостатком этого способа также является его относительно высокая сложность, обусловленная, в частности, проведением процесса нанесения покрытия для осаждения металла в форме металлического покрытия на нити.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ изготовления электропроводящих нитей [RU 2161664, С1, D01F 8/06, 10.01.2001], заключающемся в том, что, наносят прядильный ацетоновый раствор волокнообразующего фторсодержащего полиолефина с заданным количеством печной сажи на волокна из поли-ε-капроамида, формируют комплексную нить "ядро - оболочка" в фильерном комплекте и удаляют растворитель в сушильной шахте, при этом, прядильный раствор сначала фильтруют на рамном фильтр-прессе, вводят печную сажу и диспергируют в роторно-пульсационном смесителе высокочастотной пульсацией интенсивного гидродинамического потока при температуре 20-25°С, скорости вращения ротора 700-1400 об/мин и давлении 0,8-1,0 кгс/см² до получения фракций печной сажи 0,5-1,0 мкм С последующим вакуумированием и формованием через фильеру с диаметром 0,9-1,1 мм, а удаление растворителя в сушильной шахте, куда противотоком поступает горячий воздух, производят при температуре 125-128°С и скорости протяжки нити 35-40 м/мин.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкая область применения, поскольку используемые режимы проведения операций способа не позволяют получить электропроводящие нити с высокими эксплуатационными характеристиками, что сужает арсенал технических средств, используемых для получения таких изделий.

Задачей изобретения является создание способа изготовления электропроводящих нитей с более высокими эксплуатационными характеристиками без усложнения процесса их изготовления и расширения на этой основе арсенала технических средств, используемых для изготовления электропроводящих нитей.

Требуемый технический результат заключается в расширении области применения способа с одновременным получением по предлагаемому способу электропроводящих нитей с более высокими эксплуатационными характеристиками без усложнения процесса их изготовления.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в способе, основанном на получении прядильного саженаполненного фторсодержащего ацетонового раствора, который диспергируют в пульсационно-роторном гомогенизаторе и затем наносят на нитевидное ядро в фильере с последующей сушкой горячим воздухом, согласно изобретению, саженаполненный фторсодержащий ацетоновый раствор получают в диссольвере, куда вначале заливают 2/3 расчетного количества ацетона, а затем при включенной мешалке засыпают расчетное количество фторопласта и заливают оставшуюся 1/3 часть расчетного количества ацетона с последующим перемешиванием полученной массы в течение 5 часов, после чего добавляют в диссольвер сажу в количестве 57,5% +- 2,5% от засыпанного расчетного количества фторопласта и продолжают перемешивание содержимого диссольвера в течение 3 часов, поддерживая комнатную температуру содержимого диссольвера, а затем саженаполненный фторсодержащий ацетоновый раствор, полученный в диссольвере, направляют в пульсационно-роторный гомогенизатор, в котором процесс интенсивного диспергирования осуществляют в течение 16 часов с поддержанием температуры в 45°С, после чего проводят его обезвоздушивание путем выстаивания в прядильных баках в течение 12 часов и нанесение саженаполненного фторсодержащего ацетонового раствора на нитевидное ядро в фильере, а полученную заготовку электропроводящей нити сушат горячим воздухом при температуре воздуха 120°С, который подают противотоком к ее движению из фильеры.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве нитевидного ядра используют полиамидную, полиэфирную, стеклянную или анидную нити.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, при нанесении саженаполненного фторсодержащего ацетонового раствора на нитевидное ядро используют фильеру-сопло с победитовой насадкой с диаметром выходного отверстия 0,9 мм для полиамидной и полиэфирной нитей, и 1,0 мм для стеклянной нити и анидной нити.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве сажи используют технический углерод (сажу печную) марки П-234, а в качестве фторопласта используют фторопласт 42В.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, перед начальной заливкой ацетона в диссольвер его продувают азотом с давлением 0,7 кгс/см².

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, расчетное количество ацетона составляет 340 кг, а расчетное количество фторопласта составляет 84 кг.

Пример реализации предложенного способа изготовления электропроводящих нитей.

Предварительно готовится прядильный саженаполненный раствор фторопласта в ацетоне. Для этого используется диссольвер, в который вначале из мерника подается 2/3 части расчетного количества ацетона. Перед заполнением диссольвер продувают азотом под давлением 0,7 кгс/см². При включенной мешалке с числом оборотов вала мешалки 1000 об/мин. засыпается расчетное количество фторопласта 42В и заливается оставшаяся часть 1/3 расчетного количества ацетона. Примером расчетного количества ацетона является 340 кг, а фторопласта - 84 кг.

После 5 часов растворения фторопласта в ацетоне в диссольвер добавляется сажа П-234 55-60% (57,5% +- 2,5%) от массы загруженного фторопласта. Смешение сажи с раствором фторопласта проводится 3 часа. При включении диссольвера производится охлаждение вала мешалки, а через 10 минут после загрузки сажи производится охлаждение всей массы с поддержанием ее температуры в пределах комнатной. Полученный таким образом раствор насосом НШ-150 подается в пульсационно-роторный гомогенизатор (ПРГ). За счет интенсивного процесса диспергирования в ПРГ повышается температура, поэтому перед подачей в него раствора включается система охлаждения, поддерживающая в нем температуру 45°С. Процесс диспергирования составляет 2 часа, после чего под давлением не более 2,5 кгс/см² полученный в ПРГ прядильный раствор подается в прядильные баки для обезвоздушивания, которое длится 12 часов.

Далее в фильерном комплекте производится нанесение прядильного обезвоздушенного раствора на нитевидное ядро, в качестве которого используют полиамидную, полиэфирную, стеклянную или анидную нити. Диаметр отверстия фильеры составляет 0,9 мм для полиамидной и полиэфирной нитей, и 1,0 мм для стеклянной и анидной нити. Нанесение прядильного обезвоздушенного раствора на нитевидное ядро производится при натяжении нитей, что обеспечивает равномерное нанесение прядильного обезвоздушенного раствора на нитевидное ядро и исключает разрывы на них прядильного раствора, что повышает качество целевого изделия.

При выходе из фильеры заготовка электропроводящей нити подается в шахту, где обдувается горячим воздухом с температурой 120°С. Горячий воздух подается противотоком по отношению к движущейся заготовке электропроводящей нити. Пары ацетона направляются по линии отсоса в установку для газоразрядно-каталитической очистки воздуха. После сушки полученная электропроводящая нить наматывается на прядильные бобины.

Таким образом, благодаря использованию оптимальных режимов осуществления отдельных операций способа, достигается требуемый технический результат, заключающийся в получении электропроводящих нитей с более высокими эксплуатационными характеристиками без усложнения процесса их изготовления, что обеспечивает расширение) области применения способа и арсенала технических средств, используемых для изготовления электропроводящих нитей.