НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Предполагаемая полезная модель относится к электротермии и может быть использована как гибкий нагревательный элемент малой мощности с большой площадью теплопередачи с эффектом саморегуляции при низком напряжении питания. Например, для подогрева руля автомобиля, автомобильного сидения, подогрева одежды в зимнее время, стелек с электроподогревом для зимней обуви и т.д.
Известен многослойный нагревательный элемент /Патент РФ № 2094957, Н05В 3/28, 1997/, который выполнен в виде слоистого изделия, содержащего электропроводящий слой, изолированный с обеих сторон электроизолирующими слоями. Он содержит также теплоотражающий слой, выполненный из металла или металлизированной полимерной пленки на одной из поверхностей элемента. Электропроводящий слой изготовлен на основе углеволокнистой бумаги Электроизолирующие слои выполнены из термопластичной полимерной пленки.
-8
.
Известен тонкопленочный гибкий электронагреватель /Патент РФ № 2379857, Н05В 3/18, 2010/, содержащий резистивный элемент, расположенный между двумя гибкими термостойкими электроизоляционными пленками, снабженный токоотводящими проводами, резистивный элемент выполнен в виде полимерной пленки с металлизированным покрытием. Металлизированное покрытие нанесено ионно-плазменным напылением многослойным с толщиной каждого слоя (20-100) нм. Металлизированное покрытие имеет удельное электросопротивление в пределах (300-55) 10 Омм с толщиной покрытия 3-25 мкм.
Известна конструкция пленочного резистора, содержащего диэлектрическую подложку с размещенным на ее поверхности прямоугольным резистивным элементом и контактными площадками, причем резистивный элемент выполнен двухслойным. Такие конструкции используются при создании резисторов с нулевым ТКС (температурный коэффициент сопротивления), т.к. резистивные слои имеют противоположные по знаку значения ТКС, а при их параллельном соединении происходит соответствующая компенсация (Двупленочный резистор с нулевым температурным коэффициентом. Пат. США №4104607, Н01С1/13, 1979), однако в части допустимой мощности они не превосходят известные конструкции при прочих равных условиях.
Ближайшим аналогом является нагревательный элемент /Патент РФ на полезную модель №12744 Н01С7/00 2000 г./, содержащий стальную подложку с последовательно размещенными на ней изолирующим и защитным стеклосодержащими слоями, между ко-торыми расположен резистивный слой, изолирующий слой выполнен из толстопленочной пасты на основе бесщелочного кристаллизирующего стекла, защитный слой выполнен из толстопленочной пасты, которая содержит бесщелочное стекло с керамическим наполнителем, а в качестве материала резистивного слоя использована толстопленочная паста на основе порошка никеля с добавками порошка хрома или нихрома
Недостатком данных нагревательных элементов является то, что использование их в устройствах не большой мощности порядка 5-150 Вт и на низкое напряжение питания 6-12В обусловлено низким удельным сопротивлением и большими токовыми нагрузками. Это усложняет технологический процесс изготовления и требует соединения большого количества параллельно включенных токовыделяющих элементов, их количество варьируется от 250 до 1000 шт., что существенно снижает надежность работы. При этом данные нагревательные элементы не могут работать в режиме саморегуляции, так как такой режим задается изменением температурного коэффициента сопротивления (ТКС) путем изменения соотношения электропроводящих и электроизолирующих частиц в композиции нагревательного элемента. Регулирование выделяемой мощности осуществляется внешними механическими или электронными приборами, что приводит к удорожанию изделия.
Задачей предполагаемой полезной модели является создание не дорогого в изготовлении гибкого нагревательного элемента с эффектом саморегуляции, работающего при низком напряжении питания с большой площадью теплопередачи.
