Композиция для теплопроводного клеевого состава
Владельцы патента RU 2276169:
Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научно-производственный ракетно-космический центр (ФГУП ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс") (RU)
Изобретение относится к эпоксидным композициям для получения теплопроводного клеевого состава, предназначенного для соединения металлов - сталей, алюминиевых, титановых сплавов, керамики для отвода тепла от греющихся элементов приборов, для охлаждения теплонагруженных узлов и деталей. Состав может применяться в качестве герметичного защитного теплоотводящего покрытия или слоя в электротехнических и других изделиях, а также для склеивания и герметизации деталей из стекла, феррита, керамики, алюминия, стали и других материалов. Технической задачей изобретения является создание теплопроводного состава холодного отверждения с высокой теплопроводностью в сочетании с достаточной адгезионной прочностью при сдвиге и когезионной прочности при растяжении. Задача решается тем, что композиция включает в себя эпоксидную диановую смолу, отвердитель - алифатические амины - отвердитель аминный М-4 или отвердитель Этал-45, теплопроводный наполнитель - нитрид бора, триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола марки Лапроксид 603, моноглицидиловый эфир бутилцелозольва марки Лапроксид 301, низкомолекулярную полиамидную смолу. 2 табл.
Изобретение относится к эпоксидным композициям для получения теплопроводного клеевого состава, предназначенного для соединения металлов (сталей, алюминиевых, титановых сплавов), керамики с целью отвода тепла от греющихся элементов приборов, для охлаждения теплонагруженных узлов и деталей. Этот состав может применяться в качестве герметичного защитного теплоотводящего покрытия или слоя в электротехнических и других изделиях, а также для склеивания и герметизации деталей из стекла, феррита, керамики, алюминия, стали и др. материалов
По минимальному газовыделению при вакуумно-тепловом воздействии герметик ТПГ-М соответствует ГОСТ Р 50109: характеризуется показателями общей потерей массы не более 1,0%, легко конденсируемых веществ не более 0,1%.
Известна композиция (см. авторское свидетельство СССР 686087, кл. Н 01 В 3/02, от 15.09.79 г.), включающая эпоксидную смолу или эпоксиполиэфирную смолу, в качестве отвердителя изометилтетрагидрофталевый ангидрид, ускоритель и теплопроводные наполнители: нитрид бора и окись алюминия. Материал на основе этой композиции отверждается при повышенных температурах, характеризуется невысоким коэффициентом теплопроводности 1,4 Вт/м·К, небольшой адгезионной прочностью при отрыве и сдвиге.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является электроизоляционная теплопроводная композиция, включающая эпоксидную диановую смолу ЭД-22, отвердитель ангидридного типа, кетон Михлера или бензотриазол, теплопроводный наполнитель - карбид кремния или кремний, модифицированные диалкил (диаллил) себацинатом (см. авторское свидетельство СССР 1078470, кл. Н 01 В 3/40, от 17.08.82 г.). Теплопроводный материал с коэффициентом теплопроводности (2,05-2,80) Вт/м·К, полученный на основе этой композиции, отверждается только при нагревании (при температурах 120-150°С).
Недостатком известной композиции являются ее ограниченные возможности, т.к. отверждение происходит только при высокой температуре, что неприемлемо для теплоотвода крупногабаритных конструкций и теплочувствительных приборов.
Задачей данного изобретения является расширение его возможностей за счет создания теплопроводного состава холодного отверждения с достижением технического результата в виде высокой теплопроводности в сочетании с достаточной адгезионной прочностью при сдвиге и когезионной прочности при растяжении.
Эта задача решается тем, что композиция для теплопроводного клеевого состава, включающая эпоксидную диановую смолу, отвердитель и теплопроводный наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола марки Лапроксид 603, моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва марки Лапроксид 301, в качестве отвердителя - алифатические амины - отвердитель аминный М-4 или отвердитель Этал-45 и низкомолекулярную полиамидную смолу, в качестве теплопроводного наполнителя - нитрида бора при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола | 8,0-12,0 |
| Триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола | |
| Лапроксид 603 | 10,0-12,0 |
| Моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва | |
| Лапроксид 301 | 8,0-11,0 |
| Указанные алифатические амины | 3,0-12,0 |
| Низкомолекулярная полиамидная смола | 0-7,0 |
| Нитрид бора | 60-75 |
Композиции предлагаемых составов готовятся следующим образом.
В качестве эпоксидного связующего применяют смесь эпоксидной диановой смолы типа ЭД-20, ЭД-22 (ГОСТ 10587-84) и триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола марки Лапроксид 603 (ТУ 2226-322-10488057-94), моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва марки Лапроксид 301 (ТУ 2226-337-10488057-97). В качестве отвердителя используют - низкомолекулярную полиамидную смолу марки ПО-300 (ТУ 2224-092-05034239-96), отвердитель аминный М-4 (ТУ 2494-342-10488057-98) или отвердитель Этал-45 - ароматические амины (ТУ 2257-021-18826195-99). В качестве теплопроводного наполнителя добавляют порошок нитрида бора ТУ 2-036-78.
Для экспериментальной оценки коэффициента теплопроводности и механических характеристик предлагаемой теплопроводной композиции готовили 5 рецептур (см. табл.1) следующим образом.
