Анализ возможности применения термопластичных полимеров для изоляции электродов высокотемпературных патронных электрических нагревателей
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Результаты исследований ученых и специалистов
Статья в выпуске: 5 т.18, 2026 года.
Бесплатный доступ
Введение. Трубчатые электронагреватели нашли широкое применение в промышленных и бытовых нагревательных устройствах. Конструктивно трубчатые электронагреватели представляет собой металлическую оболочку, внутри которой расположен нагревательный элемент, а пространство между ними заполнено высокотемпературным теплопроводящим диэлектрическим материалом. В конструкции трубчатого электронагревателя выделяют несколько зон: активную (нагревательную), холодную зону (зону вывода контактов) и переходную область. Наиболее ответственными с точки зрения электрической безопасности и долговечности являются «холодные» части трубчатого электронагревателя, где располагаются контактные стержни, соединенные с выводными проводами. Именно в этой зоне необходимо обеспечить надежную электроизоляцию, герметизацию от внешней среды (влаги, коррозионной среды, пыли, агрессивных паров) и механическую фиксацию токоведущих элементов. Целью работы являлась разработка и оптимизация состава герметизирующего материала для холодной части трубчатого электронагревателя. Материалы и методы. Для достижения цели были изготовлены серии опытных образцов герметизирующих материалов для защитного изоляционного покрытия путем модифицирования их компонентов состава: полимерной основы, пластификатора и наполнителя. Образцы из герметизирующих материалов для холодной части трубчатого электронагревателя подвергли комплексной оценке на их адгезионную прочность, маслобензостойкость, диэлектрические и механические характеристики, а также химическую стойкость. Результаты. В работе приведен анализ возможности применения изолирующего наноматериала на холодную часть трубчатого электронагревателя. Результаты исследования материалов различных составов: фенол-эпоксидного покрытия «Аммерхайм Фенол Эпокси», эпоксидной смолы Т‑111, фторопластовой суспензии Ф‑4Д с наноразмерными частицами, однокомпонентного силиконового герметика, этилцеллюлозы, кремнийорганического каучука ВИКСИНТ ПК-68, эпоксидной смолы СЭДМ-6 – показали, что наиболее перспективными материалами для герметизации «холодной» части трубчатого электронагревателя является фторопласт Ф‑4Д, который обладает уникальной химической стойкостью к бензину, маслам и агрессивным средам, широким диапазоном рабочих температур (от –190 до 250 °C) и превосходными диэлектрическими свойствами. Заключение. В результате проведенных испытаний выбран герметизирующий диэлектрический материал фторопласт Ф‑4Д для «холодной» части патронного электрического нагревателя. Этот материал обладает необходимыми для эксплуатации свойствами: термостойкостью, маслобензостойкостью, диэлектрической прочностью, имеет высокую пластичность и химическую стойкость. Однако композиция на основе фторопласт Ф‑4Д требует дополнительной модификации для повышения адгезии к металлической поверхности трубчатого электронагревателя.
Короткий адрес: https://sciup.org/142248998
IDS: 142248998 | УДК: 621.315.6 | DOI: 10.15828/2075-8545-2026-18-5-601-608
Assessment of the potential application of thermoplastic polymers for insulating the electrodes of high-temperature cartridge-type electric heaters
Introduction. Tubular electric heaters are widely used in industrial and domestic heating applications. Structurally, tubular electric heaters consist of a metal shell housing a heating element, with the space between them filled with a high-temperature, heat-conducting dielectric material. A tubular electric heater is divided into several zones: the active (heating) zone, the cold zone (contact terminal zone), and the transition zone. The “cold” sections of the tubular electric heater, where the contact rods connected to the terminal wires are located, are the most critical in terms of electrical safety and durability. This zone requires reliable electrical insulation, sealing from the external environment (moisture, corrosive environments, dust, aggressive vapors), and mechanical fixation of the current-carrying elements. The aim of this study was to develop and optimize the composition of a sealing material for the cold section of a tubular electric heater. Materials and Methods. To achieve this goal, a series of pilot samples of sealing materials for protective insulating coatings were manufactured by modifying their compositional components: the polymer base, plasticizer, and filler. Samples of sealing materials for the cold section of tubular electric heaters were subjected to a comprehensive evaluation of their adhesive strength, oil-and-petrol resistance, dielectric and mechanical properties, and chemical resistance. Results. The paper presents an analysis of the feasibility of using an insulating nanomaterial for the cold section of a tubular electric heater. The results of a study of materials with various compositions, including Ammerheim Phenol Epoxy phenol-epoxy coating, T-111 epoxy resin, F-4D fluoroplastic suspension with nanoscale particles, one-component silicone sealant, ethyl cellulose, VIKSINT PK-68 organosilicon rubber, and SEDM-6 epoxy resin, showed that the most promising material for sealing the "cold" section of a tubular electric heater is F-4D fluoroplastic, which exhibits unique chemical resistance to gasoline, oils, and aggressive environments, a wide operating temperature range (from –190 to 250 °C), and excellent dielectric properties. Conclusion. Based on the results of the tests, fluoroplastic F-4D was selected as the sealing dielectric material for the “cold” section of the cartridge electric heater. This material possesses the necessary properties for operation: heat resistance, oil-and- petrol resistance, dielectric strength, high ductility, and chemical resistance. However, the fluoroplastic F-4D-based composition requires additional modification to improve adhesion to the metal surface of the tubular electric heater.
