RU2680999C1

RU2680999C1 - Highly filled compound for the ferromagnetic cores manufacturing

Info

Publication number: RU2680999C1
Application number: RU2017144397A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Шацких
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-03-01

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and can be used during development of materials with magnetic properties, subjected to the complex machining in the cured state. Highly filled epoxy-ferrite molding compound contains epoxy diane resin, inert plasticizer, ferrite filler, amine type PEPA hardener. As the inert plasticizer, the compound contains an active diluent, butyl cellosolve Laproxide 301B monoglycidyl ether. Epoxy-ferrite compound components ratio is as follows, pts. wt.: epoxy resin ED-22 100, ferrite filler 500–600, amine type hardener PEPA 24, butyl cellosolve Laproxide 301B monoglycidyl ether 20.

EFFECT: invention allows to produce the plastic compound with uniformly dispersed disperse filler without additional use of the solvent, to improve the cured material performance properties.

1 cl

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам изготовления высоконаполненных порошковым дисперсным ферритовым наполнителем (с размерами частиц от 1 до 100 мкм) эпоксидных компаундов с магнитными свойствами пригодных для сложной механической обработки, в частности для создания ферромагнитных сердечников для радиотехнических схем или их узлов.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to methods for manufacturing highly filled powder dispersed ferrite filler (with particle sizes from 1 to 100 microns) of epoxy compounds with magnetic properties suitable for complex machining, in particular for creating ferromagnetic cores for electronic circuits or their components.

Эпоксидные компаунды находят широкое применение в электротехнической, радиоэлектронной промышленности, авиа-, судо- и машиностроении, за счет хороших электроизоляционных свойств и широкого диапазона рабочих температур. Использование в составах эпоксидных компаундов функциональных наполнителей позволяет повысить комплекс эксплуатационных характеристик, необходимых для применения данного компаунда в конкретной области техники. Однако, при введении большого количества наполнителей (более 500 мас. ч. на 100 мас. ч. эпоксидной смолы) в виде дисперсных частиц с размерами от 1 до 100 мкм в олигомерное жидкое связующее, как правило происходит агломерация наполнителя, вследствие резкого нарастания вязкости и снижения смачивающей способности. Для снижения вязкости и увеличения смачивающей способности жидкого связующего традиционно используется повышение температуры компонентов, а так же введение растворителей и инертных пластификаторов. Однако растворители необходимо удалять перед отверждением компаунда, т.к. их наличие в отвержденном компаунде приводит к образованию газовых полостей и снижению прочности материала. При этом они легко летучи, что ограничивает возможность применения высокой температуры в ходе переработки компаунда. В случае введения инертного пластификатора удается так же повысить пластичность компаунда, однако отсутствие химической связи с эпоксидной матрицей может приводить к десорбции пластификатора при высокотемпературной эксплуатации отвержденного изделия.Epoxy compounds are widely used in the electrical, radio-electronic industry, aircraft, shipbuilding and mechanical engineering, due to their good electrical insulation properties and a wide range of operating temperatures. The use of functional fillers in the compositions of epoxy compounds allows to increase the range of operational characteristics necessary for the use of this compound in a specific field of technology. However, with the introduction of a large number of fillers (more than 500 parts by mass per 100 parts by mass of epoxy resin) in the form of dispersed particles with sizes from 1 to 100 μm into the oligomeric liquid binder, filler agglomerates, as a rule, due to a sharp increase in viscosity and decreased wetting ability. To reduce the viscosity and increase the wetting ability of the liquid binder, the temperature of the components is traditionally used, as well as the introduction of solvents and inert plasticizers. However, solvents must be removed before curing the compound, as their presence in the cured compound leads to the formation of gas cavities and a decrease in the strength of the material. Moreover, they are easily volatile, which limits the possibility of using high temperature during the processing of the compound. In the case of the introduction of an inert plasticizer, it is also possible to increase the plasticity of the compound, however, the absence of a chemical bond with the epoxy matrix can lead to desorption of the plasticizer during high-temperature operation of the cured product.

Известен твердеющий состав компаунда с пластификатором, приготовление которого включает введение подогретого наполнителя и смешивание состава с отвердителем. Патент Украины №60690, МПК С03С 8/24, 15.10.2003. Недостатком известного состава является повышенное количество пластификатора в общей массе твердеющего состава, что предопределяет снижение механической прочности готового изделия после отверждения состава.Known hardening composition of the compound with a plasticizer, the preparation of which includes the introduction of a heated filler and mixing the composition with a hardener. Patent of Ukraine No. 60690, IPC С03С 8/24, 10/15/2003. A disadvantage of the known composition is the increased amount of plasticizer in the total mass of the hardening composition, which determines the decrease in the mechanical strength of the finished product after curing of the composition.

