Композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита

 

Сущность изобретения: Изобретение относится к электротехническим материалам и может быть использовано в качестве электроизоляторов. Композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита на основе стеклоткани, алюмофосфатного связующего и порошка оксида алюминия содержит компоненты в следующем соотношении, в мас.%: стеклоткань с содержанием SiO₂ не менее 98% 19 - 26, алюмофосфатное связующее с молярным соотношением P₂O₅/Al₂O₃ в пределах 3,0 - 3,2 - 29 - 36, порошок оксида алюминия с содержанием α-Al₂O₃ не менее 95% и зернистостью М5-М20 38 - 57. 2 табл.

Изобретение относится к электротехническим материалам и может быть использовано в качестве электроизоляторов. Известен конструкционный пресс-материал на основе совмещенных кислых фосфатов алюминия и хрома в качестве связующего, армирующего стекловолокнистого наполнителя и активных глиноземистых порошковых наполнителей (авт.св. СССР N 510457, кл. В 32 В 17/04, 1976 г.).

Недостатками этого материала являются: многокомпонентность, что исключает возможность его использования при высоких температурах, в особенности в качестве электрического изолятора; не исключено разъединяющее действие кислых фосфоров на армирующее стекловолокно, что приводит к резкому снижению прочности материала при повышенных температурах; применение ядовитых, экологически небезвредных соединений хрома.

Из числа неорганических связующих оптимальным для применения при высоких температурах является фосфатное связующее.

Известна композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита на основе стеклоткани, алюмофосфатного связующего и порошка оксида алюминия (см. Н. М. Plant, R. T. Qirard and H. R. Wisely, Materials in Design Engeneering, v. 53, april 1962, з. 14 16).

Радиопрозрачность материала предполагает его хорошие электроизоляционные свойства. Плотность при изгибе этого материала при 25^oC достигает 875 кгс/см², остается на этом уровне до 500^oC, затем снижается и при 600^oC составляет 575 кгс/см². Цикл отверждения материала 7 суток при 80^oC, 3 суток при 150^oC и 0,5 часа при 300^oC. Такой длительный цикл термообработки для производственных условий малоприемлем, непроизводителен; происходит разрушение армирующего стекловолокна за счет действия кислого связующего, что не позволяет использовать в полной мере прочностные свойства стекловолокна.

Сущность изобретения заключается в том, что композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита на основе стеклоткани, алюмофосфатного связующего и порошка оксида алюминия содержит стеклоткань с содержанием SiO₂ не менее 98% алюмофосфатное связующее с молярным соотношением P₂O₅/Al₂O₃ в пределах 3,0 - 3,2 и порошок оксида алюминия с содержанием α-Al₂O₃ менее 95% и зернистостью М5-М20 при следующем соотношении указанных компонентов в мас.

стеклоткань с содержанием SiO₂ не менее 98% 19 26 алюмофосфатное связующее с молярным соотношением P₂O₅/Al₂O₃ в пределах 3,0 3,2 29 36 порошок оксида алюминия с содержанием α- Al₂O₃ не менее 95% и зернистостью М5-М20 38 57 Применение стеклоткани с содержанием SiO₂ не менее 98% обеспечивает сохранение армирующего эффекта стеклоткани до температур не ниже 900^oC. Использование алюмофосфатного связующего с молярным соотношением P₂O₅/Al₂O₃ в пределах 3,0 3,2 позволяет обеспечить необходимую огнеупорность стеклотекстолита при хороших технологических свойствах и возможности длительного (до 6 месяцев) хранения связующего без изменения его характеристик. Применение глиноземистого наполнителя предпочтительно в виде электроплавленного корунда с содержанием α-Al₂O₃ не менее 95% с зернистостью М5-М20 обеспечивает высокую рабочую температуру стеклотекстолита и хорошую межслоевую адгезию, что, в свою очередь, обуславливает превосходные показатели прочности материала при сжатии параллельно слоем стеклоткани.

Высокая рабочая температура стеклотекстолита обеспечивается тем, что в конечном итоге в его состав входит всего три компонента Al₂O₃, SiO₂ и P₂O₅, причем в системе Al₂O₃ - SiO₂ P₂O₅ состав попадает в область смеси с высокой равновесной температурой плавления.

Использование стеклоткани с содержанием SiO₂ менее 98% приведет к появлению дополнительных компонентов в составе стеклотекстолита оксидов щелочных и(или) щелочноземельных элементов, что безусловно резко понизит огнеупорность материала и его электроизоляционные свойства.

Ограничение в алюмофосфатном связующем соотношении P₂O₅/Al₂O₃ в пределах 3,0 3,2 обусловлено необходимостью сохранения высокой стабильности его при длительном хранении, что немаловажно для производственных условий, и обеспечения возможно минимального содержания P₂O₅ в составе стеклотекстолита. При соотношении P₂O₅/Al₂O₃ менее 3,0 в связующем при хранении более 1 месяца в цеховых условиях при комнатной температуре появляется осадок, что приводит к ухудшению технологических характеристик связующего. Повышение соотношения P₂O₅/Al₂O₃ выше 3,2 приведен к повышению содержания P₂O₅ в составе стеклотекстолита, что, в свою очередь, снизит огнеупорность материала.

