Разработка опытного образца электронагревателя с саморегулированием температуры на основе эластомеров, модифицированных углеродными наноструктурами

Весомым фактором развития экономики РФ является создание новых технологий, обладающих высокой энергоэффективностью, энергосбережением и экологичностью для различных сфер жизнедеятельности человека. Большой потенциал для энерго- и ресурсосбережения находится в области систем управляемого электронагрева для сушильного оборудования, систем обогрева помещений, для аппаратов химической и пищевой промышленности, систем обогрева ДВС в условиях отрицательных температур и др. Следовательно, разработка, совершенствование и внедрение новых технологий электронагрева является актуальным направлением на сегодняшний день. При этом наиболее известными материалами для электронагревателей являются сплавы тугоплавких металлов, керамика и набирающих всё большую популярность композиционные полимерные материалы. PTC-нагреватели (positive temperature coefficient) или нагреватели с положительными температурным коэффициентом, находит широкое применение для саморегулируемых систем электронагрева в заданных режимах. Однако использование в качестве активных элементов керамических элементов легированных барием имеет существенные недостатки, а именно, очень хрупкие, т.е. неустойчивы к механическому воздействию, трудноостанавливаемые на различные системы нагрева, что удорожает технологию, следует также отметить, что тепловой контакт керамических элементов не устойчив к резким перепадам температур и агрессивным условиям в целом. В этой связи, наиболее востребованными являются нагреватели на основе эластомеров, модифицированные углеродными наноструктурами, с эффектом саморегулирования температуры. Применение эластомеров в качестве основы (матрицы) для электронагревателей, имеет целый ряд существенных преимуществ, это в первую очередь связано с их высокой ударопрочностью и стойкостью к коррозионным процессам, гибкостью (эластичностью), что упрощает их монтаж. В качестве дисперсного наполнителя полимерных нагревателей используют электропроводящую сажу (технический углерод). Замена сажи другими углеродными наноструктурами позволяет существенно повысить мощность полимерных нагревателей, а также уменьшит удельный вес изготавливаемого изделия, в основном это касается полимерных матриц. В качестве эластомеров может быть использован каучук с полярными группами C-Cl и кремнийорганический компаунд с полярными Si-O cвязями. Тип композитной матрицы эластомера (каучук, кремнийорганический или полиуретановый компаунд) определяет свойства нагревателя, которым относятся: гибкость, термоустойчивость, равномерность распределения проводящих дисперсных наполнителей, а также свойства саморегулирования температуры. Многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ) оказывают комплексное влияние на матрицу эластомера, помимо изменения механических свойств, происходит увеличение электропроводности и теплопроводности, за счёт уменьшения порога перколяции, вызванная в свою очередь механоактивацией структуры МУНТ с помощью шаровой мельницы. В структуе МУНТ образуются дополнительные эффекты, эти дефекты действуют как активные центры для роста других электропроводящих материалов. При этом, МУНТ в эластомере равномерно распределяются, так как для рабочих режимов тепловыделений характерны поляризационные эффекты. В свою очередь поляризация эластомера имеет различный характер при различных концентрациях МУНТ. Распределение МУНТ в эластомере происходит с помощью ультразвукового и механического перемешивания. Синтез МУНТ может быть осуществлен с помощью микроволнового излучения с применением металлорганических катализаторов.