Результат интеллектуальной деятельности: Композиция для кремнийорганического электроизоляционного материала

Настоящее изобретение относится к области электроизоляционных кремнийорганических композиций, отверждаемых при комнатной температуре, и может быть использовано в различных областях техники, таких как радиоэлектронная промышленность, электротехника, энергетика, авиация и машиностроение для защиты электронных, радио- и электротехнических приборов и устройств, в качестве электроизоляционных покрытий и материалов.

Известны электроизоляционные материалы на основе кремнийорганических композиций, которые применяются для покрытия различных электротехнических конструкций. Их использование обеспечивает высокие электрофизические и механические свойства изоляции электрических устройств.

Из существующего уровня техники известна кремнийорганическая электроизоляционная гидрофобная композиция на основе одно- или двухупаковочного кремнийорганического компаунда холодного отверждения, содержащего силиконовый низкомолекулярный каучук марки СКТН, гидрат окиси алюминия, жидкий наполнитель в виде низкомолекулярной кремнийорганической жидкости марки 119-215, наполнитель - сажу ацетиленовую, отвердитель - метилтриацетоксисилан [патент РФ №2496167, Н01В 3/46, Н01В 17/02, Н01В 17/50, Н01В 19/00, опубл. 20.10.2013].

Данная гидрофобная композиция позволяет повысить надежность и увеличить срок службы завулканизированного покрытия электроизоляционной конструкции. Недостатками этой композиции являются невысокие электроизоляционные, а также физико-механические свойства, в частности прочность и адгезия к различным поверхностям.

Известен электроизоляционный гидрофобный кремнийорганический компаунд холодного отверждения с твердым наполнителем в виде диоксида титана и гидрата оксида алюминия и с жидким наполнителем в виде низкомолекулярной кремнийорганической жидкости [патент UA №77628, Н01В 17/50, Н01В 19/00, опубл. 15.12.2006]. При этом весовое соотношение между компаундом и низкомолекулярной кремнийорганической жидкостью составляет 1:(0,015-0,02), а весовое соотношение между компаундом и гидратом окиси алюминия составляет 1:(0,07-0,1).

Недостатками приведенного выше технического решения являются недостаточно высокие электроизоляционные свойства и срок службы наносимого на ее основе гидрофобного покрытия из-за отсутствия оптимального состава и соотношения компонентов компаунда, а также появления туннельного эффекта, возникающего от применяемых наполнителей. Следствием этого являются невысокие значения выдерживаемых рабочих напряжений, а также необходимость периодической замены электроизоляционной конструкции.

Также известна композиция для защитного покрытия, которая включает полиметилфенилсилоксан, толуол, тетрабутоксититан, силикат, оксиды металлов и карбид кремния в качестве наполнителя при следующем соотношении компонентов, мас. %: полиметилфенилсилоксан 25-34, тетрабутоксититан 5-11, силикат 42-60, оксиды металлов 1-5, карбид кремния (наполнитель) 3-10, толуол - остальное [патент РФ №2041905, C09D 183/04, C09D 5/08, C09D 7/14, опубл. 28.08.1995]. Недостатком известной композиции является то, что защитные покрытия, получаемые при нанесении ее на подложку, имеют невысокие электроизоляционные свойства при длительном воздействии высоких температур (более 200°С). Кроме того, для ее изготовления требуется механическая обработка в шаровой мельнице, что усложняет технологию.

Известна композиция для защитного покрытия на основе полиметитлфенилсилоксана, обладающая электроизоляционными свойствами и не имеющая в своем составе катализатора отверждения [патент РФ №2226539, C09D 183/04, опубл. 27.10.2009]. Композиция включает полиметилфенилсилоксан в качестве пленкообразующего компонента, оксиды металлов (оксиды хрома, кобальта, меди, титана и цинка), способствующие образованию на поверхности покрытия прочной пленки, и силикат (слюда), который в сочетании с тальком или асбестом способствует повышению термостойкости получаемых покрытий и их электроизоляционных свойств.

Недостатком получаемых покрытий является длительное время сушки - 3 часа, и высокая температура экспозиции - 200°С.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению является кремнийорганическая композиция, состоящая из: полиметилфенилсилоксана (15-60), в качестве которого используют промышленный компаунд марки КО-921, или КО-922, или КО-923, или их смеси, мелкодисперсных оксидов металлов - оксиды хрома, кобальта, меди, титана и цинка (5-20), растворителя - толуола или о-ксилола (10-30) и азеотропного вытеснителя (25-50) - тетраметилсилана или смеси пропан-бутан [патент РФ №2391364, C08L 83/04, C09D 183/04, опубл. 10.06.2010]. Композиции, получаемые из данных промышленных компонентов, отличаются простой технологией применения для производства покрытий, характеризующихся электроизоляционными и антикоррозионными свойствами при температурах от -70°С до +250°С и обладающих прочностными и адгезионными свойствами.

