Электропроводный рулонный материал с углеродными нанотрубками

Область техники
Настоящая полезная модель относится к области строительства, а именно к кровельным материалам, и может быть использована в конструкции гидроизолированной кровли, адаптированной для проведения диагностики герметичности ее гидроизоляции электроискровым методом.
Уровень техники
5
Известно условно-токопроводящее основание, используемое для проведения диагностики герметичности гидроизоляции, раскрытое в патенте на изобретение РФ №2720344 (опубл. 29.04.2020). Под условно-токопроводящим основанием понимается основание из любого материала, модифицированное таким образом, чтобы быть использованным в качестве проводящего слоя. В качестве условно-токопроводящего основания могут быть использованы плитные и монолитные материалы с влажностью более 7% или теплоизоляционные и рулонные материалы с удельным электрическим сопротивлением менее 10 Ом·м. Плитный и монолитный материал может быть представлен цементно-стружечной плитой, характеризующейся влажностью более 7%. В частности, теплоизоляционный и рулонный материал может быть представлен композитным материалом на основе стекловолокна или стеклохолста.
Известно токопроводящее основание, раскрытое в патенте на полезную модель №201323 (опубл. 09.12.2020). Известное токопроводящее основание может быть выполнено из фольгированного гидрофобного материала, состоящего из спанбонда и алюминия.
Недостатком известных аналогов является их низкая долговечность вследствие использования металлов в электропроводном слое материала, характеризующихся сравнительно невысокой устойчивостью к агрессивным средам.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническая задача, положенная в основу настоящей полезной модели, заключается в расширении ассортимента кровельных материалов, позволяющих адаптировать поверхность кровли для проведения диагностики герметичности ее гидроизоляции электроискровым способом.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в обеспечении электропроводности рулонного материала, используемого в конструкции кровли в качестве токопроводящего основания.
Дополнительный технический результат - увеличение долговечности электропроводного рулонного материала, используемого в конструкции кровли в качестве токопроводящего основания.
2
2
В качестве полезной модели заявлен электропроводный рулонный материал, используемый в качестве токопроводящего основания внутри конструкции кровли. При этом электропроводный рулонный материал представлен рулонным материалом с плотностью от 20 до 150 г/м, имеющим тканую или сетчатую структуру, при этом рулонный материал обработан суспензией, содержащей углеродные нанотрубки и диспергент, таким образом, что удельное содержание суспензии углеродных нанотрубок на поверхности и в структуре рулонного материала составляет от 0,5 до 50 г/м.
В частности, углеродные нанотрубки на поверхности и в структуре электропроводного рулонного материала расположены хаотично.
В частности, углеродные нанотрубки на поверхности электропроводного рулонного материала расположены в среднем равномерно.
В частности, в качестве углеродных нанотрубок использованы одностенные углеродные нанотрубки.
В частности, в качестве углеродных нанотрубок использованы двустенные углеродные нанотрубки.
В частности, в качестве диспергента использован поливинилпирролидон.
В частности, суспензия углеродных нанотрубок приготовлена на водной или неорганической основе.
В частности, суспензия углеродных нанотрубок приготовлена на основе органических растворителей.
Использование предложенного электропроводного рулонного материала в качестве контрольного разделительного слоя в плоских кровлях позволяет обеспечить возможность инструментальной диагностики герметичности гидроизоляции инструментальными методами неразрушающего контроля, а именно, электроискровым методом, и исключить риск потери проводящих свойств материала в агрессивных щелочных средах, характерных для кровли.
По сравнению с токопроводящими основаниями, известными из уровня техники, предложенный электропроводный рулонный материал более устойчив к кислотным и щелочным средам, не подвержен коррозии, покрытию плесенью и гниению.
Предпочтительно в качестве исходного рулонного материала использовать тканый или нетканый материал, имеющий сетчатую структуру с размером ячеек много меньше размеров углеродных нанотрубок. Суспензия обеспечивает возможность проникновения углеродных нанотрубок в объем материала. Требованиям по структуре удовлетворяют следующие рулонные материалы: спанбонд, иглопробивной геотекстиль, стеклоткань, стеклохолст.
