Композиция для кремнийорганического электроизоляционного покрытия
COMPOSITION FOR ORGANOSILICON ELECTRICAL INSULATION COATING

Настоящее изобретение относится к композициям для электроизоляционных кремнийорганических покрытий, отверждаемых при комнатной температуре, и может быть использовано в различных областях техники, таких как радиоэлектронная промышленность, энергетика, электротехника, авиация и машиностроение для защиты электронных, радио- и электротехнических приборов и устройств, в качестве электроизоляционных покрытий и материалов.
Известны электроизоляционные материалы и покрытия на основе кремнийорганических композиций, которые применяются для защиты различных электротехнических конструкций. Их использование обеспечивает высокие электрофизические и механические свойства изоляции электрических устройств.
Известна кремнийорганическая электроизоляционная гидрофобная композиция для электроизоляционных конструкций 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, опубл. 20.10.2013].
Данная 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.
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, опубл. 28.08.1995]. Недостатком данной защитной композиции является то, что получаемое покрытие, имеет 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 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, опубл. 10.06.2010]. Композиции, получаемые из данных 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.
Наиболее близкой к заявленному техническому решению является композиция для кремнийорганического электроизоляционного материала [патент РФ №2672447, опубл. 14.11.2018], состоящая из диметилсилоксанового каучука, наполнителей оксидов алюминия и галлия и катализатора отверждения К-18, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
Диметилсилоксановый каучук - 100;
Оксид алюминия - 10-30;
Оксид галлия - 5-15;
Катализатор - К-18 - 6.
Данная композиция проста в изготовлении, отверждается при комнатной температуре, легко наносится на подготовленную основу.
Недостатком данной композиции является наличие в композиции полупроводникового наполнителя оксида галлия, что приводит к снижению диэлектрических характеристик изделий. С увеличением температуры у композиции изменяется объемное электрическое сопротивление, и наблюдаются нестабильные характеристики.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка электроизоляционной кремнийорганической композиции, отверждаемой при комнатной температуре, покрытие на основе которой обладает высокими электроизоляционными характеристиками и адгезионными свойствами.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в композиции в качестве полиорганосилоксана используется диметилсилоксановый каучук, в качестве наполнителя - оксид церия, а в качестве катализатора отверждения - катализатор К-18, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
Диметилсилоксановый каучук - 100;
Оксид церия - 15-35;
Катализатор - К-18 - 6.
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение композиции с улучшенными технико-эксплуатационными свойствами - высокими электроизоляционными и физико-механическими свойствами.
В качестве полиорганосилоксана в композиции используется диметилсилоксановый каучук СКТН-А (ГОСТ 13835-73, марка А), представляющий собой 48-52% раствор диметилсилоксановой смолы в ароматическом растворителе.
2
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 диэлектрических и физико-механических свойств материала используется оксид церия IV (CeO) марки ХЧ, степень чистоты 99,99%.
Оксид церия (IV) обладает высокой диэлектрической проницаемостью (ε=26) и, соответственно, большой электрической прочностью, что способствует повышению электроизоляционных свойств покрытия. Оксид церия обладает стабильными диэлектрическими характеристиками (при повышении температуры до 300°С диэлектрическая проницаемость оксида церия не изменяется, что способствует стабильности электрофизических характеристик покрытия при его эксплуатации в условиях повышенных температур). Кроме того, использование в составе композиции оксида церия в заявленном интервале позволяет получить покрытие с высокой прочностью сцепления с основой. При введении в композицию данного оксида в меньшем количестве ухудшаются защитные электроизоляционные 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 лабораторном смесителе при комнатной температуре в течение 25-30 мин с наполнителем оксидом церия 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.
Заявленное изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. К 100 мас. ч. диметилсилоксанового каучука добавляют 15 мас. ч. оксида церия, 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 35 мас. ч. оксида церия, 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 25 мас. ч. оксида церия, 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 высокими электрической прочностью и диэлектрическими свойствами, хорошими адгезионными свойствами к подложке.
Заявленная композиция для электроизоляционного покрытия 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.