Композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита

 

Изобретение относится к электроизоляционным конструкционным стеклотекстолитам и может быть использовано в качестве электроизоляторов. Композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита на основе стеклоткани, алюмофосфатного связующего, порошкообразного наполнителя оксида алюминия α-Al₂O₃, термообработанных, измельченных обрезков или порошкообразных отходов того же стеклотекстолита содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: стеклоткань 19-26, алюмофосфатное связующее 29-36, термообработанные измельченные обрезки или порошкообразные отходы того же стеклотекстолита 11,4-19, порошкообразный наполнитель оксид алюминия α-Al₂O₃ - остальное. Технический результат изобретения: повышение механической прочности материала, снижение себестоимости, уменьшение расхода сырьевых компонентов (порошка оксида алюминия). 1 табл.

Изобретение относится к электроизоляционным, конструкционным стеклотекстолитам и может быть использовано в качестве электрических изоляторов в электротехнической промышленности, радиопрозрачных материалов в ракетно-космической технике, электрометаллургии и др. отраслях.

Известна композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционнго стеклотекстолита на основе стеклоткани, алюмофосфатного связующего и порошка оксида алюминия (см. H.M. Plat. R.T. Qirard and H.R. Wisely, Materials in Design Engeneering, V. 53, Aprel 1962, P. 14-16).

Недостатком этого материала является длительный цикл отверждения: 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.

Известна композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита, патент Р.Ф. 2076086, кл. C 04 B 35/80, включающая, мас. %: стеклоткань - 19 - 26, алюмофосфатное связующее - 29 - 36, порошкообразный наполнитель оксид алюминия α-Al₂O₃ - 38 - 57.

Технология изготовления этого стеклотекстолита сводится в основном к набору пакета из стеклоткани, с нанесенной на нее суспензией, состоящей из алюмофосфатного связующего и порошкообразного наполнителя электрокорунда, термообработке под давлением не менее 0,8 кгс/см² при температуре не ниже 270^oC.

Детали из стеклотекстолита получают механической обработкой алмазным или твердосплавным инструментом, при котором до 70% массы заготовки стеклотекстолита уходит в отходы в виде обрезков и стружки.

Сущность изобретения заключается в том, что в композицию для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита, включающую стеклоткань, алюмофосфатное связующее и порошкообразный наполнитель оксид алюминия α-Al₂O₃, введены в порошкообразный наполнитель термообработанные, измельченные обрезки или порошкообразные отходы при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%: Стеклоткань - 19 - 26 Алюмофосфатное связующее - 29 - 36 Термообработанные, измельченные обрезки и порошкообразные отходы, образующиеся при механической обработке того же стеклотекстолита - 11,4 - 19 Порошкообразный наполнитель оксид алюминия α-Al₂O₃ - Остальное Опыты по измельчению обрезков стеклотекстолита показали, что они, обрезки, почти не поддаются помолу обычными технологическими приемами в шаровой и валковой мельнице, щековой дробилке и другом оборудовании, предназначенном для измельчения хрупких материалов.

Стеклотекстолиты на алюмофосфатном связующем отличаются высокой ударопрочностью (удельная ударная вязкость - не менее 45 кгс·см/см²).

Нами установлено, что после термообработки обрезки стеклотекстолита становятся хрупкими и легко поддаются измельчению в обычной шаровой мельнице.

Отходы, образующиеся при механической обработке, представляют собой мелкодисперсный порошок с размером зерна менее 50 мкм и могут быть использованы для замены части порошкового наполнителя - оксида алюминия в суспензии, наносимой на стеклоткань.

Применение термообработанных, измельченных обрезков или порошкообразных отходов, образующихся при механической обработке того же стеклотекстолита в указанном соотношении, обуславливает высокую ударопрочность полученного стеклотекстолита. (Удельная ударная вязкость в 2 - 2,7 раза выше, чем у прототипа, см. таблицу). Высокую ударопрочность можно объяснить дополнительным армированием матрицы большим количеством волокнистого наполнителя. Микроструктурный анализ измельченных обрезков и отходов показал, что они представляют собой дробленные в различной степени волокна с примесью мелкозернистого наполнителя - Al₂O₃.

