Результат интеллектуальной деятельности: Органосиликатная композиция для защитных электроизоляционных покрытий

Изобретение относится к лакокрасочным материалам для получения теплостойких электроизоляционных покрытий и может быть использовано в электротехнике, радиоэлектронной промышленности, энергетике и машиностроении.

Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков.

Известен ряд органических композиций, покрытия которых в процессе термообработки при повышенных температурах, полностью обезуглероживают и превращаются в неорганический материал, сохраняя при этом свою целостность и некоторые защитные свойства.

Например, в патенте РФ №2182582 описывается композиция для термостойкого антикоррозионного покрытия, содержащего полифенилсилоксановую смолу, акриловый сополимер, термостойкий пигмент, молотую слюду, реологическую добавку и органический растворитель. Техническим результатом является то, что покрытие на основе предложенной композиции обладает термостойкостью до 600°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.

В патенте РФ №2266937 описывается композиция для термостойкого антикоррозионного покрытия содержащая полифенилсилоксановый полимер, сополимер бутилметакрилата и метакриловой кислоты, термостойкий пигмент, волластанит (наполнитель), реологическую добавку и органический растворитель. Техническим результатом является получение термостойкого покрытия для защиты металлических поверхностей при воздействии повышенной температуры до 600-650°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.

В патенте РФ №2400509 описывается лакокрасочный материал для термостойкого покрытия, предназначенного для зашиты металлических поверхностей, работающих при повышенных температурах. Эта композиция содержит полиорганосилоксановую смолу, акриловую смолу (полимер изобутилметакрилата), термостойкий пигмент, молотую слюду и/или пористый силикат в качестве наполнителя, реологическую добавку (бентонитовую глину), пентафталевый лак, загуститель (пангель или тиксагель) и органический растворитель. Теплостойкость данного покрытия составляет 600-650°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.

В патенте РФ №2495895 описывается лакокрасочный материал, который может быть использован в машиностроении для защиты металлических поверхностей, работающих при повышенных температурах, в условиях высокой коррозионной агрессивной среды. Полученная на основе этого материала термостойкая эмаль содержит метилфенилсилоксановую смолу, полимер бутилметакрилата, пентафталевый лак, термостойкий пигмент, микронизированный наполнитель, загуститель, реологическую добавку (бентонитовая глина) и органический растворитель. Теплостойкость эмали данного материала 600°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.

Известна органосиликатная композиция по патенту РФ №2520481 для получения антикоррозионных, электроизоляционных, теплостойких покрытий горячего отверждения на металлах и клея для глиноземной керамики, включающая кремнийорганическое связующее в виде полиметилфенилсилоксана и наполнители в виде талька и оксидов металлов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит двухзамещенный алюмофосфат, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиметилфенилсилоксан - 25-35, тальк - 40-52, оксид хрома - 5-7, двухзамещенный алюмофосфат - 16-20. Данная композиция позволяет получать защитные покрытия, обладающие теплостойкостью до 600°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.

Известна органосиликатная композиция для защитных электроизоляционных покрытий по патенту РФ №2687443, включающая кремнийорганическое связующее в виде модифицированного полиметилфенилсилоксана и наполнители в виде хризотилового асбеста и оксида ванадия V₂O₅, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюмоборосиликатное стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиметилфенилсилоксан - 24-27,5,

хризотиловый асбест - 40-42,

оксид ванадия V₂O₅ - 5-6,5,

алюмоборосиликатное стекло - 26-30.

Дополнительно в эту композицию может быть введен органический растворитель в количестве, достаточном для улучшения технических свойств композиции.

Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа.

На основе вышеуказанной композиции получены покрытия с теплостойкостью до 700°С, стойкостью к резкому изменению температуры от 20 до 700°С и обратно троекратно, удельное объемное электрическое сопротивление при 20°С не менее 10¹² Ом⋅см, электрическая прочность при 20°С не менее 10 кВ/мм.

В тоже время недостатком известного технического решения является то, что оно имеет температуру эксплуатации 700°С, которая ниже, чем у покрытия заявленной композиции – 800°С.

Задачей заявляемого изобретения является создание покрытия с температурой эксплуатации 800°С.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявителем технической проблемы и получения обеспечиваемого изобретением технического результата.

