Способ изготовления электропроводной ткани

(51) 05 3/34 (2006.01) 05 3/14 (2006.01) 01 1/04 (2006.01) 01 1/18 (2003.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ электронагревателей, используемых как в технике,так и в быту. Способ изготовления электропроводной ткани включает пропитку стеклоткани глицином и раствором либо нитрата кобальта, либо нитрата никеля, либо нитрата железа, ее термообработку в реакторе в воздушной среде при температуре 500600 С, подачу в реактор либо ацетилена, либо пропан-бутановой смеси в потоке инертного газа с последующим осаждением на стеклоткань одномерного углеродного наноматериала из газовой фазы при нагреве реактора до температуры 700800 С. В результате реализации способа получают электропроводную ткань, покрытую одномерным углеродным наноматериалом,обладающую электрическим сопротивлением 1-20 Ом/см 2 и его равномерностью по площади 5-7, при этом диаметр одномерных углеродных наноматериалов в виде нанотрубок и нановолокон лежит в пределах 965 нм.(72) Мансуров Зулхаир АймухаметовичСмагулова Гаухар ТолбаевнаЗахидов Анвар АбдулахадовичЛесбаев Бакытжан Тастанович Приходько Николай ГеоргиевичМансуров Нуркадыр Батырович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЙ ТКАНИ(57) Изобретение относится к области электротермии,в частности к электронагревательным элементам резистивного нагрева на основе стеклоткани с углеродным покрытием, и может найти применение для изготовления нагревательных элементов Изобретение относится к области электротермии,в частности к электронагревательным элементам резистивного нагрева на основе стеклоткани с углеродным покрытием, и может найти применение для изготовления нагревательных элементов электронагревателей, используемых как в технике,так и в быту. Известен способ изготовления электропроводящих материалов на основе стеклонитей из кремнеземных и кварцевых моноволокон, покрытых слоем пироуглерода слоистой структуры,включающий подачу углеводородного сырья - диоксидированного уайтспирита или керосина в потоке инертного газа азота и стеклонитей в реактор с последующим осаждением из газовой фазы на поверхности нитей пироуглерода при температуре 1000 - 1100 С (РФ Патент 2100914, кл. Н 05 В 3/14, 3/34, Н 01 В 1/18,опубл. 27.12.1997 г.). Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу изготовления электропроводной ткани является способ изготовления электропроводной ткани на основе стеклотканей, покрытых слоем пироуглерода,включающий подачу углеводородного сырья в потоке инертного газа и стеклонитей в реактор с последующим осаждением из газовой фазы на поверхности нитей пироуглерода при высокой температуре, в качестве углеводородного сырья используют углеводородные масла с вязкостью 5-23 сСт, которые предварительно разогревают до температуры 350-450 С и в потоке инертного газа,пропускают через насадку с развитой поверхностью при температуре 450-550 С,а осаждение пироуглерода из газовой фазы осуществляют при температуре 600-800 С на поверхности стеклоткани с температурой размягчения не менее 650 С с последующей ее обработкой при температуре 350450 С в вакууме (РФ Патент 2147393, кл. Н 05 В 3/34. Н 05 В 3/14, Н 01 В 1/04, опубл. 10.04.2000 г.). Недостатком известных способов является повышенная энергоемкость их реализации,повышенное электрическое сопротивление (до 3000 Ом/см 2), а также высокий разброс значения электрического сопротивления (до 10) по площади получаемой электропроводной стеклоткани. Задачей заявляемого технического решения является разработка способа изготовления электропроводной ткани. Технический эффект поставленной задачи состоит в снижении энергозатрат, утилизации отходящих газов нефтедобывающей промышленности на реализацию способа, снижении электрического сопротивления и его равномерности по площади электропроводной ткани. Задача решается тем, что способ изготовления электропроводной ткани включает