Термостойкая электроизоляционная композиция на основе полидиметилвинилсилоксанового каучука
Владельцы патента RU 2445329:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт синтетического каучука им. академика С.В. Лебедева" (RU)
Изобретение относится к области разработки силоксановых электроизоляционных композиций для использования в защите от обратных токов элементов силовой полупроводниковой техники в условиях токовой нагрузки при повышенных температурах. Термостойкая электроизоляционная композиция включает полидиметилвинилсилоксановый каучук, полиорганогидридсилоксан, кремнеземный наполнитель, катализатор отверждения на основе платины, 1,2-дигидроксиантрахинон. Композиция может дополнительно содержать различные технологические добавки. Технический результат - получение термостойкой электроизоляционной композиции, обеспечивающей защиту от обратных токов элементов силовых полупроводниковых приборов при температуре до 190°С включительно. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области разработки силоксановых электроизоляционных композиций, способных использоваться для защиты от обратных токов элементов силовой полупроводниковой техники типа Т-253-500, - 353-800 в условиях токовой нагрузки при повышенных температурах.
Известна композиция на основе силоксанового каучука, включающая кремнеземный наполнитель, оксид цинка и вулканизующий агент - пероксид о-метилбензоила при следующих соотношениях компонентов, масс.ч.:
| силоксановый каучук | - 100 |
| диоксид кремния | - 10-150 |
| оксид цинка | - 0,01-20 |
| пероксид о-метилбензоила | - 0,1-10. |
Вулканизаты такой композиции сохраняют хорошие физико-механические свойства в среде воздуха при температуре до 300°С (JP 3464581 В2, С08K 13/02, Н01В 3/46, опубл. 10.11.03). Однако, по данным авторов настоящей заявки, такие вулканизаты не обеспечивают защиту в изолирующем слое от обратных токов при температуре выше 25°С.
Известна композиция на основе силоксанового каучука, включающая кремнеземный наполнитель, гидроокись алюминия, вулканизующий агент- органическую перекись и термостабилизатор - триоксид сурьмы при следующих соотношениях ингредиентов, масс.ч.:
| силоксановый каучук | - 100, |
| диоксид кремния | - 1-100, |
| гидроокись алюминия | - 30-300, |
| триоксид сурьмы | - 0,1-50 |
| вулканизующий агент | - 0,1-10. |
(JP 3385801, С08K 3/22, Н01В 3/46, опубл. 10.03.03 г.).
Композиция применима для изготовления высоковольтных электрических изоляторов, характеризующихся повышенной стойкостью к эрозии, дуговому разряду. Вулканизаты сохраняют хорошие физико-механические показатели до 320°С, однако, они обеспечивают защиту от обратных токов при температуре не выше 40°С.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков и достигаемому положительному результату является композиция на основе 100 масс.ч. полисилоксана, содержащего в одной молекуле по крайней мере две винильные группы, связанные с атомом кремния, полиорганогидридсилоксан, содержащий в одной молекуле по меньшей мере 3 атома водорода, каждый из которых связан с атомом кремния, в таком количестве, чтобы 0,5-5 атомов водорода приходилось на одну алкенильную группу в полисилоксане; 10-150 ч. диоксида кремния, 1-20 ч. диоксида титана и каталитическое количество катализатора отверждения на основе платины. Композицию используют в качестве электроизолирующего материала (JP 3299669 В2, С08K 3/22, C08L 83/07, опубл. 08.07.02 г.). Она обладает высокой термостойкостью, однако не обеспечивает защиту от обратных токов элементов силовых полупроводниковых приборов при температуре более 45°С.
Задачей данного изобретения является разработка отверждаемой термостойкой электроизоляционной композиции на основе полидиметилвинилсилоксанового каучука, обеспечивающей защиту в изолирующем слое от обратных токов элементов силовых полупроводниковых приборов при более высокой температуре.
Поставленная задача достигается тем, что в композиции на основе полидиметилвинилсилоксанового каучука, включающей полиорганогидридсилоксан, кремнеземный наполнитель, катализатор отверждения на основе платины и термостабилизатор, в качестве термостабилизатора она содержит 1,2-дигидроксиантрахинон (ализарин) при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:
| полидиметилвинилсилоксановый каучук | - 100, |
| полиорганогидридсилоксан | - 8-15, |
| кремнеземный наполнитель | - 2-10, |
| 1,2-дигидроксиантрахинон | - 10-20, |
| катализатор отверждения | - (2-8)·10-4 |
Композиция может дополнительно содержать пигмент - свинцовый сурик в количестве 1-5 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука, инертный наполнитель - сульфат бария в количестве 5-15 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука, а также стабилизатор катализатора отверждения в количестве (0,2-2)·10-3 масс.ч.
Для лучшего распределения 1,2-дигидроксиантрахинона в смеси его целесообразно вводить предварительно смешанным с циклогексанолом, который используют в количестве 8-15 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука. Композицию получают смешением компонентов в смесительном оборудовании, например в краскотерке, шаровой мельнице или валиковом смесителе при температуре окружающей среды до получения однородной массы.
Полученную смесь подвергают вулканизации при 170°С в течение 3-5 часов.
