ТЕРМОСТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗОВОГО ДЕЙСТВИЯ
METHOD OF PRODUCING SINGLE ACTION THERMOSTABILISING MATERIAL

Изобретение относится к материалам, применяемым для создания тепловой защиты элементов электронной аппаратуры, и может быть использовано в электронной технике для термозащиты при длительном термовоздействии.
Известен теплоаккумулирующий материал разового действия (а.с. 1717614, бюл. №9, 07.03.1992 г.) на основе вещества с эндотермическим эффектом разложения полиформальдегида и полимерного связующего эпоксидной смолы.
Недостатком этого материала является быстрое разложение с выделением токсичных веществ и термодеструкция связующего.
Наиболее близким к предлагаемому является материал по патенту РФ №2141368 бюл. №32, 20.11.99, состоящий из полимерного связующего - эпоксидной смолы и в качестве активных веществ - кристаллогидраты - алюмокалиевые или алюмоаммонийные квасцы.
Недостатком указанного материала является термодеструкция эпоксидного связующего при длительном воздействии низкотемпературного (260°С) пламени. В результате происходит разрушение материала и непригодность его к длительному поддержанию режима термостабилизации.
Техническим результатом изобретения является получение термостабилизирующего материала, обеспечивающего в течение длительного времени поддержание температуры до 150°С элемента электронной аппаратуры, например модуля памяти бортового регистратора полетной информации от теплового воздействия низкотемпературного (260°С) пламени и предотвращение дегидратации при хранении.
Технический результат достигается тем, что термостабилизирующий материал разового действия, включающий в качестве активного компонента с эндотермическим эффектом дегидратации кристаллогидраты сульфатов алюминия: алюмокалиевые или алюмоаммонийные квасцы и связующее, состоит из смеси, содержащей в качестве связующего дегидратирующий с эндотермическим эффектом разложения двухводный сульфат кальция в виде полуводного сульфата кальция и воды при следующем соотношении компонентов, в масс.%:
Полуводный сульфат кальция
29-41
Вода
14-21
Кристаллогидрат
остальное,
и слоев гидроксида алюминия и герметика, нанесенных последовательно на верхнюю поверхность указанной смеси при следующем соотношении, в мм:
Гидроксид алюминия
0,3-1,0
Герметик
0,4-1,0.
Экспериментально установлено, что использование в качестве связующего полуводного сульфата кальция, при взаимодействии с водой переходящего в двухводный, создающего стойкую к термическому воздействию структуру, обеспечивает длительное поддержание температуры до 150°С электронного модуля, помещенного в предлагаемый термостатирующий материал, при воздействии низкотемпературного (260°С) пламени за счет дегидратации активного элемента - алюмокалиевых или алюмоаммонийных квасцов и связующего - двухводного сульфата кальция. Для предотвращения дегидратации при хранении термостабилизирующего материала разового действия на верхнюю поверхность наносят последовательно слои гидроксида алюминия и герметика.
Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, позволяет достичь желаемого технического результата.
В табл.1 приведены физико-химические характеристики компонентов термостабилизирующего материала разового действия.
Таблица 1
Наименование вещества
Температура плавления, °С
Температура дегидратации, °С
Тепловой эффект дегидратации, Дж/г
Воздействие температуры
Полуводный сульфат кальция (строительный гипс, алебастр) CaSO<sub>4</sub>·0,5·H<sub>2</sub>O
-
200
132
Устойчивая структура
Вода Н<sub>2</sub>O
0
100
2440
-
Двухводный сульфат кальция (гипс) CaSO<sub>4</sub>·*2Н<sub>2</sub>O
-
128
345
Устойчивая структура
Кристаллогидрат алюмокалиевые квасцыKAl(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·12H<sub>2</sub>O
92
120
1446
Вспучиваются
Кристаллогидрат алюмоаммонийные квасцы NH<sub>4</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·12H<sub>2</sub>O
93,5
120
1427
Вспучиваются
Гидроксид алюминия Аl(ОН)<sub>3</sub>, бесцветное твердое вещество, нерастворим в воде
-
Около 180°С разлагается до оксигидроксида (бемита) АlOOН выше 250°С до Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
-
Устойчивая структура
Герметик компаунд КЛТ - 30 однокомпонентный, плотность 1,115*
-
температурный режим эксплуатации от -60 до +300°С
*В качестве герметики нами выбран компаунд КЛТ-30 однокомпонентный, марки А - текучий, кремний органический белый ТУ 38.103691-89, так как он очень прост в использовании.