Помимо прочего, изготовление предложенного электропроводного рулонного материала требует меньших затрат, чем производство композиционных материалов с проводящим слоем из фольги (медной, алюминиевой и прочих металлов). При этом технология изготовления предложенного материала намного проще. Соответственно, стоимость предложенного рулонного материала ниже, чем стоимость фольгированных рулонных материалов, при этом его долговечность существенно выше в связи с тем, что в составе материала не использованы металлы, которые менее устойчивы к агрессивным средам в сравнении с предложенным рулонным материалом, полученным путем обработки суспензией углеродных нанотрубок исходного рулонного материала. Равномерное распределение нанотрубок на поверхности и в структуре рулонного материала позволяет добиться равномерного проявления положительного эффекта по всему объему материала. При этом выбор подходящего исходного рулонного материала для создания электропроводного рулонного материала можно осуществить исходя из предполагаемой среды эксплуатации.
2
2
2
2
Для использования в строительной отрасли, в частности, в конструкциях кровли, предпочтительна плотность рулонного материала от 20 до 150 г/м, т.к. рулонные материалы с плотностью менее 100 г/м широко используют при производстве дублирующих и армирующих слоев паро- и теплоизоляции, а также материалы с плотностью до 150 г/м можно использовать в качестве отдельного слоя кровельного пирога. Электропроводные рулонные материалы с плотностью более 150 г/м возможно использовать в составе кровли, но их создание экономически нецелесообразно, так как требует существенного усложнения технологии их производства и увеличения расхода углеродных нанотрубок. Кроме того, высокая плотность рулонного материала приведет к более существенному изменению массы кровли.
Осуществление полезной модели
Электропроводный рулонный материал изготавливают следующим образом.
2
Готовые углеродные нанотрубки одностенные и/или двустенные смешивают с диспергентом, например, с поливинилпирролидоном, на водной или неорганической основе, и диспергируют ультразвуком с помощью ультразвукового диспергатора, получая, таким образом, суспензию, содержащую нанотрубки. Далее эту суспензию наносят на поверхность базового рулонного материала, исходя из условия, чтобы на его поверхности углеродные нанотрубки располагались хаотично, но равномерно, в количестве от 0,5 до 50 г/м. Суспензия может быть нанесена путем пропитки базового рулонного материала, распыления на его поверхности аэрозоля, ультразвукового спрея, обработки аэрокистью или любым другим известным способом, подходящим для этих целей.
После высыхания рулонного материала углеродные нанотрубки распределенные в его структуре и на его поверхности формируют электропроводящую сеть, которая обеспечивает электропроводность рулонного материала.
Предложенный рулонный материал предназначен для использования в конструкции гидроизолированной кровли в качестве токопроводящего основания, поверх которого уложены и соединены гидроизолирующие листы. При диагностике гидроизоляции кровли между электропроводным рулонным материалом, к которому подключен дефектоскоп, и щупом дефектоскопа в месте дефекта возникает искровой пробой.
Возможность осуществления полезной модели подтверждена следующими примерами.
2
2
Пример 1. Одностенные и/или двустенные углеродные нанотрубки смешивают с поливинилпирролидоном в соотношении 50/50 масс.%. В эту смесь добавляют дистиллированную воду из расчета содержания нанотрубок в полученной смеси на уровне 0,2 масс.%. Полученную смесь диспергируют с использованием ультразвукового диспергатора. Полученную таким образом суспензию наносят на поверхность спанбонда методом пропитки из расчета расхода названной суспензии 5 - 25 мл на 1 м площади базового рулонного материала. Пропитанный суспензией рулонный материал высушивают в сушильной камере при температуре от 60 до 120°C. Удельное содержание углеродных нанотрубок в электропроводном рулонном материале составляет от 2,5 до 5,0 г/м.
2
Удельное электрическое сопротивление рулонного материала, пропитанного суспензией в объеме 5-25 мл на 1 м составляет - 100-200 Ом⋅м.
Без пропитки суспензией базовый рулонный материал является диэлектриком.
2
2
Пример 2. Одностенные и двустенные углеродные нанотрубки смешивают с поливинилпирролидоном в соотношении 50/50 масс.%. В эту смесь добавляют дистиллированную воду из расчета содержания нанотрубок в полученной смеси на уровне 0,4 масс.%. Полученную смесь диспергируют с использованием ультразвукового диспергатора. Полученную таким образом суспензию наносят на поверхность иглопробивного геотекстиля методом пропитки из расчета расхода названной суспензии 5 - 25 мл на 1 м площади рулонного материала. Пропитанный суспензией рулонный материал высушивают в сушильной камере при температуре от 60 до 120°C. Удельное содержание углеродных нанотрубок в электропроводном рулонном материале составляет от 5,0 до 10,0 г/м.
2
Удельное электрическое сопротивление рулонного материала, пропитанного суспензией в объеме 5-25 мл на 1 м составляет - 20-30 Ом⋅м.
Без пропитки суспензией базовый рулонный материал является диэлектриком.