RU2276169C1

RU2276169C1 - Composition for heat-conducting glue formulation

Info

Publication number: RU2276169C1
Application number: RU2004124306/04A
Authority: RU
Inventors: Александр Никитич Кашицын (RU); Александр Никитич Кашицын; Екатерина Аркадьевна Тимофеева (RU); Екатерина Аркадьевна Тимофеева; Ольга Григорьевна Беркут (RU); Ольга Григорьевна Беркут; Светлана Николаевна Гладких (RU); Светлана Николаевна Гладких; Людмила Ивановна Кузнецова (RU); Людмила Ивановна Кузнецова
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2006-05-10
Also published as: RU2004124306A

Abstract

FIELD: adhesives.

SUBSTANCE: invention relates to epoxide compositions for preparing heat-conducting glue formulations intended to join metals: steels, aluminum and titanium alloys, and ceramics to extract heat from heated members of instruments and to cool heavy-duty units and parts. Composition may be employed as sealing protective heat-extracting coating or layer in electrical and other appliances or to join and to seal parts of glass, ferrite, ceramics, aluminum, steel, and other materials. Composition contains epoxide 4,4'-isopropylidenediphenol resin, aliphatic amines as hardener, boron nitrile as heat-conducting filler, polyoxypropylenetriol triglycedyl ether (Laproksid 603), butylcellosolve monoglycedyl ether (Laproksid 301), and low-molecular weight polyamide resin.

EFFECT: enabled preparation of heat-conducting cold-cure glue formulation with high heat conductivity combined with sufficient adhesion shear strength and cohesion stretching strength.

2 tbl

Description

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. материаловThe invention relates to epoxy compositions for producing a heat-conducting adhesive composition intended for joining metals (steels, aluminum, titanium alloys), ceramics in order to remove heat from heating elements of devices, for cooling heat-loaded units and parts. This composition can be used as a sealed protective heat-transfer coating or layer in electrical and other products, as well as for gluing and sealing parts made of glass, ferrite, ceramics, aluminum, steel and other materials.

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%.The TPG-M sealant complies with GOST R 50109 for minimal gas evolution during vacuum-thermal exposure: it is characterized by a total mass loss of not more than 1.0%, easily condensable substances not more than 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.A known composition (see USSR author's certificate 686087, class N 01 B 3/02, 09/15/79), including an epoxy resin or epoxy polyester resin, isomethyltetrahydrophthalic anhydride as an hardener, an accelerator and heat-conducting fillers: boron nitride and aluminum oxide . The material based on this composition cures at elevated temperatures, is characterized by a low coefficient of thermal conductivity of 1.4 W / m · K, a small adhesive strength at separation and shear.

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).The closest in technical essence to the proposed one is an insulating heat-conducting composition, including ED-22 epoxy diane resin, anhydride type hardener, Michler's ketone or benzotriazole, a heat-conducting filler - silicon carbide or silicon, modified dialkyl (diallyl) sebacinate (see USSR copyright certificate 10784 , CL H 01 B 3/40, dated 08/17/82). A heat-conducting material with a coefficient of thermal conductivity (2.05-2.80) W / m · K, obtained on the basis of this composition, cures only when heated (at temperatures of 120-150 ° C).

Недостатком известной композиции являются ее ограниченные возможности, т.к. отверждение происходит только при высокой температуре, что неприемлемо для теплоотвода крупногабаритных конструкций и теплочувствительных приборов.A disadvantage of the known composition is its limited capabilities, because curing occurs only at high temperatures, which is unacceptable for heat removal of large structures and heat-sensitive devices.

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.The objective of the invention is to expand its capabilities by creating a thermally conductive composition of cold curing with the achievement of a technical result in the form of high thermal conductivity in combination with sufficient adhesive strength in shear and cohesive tensile strength.

