Состав для диэлектрической полимерной композиции
Владельцы патента RU 2619103:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) (RU)
Изобретение относится к составу диэлектрической композиции, предназначенной для использования при создании радиотехнических и электротехнических изделий. Композиция содержит эпоксидную диановую смолу, в качестве отвердителя полиэтиленполиамин и в качестве наполнителя стеклянные полые микросферы и оксид галлия. Полученная по изобретению композиция позволяет повысить диэлектрические характеристики композиции и, в частности, уменьшить диэлектрические потери. 1 табл., 4 пр.
Заявляемая композиция относится к композиционным полимерным материалам и может использоваться при создании радиотехнических и электротехнических изделий.
Наиболее распространенными полимерными композициями, обладающими хорошими диэлектрическими свойствами, являются композиции на основе полимерных связующих, наполненные полыми стеклянными микросферами. Введение микросфер способствует повышению электрической прочности и удельного объемного сопротивления композиций. Увеличение значений указанных диэлектрических характеристик за счет введения микросфер обусловлено тем, что полые микросферы способствуют уменьшению теплопроводности композиции, создают дискретную пространственную решетку, препятствующую распространению электрического разряда по объему полимерного изделия.
В патенте RU 2185398 описан состав полимерной композиции на основе полипропилена, где в качестве наполнителей используются полые стеклянные микросферы и стекловолокно. Данная диэлектрическая полимерная композиция, получаемая методом литья под давлением, может использоваться для изготовления конструкционных электротехнических изделий.
Повышение электрической прочности и удельного объемного сопротивления данной полимерной композиции достигается за счет использования микросфер, а введение стекловолокна обеспечивает значительное повышение физико-механических показателей композиции, так как стекловолокно, как известно, является армирующим материалом.
Недостатком данной композиции является то, что введение наполнителей минерального происхождения значительно снижает текучесть полимерной композиции. Так как композицию предполагается перерабатывать методом литья под давлением, в данном случае использование стеклянных микросфер и стекловолокна нежелательно, вследствие резкого увеличения вязкости расплава и возникновения возможных проблем при переработке.
Известен композиционный диэлектрический материал (H01Q 15/08, Н01В 3/44, Н01В 3/00 (11), ЕР 1126545 A1, опубликован 22.08.2001 г.), содержащий в качестве связующего пенополистирол и наполнитель - двуокись титана. Для улучшения сцепления двуокиси титана с пенополистиролом композиционный диэлектрический материал содержит дополнительно связующий материал, например воск, полиуретан или эпоксидную смолу, в количестве 1-25% по отношению к полной массе композиции. Несмотря на то что пенополистирол имеет наименьший уровень тепловых потерь, его недостатками являются низкая термостабильность (68-70°С) и повышенная горючесть.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав для полимерной диэлектрической композиции (патент RU 2307432), содержащий в качестве связующего эпоксидную смолу, а в качестве наполнителей - микросферы стеклянные полые и двуокись титана в следующем соотношении компонентов, вес. %: эпоксидная смола - 74,3-82,8, микросферы стеклянные полые - 5,7-12,5, двуокись титана - остальное.
Данная диэлектрическая композиция предназначена для использования в радиотехнике и, в частном случае, в технике линзовых антенн.
Полученный композиционный диэлектрический материал обладает заданной диэлектрической проницаемостью и плотностью, работоспособностью в условиях вибрационных нагрузок в интервале температур от -60 до +85°С. Использование эпоксидной смолы обеспечивает технологичность и смачивающую способность, высокую адгезионную и когезионную прочность, малую усадку при отверждении без выделения побочных продуктов, стабильность физико-механических и диэлектрических свойств и, соответственно, стабильность радиотехнических характеристик изделия.
Недостатком данной композиции является наличие в композиции полупроводникового наполнителя двуокиси титана, что приводит к снижению диэлектрических характеристик изделий. Также недостатком является то, что диоксид титана на высоких частотах вносит большие электрические потери. С увеличением температуры у композиции изменяется объемное электрическое сопротивление и наблюдаются нестабильные характеристики.
Техническими задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются улучшение стабильности диэлектрических характеристик и уменьшение электрических потерь.
Поставленная задача решается за счет композиции, состоящей из эпоксидной диановой смолы, отвердителя полиэтиленполиамина, наполнителей оксида галлия (III) и стеклянных полых микросфер в следующих соотношениях, масс. ч: эпоксидиановая смола - 100, полиэтиленполиамин - 10, микросферы стеклянные полые - 5-20, оксид галлия - 5-15.
Для получения диэлектрической полимерной композиции используется эпоксидная диановая смола марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) с массовой долей эпоксидных групп 20-22,5%, динамической вязкостью 13-20 Па⋅сек (при Т=25±0,1)°C.
Использование полиэтиленполиамина (ТУ 2413-214-00203312-2002) в полимерной композиции необходимо для отверждения эпоксидной диановой смолы.
Использование оксида галлия (III) предполагает повышение диэлектрических характеристик изделия, улучшение стабильности диэлектрических характеристик при работе в СВЧ-радиодиапазоне и уменьшение электрических потерь.
Использование в полимерной композиции в качестве наполнителя микросфер стеклянных полых (марка МСО-А9 по ТУ 6-11-367-75) позволяет повысить диэлектрические характеристики композиции и, в частности, уменьшить диэлектрические потери.
Заявляемое изобретение может быть осуществлено следующим образом: в эпоксидную диановую смолу добавляют заданное экспериментом количество наполнителей оксида галлия и стеклянных полых микросфер, тщательно перемешивают в течение 2-х часов при температуре (25±10)°C. Затем добавляется отвердитель полиэтиленполиамин и еще раз композицию тщательно перемешивают. Последняя операция производится непосредственно перед началом работ по заливке изделия. Жизнеспособность состава 40-60 мин при Т=(25±10)°C.
Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами, масс. ч.:
| 1. | Эпоксидная диановая смола | 100 |
| Полиэтиленполиамин | 10 | |
| Оксид галлия (III) | 5 | |
| Стеклянные полые микросферы | 10 |
| 2. | Эпоксидная диановая смола | 100 |
| Полиэтиленполиамин | 10 | |
| Оксид галлия (III) | 10 | |
| Стеклянные полые микросферы | 25 |
| 3. | Эпоксидная диановая смола | 100 |
| Полиэтиленполиамин | 10 | |
| Оксид галлия (III) | 15 | |
| Стеклянные полые микросферы | 50 |
Свойства материалов, полученных с использованием известного и предлагаемого состава, приведены в таблице 1.
Состав для получения диэлектрической полимерной композиции, включающий эпоксидную диановую смолу, аминный отвердитель, наполнители, отличающийся тем, что он содержит в качестве наполнителя стеклянные полые микросферы и дополнительно содержит оксид галлия (III) при следующих соотношениях компонентов (мас. ч.):
| Эпоксидная диановая смола | 100 |
| Полиэтиленполиамин | 10 |
| Оксид галлия (III) | 5-15 |
| Стеклянные полые микросферы | 10-50 |
