ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
POLYMER COMPOSITE MATERIAL FOR RADIOELECTRONIC EQUIPMENT

Настоящая заявка на изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к полимерным композиционным материалам, предназначенным для поглощения высокочастотной энергии в СВЧ устройствах. Известны поглощающие материалы для объемных поглотителей высокочастотной энергии на основе эпоксидной диановой смолы и карбонильного железа (ОСТ 107.460007.006-92). Однако эти материалы не являются эластичными, не выдерживают нагрева выше 150°C, и недостаточно устойчивы при работе в условиях повышенной влажности.
Известны различные полимерные композиции для поглощения высокочастотной энергии (патент РФ №2006999, патент РФ №2119216, патент РФ №2107705, патент РФ №2111506). Покрытие из этих композиций не обеспечивают полноценного функционирования технических устройств, так как защитные функции осуществляются в узких пределах, которые определяются диапазоном поглощения энергии. Изготовление этих материалов представляет технические сложности или связано с применением дефицитных составляющих компонентов. Известно радиопоглощающее покрытие, в состав которого в качестве полимерного связующего входит синтетический клей Элатон на основе латекса, а в качестве магнитного наполнителя порошкообразный феррит (патент РФ 2155420). Однако, представленный состав композиции, а также соотношение компонентов не могут полностью обеспечить ни равномерности состава по толщине покрытия (оседание феррита после смешения), ни достаточных термостойкости и термостабильности. Полимерные латексы уступают многим полимерным связующим по физико-механическим свойствам и по устойчивости к нагреву. Остается неясным смысл широкого разброса в соотношениях между связующим и порошкообразным наполнителем (ферритом и карбонильным железом), соотношениях, приведенных в патенте. Известны материалы для поглощения высокочастотной энергии на основе полиуретана, наполненного карбонильным железом (ОСТ 107.460007.006-92). Однако эти материалы, обладающие относительной эластичностью вулканизатов, недостаточно устойчивы к воздействию повышенной влажности, а так же соляного тумана. Они, подобно ряду аналогов, не выдерживают нагрева выше 150°C. Кроме того они не обеспечивают достаточного затухания волны сигнала СВЧ.
Более эффективное затухание волны сигнала СВЧ при работоспособности в более широком интервале рабочих температур обеспечивает полимерная композиция патент РФ №2294347 на основе силиконового каучука СКТН, устойчивая к воздействию влажности и соляного тумана. Данная полимерная композиция по составу наиболее близка к заявляемому полимерному композиционному материалу и поэтому принята в качестве прототипа. Полимерная композиция содержит в качестве отвердителя серийный катализатор холодного отверждения - К-68. В качестве поглощающего наполнителя служит альсиферовый порошок определенной степени размола. Получают полимерную композицию простым смешением исходных компонентов при следующем их соотношении, масс.ч.:
Каучук диметилсилоксановый СКТН
15-25
Порошок альсиферовый
75-85
Катализатор К-68
0,6-1,0
Настоящий состав позволяет обеспечить работу композиции в интервале рабочих температур - 60…+200°C при затухании волны сигнала СВЧ дБ 3.45-3.50.
Однако, полимерный состав основан на применении низкомолекулярного каучука с небольшими значениями физико-механических характеристик, в частности, прочностных свойств. Композиция наполнена дисперсным наполнителем с малой поверхностной активностью. Это неизбежно приводит к недостаточному уровню устойчивости при воздействии вибраций, ударов, других механических факторов.
Получение композиции простым смешением всех исходных компонентов создает дополнительные проблемы, которые состоят в следующем. В объеме композиции при соединении компонентов наблюдается активное газовыделение за счет ухода воздушных включений с поверхности частиц альсиферовой фракции. Эти включения не успевают покинуть объем отверждаемого материала вследствие того, что процесс отверждения уже начат и вязкость композиции непрерывно возрастает. В объеме отвержденного материала неизбежно остается большое количество воздуха. Это приводит к снижению эффективности затухания волны сигнала СВЧ, при ее прохождении через слой материала. Повлиять на процесс газовыделения, при указанном в патенте прототипа режиме получения и отверждения состава, сложно.
Порошок альсиферовой фракции не является активным наполнителем и практически не дает улучшения физико-механических свойств низкомолекулярного каучука СКТН (прочность при разрыве 0.3-0.5 Мпа, относительное удлинение при разрыве 30-60%). Поскольку порошок альсиферовой фракции обладает достаточно высокой плотностью, это неизбежно приводит к расслоению композиции, как в емкости после приготовления, так и в ее, нанесенном на поверхность, слое.
Соотношение СКТН-катализатор К-68, приведенное в составе композиции прототипа, сообщает композиции достаточно большое «время жизни» при незначительной скорости отверждения. Но это и создает условия для расслоения состава.
Технической задачей настоящего изобретения является создание композиционного материала, обладающего в сравнении с материалом прототипа более высокими физико-механическими характеристиками повышенной однородностью состава и отсутствием воздушных включений в отвержденном материале. Решение поставленной технической задачи достигается тем, что композиционный материал содержит дополнительно высокомолекулярный диметилсилоксановый каучук СКТ, полиметилсилоксановую жидкость и этилсиликат, выбранный из этилсиликата-40 и этилсиликата-32, а в качестве катализатора холодного отверждения - катализатор К-68 или его смесь полиэтиленполиамином.