пропитку стеклоткани глицином и раствором либо нитрата кобальта, либо нитрата никеля, либо нитрата железа,ее термообработку в реакторе в воздушной среде при температуре 500-600 С, подачу в реактор либо ацетилена, либо пропан-бугановой смеси в потоке инертного газа с последующим осаждением на 2 стеклоткань одномерного углеродного наноматериала из газовой фазы при нагреве реактора до температуры 700-800 С. Отличительным признаком заявляемого технического решения является то, что стеклоткань предварительно пропитывают глицином и раствором соли либо нитрата кобальта, либо нитрата никеля, либо нитрата железа, с последующей термообработкой при температуре 500-600 С в воздушной среде, в качестве углеводородного сырья используют либо ацетилен,либо пропан-бутановую смесь, а осаждаемый углерод представляет собой одномерный углеродный наноматериал. Стеклоткань перед подачей в реактор пропитывают глицином и раствором соли либо нитрата кобальта, либо нитрата никеля, либо нитрата железа с целыо получения катализатора в виде одного из оксидов металлов, обеспечивающего осаждение на стеклоткань одномерного углеродного наноматериала. При нагреве реактора до температуры 500-600 С глицин, имеющий формулу 2 52, разлагается с повышением температуры до 1200 С, одновременно вступая в реакцию с заявляемыми солями. Таким образом,глицин обеспечивает протекание поверхностного самораспространяющегося синтеза наночастиц оксидов металлов либо никеля, либо кобальта, либо железа. Образующиеся газообразные продукты в виде СО 2, 2 и Н 2 О при разложении глицина предотвращают комкование получаемого катализатора в виде оксидов металлов ( ,/. 12 (2008). . 44-50), что обеспечивает снижении электрического сопротивления и его равномерность по площади получаемой электропроводной ткани. Использование нитратов металлов обусловлено тем, что нитраты хорошо растворяются в воде и одновременно играют роль окислителя в реакции с глицином. Температура нагрева реактора до 500600 С необходима и достаточна для инициирования экзотермической реакции с образованием оксида одного из заявляемых металлов (А. Корр Термообработка в воздушной среде,обеспечивает дополнительные молекулы кислорода,участвующие в образовании оксида металла. Образующиеся наночастицы оксида металла(никеля, кобальта, железа) являются катализаторами роста углеродных нанотрубок и нановолокон на поверхности стеклоткани,обеспечивающих снижение электрического сопротивления(Ткачев А.Г., Рыбкин С.В. Определение состава и метода получения катализаторов синтеза углеродных наноструктурных материалов Вопросы современной науки и практики. 4 (10). 2007. - Т. 2. - С. 166-174). Синтез углеродного покрытия на катализаторе,предварительно нанесенного на стеклоткань,проводят в потоке инертного газа с углеводородным сырьем либо ацетиленом, либо пропан-бутановой смесью. Использование газообразного углеводородного сырья обосновано тем, что одновременно решают проблему утилизации отходящих газов нефтедобывающей промышленности и снижение энергоемкости заявляемого способа относительно известных. Таким образом, все отличительные признаки заявляемого технического решения позволяют решить поставленную задачу с достижением технического эффекта. Способ выполняют следующим образом. Стеклоткань пропитывают глицином и раствором либо нитрата кобальта, либо нитрата никеля, либо нитрата железа, подают в реактор,заполненный воздухом и нагревают до 500-600 С. Затем реактор продувают инертным газом и повышают температуру до 700-800 С с одновременной подачей либо ацетилена, либо пропан-бутановой смеси. По окончания синтеза на стеклоткани одномерного углеродного наноматериала из газовой фазы, получают электропроводную ткань,обладающую электрическим сопротивлением 1-20 Ом/см 2 и его равномерностью по площади 5-7, при этом диаметр одномерных углеродных наноматериалов в виде нанотрубок и нановолокон, как показывают