Исследование влияния термостабилизаторов на диэлектрические свойства герметика на основе полидиметилсилоксана

Из данных таблицы видно, что образцы обеспечивают максимальное значение коэффициента звукопоглощения а«0,5-0,7 в основном в области высоких частот £»3-5 кГц. С целью достижения более высокого звукопоглощения в расширенном диапазоне частот при изготовлении матов сверхнизкой плотности можно использовать дополнительные методы, заключающиеся в увеличении толщины поглощающего слоя, уменьшении толщины волокон, изготовлении материала с переменной плотностью и пористостью, использовании дополнительных элементов в виде перфорированных пластин или металлических сеток.

Преимущества пористоволокнистых материалов со сверхнизкой плотностью по сравнению с другими высокотемпературными ЗПК (на основе металлических сот и сеток) заключаются не только в их высоких акустических характеристиках и меньшей плотности, но и в их технологичности. Материал легко обрабатывается, а его высокая пластичность и упругость обеспечат возможность заполнения рабочего пространства ЗПК любой конфигурации и радиуса, при этом исключается необходимость припаива-ния или крепления наполнителя к металлической основе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мигунов В.П., Фарафонов Д.П., Деговец М.Л., Ступина Т.И. Уплотнительные материалы для проточного тракта ГТД / В сб.: Авиационные материалы и технологии: Юбилейный науч.-техн. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии»). М.: ВИАМ. 2012. С. 94-97.

2. Белов C.B. Пористые металлы в машиностроении. М.: Машиностроение. 1981. 233 с.

3. Мигунов В.П., Ломберг Б.С. Пористоволокнистые металлические материалы для звукопоглощающих и уплотнительных конструкций /В сб.: 75 лет. Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932-2007. М.: ВИАМ. 2007. С. 270-275.

4. Борисов Б.В. Разработка технологии получения волокон и пористых материалов из жаростойких сплавов методом экстракции висящей капли расплава: автореф. дис. канд. техн. наук (МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского). М. 2011. 23 с.

5. Мигунов В.П., Фарафонов Д.П. Исследование основных эксплуатационных свойств нового класса уплотнительных материалов для проточного тракта ГТД //Авиационные материалы и технологии. 2011. №3. С. 15-20.

УДК 665.7.035.8

В.Ю. Чухланов*, Д.В. Жилин*

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРОВ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕРМЕТИКА НА ОСНОВЕ ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАНА

Рассмотрены вопросы исследования влияния термостабилизаторов на диэлектрические свойства герметика на основе полидиметилсилоксана. Приведены сравнительные диэлектрические характеристики получаемых материалов.

Ключевые слова: термостабилизаторы, герметик на основе полидиметилсилоксана.

Интенсивное развитие авиационной и космической техники требует создания новых перспективных материалов для высокоскоростных летательных аппаратов. Возникают серьезные проблемы, связанные с необходимостью создания и использования герметизирующих составов с высокими диэлектрическими характеристиками.

* Владимирский государственный университет.

В связи этим особый интерес вызывает использование композиций на основе кремнийорганических полимерных материалов, обладающих высокой устойчивостью к внешним воздействиям и работоспособностью в экстремальных условиях. Несомненный интерес для достижения этих целей представляют эластомеры, выдерживающие резкие перепады температур и ударные нагрузки, и в частности полиорганосилоксаны, характеризующиеся высокой термической стойкостью [1].

Однако использование в течение длительного времени составов с полидиметилсилоксановыми связующими возможно лишь до температуры 230°С. Это связано с тем, что при более высоких температурах наблюдается поглощение связующим кислорода воздуха. Процесс сопровождается необратимым изменением физико-механических свойств герметика, в частности снижением относительного удлинения. Для замедления данных процессов в полимерные материалы вводят такие виды термостабилизаторов, которые позволяют повысить температуру эксплуатации. Исследования в данной области показали, что эффективными термостабилизаторами полиорганосилоксанов являются соединения переходных металлов [2, 3]. Введение данных добавок позволяет повышать температуру эксплуатации до 270° С. В работе [4] в качестве модификаторов использовались аморфный бор и рутильная форма диоксида титана как наиболее эффективные ингибиторы процесса термической деструкции полидиметилсилоксана. Однако влияние большинства из них на диэлектрические характеристики в СВЧ диапазоне недостаточно исследовано. Целью являлось исследование влияния термостабилизаторов на диэлектрические свойства полидиметилсилоксанового связующего.