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.:This problem is solved in that the composition for a heat-conducting adhesive composition, including an epoxy Dianova resin, a hardener and a heat-conducting filler, characterized in that it additionally contains triglycidyl ether of polyoxypropylenetriol brand Laproxide 603, monoglycidyl ether butyl cellosolve brand Laproxide 301, and as a hardener - amine hardener M-4 or Etal-45 hardener and low molecular weight polyamide resin, as a heat-conducting filler - boron nitride in the following ratio Research Institute of components, parts by weight:

Эпоксидная диановая смолаEpoxy Dianova Resin 8,0-12,08.0-12.0 Триглицидиловый эфир полиоксипропилентриолаPolyoxypropylene triol triglycidyl ether Лапроксид 603Laproxide 603 10,0-12,010.0-12.0 Моноглицидиловый эфир бутилцеллозольваButyl cellosolve monoglycidyl ether Лапроксид 301Laproxide 301 8,0-11,08.0-11.0 Указанные алифатические аминыSpecified Aliphatic Amines 3,0-12,03.0-12.0 Низкомолекулярная полиамидная смолаLow molecular weight polyamide resin 0-7,00-7.0 Нитрид бораBoron nitride 60-7560-75

Композиции предлагаемых составов готовятся следующим образом.Compositions of the proposed compositions are prepared as follows.

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.As an epoxy binder, a mixture of epoxy diane resin of the type ED-20, ED-22 (GOST 10587-84) and triglycidyl ether of polyoxypropylene triol brand Laproxide 603 (TU 2226-322-10488057-94), butyl cellosolve monoglycidyl ether Laproxid brand 301 (TU26 -337-10488057-97). The hardener used is low-molecular weight polyamide resin of the PO-300 grade (TU 2224-092-05034239-96), the amine hardener M-4 (TU 2494-342-10488057-98) or the Etal-45 hardener - aromatic amines (TU 2257- 021-18826195-99). As a heat-conducting filler, boron nitride powder TU 2-036-78 is added.

Для экспериментальной оценки коэффициента теплопроводности и механических характеристик предлагаемой теплопроводной композиции готовили 5 рецептур (см. табл.1) следующим образом.For experimental evaluation of the coefficient of thermal conductivity and mechanical characteristics of the proposed heat-conducting composition, 5 formulations were prepared (see Table 1) as follows.

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.Samples of epoxy Dianova resin, Laproxides of grades 603, 301 are mixed, heated to (60-70) ° C. A sample of boron nitride heated to (120-130) ° C is added to the mixture, mixed and vacuum at a residual pressure of 1 mm Hg. at a temperature of (100-110) ° C for 30-40 minutes to remove air bubbles. After adding hardeners PO-300, M-4 or Etal-45, the composition is mixed and after the final evacuation at a temperature of 50 ± 5 ° C and a residual pressure of 5-10 mm Hg in tablets with a diameter of 12 mm, a height of 3-4 mm for measuring thermal conductivity.

Таблица 1Table 1 Рецептура №Recipe number Состав, мас.ч.Composition, parts by weight 1one ЭД-20 - 8,0; Лапроксид 603 - 11,5; Лапроксид 301 - 10,0; ПО-300 - 7,0; М-4 - 3,0; Нитрид бора - 70,0ED-20 - 8.0; Laproxide 603 - 11.5; Laproxide 301 - 10.0; PO-300 - 7.0; M-4 - 3.0; Boron Nitride - 70.0 22 ЭД-22 - 12,0; Лапроксид 603 - 10,0; Лапроксид 301 - 8,0; Этал - 45 - 12; Нитрид бора - 75,0ED-22 - 12.0; Laproxide 603 - 10.0; Laproxide 301 - 8.0; Etal - 45 - 12; Boron Nitride - 75.0 33 ЭД-20 - 12,0; Лапроксид 603 - 10,0; Лапроксид 301 - 8,0; М-4 - 6,5; Нитрид бора - 60,0ED-20 - 12.0; Laproxide 603 - 10.0; Laproxide 301 - 8.0; M-4 - 6.5; Boron Nitride - 60.0 4four ЭД-20 - 7,5; Лапроксид 603 - 12,0; Лапроксид 301 - 11,0; ПО-300 - 4,0; М-4 - 4,0; Нитрид бора - 70,0ED-20 - 7.5; Laproxide 603 - 12.0; Laproxide 301 - 11.0; PO-300 - 4.0; M-4 - 4.0; Boron Nitride - 70.0 55 ЭД-20 - 12,0; Лапроксид 603 - 10,0; Лапроксид 301 - 8,0; ПО-300 - 4,0; М-4 - 4,0; Нитрид бора - 65,0ED-20 - 12.0; Laproxide 603 - 10.0; Laproxide 301 - 8.0; PO-300 - 4.0; M-4 - 4.0; Boron Nitride - 65.0

Определение коэффициента теплопроводности производят в соответствии с ОСТ 3-2340-74 на образцах из отвержденного герметика.The determination of the coefficient of thermal conductivity is carried out in accordance with OST 3-2340-74 on samples of cured sealant.

За результат определения принимают среднее арифметическое значение пяти определений с точностью до 10%.The arithmetic mean value of five determinations is taken as the determination result with an accuracy of 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.To conduct mechanical tests in order to determine the tensile strength, a fill is prepared - a plate 2 mm thick, from which, after curing at a temperature of (20-25) ° C, the spatulas are cut for at least 3 days. Determination of tensile stress at tension is carried out in accordance with GOST 14236-81.

Определение предела прочности при сдвиге производят в соответствии с ОСТ 92-1477-74 на образцах из алюминиевого сплава АМгб.The determination of the shear strength is carried out in accordance with OST 92-1477-74 on samples of aluminum alloy AMgb.

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.For the manufacture of samples of adhesive joints, plates with dimensions of 20 × 70 mm from an aluminum alloy are subjected to sandblasting. Then the samples are twice degreased with GOST 2768 acetone or TU 38.401-67-108-92 gasoline and dried. The prepared heat-conducting composition is applied on both glued surfaces of steel plates to an area of 20 × 15 mm, and glued surfaces are connected. Between glued surfaces, gaps of more than 0.5 mm are not allowed. Samples of adhesive joints are cured at a temperature of 20-25 ° C, a specific pressure of 0.1-0.3 MPa for at least 3 days, then tests (at least 5 samples) are carried out at a temperature of 15-35 ° C.

Результаты физико-механических испытаний предлагаемой теплопроводной композиции и прототипа представлены в табл.2.The results of physical and mechanical tests of the proposed heat-conducting composition and prototype are presented in table 2.

Таблица 2table 2 Рецептура №Recipe number Коэффициент теплопроводности, Вт/м·КThe coefficient of thermal conductivity, W / m · K Предел прочности при растяжении, МПаTensile Strength, MPa Прочность при сдвиге, МПаShear Strength, MPa 1one 3,103.10 7,47.4 3,83.8 22 3,033.03 7,27.2 3,23.2 33 3,023.02 8,68.6 4,14.1 4four 3,253.25 6,86.8 3,13,1 55 3,153.15 7,17.1 3,23.2 ПрототипPrototype 2,05-2,802.05-2.80 9,0-5,09.0-5.0 3,0-2,53.0-2.5

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.From table 2 shows the achievement of a positive technical result: in terms of thermal conductivity and shear strength, the proposed compositions exceed the prototype; tensile strength - are on par with the prototype.

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.The proposed composition for heat-conducting adhesive composition allows it to be used for heat removal from large-sized structures and heat-sensitive devices during cold curing at a temperature of 20-25 ° C, instead of 120 ° C of the known composition.

Создание теплопроводного состава холодного отверждения при высокой теплопроводности в сочетании с достаточной адгезийной прочностью позволяет расширить возможности применения композиции.The creation of a thermally conductive composition of cold curing at high thermal conductivity in combination with sufficient adhesive strength allows you to expand the application of the composition.

Claims

Composition for heat-conducting adhesive composition, including epoxy Diani resin, hardener and heat-conducting filler, characterized in that it additionally contains triglycidyl ether of polyoxypropylene triol brand Laproxide 603, butyl cellosolve monoglycidyl ether brand Laproxide 301, as a hardener - amine-aliphatic hardener Etal-45 and low molecular weight polyamide resin, as a heat-conducting filler - boron nitride in the following ratio of components, parts by weight:

Epoxy Dianova Resin 8.0-12.0 Polyoxypropylene triol triglycidyl ether Laproxide 603 10.0-12.0 Butyl cellosolve monoglycidyl ether Laproxide 301 8.0-11.0 Specified Aliphatic Amines 3.0-12.0 Low molecular weight polyamide resin 0-7.0 Boron nitride 60.0-75.0