Применение в качестве порошкового наполнителя α-Al₂O₃ с содержаниемманее 95% приведет к появлению дополнительных компонентов в составе стеклотекстолита, снижению его огнеупорности и ухудшению электроизоляционных характеристик. Использование порошка с зернистостью менее М5 приведет к удорожанию материала, а использование порошка более М20 снижает его прочность.

Пример 1. На стеклоткань КТ-11, пропитанную 15% раствором кремнийорганической смолы КМ-9К, наносили шликер, состоящий из 44 весовых ч. алюмофосфатного связующего с молярным соотношением P₂O₅/Al₂O₃ равное 3,0 и 56 вес.ч. порошка белого электрокорунда с содержанием Al₂O₃ не менее 95% набранный пакет подвергали термообработке при конечной температуре 270^oC с выдержкой из расчета 10 12 мин. на 1 мм толщи под давлением 10 кгс/см². Полученный материал имел следующие характеристики, приведенные в табл.1.

Пример 2. То же, что и в примере первом, за исключением использования связующего с молярным соотношением P₂O₅/Al₂O₃ 2,89. Полученный стеклотекстолит имел те же характеристики, что и в первом примере, за исключением того, что прочность при изгибе при 20^oC была несколько ниже 980 кгс/см².

Пример 3. То же, что и в примере 1, в отличие от которого алюмофосфатное связующее имело молярное соотношение P₂O₅/Al₂O₃ 3,2. Материал, полученный в этом примере, по показателям механической прочности в значительной мере уступал материалам примеров 1 и 2 и имел прочность при изгибе 840 кгс/см², прочность при сжатии параллельно слоям стеклоткани 680 кгс/см² при 20^oC и 310 кгс/см² при 500^oC. Значительное снижение прочности материала, и в особенности при повышенных температурах, по видимому объясняется более кислым характером связующего и, вследствие этого, большой коррозией стеклоткани в процессе термообработки и последующего нагрева при испытании.

Пример 4. То же, что и в примере 1, за исключением того, что количественное соотношение компонентов было следующим (мас.): стеклоткани - 18, алюмофосфатное связующее 30, порошок электроплавленного корунда 52. Полученный материал имел, по сравнению с материалом примера 1, более высокую плотность 2,15 г/см³, существенно ниже прочность при изгибе 731 кгс/см², при сжатии параллельно слоям стеклоткани 560 кгс/см².

Пример 5. То же, что и в примере 1, за исключением того, что количественное соотношение компонентов было следующее (мас.): стеклоткани - 28, алюмофосфатное связующее 36, порошок электрокорунда 36. Материал, полученный в этом примере, имел: плотность 1,65 г/см³,прочность при изгибе 1090 кгс/см², прочность при сжатии параллельно слоям стеклоткани 315 кгс/см². При механической обработке материал легко расслаивался.

Пример 6. То же, что и в примере 1, за исключением того, что в качестве порошкового наполнителя использовался электроплавленый корунд с содержанием Al₂O₃ 92% (шлифпорошок). Материал, полученный в этом примере имел показатели прочности несколько более высшие, чем в примере 1 прочность при изгибе 1112 кгс/см², прочность при сжатии параллельно слоям стеклоткани 185 кгс/см². Однако удельное электросопротивление этого материала даже при 20^oC оказалось значительно ниже, чем в случае примера 1, т. е. не более 1 · 10⁹ Ом·м, а тангенс угла диэлектрических потерь 1 · 10^-2.

Пример 7. То же, что и в примере 1, за исключением того, что температура термообработки материала была 240^oC. Материал, полученный в этом примере, имел те же показатели, что и в примере 1. Однако, при климатических испытаниях (выдержка в среде с относительной влажностью до 98% и колебаниях от -50^oC до +50^oC в течение 12 месяцев) этот материал показал снижение прочности около 20% а материал примера 1 сохранил свои показатели на исходном уровне.

Таким образом, стеклотекстолит, полученный по разбавленной нами рецептуре и технологии, имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом, что подтверждается приведенными данными табл.2л

Формула изобретения

Композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита, включающая стеклоткань, алюмофосфатное связующее и порошок оксида алюминия, отличающаяся тем, что она содержит стеклоткань с содержанием SiO₂ не менее 98% алюмофосфатное связующее с молярным соотношением P₂O₅/Al₂O₃ в пределах 3 3,2 и порошок оксида алюминия с содержанием α-Al₂O₃ не менее 95% и зернистостью М5-М20 при следующем соотношении указанных компонентов, мас.

Стеклоткань с содержанием SiO₂ не менее 98% 19 26 Алюмофосфатное связующее с молярным соотношением P₂O₅/Al₂O₃ в пределах 3 3,2 29 26 Порошок оксида алюминия с содержанием α-Al₂O₃ не менее 95% и зернистостью М5-М20 38 57.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3