Другой технической задачей является создание способа получения композиционного материала, с целью устранения воздушных включений в его объеме отвержденного материала после отверждения. Поставленная техническая задача решается тем, что предварительно производят смешение альсиферового порошка с низкомолекулярным силиконовым каучуком СКТН или смесью СКТН или СКТ, или этой смесью с добавлением этилсиликата и полиметилсилоксановой жидкости, и последующей выдержкой полученной смеси в течение 24 часов. Другим вариантом является выдержка указанной смеси после временного подогрева состава до 50°C. При этом, практически все воздушные включения успевают покинуть объем композиции. Затем производят отверждение композиции, состоящее в интенсивном смешивании с большим, чем в прототипе количеством катализатора и нанесении на технологические поверхности сразу после начала отверждения. При этом расслоение состава сводится к минимуму.
В настоящем изобретении предлагается полимерный композиционный материал следующего состава:
Каучук синтетический низкомолекулярный
диметилсилоксановый СКТН
15-20
Каучук высокомолекулярный СКТ
3-4
Этилсиликат, выбранный из этилсиликата-40
и этилсиликата-32
2-3
Полиметилсилоксан, выбранный из ПМС-50 и ПМС-200
до 3
Порошок альсиферовой фракции, размером частиц
не более 63 мкм
75-85
Катализатор холодного отверждения К-68
1,0-1,5
Полиэтиленполиамин
до 1,0
Представленный диапазон компонентов объясняется следующим. При содержании СКТН меньше 15 масс.ч. в условиях добавления СКТ вязкость полученной композиции не позволяет произвести удовлетворительное и равномерное нанесение состава на поверхности. Увеличение содержания СКТН свыше 20 масс.ч. заставляет уменьшить содержание поглощающего наполнителя (порошок альсиферовой фракции) ниже эффективного предела.
Добавление каучука СКТ в указанных пределах обеспечивает необходимый и достаточный уровень прочностных и эластических свойств вулканизата композиции. Добавление этилсиликата в указанных пределах вызывает необходимое разведение исходного состава, компенсирующее увеличение вязкости, привносимое СКТ. Добавление этилсиликата-40 или этилсиликата-32 в количествах больших 3 масс.ч. стало бы приводить к неоправданному снижению эластичности. Добавление его в количествах меньше 2 масс.ч. не дает нужного уровня текучести материала. Внесение полиметилсилоксановой жидкости в пределах до 3 масс.ч. способствует дополнительному снижению вязкости исходной композиции и повышению эластичности вулканизата. Повышение ее содержания свыше 3 масс.ч. могло бы сказаться на длительной термостойкости материала в условиях эксплуатации. Содержание катализатора К-68 в указанных пределах обеспечивает необходимый и достаточный интервал отверждения с нарастанием вязкости состава, при котором возможно равномерное нанесение композиции на поверхности без заметного расслоения. Внесение в состав полиэтиленполиамина создает условия для дополнительного регулирования процесса отверждения за счет реакции с этилсиликатом, приводящей к ускорению и повышению равномерности процесса отверждения по всему объему, а так же улучшению адгезии вулканизата к поверхностям нанесения.
В заявляемом полимерном композиционном материале используют следующие компоненты:
Каучук диметилсилоксановый
СКТН
ТУ 2294-002-00152000-96, ГОСТ 13835-73
Каучук силоксановый СКТ
ТУ 38.103694-89
Этилсиликат-40
ГОСТ 26371-84
Катализатор холодного отверждения К-68
ОСТ 38.03239-81
Полиэтиленполиамин
ТУ 2413-357-00203447-99
Полиметилсилоксан
ГОСТ 13032-77
Порошок альсиферовый
ЯЭО.005.078 ТУ
В таблице 1 приведены составы полимерного композиционного материала по изобретению.
Таблица 1
№ п/п
Компоненты
Состав 1
Состав 2
Состав 3
Состав 4
Состав 5
Состав 6
1
Каучук СКТН
15
20
17
16
18
20
2
Каучук СКТ
3,0
4,0
3,5
3,5
3,5
4,0
3
Этилсиликат-40
2,0
3,0
2,5
-
-
-
4
Этилсиликат-32
-
-
-
2,5
2,5
3,0
5
Катализатор К-68
1,0
1,5
1,2
1,3
1,4
1,5
6
Полиэтиленполиамин
-
1,0
-
0,6
0,7
-
7
Порошок альсиферовой фракции
81
75
78
79
74
85
8
ПМС-50
-
3
-
2
-
1
9
ПМС-200
-
-
2
-
-
1
В таблице 2 приведены свойства полимерного композиционного материала в сравнении со свойствами прототипа.