Термостабилизирующий материал разового действия готовят следующим образом.
Пример 1
Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают полуводный сульфат кальция 41 г и заливают 21 г воды. В результате перемешивания образуется паста, в которую добавляют 38 г алюмокалиевых или алюмоаммонийных квасцов. Полученную смесь помещают в термостойкий контейнер таким образом, что на равном удалении от стенок располагают модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на верхнюю поверхность наносят последовательно слои гидроксида алюминия 0,3 мм и герметика 1 мм.
Пример 2
Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают полуводный сульфат кальция 35 г и заливают 18 г воды. В результате перемешивания образуется паста, в которую добавляют 47 г алюмокалиевых или алюмоаммонийных квасцов. Полученную смесь помещают в термостойкий контейнер таким образом, что на равном удалении от стенок располагают модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на верхнюю поверхность наносят последовательно слои гидроксида алюминия 0,5 мм и герметика 1 мм.
Пример 3
Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают полуводный сульфат кальция 29 г и заливают 14 г воды. В результате перемешивания образуется паста, в которую добавляют 57 г алюмокалиевых или алюмоаммонийных квасцов. Полученную смесь помещают в термостойкий контейнер таким образом, что на равном удалении от стенок располагают модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на верхнюю поверхность наносят последовательно слои гидроксида алюминия 1 мм и герметика 0.4 мм.
Результаты испытания приведены в таблице 2.
Определение тепловых эффектов
Определение тепловых эффектов проводилось на приборе Дериватограф фирмы Паулик и Эрдей сравнением площадей, ограниченной показаниями кривой дифференциальной термопары для образца и эталона. В качестве эталона брался бикарбонат натрия, тепловой эффект которого равен 765 Дж/г.
Определение термической стойкости материалов
Определение термической стойкости проводилось помещением образцов в термостат при температуре 260°С. Температура контролировалась ХА термопарой в качестве датчика и записывающего прибора Н 307/1.
Приведенный в табл.2 образец №2 является оптимальным: количество полуводного сульфат кальция достаточно, чтобы образовывалась устойчивая структура образца, и в то же время он содержат достаточное количество активного компонента квасцов. В образце №1 количество полуводного сульфата кальция достаточно, чтобы образовалась устойчивая структура, однако количество активного компонента квасцов меньше оптимального, поэтому меньше время термостабилизации. В образце №3 большое количество активного компонента, обеспечивающего тепловой эффект разложения, однако мало полуводного сульфат кальция и происходит выделение из контейнера продуктов разложения.
Таблица 2
№ п/п
Состав, в масс.%
Эндотермический эффект, Дж/г
Время, часы и минуты
Состояние образца после испытаний
полуводный сульфат кальция
41
Устойчивая форма
вода
21
1
алюмокалиевые квасцы или алюмоаммонийные
950
4 ч 5 мин
квасцы
38
сверху слои:
гидроксид
алюминия
0,3 мм
герметик
1,0 мм
полуводный сульфат кальция
35
Устойчивая форма
вода
18
2
алюмокалиевые квасцы или алюмоаммонийные квасцы
47
1050
4 ч 50 мин
сверху слои:
гидроксид
алюминия
0,5 мм
герметик
1,0 мм
полуводный сульфат кальция
29
Выделение из контейнера продуктов разложения
вода
14
3
алюмокалиевые квасцы или алюмоаммонийные квасцы
57
1200
-
сверху слои:
гидроксид
алюминия
1,0 мм
герметик
0,4 мм