Смешивают навески эпоксидной диановой смолы, Лапроксидов марок 603, 301, подогревают до (60-70)°С к смеси добавляют навеску нитрида бора, нагретую до (120-130)°С, перемешивают и вакуумируют при остаточном давлении 1 мм рт.ст. при температуре (100-110)°С 30-40 мин для удаления пузырьков воздуха. После добавления навесок отвердителей ПО-300, М-4 или Этал-45, композицию перемешивают и после окончательного вакуумирования при температуре 50±5°С и остаточном давлении 5-10 мм рт.ст. в таблеток диаметром 12 мм, высотой - 3-4 мм для измерения теплопроводности.
| Таблица 1 | |
| Рецептура № | Состав, мас.ч. |
| 1 | ЭД-20 - 8,0; Лапроксид 603 - 11,5; Лапроксид 301 - 10,0; ПО-300 - 7,0; М-4 - 3,0; Нитрид бора - 70,0 |
| 2 | ЭД-22 - 12,0; Лапроксид 603 - 10,0; Лапроксид 301 - 8,0; Этал - 45 - 12; Нитрид бора - 75,0 |
| 3 | ЭД-20 - 12,0; Лапроксид 603 - 10,0; Лапроксид 301 - 8,0; М-4 - 6,5; Нитрид бора - 60,0 |
| 4 | ЭД-20 - 7,5; Лапроксид 603 - 12,0; Лапроксид 301 - 11,0; ПО-300 - 4,0; М-4 - 4,0; Нитрид бора - 70,0 |
| 5 | ЭД-20 - 12,0; Лапроксид 603 - 10,0; Лапроксид 301 - 8,0; ПО-300 - 4,0; М-4 - 4,0; Нитрид бора - 65,0 |
Определение коэффициента теплопроводности производят в соответствии с ОСТ 3-2340-74 на образцах из отвержденного герметика.
За результат определения принимают среднее арифметическое значение пяти определений с точностью до 10%.
Для проведения механических испытаний с целью определения предела прочности при растяжении готовят заливку - пластину толщиной 2 мм, из которой после отверждения при температуре (20-25)°С в течение не менее 3 суток вырубают лопаточки. Определение разрушающего напряжения при растяжении проводят в соответствии с ГОСТ 14236-81.
За результат определения принимают среднее арифметическое значение пяти определений с точностью до 10%.
Определение предела прочности при сдвиге производят в соответствии с ОСТ 92-1477-74 на образцах из алюминиевого сплава АМгб.
Для изготовления образцов клеевых соединений пластинки размерами 20×70 мм из алюминиевого сплава подвергают пескоструйной обработке. Затем образцы дважды обезжиривают ацетоном ГОСТ 2768 или бензином ТУ 38.401-67-108-92 и просушивают. Приготовленную теплопроводную композицию наносят на обе склеиваемые поверхности стальных пластин на площадь размерами 20×15 мм, склеиваемые поверхности соединяют. Между склеиваемыми поверхностями не допускаются зазоры более 0,5 мм. Образцы клеевых соединений отверждают при температуре 20-25°С, удельном давлении 0,1-0,3 МПа в течение не менее 3 суток, затем проводят испытания (не менее 5 образцов) при температуре 15-35°С.
За результат определения принимают среднее арифметическое значение пяти определений с точностью до 10%.
Результаты физико-механических испытаний предлагаемой теплопроводной композиции и прототипа представлены в табл.2.
| Таблица 2 | |||
| Рецептура № | Коэффициент теплопроводности, Вт/м·К | Предел прочности при растяжении, МПа | Прочность при сдвиге, МПа |
| 1 | 3,10 | 7,4 | 3,8 |
| 2 | 3,03 | 7,2 | 3,2 |
| 3 | 3,02 | 8,6 | 4,1 |
| 4 | 3,25 | 6,8 | 3,1 |
| 5 | 3,15 | 7,1 | 3,2 |
| Прототип | 2,05-2,80 | 9,0-5,0 | 3,0-2,5 |
Из табл.2 видно достижение положительного технического результата: по коэффициенту теплопроводности и прочности при сдвиге предлагаемые композиции превосходят прототип; по пределу прочности при растяжении - находятся на одном уровне с прототипом.
Предложенная композиция для теплопроводного клеевого состава позволяет использовать ее для теплоотвода с крупногабаритных конструкций и теплочувствительных приборов при холодном отверждении при температуре 20-25°С, вместо 120°С известной композиции.
Создание теплопроводного состава холодного отверждения при высокой теплопроводности в сочетании с достаточной адгезийной прочностью позволяет расширить возможности применения композиции.
Композиция для теплопроводного клеевого состава, включающая эпоксидную диановую смолу, отвердитель и теплопроводный наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола марки Лапроксид 603, моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва марки Лапроксид 301, в качестве отвердителя - алифатические амины - отвердитель аминный М-4 или отвердитель Этал-45 и низкомолекулярную полиамидную смолу, в качестве теплопроводного наполнителя - нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола | 8,0-12,0 |
| Триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола | |
| Лапроксид 603 | 10,0-12,0 |
| Моноглицидиловый эфир бутилцелозольва | |
| Лапроксид 301 | 8,0-11,0 |
| Указанные алифатические амины | 3,0-12,0 |
| Низкомолекулярная полиамидная смола | 0-7,0 |
| Нитрид бора | 60,0-75,0 |