В качестве объекта исследования был использован герметик на основе низкомолекулярного диметилсилоксанового каучука СКТН-А с концевыми гидроксильными группами с добавлением наполнителя - полых керамических микросфер (ценосфер). Данная композиция выбрана ввиду имеющихся исследований, показывающих ее высокие диэлектрические характеристики и возможность применения в качестве герметизирующего состава [5]. Композиция готовилась путем смешивания в лабораторном смесителе, куда вводились низкомолекулярный диметилсилоксановый каучук, наполнитель, термостабилизатор и отвердитель катализатор - К-18, представляющий собой смесь тетраэтоксисилана и диэтилдикаприлата олова. Использование данного катализатора позволяет проводить процесс получения образцов при комнатной температуре [6]. Процесс отверждения сопровождался взаимодействием концевых гидроксильных групп с реакционноспособными этоксигруппами тетраэтоксисилана и выделением этилового спирта [7].

СНз

I

— 81 — 0Н+Н5С20 — 81(0С2Н5)3

I

СН

-С2Н50Н

СНз

I

— 81 — О — 81(0С2Н5)3;

I

СНз

СН

СН

СН

ОС2Н5 СН3

— 81 — О — 81(0С2Н5)3+Н0 — 81

-С2Н50Н

СН

СН

— 81 — 0 — 81 — 0 — 81 —

СН

0С2Н5 СН3

В результате реакции образуется полидиметилсилоксан, имеющий повышенную термическую устойчивость и приемлемые диэлектрические характеристики. Полученную композицию подвергали формованию - наносили на поверхность стекла через фильеру, после чего выдерживали данную пленку в течение 72 ч при комнатной температуре и атмосферном давлении.

Диэлектрическая проницаемость полученных образцов измерялась с помощью квазиоптического метода, подробно описанного в работе [8] и основанного на измерении угла Брюстера СВЧ волн на лабораторной установке. Согласно методике в случае незначительных диэлектрических потерь материала (1§5<0,2) коэффициент отражения (при угле ф=фб) проходит через острый минимум, что позволяет определить 81 с погрешностью <2% по формуле:

е=В2ф.

Исследования проводились на частоте 9,7 ГГц в открытом пространстве. Диэлектрические потери определяются по поглощению энергии при прохождении излучения через образец. Излучение, отраженное от металлической пластинки, пропускается под углом падения, равным углу Брюстера, через образец, который помещается между пластиной и приемником. При указанных выше условиях тангенс угла диэлектрических потерь определяется по формуле:

1в5 = — л/Г+е7,

8,68п

где В — потери (дБ) на единицу толщины образца; X — длина волны в свободном пространстве, равная 3,2 см.

По результатам исследования на основании вышеприведенной методики с помощью разработанной программы в среде МаШсаё был рассчитан тангенс угла диэлектрических потерь. При введении аморфного бора и диоксида титана происходит увеличение диэлектрической проницаемости полиорганосилоксановой пленки (см. рисунок, а).

0 5 10

Содержание модификатора, %

7,5 12,5

Содержание модификатора, %

в;

ев

Ч

и

^

<и

[а

ев

н

0,35

---- 1-1

2,5 7,5 12,5

Содержание модификатора, %

Зависимости диэлектрической проницаемости

Это объясняется тем, что диэлектрическая проницаемость обоих модификаторов достаточно высока, что приводит к резкому увеличению диэлектрической проницаемости. При этом введение диоксида титана в аналогичном количестве приводит к увеличению диэлектрической проницаемости в несколько меньшей степени (по сравнению с введением бора).

Одним из основополагающих диэлектрических показателей является значение потери радиопрозрачности. Прямые измерения данного показателя под углом Брюстера позволили оценить его значения с тем и другим модификатором. На рисунке, б показаны потери радиопрозрачности в зависимости от содержания модификаторов в композиции.

Как видно из графика, введение диоксида титана не приводит к существенному изменению радиопрозрачности. Это объясняется достаточно высокими диэлектрическими свойствами данного материала, обусловленными сильной ковалентной связью между атомами кислорода и титана в молекуле. Наибольшие потери радиопрозрачности наблюдаются при введении аморфного бора. Данное явление объясняется наличием полупроводниковых свойств у данного модификатора.

Экспериментальное определение двух параметров, таких как радиопрозрачность и диэлектрическая проницаемость, позволяет легко рассчитать чрезвычайно важный параметр - тангенс угла диэлектрических потерь исходя из уравнения (2). Результаты расчетов тангенса угла диэлектрических потерь приведены на рисунке, в.

Можно заметить, что данная величина коррелирует с радиопрозрачностью рассматриваемого материала. Как и следовало ожидать, наилучшие диэлектрические характеристики отмечаются у полимерных композиций, модифицированных диоксидом титана.