Поставленная задача решается тем, что в нагревательном элементе, содержащем подложку, с размещенным на ней резистивным слоем, резистивный слой в виде топологического рисунка сплошным покрытием или параллельно-последовательно электрически соединенных дорожек нанесен методом сеткотрафаретной печати из композиционной пасты, состоящей из трех составляющих - электроизоляционного связующего, резистивной композиции и регулирующей композиции при следующем соотношении компонентов в мас.%
электроизоляционное связующее 14-28
резистивная композиция 46-62
регулирующая композиция 20-40
Электроизоляционное связующее выполнено на основе эпоксидного компаунда или эпоксифенольного лака.
Резистивная композиция состоит из смеси порошка никель-аллюминий (Ni-53%, Аl-47%).
2
2
3
3
Регулирующая композиция выполнена на основе резистивной композиции с добавлением порошковой смеси бессвинцового стекла в количестве 1-15% от массы рези-стивной фазы (например, SiO-ВаО-ВО-АlО
2
2
3
2
3
-6
-4
Нагревательный элемент изготавливается следующим образом: На диэлектрическую полиэтилентерефталатную (лавсановую) подложку (так же могут применяться другие гибкие изоляционные материалы, такие как: пленка полиамидная , стеклолакоткань, пленкостеклоткань, стекломиканит гибкий и т.д.) методом сеткотрафаретной печати наносится резистивный топологический рисунок в виде сплошного покрытия или в виде параллельно-последовательно электрически соединенных дорожек из композиционной пасты, приготовленной на двухвалковой пастотерке и состоящей из трех составляющих: электроизоляционное связующее на основе эпоксидного компаунда(ЭХД-У (ТУ В3-708-85)) или эпоксифенольного лака (ПЭ-993 «ЭП» (ТУ2311-061-05758799-01)), резистивной композиции (смесь порошка никель-аллюминий (Ni-53%, Аl-47%) ТУ 14-22-101-96) с корректирующими добавками молибдена (Мо), бора (В), кремния (Si), которые готовятся в шаровой планетарной мельнице в замкнутом объеме без доступа кислорода в течение 4-8 часов) и регулирующей композиции (состоящей из резистивной композиции с добавлением порошковой смеси бессвинцового стекла в количестве 1-15% от массы резистивной фазы (например, SiO-ВаО-ВО-АlО). Регулирующая композиция готовятся в шаровой планетарной мельнице в замкнутом объеме без доступа кислорода в течение 6-10 часов. Путем изменения соотношения составляющих композиционной пасты в вес. % по отношению к остальным компонентам, удалось получить нагревательный элемент с удельными сопротивлениями от 0,09 до 0,9 Ом/квадрат и ТКС от +560*10 до +40*10 1/°С, причем соотношение компонентов должно находиться в пределах к общей массе: электроизоляционного связующего в пределах 14-28 маc.%, резистивной композиции в в пределах 46-62 мас.%, регулирующая композиция в пределах 20-40 мас.%.
Нанесенную композиционную пасту подвергают термической обработки в конвейерной печи с инфракрасным излучением при температуре 130-160°С в течение 8-12 мин, с последующей термообработкой при температуре 180°С в течение 20 мин. Затем изготавливаются токоподводящие дорожки, любым известным способом, в том числе и сеткотрафаретной печатью. После этого нагревательный элемент покрывают полиэтилентерефталатной (лавсановой) пленкой и методом термического прессования соединяют их вместе. Питание к нагревательному элементу осуществляется механическим способом с помощью наконечников из меди, латуни или бронзы с подвижным контактом. Для этого отслаивается защитная пленка в месте расположения токоподводящих дорожек, устанавливается наконечник и в зависимости от его конструкции осуществляется механический контакт с токоподводящей дорожкой винтовым соединением или методом «опрессовывания».
Путем изменения топологического рисунка данный нагревательный элемент может использоваться на различные напряжения питания до 220В.
Технический результат - гибкий нагревательный элемент имеет эффект саморегуляции, работает при низком напряжении питания с большой площадью теплопередачи и недорогой в изготовлении.