Таблица 2
№ п/п
Характеристика, свойства
Прототип
Заявляемый материал
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Состав 1
Состав 2
Состав 4
Состав 5
1
Интервал рабочих температур, °C
-60÷+200
-60÷+200
60÷+200
-60÷+250
-65÷+200
65÷+200
-60÷+250
2
Прочность
0,35
0,40
0,32
1,0
1,2
1,3
1,5
вулканизата на разрыв, МПа
3
Относительное удлинение при разрыве, %
45
42
47
80
95
95
110
4
Время потери текучести, час
3,0
2,8
3,1
1,2
0,7
0,75
0,6
5
Время полного отверждения, час
24
24
24
24
24
24
24
6
Устойчивость к
+
+
+
+
++
++
+
длительному воздействию влаги, 98% при 40°C
7
Устойчивость к
+
+
+
+
++
++
+
воздействию соляного тумана, сутки
8
Затухание волны сигнала СВЧ, дБ
3,45-3,5
3,45-3,5
3,45-3,5
3,45-3,5
3,45-3,5
3,45-3,5
3,45-3,5
Способ получения заявляемого полимерного композиционного материала иллюстрируется след примерами:
Пример 1
В емкость вносят 15 г каучука СКТН, добавляют 2 г этилсиликата-40 и перемешивают 5 минут. В полученную смесь вносят 3 г каучука СКТ и перемешивают компоненты до достижения однородности состава, определяемой визуально. В смесь вносят 81 г порошка альсиферовой фракции и тщательно перемешивают. Хранят в емкости смешения 24 часа. Состав перемешивают 10 минут, затем при перемешивании добавляют 1 г катализатора К-68. Через 2 минуты на носят смесь на поверхность слоем необходимой толщины.
Пример 2
Смешивают 4 г СКТ, 3 г этилсиликата-40 и 3 г ПМС-50 до достижения однородности состава, определяемой визуально. Полученную смесь вносят в емкость с 20 г СКТН и перемешивают 5-6 минут. В емкость вносят 70 г порошка альсиферовой фракции и тщательно перемешивают. Хранят в емкости смешения 24 часа. Состав перемешивают 10 минут, далее при перемешивании добавляют 1,5 г катализатора К-68 и 1 г ПЭПА, через 2 минуты наносят смесь на поверхность слоем необходимой толщины.
Пример 3
Смешивают 3,5 г СКТ, 2,5 г этилсиликата-32 и 2 г ПМС-50 до достижения однородности состава, определяемой визуально. Полученную смесь вносят в емкость с 16 г СКТН и перемешивают 5-6 минут. В емкость вносят 79 г порошка альсиферовой фракции и тщательно перемешивают. Затем подогревают смесь до 50°C и выдерживают при нагреве 2 часа. Хранят в емкости смешения 24 часа. Состав перемешивают 10 минут, далее при перемешивании добавляют 1,3 г катализатора К-68 и 0,6 г ПЭПА. Через 2 минуты наносят смесь на поверхность слоем необходимой толщины.
Пример 4
Смешивают 4 г СКТ, 3 г этилсиликата-32, 1 г ПМС-50 и 1 г ПМС-200 до достижения однородности состава, определяемой визуально. Полученную смесь вносят в емкость с 20 г СКТН и перемешивают 5-6 минут. В емкость вносят 85 г порошка альсиферовой фракции и тщательно перемешивают. Затем подогревают смесь до 50°C и выдерживают при нагреве 2 часа. Хранят в емкости смешения 24 часа. Состав перемешивают 10 минут, далее при перемешивании добавляют 1,5 г катализатора К-68 и 0,6 г ПЭПА. Через 2 минуты наносят смесь на поверхность слоем необходимой толщины.
Как следует из приведенного в описании и отраженного в таблицах состава полимерного композиционного материала, а также его физико-механических и эксплуатационных свойств в результате применения сочетания компонентов и способа их подготовки и соединения достигнуто получение полимерного композиционного материала с необходимым сочетанием свойств. При этом решена техническая задача настоящего изобретения, направленная на создание композиционного материала со свойствами вызывать затухания волны сигнала СВЧ, обладающего в сравнении с материалом прототипа более высокими физико-математическими характеристиками, повышенной однородностью состава и отсутствием воздушных включений в отвержденном материале. Решения поставленной задачи удалось достигнуть внесением в состав поглощающей композиции дополнительно диметилсилоксанового каучука СКТ, полиметилсилоксановой жидкости и этилсиликата, а также вприменением катализатора К-68 в смеси с полиэтиленполиамином.
Решена техническая задача по заявляемому способу, целью которого является устранение воздушных включений в объеме отвержденного композиционного материала. Решение технической задачи по способу достигнуто благодаря тому, что основные компоненты смешивают заранее и выдерживают до полного удаления воздушных включений из объема неотвержденного композиционного материала и с поверхности частиц наполнителя. Выдержка состава в течение 24 часов может быть дополнена временным его подогревом до 50°C.
Заявляемый состав полимерного композиционного материала для радиоэлектронной техники и способ его получения, разработанный в ЗАО «Комплексный технический сервис» прошли необходимые испытания, и нашли применение в практических разработках.
Заявитель просит рассмотреть излагаемые материалы на предмет выдачи патента РФ на изобретение.