Результат интеллектуальной деятельности: Состав для термостойкой диэлектрической полимерной композиции

Заявляемая 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 диэлектрических 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 изделия.

В патенте RU 2185398 описан состав 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.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав для полимерной диэлектрической композиции (патент RU 2307432), содержащий в качестве связующего эпоксидную смолу, а в качестве наполнителей - микросферы стеклянные полые и двуокись титана. Данная диэлектрическая композиция предназначена для использования в радиотехнике и, в частности, в технике линзовых антенн.

Полученный композиционный диэлектрический материал обладает заданной диэлектрической проницаемостью и плотностью, работоспособностью в условиях вибрационных нагрузок в интервале температур от -60 до +85°C. 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.

Техническими задачами, на решение которых направлено предполагаемое изобретение, являются повышение термостойкости полимерной композиции, уменьшение ее гидрофильности и, как следствие, водопоглощения композиции и повышение диэлектрических характеристик.

Поставленная задача решается за счет композиции, состоящей из эпоксидиановой смолы, полиэтиленполиамина, полиметилфенилсилоксана, оксида алюминия и стеклянных полых микросфер в следующих соотношениях, масс, ч: эпоксидная смола 100, полиэтиленполиамин 10, полиметилфенилсилоксан 10-60, оксид алюминия 5-15, микросферы стеклянные 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)°C.

Использование полиэтиленполиамина (ТУ 2413-214-00203312-2002) в полимерной композиции необходимо для отверждения эпоксидиановой смолы.

Использование в полимерной композиции в качестве наполнителя микросфер стеклянных полых (марка МСО-А9 по ТУ 6-11-367-75) позволяет повысить диэлектрические характеристики композиции и, в частности, уменьшить диэлектрические потери.

Добавление полиметилфенилсилоксана (ТУ 2228-277-05763441-99) позволяет получить более гомогенизированную композицию с равномерным распределением стеклянных полых микросфер по всему объему полимерной композиции и, следовательно, получить более равномерное распределение поля диэлектрической проницаемости композиции. Предполагается, что полиметилфенилсилоксан повысит термостойкость отвержденной композиции, уменьшит влагопоглощение полимерной композиции, улучшит ее диэлектрические характеристики.

Использование в качестве наполнителя оксида алюминия марки ГК-2 (ГОСТ 30559-98) предполагает повышение диэлектрических характеристик изделия, улучшение стабильности диэлектрических характеристик и уменьшение электрических потерь.

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

При содержании полиметилфенилсилоксана в композиции более 60 масс.ч. не наблюдается уменьшения водопоглощения, повышения термостойкости, происходит ухудшение прочностных характеристик, снижается экономический эффект применения полимерной композиции. При введении полиметилфенилсилоксана менее 10 масс.ч. водопоглощение и термостойкость композиции не изменяется.

При содержании оксида алюминии менее 5 масс.ч. диэлектрических характеристики изделия практически не изменяются, при содержании оксида алюминия более 15 масс.ч. происходит нарастание вязкости полимерной композиции, что существенно затрудняет равномерное распределение наполнителя по объему и, как следствие, приводит к нестабильности диэлектрических свойств изделий.

Оценка и доказательства преимущества заявляемого изобретения основаны на измерении эксплуатационных и технологических показателей составов с одинаковым содержанием эпоксидиановой смолы как матрицы и разным содержанием стеклянных полых микросфер, полиметилфенилсилоксана и оксида алюминия (на 100 масс.ч. эпоксидиановой смолы использовалось от 10 до 60 масс.ч. полиметилфенилсолоксана, от 10 до 40 масс.ч. стеклянных полых микросфер и от 5 до 15 масс.ч. оксида алюминия).

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 стеклянные полые микросферы и оксид алюминия при постоянном перемешивании состава. Время гелеобразования состава 1,5 часа.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

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