Применение порошкообразных отходов свыше 50% от порошка оксида алюминия не обеспечивает повышения прочностных характеристик стеклотекстолита, так как в матрице в этом случае преобладают фосфаты кремния, прочность которых ниже, чем у фосфатов алюминия (см. Kingery Fundamental Study of Phosphat Bonding in Refractories, Part I-III Journ. Amer. Geram. Soc., 1950, vol. 33, N 8, 239 - 250). Увеличение количества отходов свыше 50% нежелательно еще и потому, что меняется состав материала, увеличивается количество SiO₂, что ведет к снижению рабочей температуры.

Использование отходов, кроме повышения механической прочности, снижает себестоимость материала, уменьшает расход сырьевых компонентов (порошка оксида алюминия), улучшает экологическую безопасность и повышает культуру производства.

Пример 1. На стеклоткань КТ-11, взятую в количестве 19 весовых частей, предварительно пропитанную 15%-ным раствором кремнийорганической смолы КМ-9К, наносили шликер, состоящий из 29 весовых частей алюмофосфатного связующего, 19 весовых частей термообработанных при 600^oC в течение 20 мин и измельченных в фарфоровой шаровой мельнице фарфоровыми шарами в течение 1 часа обрезков стеклотекстолита, полученного в соответствии с прототипом или порошка того стеклотекстолита, образующегося при механической обработке, и порошок оксида алюминия α-Al₂O₃ - остальное.

Набранный пакет подвергали термообработке при конечной температуре 270^oC с выдержкой из расчета 10 - 12 мин на 1 мм толщины материала под давлением 10 кгс/см².

Полученный стеклотекстолит имел характеристики приведенные в таблице 1.

Пример 2. То же, что и примере 1, в отличие от которого количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 22,5, алюмофосфатное связующее - 32,5, термообработанные измельченные отходы - 30,4, порошок оксида алюминия - остальное.

Полученный стеклотекстолит имел прочностные характеристики, аналогичные примеру 1.

Пример 3. То же, что и примере 1, в отличие от которого количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 26, алюмофосфатное связующее - 36, термообработанные измельченные отходы - 11,4, порошок оксида алюминия - остальное.

Полученный стеклотекстолит имел характеристики, приведенные в таблице 1.

Пример 4. То же, что и примере 1, в отличие от которого количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 18, алюмофосфатное связующее - 28, термообработанные измельченные отходы - 18, порошок оксида алюминия - остальное.

Полученный стеклотекстолит имел по сравнению с материалом примера 1 существенно ниже прочность при изгибе - 730 кгс/см².

Пример 5. То же, что и примере 1, в отличие от которого количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 27, алюмофосфатное связующее - 37, термообработанные измельченные отходы - 12,4, порошок оксида алюминия - остальное.

Материал, полученный в этом примере, имел 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 примере 1, в отличие от которого количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 19, алюмофосфатное связующее - 29, термообработанные измельченные отходы - 5,7, порошок оксида алюминия - остальное.

Полученный стеклотекстолит имел прочностные характеристики несколько ниже чем в примере 1.

Пример 7. То же, что в примере 1, за исключением того, что количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 19, алюмофосфатное связующее - 29, термообработанные измельченные отходы - 13, порошок оксида алюминия - остальное.

Полученный стеклотекстолит имел характеристики, приведенные в таблице 1.

Пример 8. То же, что в примере 1, за исключением того, что количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 26, алюмофосфатное связующее - 36, термообработанные измельченные отходы - 19, порошок оксида алюминия - остальное.

Полученный стеклотекстолит имел прочностные характеристики ниже, чем в примерах 1 - 3, 6, 7.

Таким образом, стеклотекстолит, полученный по разработанной нами рецептуре, имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом, что подтверждается приведенными данными таблицы 1.

Формула изобретения

Композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита, включающая стеклоткань, алюмофосфатное связующее и порошкообразный наполнитель оксида алюминия α-Al₂O₃, отличающаяся тем, что в порошкообразный наполнитель введены термообработанные, измельченные обрезки или порошкообразные отходы того же стеклотекстолита при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%: Стеклоткань - 19-26 Алюмофосфатное связующее - 29-36 Термообработанные, измельченные обрезки или порошкообразные отходы того же стеклотекстолита - 11,4-19
Порошкообразный наполнитель оксид алюминия α-Al₂O₃ - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1