исследования на просвечивающем электронном микроскопе, лежит в пределах 9-65 нм. В таблицу 1 сведены характеристики изготовленной электропроводной ткани заявляемым способом. Пример 1. Готовят водный раствор нитрата кобальта(252),в стехиометрическом соотношении и пропитывают им стеклоткань марки КТ-11-ТО-30 К. Пропитанную стеклоткань подают в реактор и подвергают термообработке при температуре 500 С в течение 20 минут в атмосфере воздуха. Затем реактор продувают аргоном и подают пропан-бутановую смесь при одновременном повышении температуры в реакторе до 800 С. По истечении 20 минут подачу пропан-бутановой смеси прекращают. Затем реактор охлаждают и извлекают стеклоткань с покрытием,представляющим собой одномерный углеродный наноматериал в виде углеродных нанотрубок и нановолокон. Полученная электропроводная ткань обладает электрическим сопротивлением 1 Ом/см 2 и равномерности по площади электропроводной ткани составляет 6, диаметр одномерных углеродных наноматериалов в виде нанотрубок и нановолокон,как показывают исследования на просвечивающем электронном микроскопе, лежит в пределах 2535 нм. Пример 2. Готовят водный раствор нитрата железа(252),в стехиометрическом соотношении и пропитывают им стеклоткань марки КТ-11-ТО-30 К. Пропитанную стеклоткань подают в реактор и подвергают термообработке при температуре 550 С в течение 20 минут в атмосфере воздуха. Затем реактор продувают аргоном и подают пропан-бутановую смесь при одновременном повышении температуры в реакторе до 750 С. По истечении 20 минут подачу пропан-бутановой смеси прекращают. Затем реактор охлаждают и извлекают стеклоткань с покрытием,представляющим собой одномерный углеродный наноматериал в виде углеродных нанотрубок и нановолокон. Полученная электропроводная ткань обладает электрическим сопротивлением 1,5 Ом/см 2 и равномерности по площади электропроводной ткани 5, диаметр одномерных углеродных наноматериалов в виде нанотрубок и нановолокон,как показывают исследования на просвечивающем электронном микроскопе, лежит в пределах 9-25 нм. Пример 3. Готовят водный раствор нитрата никеля(252),в стехиометрическом соотношении и пропитывают им стеклоткань марки КТ-11-ТО-30 К. Пропитанную стеклоткань подают в реактор и подвергают термообработке при температуре 600 С в течение 20 минут в атмосфере воздуха. Затем реактор продувают аргоном и подают ацетилен при одновременном повышении температуры в реакторе до 700 С. По истечении 20 минут подачу ацетилен прекращают. Затем реактор охлаждают и извлекают стеклоткань с покрытием, представляющим собой одномерный углеродный наноматериал в виде углеродных нанотрубок и нановолокон. Полученная электропроводная ткань обладает электрическим сопротивлением 20 Ом/см 2 и равномерности по площади электропроводной ткани 7, диаметр одномерных углеродных наноматериалов в виде нанотрубок и нановолокон, как показывают исследования на просвечивающем электронном микроскопе, лежит в пределах 25-65 нм. Таблица 1 УглевоДородное сырье Пропанбутан Пропан Диаметр одномерных углеродных наноматериалов,нм 25-35 Равномерность сопротивления по площади,6 УглевоДородное сырье бутан Ацетилен ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ Способ изготовления электропроводной ткани,включающий подачу углеводородного сырья в потоке инертного газа и стеклоткани в реактор с последующим осаждением углерода из газовой фазы на стеклоткань при температуре 700-800 С,отличающийся тем,что стеклоткань предварительно пропитывают глицином и Диаметр одномерных углеродных наноматериалов,нм Равномерность сопротивления по площади,раствором соли либо нитрата кобальта, либо нитрата никеля, либо нитрата железа, с последующей термообработкой при температуре 500-600 С в воздушной среде, в качестве углеводородного сырья используют либо ацетилен,либо пропан-бутановую смесь, а осаждаемый углерод представляет собой одномерный углеродный наноматериал.