Електронагрівачі на основі наномодифікованого парафіну з самовстановлюючим тепловим контактом для авіакосмічної техніки

Автор(и)

  • Alexander Shchegolkov Федеральна державна бюджетна освітня установа вищої Освіти «Тамбовський державний технічний університет» вул. Радянська, 106, м. Тамбов, Російська Федерація, 392000, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0002-4317-0689
  • Alexander Semenov Федеральна державна автономна освітня установа вищої освіти «Російський університет дружби народів» вул. Міклухо-Маклая, 6, м. Москва, Російська Федерація, 117198, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0003-2613-6603
  • Anna Ostrovskaya Федеральна державна автономна освітня установа вищої освіти «Російський університет дружби народів» вул. Міклухо-Маклая, 6, м. Москва, Російська Федерація, 117198, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0002-0683-1759
  • Vadym Kovalenko Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 В’ятський державний університет вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000, Україна https://orcid.org/0000-0002-8012-6732

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.151686

Ключові слова:

електронагрівач, вуглецеві нанотрубки, саморегулювання, теплообмін, парафін, самовстановний тепловий контакт

Анотація

Підвищення ефективності протиоблідних засобів авіакосмічної техніки базується на створенні високоефективних нагрівачів. Найбільш затребуваними є електронагрівачі з ефектом саморегулювання температури за рахунок позитивного або негативного температурного коефіцієнта опору. Для разроблення нагрівачів із заданими властивостями використовуються різні типи матриць на основі цементу, скляної фрітти, асфальтової мастики або полімерів. Найбільш ефективними є вуглецеві наноструктури. Залежно від технології отримання вуглецевих наноструктур, а також особливостей композитів, у які вноситимуться провідні структури, визначаються основні властивості електронагрівачів. Для дослідження ефективності електронагрівачів була використана методика на основі безконтактного методу вимірювання температурного поля. Синтез ВНТ відбувався на Ni/MgO каталітичній системі, отриманій методом термічного розкладання. Морфологію ВНТ вивчено за допомогою польового емісійного електронного мікроскопа Hitachi H–800. Для електронагрівача базова питома потужність складає 800±10 % Вт/м2 при температурі навколишнього середовища +10 °C. При зниженні температури навколишнього середовища до –40 °C питома нагрівальна потужність складає 1600±20 % Вт/м2. Динамічна зміна потужності при різних температурах свідчить про ефект саморегулювання. Із термограм визначено, що стабілізація тепловиділення відбувається при температурі 56 °С. Розроблені електронагрівачі можуть працювати при напрузі живлення до 200 В та мають раціональні електрофізичні та функціональні параметри, які дозволяють ефективно працювати в противооблідних засобах авіаційної техніки

Біографії авторів

Alexander Shchegolkov, Федеральна державна бюджетна освітня установа вищої Освіти «Тамбовський державний технічний університет» вул. Радянська, 106, м. Тамбов, Російська Федерація, 392000

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра техніки та технологій виробництва нанопродуктів

Alexander Semenov, Федеральна державна автономна освітня установа вищої освіти «Російський університет дружби народів» вул. Міклухо-Маклая, 6, м. Москва, Російська Федерація, 117198

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра інноваційного менеджменту та зовнішньоекономічної діяльності

Центр управлення галузями промисловості економічного факультета

Anna Ostrovskaya, Федеральна державна автономна освітня установа вищої освіти «Російський університет дружби народів» вул. Міклухо-Маклая, 6, м. Москва, Російська Федерація, 117198

Кандидат економічних наук, доцент, директор

Центр управлення галузями промисловості економічного факультета

Vadym Kovalenko, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005 В’ятський державний університет вул. Московська, 36, м. Кіров, Російська Федерація, 610000

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра аналітичної хімії та хімічної технології харчових добавок і косметичних засобів

Старший науковий співробітник

Центр компетенцій «Екологічні технології та системи»