Согласно изобретению органосиликатная композиция для защитных электроизоляционных покрытий, включающая кремнийорганическое связующее в виде модифицированного полиметилфенилсилоксана КО-915 и пентафталевый полимер ПФ-060 и наполнителей в виде хризотилового асбеста, талька, оксида ванадия и алюмоборосиликатного стекла, отличается тем, что она дополнительно содержит ванадийсурьмофосфатное стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиметилфенилсилоксан КО-915 - 18,25-21,74,

пентафталевый полимер ПФ-060 - 2,61-5,40,

хризотиловый асбест - 29,20-34,78,

тальк - 2,61-5,40,

оксид ванадия V₂O₅ - 3,65-4,65,

алюмоборосиликатное стекло - 21,90-26,08,

ванадийсурьмофосфатное стекло - 7,83-16,2,

толуол - 80 (сверх 100% к сумме сухих веществ).

Заявленную композицию получают следующим образом.

В шаровую мельницу объемом 0,5 л загружают фарфоровые шары объемом 0,15-0,2 л сухие компоненты: оксид ванадия V₂O₅, порошки алюмоборосиликатного стекла (АБСС) и асбеста, раствор полиметилфенилсилоксана КО-915 и толуол, в таком количестве, чтобы получить суспензию с сухим остатком 55,55%. После 17 часов вращения шаровой мельницы полученную суспензию выгружают в стеклянную или пластиковую посуду, на материал которой исключается воздействие растворителя.

В такую же шаровую мельницу с тем же количеством шаров загружают порошки талька и ванадийсурьмофосфатное стекло (ВСФС), заливают раствор пентафталевого полимера ПФ-060 и толуол, в таком количестве, чтобы получить суспензию с сухим остатком 60%. После 17 часов вращения шаровой мельницы полученную суспензию выгружают в емкость, материал которой инертен к воздействию растворителя суспензии.

Перед нанесением покрытия, смешивают первую и вторую суспензии с учетом сухого остатка в массовом соотношении 1:1,015 (I), 1:0,22 (II), 1:0,3 (III), 1:0,37 (IV). После смешения, с учетом химической активности ВСФС по отношению к полиметилфенилсилоксану КО-915, желательно, в тот же день нанести смесь на подложку различными методами лакокрасочной технологии: окунанием, поливом, пульверизацией, кистью, валиком. Нанесенное покрытие в зависимости от толщины сушат при комнатной температуре 1-3 часа и за тем подвергают термообработке, которая проводится следующим образом: 2 часа при 300°С (с подъемом температуры 2-3 градуса в минуту), 2 часа при 500°С и 1 час при 800°С.

В процессе термообработки, в результате реакции стекол АБСС и ВСФС с полиметилфенилсилоксаном КО-915, оксидом кремния SiO₂ (образовавшегося из КО-915 при высокой температуре) и хризотиловым асбестом, покрытие частично превращается в стеклокерамический материал с теплостойкостью до 800°С. Установлено, что диапазон массовых соотношений второго состава к первому ограничивается интервалом 15-37%. При добавке 10 и 42% второго состава к первому, после термообработки при 800°С на поверхности покрытий появлялись дефекты.

Исследование свойств покрытий проводилось в лабораторных условиях. Состав примеров исследованных композиций приведен в таблице 1.

Показатели качества покрытий после термообработки при 800°С приведены в таблице 2.

При температуре 300°С пентафталевый полимер ПФ-060 полностью разлагается и улетучивается, так что приведенные в таблице 1 примеры, которые определяют оптимальное соотношение компонентов композиции, основаны на одном кремнийорганическом связующем КО-915 и трёх активных неорганических наполнителях: хризотиловом асбесте, алюмоборосиликатном и ванадийсурьмофосфатном стеклах. По своей теплостойкости до 800°С и стойкости к троекратному термоудару 20-800-20°С предлагаемый материал превосходит все известные виды органосиликатных покрытий, сохраняет целостность при всех допустимых условиях эксплуатации и адгезию к подложке.

Заявленная органосиликатная композиция проста в изготовлении и удобна в эксплуатации промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических и технологических средств.