В качестве полидиметилвинилсилоксанового каучука могут быть использованы, например, каучук марки СКТНВ-04 (СТП 38.71-512-85), каучук марки СКТНВ-2 (ТУ 38.103634-87), каучук марки СКТНФТ-ЮВ (ТУ 38.103697-89).
В качестве полиорганогидридсилоксана могут быть использованы, например, полимеры таких марок, как ГКЖ 136-41 (ГОСТ 10834-76), ГЮК-136-157 М (ТУ 6-02-694-7), ГКЖ 161-74 (ТУ 6-02-910-74).
В качестве кремнеземного наполнителя используют, например, аэросил А-175, А-200, А-300, А-380 (ГОСТ 14922-77).
В качестве стабилизатора катализатора отверждения могут быть использованы производные ацетилена, например диметилэтинилкарбинол, а также производные алифатических изоцианидов.
В качестве катализатора отверждения может быть использована, например, платинохлористоводородная кислота, платино-винилсилоксановый комплекс.
Нижеследующие примеры иллюстрируют предлагаемое техническое решение.
Пример 1
В шаровой мельнице при температуре окружающей среды проводят смешение 100 г каучука марки СКТНВ-2 с вязкостью 20 пуаз, 5 г аэросила А-300, 20 г ализарина, 10 г полиорганогидридсилоксана марки ГКЖ-136-41 и 4·10-4 г хлористоводородной платины в течение 1 часа. После выдержки композиции при 170°С в течение 5 часов вулканизаты имеют прочность при разрыве 10 кг/см2 и относительное удлинение 125%. При испытаниях вулканизатов композиции на защиту в изолирующем слое от обратных токов получены положительные результаты при 100°С, 125°С и 190°С.
Состав и свойства данной композиции и композиций по другим примерам сведены в табличную форму (см. таблицы 1, 2).
Таким образом, как видно из данных, приведенных в таблицах, предлагаемая композиция является термостойкой электроизоляционной композицией, обеспечитающей защиту в изолирующем слое от обратных токов элементов силовых полупроводниковых приборов при температуре до 190°С включительно.
| Таблица 1 | ||||||
| Состав полученных композиций | ||||||
| Состав | № примера, количество масс.ч. | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| СКТНВ - 04 | 100 | 100 | ||||
| CKТHB - 2 | 100 | 100 | ||||
| СКТНФТ-10В | 100 | 100 | ||||
| ГКЖ - 136-41 | 10 | 12 | 8 | |||
| ГКЖ - 161-74 | 10 | 15 | 10 | |||
| ГКЖ - 136-157 М | 3 | |||||
| Аэросил А - 300 | 5 | 2 | 6 | 6 | ||
| Аэросил А - 175 | 10 | |||||
| Платинохлористоводородная кислота | 4·10-4 | 3·10-4 | 2·10-4 | 6·10-4 | ||
| Платино-винилсилоксановый комплекс | 5·10-4 | 8·10-4 | ||||
| Свинцовый сурик | 1 | 3 | 5 | |||
| Сульфат бария | 8 | 10 | 5 | 15 | ||
| Диметилэтинилкарбинол | 1·10-3 | 2·10-5 | 1,5·10-3 | |||
| Фенилизоцианид | 2·10-3 | |||||
| Циклогексанол | 10 | 15 | 8 | 12 | 9 | |
| 1,2-дигидроксиантрахинон | 20 | 10 | 20 | 15 | 20 | 10 |
| Таблица 2 | |||||||
| Свойства полученных вулканизатов | |||||||
| № примера | Исходные физико-механические показатели | Физико-механические показатели после термообработки 350°С/сутки | Эффективность защиты в изолирующем слое от обратных силовых токов при | ||||
| Р, кг/см2 | L,% | Р, кг/см2 | L, % | 100°С | 125°С | 190°С | |
| 1 | 10 | 125 | 13 | 110 | + | + | + |
| 2 | 12 | 110 | 14 | 105 | + | + | - |
| 3 | 10 | 100 | 12 | 90 | + | + | + |
| 4 | 11 | 120 | 13 | 105 | + | + | - |
| 5 | 12 | 120 | 14 | 95 | + | + | - |
| 6 | 12 | 150 | 14 | 110 | + | - | - |
1. Термостойкая электроизоляционная композиция на основе полидиметилвинилсилоксанового каучука, включающая кремнеземный наполнитель, полиорганогидридсилоксан, катализатор отверждения на основе платины и термостабилизатор, заключающаяся в том, что в качестве термостабилизатора она содержит 1,2-дигидроксиантрахинон при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
| полидиметилвинилсилоксановый каучук | 100 |
| полиорганогидридсилоксан | 8-15 |
| кремнеземный наполнитель | 2-10 |
| катализатор отверждения | (2-8)·10-4 |
| 1,2-дигидроксиантрахинон | 10-20 |
2. Композиция по п.1, заключающаяся в том, что она дополнительно содержит в качестве пигмента свинцовый сурик в количестве 1-5 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука.
3. Композиция по п.1, заключающаяся в том, что она дополнительно содержит сульфат бария в количестве 5-15 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука.
4. Композиция по п.1, заключающаяся в том, что она дополнительно содержит стабилизатор катализатора отверждения в количестве (0,2-2,0)·10-3 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука.
5. Композиция по п.1, заключающаяся в том, что она дополнительно содержит циклогексанол в количестве 8-15 мас.ч на 100 мас.ч. каучука.