Посилання

  1. Siesing, L., Frogner, K., Cedell, T., Andersson, M. (2016). Investigation of Thermal Losses in a Soft Magnetic Composite Using Multiphysics Modelling and Coupled Material Properties in an Induction Heating Cell. Journal of Electromagnetic Analysis and Applications, 08 (09), 182–196. doi: https://doi.org/10.4236/jemaa.2016.89018
  2. Zhang, K., Han, B., Yu, X. (2011). Nickel particle based electrical resistance heating cementitious composites. Cold Regions Science and Technology, 69 (1), 64–69. doi: https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2011.07.002
  3. Vlasov, V., Volokitin, G., Skripnikova, N., Volokitin, O., Shekhovtsov, V. (2015). Joule heating effects on quartz particle melting in high-temperature silicate melt. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 93, 012071. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/93/1/012071
  4. Zhang, Z., Chen, B., Lu, C., Wu, H., Wu, H., Jiang, S., Chai, G. (2017). A novel thermo-mechanical anti-icing/de-icing system using bi-stable laminate composite structures with superhydrophobic surface. Composite Structures, 180, 933–943. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.08.068
  5. Chen, L., Zhang, Y., Wu, Q. (2017). Heat transfer optimization and experimental validation of anti-icing component for helicopter rotor. Applied Thermal Engineering, 127, 662–670. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.07.169
  6. Bowen, C. R., Kim, H. A., Salo, A. I. T. (2014). Active Composites based on Bistable Laminates. Procedia Engineering, 75, 140–144. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.11.030
  7. Gomis, J., Galao, O., Gomis, V., Zornoza, E., Garcés, P. (2015). Self-heating and deicing conductive cement. Experimental study and modeling. Construction and Building Materials, 75, 442–449. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.11.042
  8. Jagtap, S., Rane, S., Gosavi, S., Amalnerkar, D. (2011). Study on I–V characteristics of lead free NTC thick film thermistor for self heating application. Microelectronic Engineering, 88 (1), 82–86. doi: https://doi.org/10.1016/j.mee.2010.08.025
  9. Faneca, G., Segura, I., Torrents, J. M., Aguado, A. (2018). Development of conductive cementitious materials using recycled carbon fibres. Cement and Concrete Composites, 92, 135–144. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2018.06.009
  10. Arabzadeh, A., Ceylan, H., Kim, S., Sassani, A., Gopalakrishnan, K., Mina, M. (2018). Electrically-conductive asphalt mastic: Temperature dependence and heating efficiency. Materials & Design, 157, 303–313. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.07.059
  11. Kim, C. H., Kim, M. S., Kim, Y. A., Yang, K. S., Baek, S. J., Lee, Y.-J. et. al. (2015). Electro-conductively deposited carbon fibers for power controllable heating elements. RSC Advances, 5 (34), 26998–27002. doi: https://doi.org/10.1039/c5ra01296a
  12. Chu, K., Park, S.-H. (2016). Electrical heating behavior of flexible carbon nanotube composites with different aspect ratios. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 35, 195–198. doi: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2015.12.033
  13. Li, Q., Siddaramaiah, Kim, N. H., Yoo, G.-H., Lee, J. H. (2009). Positive temperature coefficient characteristic and structure of graphite nanofibers reinforced high density polyethylene/carbon black nanocomposites. Composites Part B: Engineering, 40 (3), 218–224. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2008.11.002
  14. Zheming, G., Chunzhong, L., Gengchao, W., Ling, Z., Qilin, C., Xiaohui, L. et. al. (2010). Electrical properties and morphology of highly conductive composites based on polypropylene and hybrid fillers. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 16 (1), 10–14. doi: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2010.01.028
  15. Park, E.-S. (2005). Resistivity and Thermal Reproducibility of the Carbon Black and SnO2/Sb Coated Titanium Dioxide Filled Silicone Rubber Heaters. Macromolecular Materials and Engineering, 290 (12), 1213–1219. doi: https://doi.org/10.1002/mame.200500214
  16. Zeng, Y., Lu, G., Wang, H., Du, J., Ying, Z., Liu, C. (2014). Positive temperature coefficient thermistors based on carbon nanotube/polymer composites. Scientific Reports, 4 (1). doi: https://doi.org/10.1038/srep06684
  17. Jiang, H., Wang, H., Liu, G., Su, Z., Wu, J., Liu, J. et. al. (2017). Light-weight, flexible, low-voltage electro-thermal film using graphite nanoplatelets for wearable/smart electronics and deicing devices. Journal of Alloys and Compounds, 699, 1049–1056. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.12.435
  18. Khan, U., Kim, T.-H., Lee, K. H., Lee, J.-H., Yoon, H.-J., Bhatia, R. et. al. (2015). Self-powered transparent flexible graphene microheaters. Nano Energy, 17, 356–365. doi: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2015.09.007
  19. Nakano, H., Shimizu, K., Takahashi, S., Kono, A., Ougizawa, T., Horibe, H. (2012). Resistivity–temperature characteristics of filler-dispersed polymer composites. Polymer, 53 (26), 6112–6117. doi: https://doi.org/10.1016/j.polymer.2012.10.046
  20. Kono, A., Shimizu, K., Nakano, H., Goto, Y., Kobayashi, Y., Ougizawa, T., Horibe, H. (2012). Positive-temperature-coefficient effect of electrical resistivity below melting point of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) in Ni particle-dispersed PVDF composites. Polymer, 53 (8), 1760–1764. doi: https://doi.org/10.1016/j.polymer.2012.02.048
  21. Shchegolkov, A., Schegolkov, A., Karpus, N., Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Investigation of charge and discharge regimes of nanomodified heat-accumulating materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (87)), 23–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.102888

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-12-19

Як цитувати

Shchegolkov, A., Semenov, A., Ostrovskaya, A., & Kovalenko, V. (2018). Електронагрівачі на основі наномодифікованого парафіну з самовстановлюючим тепловим контактом для авіакосмічної техніки. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (96), 28–34. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.151686

Номер

Том 6 № 12 (96) (2018): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Alexander Shchegolkov, Alexander Semenov, Anna Ostrovskaya, Vadym Kovalenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.