Недостатком данной композиции является присутствие в ней большого количества растворителя (10-30 мас. %), способного при испарении через пленку увеличить микропористость покрытия, тем самым снизить электроизоляционные и физико-механические свойства получаемого материала, а также большого количества азеотропного вытеснителя (25-50 мас. %), который, ускоряя скорость пленкообразования, также может нарушить монолитность защитного покрытия и привести к преждевременному выходу его из строя. К недостаткам данного решения можно отнести и невозможность нанесения такой композиции другими методами, кроме метода распыления.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка электроизоляционной кремнийорганической композиции, отверждаемой при комнатной температуре, обладающей, наряду с высокими электроизоляционными характеристиками, хорошими физико-механическими свойствами, а также характеризующейся простотой изготовления и различными возможностями нанесения. Поставленная техническая задача решается за счет того, что в композиции, отверждаемой при комнатной температуре, в качестве полиорганосилоксана используется диметилсилоксановый каучук, в качестве наполнителей - оксиды алюминия и галлия, а в качестве катализатора отверждения - катализатор К-18, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

Диметилсилоксановый каучук - 100;

Оксид алюминия - 10-30;

Катализатор - К-18 - 6;

Оксид галлия - 5-15.

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение композиции с улучшенными технико-эксплуатационными свойствами - высокими электроизоляционными и физико-механическими свойствами.

В качестве основного компонента - полиорганосилоксана в композиции используется диметилсилоксановый каучук СКТН-А (ГОСТ 13835-73, марка А), представляющий собой 48-52% раствор диметилсилоксановой смолы в ароматическом растворителе.

Для повышения диэлектрических свойств материала используется оксид алюминия (Аl₂О₃) по ГОСТ 8136-85.

Для отверждения диметилсилоксанового каучука применяется катализатор К-18 (ТУ 6-02-805-75), который представляет собой раствор диэтилдикаприлата олова в этилсиликате при соотношении 1:4 соответственно.

Для повышения механических характеристик и электрофизических свойств заявляемого материала используется оксид галлия (Ga₂О₃) (ТУ 6-09-3729-80).

Оксид галлия, входящий в состав композиции в заявленном количестве, способствует образованию на поверхности покрытия прочной защитной пленки, хорошей адгезии к подложке и повышению электрической прочности. При введении данного оксида в меньшем количестве ухудшаются защитные свойства покрытия, снижается механическая и электрическая прочность, а при добавлении его в больших количествах ухудшается адгезия покрытия к обрабатываемой поверхности.

Для приготовления предлагаемой композиции диметилсилоксановый каучук смешивают в специальной емкости при комнатной температуре в течение 25-30 мин с наполнителями - оксидом алюминия и оксидом галлия до получения гомогенной смеси, а затем вводят катализатор К-18 и тщательно перемешивают еще в течение 10 мин. После выполнения данных операций получают образцы для испытаний путем нанесения данной композиции на металлические предварительно обезжиренные пластины из стали и алюминия методом полива через фильеру. Отверждение проводят в течение 72 ч при комнатной температуре на воздухе.

Определение адгезии к подложке разработанных материалов проводили по ГОСТ 32299-2013 (ISO 4624:2002) методом отрыва.

Заявленное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. К 100 мас. ч. диметилсилоксанового каучука добавляют 10 мас. ч. оксида алюминия и 15 мас. ч. оксида галлия, перемешивают в течение 25-30 мин. Далее в смесь вводят 6 мас. ч. катализатора и тщательно перемешивают композицию в течение 10 мин. После выполнения данных операций получают образцы по указанной выше технологии.

Пример 2. К 100 мас. ч. диметилсилоксанового каучука добавляют 30 мас. ч. оксида алюминия и 10 мас. ч. оксида галлия, перемешивают в течение 25-30 мин. Далее в смесь вводят 6 мас. ч. катализатора и тщательно перемешивают композицию в течение 10 мин. После выполнения данных операций получают образцы по указанной выше технологии.

Пример 3. К 100 мас. ч. диметилсилоксанового каучука добавляют 20 мас. ч. оксида алюминия и 5 мас. ч. оксида галлия, перемешивают в течение 25-30 мин. Далее в смесь вводят 6 мас. ч. катализатора и тщательно перемешивают композицию в течение 10 мин. После выполнения данных операций получают образцы по указанной выше технологии.

Свойства образцов, полученных с использованием известного и предлагаемого составов, приведены в таблице.

Таким образом, как видно из приведенных в таблице данных, предлагаемая композиция позволяет получить образцы, обладающие, наряду с высокой электрической прочностью, хорошими механическими свойствами.

Заявленная композиция для электроизоляционного материала проста в изготовлении и удобна в эксплуатации. Ее производство может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических и технологических средств.