Термостабилизирующий материал разового действия
Владельцы патента RU 2373249:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") (RU)
Изобретение относится к термостабилизирующему материалу разового действия, состоящему 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; герметика 0,4-1,0. Технический результат - получение термостабилизирующего материала разового действия, 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. 2 табл.
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) CaSO4·0,5·H2O | - | 200 | 132 | Устойчивая структура |
| Вода Н2O | 0 | 100 | 2440 | - |
| Двухводный сульфат кальция (гипс) CaSO4·*2Н2O | - | 128 | 345 | Устойчивая структура |
| Кристаллогидрат алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2·12H2O |
92 | 120 | 1446 | Вспучиваются |
| Кристаллогидрат алюмоаммонийные квасцы NH4(SO4)2·12H2O | 93,5 | 120 | 1427 | Вспучиваются |
| Гидроксид алюминия Аl(ОН)3, бесцветное твердое вещество, нерастворим в воде | - | Около 180°С разлагается до оксигидроксида (бемита) АlOOН выше 250°С до Аl2O3 | - | 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 |
Термостабилизирующий материал разового действия, включающий в качестве активного компонента с эндотермическим эффектом дегидратации кристаллогидраты сульфатов алюминия: алюмокалиевые или алюмоаммонийные квасцы и связующее, отличающийся тем, что 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 мас.%:
| 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 |
| Герметика | 0,4-1,0 |
