ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ КРАСКА ДЛЯ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ
ELECTROCONDUCTIVE PAINT FOR RADAR-ABSORBENT FILLER

Изобретение относится к изготовлению лакокрасочных материалов на основе полимерных пленкообразующих связующих и может быть использовано для получения искусственных пленочных электропроводящих покрытий (резистов), предназначенных для изготовления радиопоглощающих заполнителей. В качестве радиопоглощающего заполнителя широко используют элементы из диэлектрических материалов (бумага, керамика, пластмассы и т.п.) с нанесенным на поверхность токопроводящим (резистивным) слоем. Для достижения максимальной эффективности поглощения электромагнитных волн СВЧ-диапазона удельное сопротивление токопроводящего слоя должно лежать в пределах 150 - 800 Ом·см и быть однородным во всех направлениях.
Известен способ изготовления токопроводящей ткани для изготовления электрических нагревателей (пат. РФ - RU 2074519, МПК Н05В 3/14, Н05В 3/28, опублик. 27.02.1997 г.). Ткань пропитывают токопроводящим составом, представляющим собой 30-60% спиртовой раствор фенолоформальдегидной смолы, наполненный смесью углерода (сажи) и графита (в соотношении от 4:1 до 6:1) в суммарном количестве 40 мас.% (на сухой остаток смоляной части). При этом в зависимости от числа пропиток (1-3-х кратная) получают токопроводящую ткань с величиной сопротивления квадрата (100×100) ткани от 30 до 160 Ом. Данный состав содержит органический растворитель, требует высокой температуры отверждения (более 100°С) и не пригоден для получения тонких покрытий с удельным сопротивлением в пределах 150-800 Ом·см.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому заявляемому техническому решению является состав (пат. РФ - RU 2042694, МПК C09D 167/00, C09D 5/24, опублик. 1995) для электрообогревателей, включающий (мас.%):
Эпоксидное связующее
8-20
Углеродсодержащий наполнитель
11-39
(смесь графита с сажей при массовом
соотношении графита к саже 0,1 1,0)
Отвердитель
0,5-1,5
Органический растворитель
Остальное.
-3
-4
Предлагаемый состав краски позволяет получить на его основе пленочное электропроводное покрытие на диэлектрической подложке с удельным сопротивлением от 10 до 10 Ом·см.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное изобретение выбрано в качестве прототипа.
-3
Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является то, что удельное сопротивление получаемого покрытия менее 10 Ом·см, что заметно меньше требуемых значений 150-800 Ом·см. Попытка снижения удельного сопротивления покрытия уменьшением его толщины приводит к уменьшению однородности значения сопротивления по поверхности, а на пористых подложках (бумага, керамика и т.п.) с шероховатостью более 5 мкм невозможно получить и сплошное покрытие. Входящий в состав токопроводящий наполнитель - смесь графита с сажей принципиально не позволяет получить покрытие с однородной электрической микропроводимостью из-за значительной разницы размеров частиц графита и сажи.
Кроме того, входящий в состав органический наполнитель повышает экологическую и пожарную опасность заявленной композиции.
Также недостатком известной композиции является ее двухупаковочность, т.е. входящий в композицию отвердитель вводится непосредственно перед покраской, что создает неудобства в работе и ограничения в применении, а в ряде случаев - непроизводительные потери материала из-за неправильной оценки необходимого количества краски для работы.
Целью заявляемого технического решения является создание лакокрасочного состава (краски), позволяющего получать и регулировать удельное сопротивление токопроводящего покрытия на его основе в пределах 150-800 Ом·см, используемого для изготовления радиопоглощающих заполнителей электромагнитных волн СВЧ-диапазона.
Поставленная цель достигается тем, что электропроводящая краска, включающая полимерное связующее, углеродсодержащий наполнитель, эмульгатор и растворитель, в качестве связующего содержит поливинилацетатную смолу и в качестве углеродсодержащего наполнителя содержит коллоидный графит при следующем соотношении компонентов, мас.%
Поливинилацетатное связующее
18,5-20,3
Коллоидный графит
22,3-23,9
Эмульгатор ОП-10
0,02-0,03
Вода
Остальное
Предлагаемая краска может быть изготовлена из известных в промышленности материалов на известном оборудовании. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "промышленная применимость".
