Диэлектрическая композиция для композиционных полимерных материалов

Заявляемая диэлектрическая композиция относится к композиционным полимерным материалам и может применяться для создания радиопрозрачных изделий и покрытий приемо-передающих радиотехнических комплексов для авиакосмической, морской, сухопутной техники гражданского и специального назначения.

Наиболее распространенными полимерными композициями, обладающими хорошими диэлектрическими свойства, являются композиции на основе полимерных связующих, наполненные полыми стеклянными микросферами. Введение микросфер способствует повышению электрической прочности и удельного объемного сопротивления композиций. Увеличение значений указанных характеристик за счет введения микросфер обусловлено тем, что полые микросферы способствуют уменьшению теплопроводности композиции, создают дискретную пространственную решетку, препятствующую распространению электрического разряда по объему полимерного материала.

В патенте RU №2185398 описан состав диэлектрической полимерной композиции на основе полипропилена, где в качестве наполнителей используются полые стеклянные микросферы и стекловолокно. Данная диэлектрическая полимерная композиция, получаемая методом литья под давлением, может использоваться для изготовления конструкционных электротехнический изделий.

Повышение электрической прочности и удельного объемного сопротивления данной полимерной композиции достигается за счет использования микросфер, а введение стекловолокна обеспечивает значительное повышение физико-механических показателей композиции, так как стекловолокно, как известно, является армирующим материалом.

Недостатком данной композиции является то, что введение наполнителей минерального происхождения значительно снижает текучесть полимерной композиции. Так как композицию предполагается перерабатывать методом литья под давлением, в данном случае использование стеклянных микросфер и стекловолокна нежелательно, вследствие резкого увеличения вязкости расплава и возникновения возможных проблем при переработке.

Известен композиционный диэлектрической материал (патент RU №2307432), содержащий в качестве связующего эпоксидную смолу, а в качестве наполнителей - полые стеклянные микросферы и двуокись титана. Данный композиционный диэлектрической материал предназначен для использования в радиотехнике и, в частности, в технике линзовых антенн и обладает заданной диэлектрической проницаемостью и плотностью, работоспособностью в условиях вибрационных нагрузок в интервале температур от -60 до +85°С. Использование эпоксидной смолы обеспечивает технологичность и смачивающую способность, высокую адгезионную и когезионную прочность, малую усадку при отверждении без выделения побочных продуктов, стабильность физико-механических и диэлектрических свойств и, соответственно, стабильность радиотехнических характеристик изделия.

Использование стеклянных полых микросфер и двуокиси титана обеспечивает получение композиционного диэлектрического материала с заданной диэлектрической проницаемостью и плотностью.

Недостатком данной композиции является невысокая термостойкость, что значительно уменьшает диапазон практического применения полимерных композиций данного состава и пониженная водостойкость, обусловленная использованием в данной композиции гидрофильного наполнителя двуокиси титана, что приводит к снижению диэлектрических характеристик изделий.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав для термостойкой диэлектрической композиции (патент RU №2670840), содержащий в качестве связующего эпоксидиановую смолу, аминный отвердитель полиэтиленполиамин, полиметилфенилсилоксан, в качестве наполнителей - оксид алюминия и полые стеклянные микросферы. Данная композиция обладает стабильностью диэлектрических характеристик и физико-механических свойств. Недостатками данной композиции являются недостаточная термостойкость, прочность и невысокие диэлектрические свойства, обусловленные использованием в составе композиции полых стеклянных микросфер.

Техническими задачами, на решение которых направлено предполагаемое изобретение, являются повышение термостойкости, прочности и повышение диэлектрических характеристик композиции для композиционных полимерных материалов.

Поставленная задача решается за счет композиции, состоящей из эпоксидиановой смолы, полиэтиленполиамина, полиметилфенилсилоксана, оксида алюминия и керамических полых микросфер в следующих соотношениях, мас. ч: эпоксидиановая смола 100, полиэтиленполиамин 10, полиметилфенилсилоксан 10-60, оксид алюминия 5-15, микросферы керамические полые 10-40.

Для получения диэлектрической полимерной композиции используется эпоксидная диановая смола марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) с массовой долей эпоксидных групп 20-22,5%, динамической вязкостью 13-20 Па*сек (при Т=25±0,1)°С.

Для отверждения эпоксидиановой смолы используется отвердитель полиэтиленполиамин (ТУ 2413-214-00203312-2002).

В качестве наполнителя используются керамические полые микросферы, полученные флотационной обработкой дымовых выбросов теплоэлектростанций (ТЭС), работающих на твердом топливе. Использованные керамические полые микросферы имели следующий состав: 57% SiO₂, 28% A1₂O₃, остальное оксиды CaO, MgO, Na₂O, Fe₂O₃

Использование в полимерной композиции в качестве наполнителя керамических полых микросфер позволяет повысить диэлектрические характеристики композиции и, в частности, снизить диэлектрическую проницаемость, повысить термостойкость и прочность полученных композиционных полимерных материалов.

Добавление полиметилфенилсилоксана (ТУ 2228-277-05763441-99) способствует получению более гомогенизированной композиции с равномерным распределением керамических полых микросфер по всему объему полимерной композиции и, следовательно, получить более равномерное распределение поля диэлектрической проницаемости композиции.

Использование в качестве наполнителя оксида алюминия (III) марки Г-2 (ГОСТ 30559-98) способствует повышению и стабильности диэлектрических характеристик изделий.

При содержании керамических полых микросфер в полимерной композиции менее 10 мас. ч. диэлектрические характеристики практически не изменяются. При содержании керамических полых микросфер в полимерной композиции более 40 мас. ч. происходит нарастание вязкости полимерной композиции, что существенно затрудняет равномерное распределение наполнителя по объему и, как следствие, приводит к ухудшению и нестабильности диэлектрических свойств изделий.

Заявляемое изобретение может быть осуществлено следующим образом: в эпоксидиановую смолу добавляют отвердитель полиэтиленполиамин, тщательно перемешивают. Затем добавляют полиметилфенилсилоксан и также тщательно перемешивают. К полученной композиции постепенно добавляют керамические полые микросферы и оксид алюминия при постоянном перемешивании состава. Время гелеобразования состава 1,5 часа.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Свойства композиционных полимерных материалов, полученных с использованием известной и предлагаемой композиции, приведены в таблице 1.