Естественно, модификаторы помимо диэлектрических характеристик будут оказывать влияние и на другие свойства, в частности на физико-механические (см. таблицу), которые весьма актуальны для практического использования.

Физико-механические свойства модифицированного полидиметилсилоксана

Состав герметика Прочность Прочность Относительное Плотность,

при при отрыве от удлинение, % кг/м3

растяжении стали

МПа

Полидиметилсилоксан (100%) 0,25 0,08 430 980

Полидиметилсилоксан (90%) + 0,25 0,15 400 1020

+ аморфный бор

Полидиметилсилоксан (90%) + 0,41 0,21 210 1110

+ диоксид титана

В результате исследований показано, что в качестве термостабилизатора при изготовлении диэлектрических материалов, работающих в условиях сверхвысоких частот, более предпочтительно использование диоксида титана, так как введение аморфного бора в качестве термостабилизатора приводит к снижению радиопрозрачности и ухудшению диэлектрических характеристик полидиметилсилоксана. Таким образом, диоксид титана может являться эффективным термостабилизатором и модификатором для композиций на основе полиорганосилоксанов, в частности для использования в качестве герметизирующих составов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гуртовник И.Г., Соколов В.И., Трофимов H.H., Шалгунов С.И. Радиопрозрачные изделия из стеклопластиков. М.: Мир. 2003. 368 с.

2. Олигоорганосилоксаны. Свойства, получение, применение /Под ред. М.В. Соболевского. М.: Химия. 1985. 264 с.

3. Кашуркин Н.А., Клочков В.И., Кесарев О.В. Термостабилизаторы для силоксановых кау-чуков //Каучук и резина. 1978. №12. С. 13-14.

4. Дуденкова Л.А., Акчурина И.С., Чухланов В.Ю. Термическая деструкция синтактных пе-нопластов с полиорганосилоксановым связующим //Пластические массы. 1999. №12. С. 26-27.

5. Chukhlanov V.Yu., Tereshina E.N. Polyorganosiloxane-Based Heat-Resistant Sealant with Improved Dielectric //Characteristics Polymer Science. 2007. Ser. C. V. 49. №3. P. 288-291.

6. Долгов O.H., Воронков М.Г., Гринблат М.П. Кремнийорганические жидкие каучуки и материалы на их основе. Л.: Химия. 1975. 112 c.

7. Догадкин Б.А. Химия эластомеров. М.: Химия. 1972. 392 с.

8. Лушейкин Г.А. Методы исследования электрических свойств полимеров. М.: Химия.

1988. 157 с.

УДК 666.162:629.12.011.83

И.В. Мекалина, Е.Г. Сентюрин, С.Ф. Климова, В.А. Богатое

НОВЫЕ «СЕРЕБРОСТОЙКИЕ» ОРГАНИЧЕСКИЕ СТЕКЛА

Органические стекла применяются для изготовления деталей остекления самолетов и вертолетов. Разработаны новые «серебростойкие» полиметилметакрилатные оргстекла частично сшитой структуры С0-120С и ориентированное А0-120С на его основе. Приведены физико-механические, оптические свойства новых оргстекол в исходном состоянии и после воздействия искусственных и естественных климатических факторов.

Ключевые слова: органическое ориентированное стекло, авиационные детали остекления, полиметилметакрилатные оргстекла частично сшитой структуры, оптические и механические свойства, «серебростойкостъ».

Современные отечественные и зарубежные авиационные органические стекла представляют собой полимеры или сополимеры метилового эфира метакриловой кислоты - метилметакрилата.

Авиационные органические стекла являются важнейшими конструкционными неметаллическими материалами. До середины 50-х годов XX века основным органическим стеклом был пластифицированный полиметилметакрилат с теплостойкостью (температурой размягчения): 90° С. В небольших объемах этот материал под маркой СО-95 продолжает производиться в основном для вертолетостроения.

К середине 50-х годов было разработано, паспортизовано и освоено в производстве стекло СТ-1 (в настоящее время выпускается под маркой СО-120А), на основе не-пластифицированного полиметилметакрилата, которое имеет теплостойкость 120 ° С.

Наряду с работами по повышению эксплуатационных характеристик органических стекол путем их химической модификации в ВИАМ были созданы метод и технология принципиального улучшения свойств органических стекол с помощью физической модификации - ориентация, вытяжка стекол при температуре выше температуры размягчения — в области высокоэластического состояния. Освоенное промышленностью ориентированное стекло марки АО-120 изготовляется из неориентированного стекла С0-120А[1].