Технология приготовления краски
Для приготовления раствора эмульгатора в смеситель заливают 99,95 мас.% умягченной воды, добавляют 0,05 мас.% эмульгатора (ОП-10) и тщательно перемешивают.
В другой смеситель загружают навеску 23,3 мас.% коллоидного графита (КГ), прибавляют 38,3 мас.% приготовленного раствора эмульгатора и перемешивают 30 минут. К графитовой пасте прибавляют 38,4 мас.% поливинилацетатной (ПВА) дисперсии (сухой остаток 50%) и перемешивают в течение 60-90 минут до образования однородного состава. Далее мешалка переключается на малые обороты и отбираются пробы для определения сухого остатка и удельного сопротивления. При необходимости проводят корректировку добавлением пасты КГ или дисперсии ПВА.
В качестве коллоидного графита используют препарат коллоидно-графитовый марки КГП-С ТУ 113-08-48-63-90.
В качестве поливинилацетатного связующего используют дисперсию ПВА ГОСТ 18992-80. Содержание сухого остатка 50%.
В качестве эмульгатора используют продукты обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена - ОП-10 ГОСТ 8433-81.
Корректировка состава краски
Для получения требуемых технологических и электрических свойств важным является отношение массы порошка КГ к массе связующего ПВА в отвержденном покрытии. Значение отношения масс КГ: связующее ПВА должно быть в интервале 1,10÷1,30. Оптимальное значение отношения 1,22. При повышении содержания КГ покрытие начинает мелиться (при протирке пачкать графитом). При понижении содержания коллоидного графита резко возрастает сопротивление покрытия.
Количество вводимой дисперсии ПВА корректируется после определения содержания в ней сухого остатка (т.е. поливинилацетатного связующего).
Краска наносится кистью, валиком, методом окунания, налива, пневматического распыления. Для получения необходимой вязкости при нанесении краска может быть разбавлена умягченной водой.
Составы композиций конкретных электропроводящих красок представлены в таблице 1.
Таблица 1
Компонент
Композиция по примеру, мас.%
Прототип
1
2
3
Поливинилацетатное связующее - из дисперсии ПВА (ГОСТ 18992-80)
20,3
19,2
18,5
Эпоксидно-диановая смола Э-41 (ТУ 6-10-3342-4-90)
20
Коллоидный графит КГП-С (ТУ 113-08-48-63-90)
22,3
23,3
23,9
Углерод (сажа) П 268-Э (ТУ 38.41579-83)
14
Графит ГОСТ 23463-79
11
Отвердитель аминный №1 (ТУ 6-10-12663-77)
1
Эмульгатор ОП-10 (ГОСТ 8433-81)
0,02
0,025
0,03
Вода
Остальное
Остальное
Остальное
Растворитель (ацетон: этилацетат: толуол - 3:1:5)
Остальное
Значение удельного сопротивления получаемого покрытия в интервале 150-800 Ом·см легко регулируется изменением его толщины (изменением числа слоев). Простота регулирования обеспечивается удобным интервалом изменения толщины 30-100 мкм. Значения удельного сопротивления по примерам представлены в таблице 2.
Таблица 2
Показатель
Состав №2
Прототип
Количество слоев
1
2
3
1
Толщина покрытия, мкм
30
70
100
30
Удельное сопротивление покрытия, Ом·см
800
240
150
Менее 1·10<sup>-3</sup>
Для сравнения выбрана композиция по примеру 3 прототипа. Данная композиция является наиболее близкой к предлагаемому заявляемому техническому решению, т.к. имеет наименьшее отношение массы углеродсодержащего наполнителя к массе полимерного связующего и соответственно наименьшее удельное сопротивление.
Предлагаемый состав по сравнению с прототипом позволяет получать и регулировать удельное сопротивление токопроводящего покрытия в пределах 150-800 Ом·см и, кроме того, характеризуется:
- меньшей экологической и пожарной опасностью, т.к. не содержит органических растворителей;
- однородной электрической микропроводимостью, т.к. коллоидный графит имеет более узкое дисперсное распределение, чем смесь графита с сажей;
- лучшей технологичностью, т.к. является одноупаковочным и не содержит отвердителя.
Таким образом, новый качественный и количественный состав заявляемой композиции обеспечивает новые свойства покрытий на его основе.
Сравнение предлагаемой композиции с известной позволяет сделать вывод о новом качественном составе композиции, характеризующейся определенным количественным соотношением ее ингредиентов. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость.