RU2502767C2 - Полимерный композиционный материал для радиоэлектронной техники - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к полимерным композиционным материалам, предназначенным для поглощения высокочастотной энергии в СВЧ-устройствах. Полимерный композиционный материал для поглощения высокочастотной энергии включает, мас.ч.: каучук синтетический низкомолекулярный диметилсилоксановый СКТН 15-20, каучук высокомолекулярный СКТ 3-4, этилсиликат, выбранный из этилсиликата-40 и этилсиликата-32, 2-3, полиметилсилоксан, выбранный из ПМС-50 и ПМС-200, до 3, порошок альсиферовой фракции размером частиц не более 63 мкм 75-85, катализатор холодного отверждения К-68 1,0-1,5, полиэтиленполиамин до 1,0. Описан также способ получения полимерного композиционного материала, заключающийся в перемешивании составляющих компонентов при следующей последовательности: альсиферовый порошок перемешивают со смесью низкомолекулярного диметилсилоксанового каучука СКТН, высокомолекулярного каучука СКТ и этилсиликата, где смесь при необходимости содержит полиметилсилоксановую жидкость. Вновь полученную смесь выдерживают в течение 24 часов, затем вносят катализатор или его смесь с полиэтиленполиамином. Технический результат - высокие физико-механические характеристики полимерного композиционного материала, отсутствие воздушных включений в отвержденном материале. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.

Description

Настоящая заявка на изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к полимерным композиционным материалам, предназначенным для поглощения высокочастотной энергии в СВЧ устройствах. Известны поглощающие материалы для объемных поглотителей высокочастотной энергии на основе эпоксидной диановой смолы и карбонильного железа (ОСТ 107.460007.006-92). Однако эти материалы не являются эластичными, не выдерживают нагрева выше 150°C, и недостаточно устойчивы при работе в условиях повышенной влажности.

Известны различные полимерные композиции для поглощения высокочастотной энергии (патент РФ №2006999, патент РФ №2119216, патент РФ №2107705, патент РФ №2111506). Покрытие из этих композиций не обеспечивают полноценного функционирования технических устройств, так как защитные функции осуществляются в узких пределах, которые определяются диапазоном поглощения энергии. Изготовление этих материалов представляет технические сложности или связано с применением дефицитных составляющих компонентов. Известно радиопоглощающее покрытие, в состав которого в качестве полимерного связующего входит синтетический клей Элатон на основе латекса, а в качестве магнитного наполнителя порошкообразный феррит (патент РФ 2155420). Однако, представленный состав композиции, а также соотношение компонентов не могут полностью обеспечить ни равномерности состава по толщине покрытия (оседание феррита после смешения), ни достаточных термостойкости и термостабильности. Полимерные латексы уступают многим полимерным связующим по физико-механическим свойствам и по устойчивости к нагреву. Остается неясным смысл широкого разброса в соотношениях между связующим и порошкообразным наполнителем (ферритом и карбонильным железом), соотношениях, приведенных в патенте. Известны материалы для поглощения высокочастотной энергии на основе полиуретана, наполненного карбонильным железом (ОСТ 107.460007.006-92). Однако эти материалы, обладающие относительной эластичностью вулканизатов, недостаточно устойчивы к воздействию повышенной влажности, а так же соляного тумана. Они, подобно ряду аналогов, не выдерживают нагрева выше 150°C. Кроме того они не обеспечивают достаточного затухания волны сигнала СВЧ.

Более эффективное затухание волны сигнала СВЧ при работоспособности в более широком интервале рабочих температур обеспечивает полимерная композиция патент РФ №2294347 на основе силиконового каучука СКТН, устойчивая к воздействию влажности и соляного тумана. Данная полимерная композиция по составу наиболее близка к заявляемому полимерному композиционному материалу и поэтому принята в качестве прототипа. Полимерная композиция содержит в качестве отвердителя серийный катализатор холодного отверждения - К-68. В качестве поглощающего наполнителя служит альсиферовый порошок определенной степени размола. Получают полимерную композицию простым смешением исходных компонентов при следующем их соотношении, масс.ч.:

Каучук диметилсилоксановый СКТН	15-25
Порошок альсиферовый	75-85
Катализатор К-68	0,6-1,0

Настоящий состав позволяет обеспечить работу композиции в интервале рабочих температур - 60…+200°C при затухании волны сигнала СВЧ дБ 3.45-3.50.

Однако, полимерный состав основан на применении низкомолекулярного каучука с небольшими значениями физико-механических характеристик, в частности, прочностных свойств. Композиция наполнена дисперсным наполнителем с малой поверхностной активностью. Это неизбежно приводит к недостаточному уровню устойчивости при воздействии вибраций, ударов, других механических факторов.

Получение композиции простым смешением всех исходных компонентов создает дополнительные проблемы, которые состоят в следующем. В объеме композиции при соединении компонентов наблюдается активное газовыделение за счет ухода воздушных включений с поверхности частиц альсиферовой фракции. Эти включения не успевают покинуть объем отверждаемого материала вследствие того, что процесс отверждения уже начат и вязкость композиции непрерывно возрастает. В объеме отвержденного материала неизбежно остается большое количество воздуха. Это приводит к снижению эффективности затухания волны сигнала СВЧ, при ее прохождении через слой материала. Повлиять на процесс газовыделения, при указанном в патенте прототипа режиме получения и отверждения состава, сложно.

Порошок альсиферовой фракции не является активным наполнителем и практически не дает улучшения физико-механических свойств низкомолекулярного каучука СКТН (прочность при разрыве 0.3-0.5 Мпа, относительное удлинение при разрыве 30-60%). Поскольку порошок альсиферовой фракции обладает достаточно высокой плотностью, это неизбежно приводит к расслоению композиции, как в емкости после приготовления, так и в ее, нанесенном на поверхность, слое.

Соотношение СКТН-катализатор К-68, приведенное в составе композиции прототипа, сообщает композиции достаточно большое «время жизни» при незначительной скорости отверждения. Но это и создает условия для расслоения состава.

Технической задачей настоящего изобретения является создание композиционного материала, обладающего в сравнении с материалом прототипа более высокими физико-механическими характеристиками повышенной однородностью состава и отсутствием воздушных включений в отвержденном материале. Решение поставленной технической задачи достигается тем, что композиционный материал содержит дополнительно высокомолекулярный диметилсилоксановый каучук СКТ, полиметилсилоксановую жидкость и этилсиликат, выбранный из этилсиликата-40 и этилсиликата-32, а в качестве катализатора холодного отверждения - катализатор К-68 или его смесь полиэтиленполиамином.

Другой технической задачей является создание способа получения композиционного материала, с целью устранения воздушных включений в его объеме отвержденного материала после отверждения. Поставленная техническая задача решается тем, что предварительно производят смешение альсиферового порошка с низкомолекулярным силиконовым каучуком СКТН или смесью СКТН или СКТ, или этой смесью с добавлением этилсиликата и полиметилсилоксановой жидкости, и последующей выдержкой полученной смеси в течение 24 часов. Другим вариантом является выдержка указанной смеси после временного подогрева состава до 50°C. При этом, практически все воздушные включения успевают покинуть объем композиции. Затем производят отверждение композиции, состоящее в интенсивном смешивании с большим, чем в прототипе количеством катализатора и нанесении на технологические поверхности сразу после начала отверждения. При этом расслоение состава сводится к минимуму.

В настоящем изобретении предлагается полимерный композиционный материал следующего состава:

Каучук синтетический низкомолекулярный

диметилсилоксановый СКТН	15-20
Каучук высокомолекулярный СКТ	3-4

Этилсиликат, выбранный из этилсиликата-40

и этилсиликата-32	2-3
Полиметилсилоксан, выбранный из ПМС-50 и ПМС-200	до 3

Порошок альсиферовой фракции, размером частиц

не более 63 мкм	75-85
Катализатор холодного отверждения К-68	1,0-1,5
Полиэтиленполиамин	до 1,0

Представленный диапазон компонентов объясняется следующим. При содержании СКТН меньше 15 масс.ч. в условиях добавления СКТ вязкость полученной композиции не позволяет произвести удовлетворительное и равномерное нанесение состава на поверхности. Увеличение содержания СКТН свыше 20 масс.ч. заставляет уменьшить содержание поглощающего наполнителя (порошок альсиферовой фракции) ниже эффективного предела.

Добавление каучука СКТ в указанных пределах обеспечивает необходимый и достаточный уровень прочностных и эластических свойств вулканизата композиции. Добавление этилсиликата в указанных пределах вызывает необходимое разведение исходного состава, компенсирующее увеличение вязкости, привносимое СКТ. Добавление этилсиликата-40 или этилсиликата-32 в количествах больших 3 масс.ч. стало бы приводить к неоправданному снижению эластичности. Добавление его в количествах меньше 2 масс.ч. не дает нужного уровня текучести материала. Внесение полиметилсилоксановой жидкости в пределах до 3 масс.ч. способствует дополнительному снижению вязкости исходной композиции и повышению эластичности вулканизата. Повышение ее содержания свыше 3 масс.ч. могло бы сказаться на длительной термостойкости материала в условиях эксплуатации. Содержание катализатора К-68 в указанных пределах обеспечивает необходимый и достаточный интервал отверждения с нарастанием вязкости состава, при котором возможно равномерное нанесение композиции на поверхности без заметного расслоения. Внесение в состав полиэтиленполиамина создает условия для дополнительного регулирования процесса отверждения за счет реакции с этилсиликатом, приводящей к ускорению и повышению равномерности процесса отверждения по всему объему, а так же улучшению адгезии вулканизата к поверхностям нанесения.

В заявляемом полимерном композиционном материале используют следующие компоненты:

Каучук диметилсилоксановый

СКТН	ТУ 2294-002-00152000-96, ГОСТ 13835-73
Каучук силоксановый СКТ	ТУ 38.103694-89
Этилсиликат-40	ГОСТ 26371-84
Катализатор холодного отверждения К-68	ОСТ 38.03239-81
Полиэтиленполиамин	ТУ 2413-357-00203447-99
Полиметилсилоксан	ГОСТ 13032-77
Порошок альсиферовый	ЯЭО.005.078 ТУ

В таблице 1 приведены составы полимерного композиционного материала по изобретению.

Таблица 1
№ п/п	Компоненты	Состав 1	Состав 2	Состав 3	Состав 4	Состав 5	Состав 6
1	Каучук СКТН	15	20	17	16	18	20
2	Каучук СКТ	3,0	4,0	3,5	3,5	3,5	4,0
3	Этилсиликат-40	2,0	3,0	2,5	-	-	-
4	Этилсиликат-32	-	-	-	2,5	2,5	3,0
5	Катализатор К-68	1,0	1,5	1,2	1,3	1,4	1,5
6	Полиэтиленполиамин	-	1,0	-	0,6	0,7	-
7	Порошок альсиферовой фракции	81	75	78	79	74	85
8	ПМС-50	-	3	-	2	-	1
9	ПМС-200	-	-	2	-	-	1

В таблице 2 приведены свойства полимерного композиционного материала в сравнении со свойствами прототипа.

Таблица 2
№ п/п	Характеристика, свойства	Прототип			Заявляемый материал
		Пример 1	Пример 2	Пример 3	Состав 1	Состав 2	Состав 4	Состав 5
1	Интервал рабочих температур, °C	-60÷+200	-60÷+200	60÷+200	-60÷+250	-65÷+200	65÷+200	-60÷+250
2	Прочность	0,35	0,40	0,32	1,0	1,2	1,3	1,5
	вулканизата на разрыв, МПа
3	Относительное удлинение при разрыве, %	45	42	47	80	95	95	110
4	Время потери текучести, час	3,0	2,8	3,1	1,2	0,7	0,75	0,6
5	Время полного отверждения, час	24	24	24	24	24	24	24
6	Устойчивость к	+	+	+	+	++	++	+
	длительному воздействию влаги, 98% при 40°C
7	Устойчивость к	+	+	+	+	++	++	+
	воздействию соляного тумана, сутки
8	Затухание волны сигнала СВЧ, дБ	3,45-3,5	3,45-3,5	3,45-3,5	3,45-3,5	3,45-3,5	3,45-3,5	3,45-3,5

Способ получения заявляемого полимерного композиционного материала иллюстрируется след примерами:

Пример 1

В емкость вносят 15 г каучука СКТН, добавляют 2 г этилсиликата-40 и перемешивают 5 минут. В полученную смесь вносят 3 г каучука СКТ и перемешивают компоненты до достижения однородности состава, определяемой визуально. В смесь вносят 81 г порошка альсиферовой фракции и тщательно перемешивают. Хранят в емкости смешения 24 часа. Состав перемешивают 10 минут, затем при перемешивании добавляют 1 г катализатора К-68. Через 2 минуты на носят смесь на поверхность слоем необходимой толщины.

Пример 2

Смешивают 4 г СКТ, 3 г этилсиликата-40 и 3 г ПМС-50 до достижения однородности состава, определяемой визуально. Полученную смесь вносят в емкость с 20 г СКТН и перемешивают 5-6 минут. В емкость вносят 70 г порошка альсиферовой фракции и тщательно перемешивают. Хранят в емкости смешения 24 часа. Состав перемешивают 10 минут, далее при перемешивании добавляют 1,5 г катализатора К-68 и 1 г ПЭПА, через 2 минуты наносят смесь на поверхность слоем необходимой толщины.

Пример 3

Смешивают 3,5 г СКТ, 2,5 г этилсиликата-32 и 2 г ПМС-50 до достижения однородности состава, определяемой визуально. Полученную смесь вносят в емкость с 16 г СКТН и перемешивают 5-6 минут. В емкость вносят 79 г порошка альсиферовой фракции и тщательно перемешивают. Затем подогревают смесь до 50°C и выдерживают при нагреве 2 часа. Хранят в емкости смешения 24 часа. Состав перемешивают 10 минут, далее при перемешивании добавляют 1,3 г катализатора К-68 и 0,6 г ПЭПА. Через 2 минуты наносят смесь на поверхность слоем необходимой толщины.

Пример 4

Смешивают 4 г СКТ, 3 г этилсиликата-32, 1 г ПМС-50 и 1 г ПМС-200 до достижения однородности состава, определяемой визуально. Полученную смесь вносят в емкость с 20 г СКТН и перемешивают 5-6 минут. В емкость вносят 85 г порошка альсиферовой фракции и тщательно перемешивают. Затем подогревают смесь до 50°C и выдерживают при нагреве 2 часа. Хранят в емкости смешения 24 часа. Состав перемешивают 10 минут, далее при перемешивании добавляют 1,5 г катализатора К-68 и 0,6 г ПЭПА. Через 2 минуты наносят смесь на поверхность слоем необходимой толщины.

Как следует из приведенного в описании и отраженного в таблицах состава полимерного композиционного материала, а также его физико-механических и эксплуатационных свойств в результате применения сочетания компонентов и способа их подготовки и соединения достигнуто получение полимерного композиционного материала с необходимым сочетанием свойств. При этом решена техническая задача настоящего изобретения, направленная на создание композиционного материала со свойствами вызывать затухания волны сигнала СВЧ, обладающего в сравнении с материалом прототипа более высокими физико-математическими характеристиками, повышенной однородностью состава и отсутствием воздушных включений в отвержденном материале. Решения поставленной задачи удалось достигнуть внесением в состав поглощающей композиции дополнительно диметилсилоксанового каучука СКТ, полиметилсилоксановой жидкости и этилсиликата, а также вприменением катализатора К-68 в смеси с полиэтиленполиамином.

Решена техническая задача по заявляемому способу, целью которого является устранение воздушных включений в объеме отвержденного композиционного материала. Решение технической задачи по способу достигнуто благодаря тому, что основные компоненты смешивают заранее и выдерживают до полного удаления воздушных включений из объема неотвержденного композиционного материала и с поверхности частиц наполнителя. Выдержка состава в течение 24 часов может быть дополнена временным его подогревом до 50°C.

Заявляемый состав полимерного композиционного материала для радиоэлектронной техники и способ его получения, разработанный в ЗАО «Комплексный технический сервис» прошли необходимые испытания, и нашли применение в практических разработках.

Заявитель просит рассмотреть излагаемые материалы на предмет выдачи патента РФ на изобретение.

Claims (3)

1. Полимерный композиционный материал для поглощения высокочастотной энергии в СВЧ-устройствах, включающий в качестве полимера каучук синтетический низкомолекулярный диметилсилоксановый СКТН, в качестве поглощающего наполнителя порошок альсиферовой фракции размером частиц не более 63 мкм, в качестве катализатора - катализатор К-68, отличающийся тем, что он дополнительно содержит высокомолекулярный диметилсилоксановый каучук СКТ, при необходимости полиметилсилоксановую жидкость, выбранную из ПМС-50, ПМС-200 и этилсиликат, выбранный из этилсиликата-40 и этилсиликата-32, а в качестве катализатора холодного отверждения - катализатор К-68 или его смесь с полиэтиленполиамином при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Каучук синтетический низкомолекулярный   диметилсилоксановый СКТН 15-20 Каучук высокомолекулярный СКТ 3-4 Этилсиликат, выбранный из этилсиликата-40   и этилсиликата-32 2-3 Полиметилсилоксан, выбранный из ПМС-50 и ПМС-200 до 3 Порошок альсиферовой фракции, размером частиц   не более 63 мкм 75-85 Катализатор холодного отверждения К-68 1,0-1,5 Полиэтиленполиамин до 1,0

2. Способ получения полимерного композиционного материала по п.1, заключающийся в перемешивании составляющих компонентов при следующей последовательности: альсиферовый порошок перемешивают со смесью низкомолекулярного диметилсилоксанового каучука СКТН, высокомолекулярного каучука СКТ и этилсиликата, где смесь, при необходимости, содержит полиметилсилоксановую жидкость, вновь полученную смесь выдерживают в течение 24 ч, а затем вносят катализатор или его смесь с полиэтиленполиамином с последующим отверждением.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что выдержку осуществляют после дополнительного подогрева состава до 50°C.