Введение к работе
Актуальность темы. К наиболее перспективным наполнителям для создания полимерных композиционных материалов (ПКМ), эксплуатируемых в условиях высоких нагрузок, относятся углеродные волокна (УВ) УВ обладают уникальным комплексом свойств (высокая прочность и модуль упругости, стабильность размеров, стойкость к коррозии, низкая плотность), который предопределил их применение в различных отраслях промышленности, в том числе производстве нагревательных элементов (НЭ) В последние годы НЭ на основе полимеров, содержащих наполнитель в виде углеродных электропроводящих тканей, волокон и нитей, составляют серьезную конкуренцию традиционным нагревательным элементам на основе сплавов никеля и хрома, порошкообразных графитов и сажи Их достоинствами являются малая тепловая инерция, высокая равномерность теплового поля на большой площади, возможность обогрева изделий сложной конфигурации, а недостатками - низкая изгибоустойчивость и трудность изготовления хороших электрических контактов Решение проблем, связанных с устранением этих недостатков, определяет актуальность выбранного направления диссертационной работы
Цель настоящей работы - разработка технологических принципов создания композиционных нагревательных элементов с высокими эксплуатационными характеристиками и надежными контактами на основе углеродных волокон
Для достижения поставленной цели в задачи исследований входило
анализ свойств применяемых материалов,
изучение особенности модификации УВ смесью силиконового герметика и клея на основе метилметакрилата в качестве пропиточного состава, их влияние на прочностные и электрические характеристики ПКМ,
исследование физико-механических показателей и закономерности поведения углеродного волокнистого нагревателя (УВН) под воздействием температурно-электрических полей,
определение технологических параметров нанесения металлических покрытий на углеродные волокнистые композиты (УВК),
изучение физико-механических, химических и электрических свойств медного покрытия на УВК,
исследование структурно-фазовых превращений при электроосаждении меди на УВК
Научная новизна выполненной работы состоит в следующем
- установлено наличие специфической структуры УВК с термостойкими
свойствами из смеси силиконового герметика и клея на основе метилме
такрилата, подтвержденное методами инфракрасной спектроскопии и тер
могравиметрического анализа,
доказана взаимосвязь механизма разрушения углеродных волокнистых композитов с соотношением компонентов в его составе,
определен механизм проводимости электрического тока по углеродным волокнистым композитам, как по углеродному волокну, так и за счет контактов между волокнами,
установлена эффективность использования в качестве электроизоляционного основания базальтовой ткани, исключающая перегрев нагревательного устройства, как в процессе эксплуатации, так и в случае замыкания электрической цепи,
определены параметры металлизации углеродных волокнистых композитов гальваническим электроосаждением меди- время электролиза 5 минут при плотности тока 40-60 мА/см2,
установлен предполагаемый химизм электрохимического осаждения меди на поверхность углеродного волокнистого композита Происходит образование двух различных по составу поверхностных фаз в соответствии с постадийным разрядом ионов меди В поверхностных слоях углеродного волокнистого композита протекает реакция интеркалирования, сопровождающаяся образованием слоистых соединений графита
Практическая значимость работы заключается в том, что
разработана технология нагревательных элементов на основе однонаправленных ПКМ на основе УВ и смеси полимерных связующих, выбор компонентов связующего обусловлен требованиями обеспечения высоких электроизоляционных свойств и температурной стойкости при повышенных прочностных характеристиках,
разработаны режимы получения надежных электрических контактов с низким переходным сопротивлением путем металлизации поверхности ПКМ методом электрохимического осаждения меди,
определены эксплуатационные характеристики УВН в условиях темпера-турно-электрического воздействия и многократных деформаций
На защиту выносятся:
технология получения углеродных волокнистых нагревателей с высокими физико-механическими свойствами,
механизм электропроводимости по углеродным волокнистым нагревателям под действием механических нагрузок, вплоть до разрушающих,
способ получения высокопрочных контактов методом электрохимического осаждения, обеспечивающий инеркалирование меди в структуру графита,
экспериментально-теоретические исследования по организации технологического процесса получения углеродных волокнистых нагревателей
Апробация результатов работы. Результаты работы были доложены на Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы Альтернативные технологии Переработка Применение Экология Композит - 2004» (Саратов, 2004), Международном
симпозиуме восточно-азиатских стран по полимерным композиционным материалам и передовым технологиям «Композиты XXI века» (Саратов, 2005)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 3 статьи в центральной печати, а также решение о выдаче патента на изобретение.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической части и двух глав с результатами эксперимента, практических рекомендаций, общих выводов и списка использованной литературы