Известен состав компаунда, включающий введение в эпоксидную смолу пластификатора (8-12% от массы эпоксидной смолы), растворителя (25-35% от массы эпоксидной смолы), подогретого минерального наполнителя (75-125% от массы эпоксидной смолы) и отвердителя (15-30% от массы эпоксидной смолы) с предварительным смешением эпоксидной смолы, пластификатора и растворителя, и последующим перемешиванием компонентов до достижения однородности. Патент РФ №2461598, МПК С09С 3/10, C09D 5/34, C08L 63/00, 20.09.2012. Данный состав принят в качестве прототипа.The known composition of the compound, including the introduction into the epoxy resin of a plasticizer (8-12% by weight of the epoxy resin), solvent (25-35% by weight of the epoxy resin), heated mineral filler (75-125% by weight of the epoxy resin) and hardener (15 -30% by weight of the epoxy resin) with preliminary mixing of the epoxy resin, plasticizer and solvent, and then mixing the components to achieve uniformity. RF patent No. 2461598, IPC С09С 3/10, C09D 5/34, C08L 63/00, 09/20/2012. This composition is adopted as a prototype.

Недостатком прототипа является то обстоятельство, что возникает необходимость удаления растворителя из состава компаунда, при этом для достижения полного удаления растворителя требуется воздействие высокой температуры (до 80°C) в течение длительного времени. Так же отсутствие химической связи между пластификатором и эпоксидной матрицей может приводить к диффузии пластификатора из объема компаунда в окружающую среду (особенно при высокой температуре), что ведет к существенному ухудшению эксплуатационных свойств отвержденного материала.The disadvantage of the prototype is the fact that there is a need to remove the solvent from the composition of the compound, and in order to achieve complete removal of the solvent, high temperature exposure (up to 80 ° C) is required for a long time. Also, the absence of a chemical bond between the plasticizer and the epoxy matrix can lead to diffusion of the plasticizer from the volume of the compound into the environment (especially at high temperature), which leads to a significant deterioration in the operational properties of the cured material.

Задачей изобретения является изготовления эпоксидных компаундов с равномерно диспергированным дисперсным наполнителем без дополнительного применения растворителя.The objective of the invention is the manufacture of epoxy compounds with uniformly dispersed dispersed filler without additional solvent.

Техническим результатом является улучшение эксплуатационных свойств отвержденного материала.The technical result is to improve the operational properties of the cured material.

Технический результат достигается тем, что в высоконаполненном формовочном эпоксидно-ферритовом компаунде, содержащем эпоксидную диановую смолу, инертный пластификатор, ферритовый наполнитель, аминный отвердитель типа ПЭПА, в качестве инертного пластификатора используют активный разбавитель моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва Лапроксид 301Б при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:The technical result is achieved by the fact that in a highly filled molding epoxy-ferrite compound containing an epoxy Dianova resin, an inert plasticizer, a ferrite filler, an amine hardener of the PEPA type, an active diluent monoglycidyl ether of butyl cellosolve Laproxene 301 with the following components is used as an inert plasticizer. hours:

Эпоксидная смола ЭД-22Epoxy resin ED-22 100one hundred Ферритовый наполнительFerrite filler 500-600500-600 Отвердитель аминного типа ПЭПАPEPA amine type hardener 2424 Моноглицидиловый эфир бутилцеллозольваButyl cellosolve monoglycidyl ether Лапроксид 301БLaproxide 301B 20.twenty.

Замещение инертного пластификатора олигоэфиракрилата МГФ-9 на низковязкий активный разбавитель моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва Лапроксид 301Б позволяет снизить вязкость полимерного связующего относительно прототипа в 2,5 раза (при 60°C со 130 до 50 сПз), в 3 раза (при 25°C с 3100 до 1000 сПз) и исключить из состава компаунда растворитель, т.е. низкая вязкость полимерного связующего компаунда обеспечивается тем же компонентом, что и его пластичность.Replacing the inert plasticizer of the oligoester acrylate MGF-9 with a low-viscosity active diluent butyl cellosolve monoglycidyl ether Laproxide 301B allows to reduce the viscosity of the polymer binder relative to the prototype 2.5 times (at 60 ° C from 130 to 50 cPs), 3 times (at 25 ° C from 3100 up to 1000 cPs) and exclude solvent from the compound, i.e. low viscosity of the polymer binder compound is provided by the same component as its ductility.

Данный тип активного разбавителя повышает смачиваемость поверхности наполнителя, что в комплексе со снижением вязкости полимерного связующего позволяет обеспечить более равномерное распределение наполнителя в полимерной матрице. Поскольку в составе активного разбавителя присутствуют эпоксидные группы необходимо увеличить количество отвердителя пропорционально количеству этих групп. При этом также повышается термическая и химическая стойкость компаунда за счет снижения диффузии пластификатора из объема отвержденного компаунда, т.к. активный разбавитель химически связан с эпоксидной матрицей Предлагаемое изобретение решает задачу изготовления эпоксидных компаундов с равномерно диспергированным дисперсным наполнителем без дополнительного применения растворителя, что позволяет улучшить эксплуатационные свойства отвержденного материала.This type of active diluent increases the wettability of the filler surface, which, combined with a decrease in the viscosity of the polymer binder, allows for a more uniform distribution of the filler in the polymer matrix. Since epoxy groups are present in the active diluent, it is necessary to increase the amount of hardener in proportion to the number of these groups. This also increases the thermal and chemical resistance of the compound by reducing the diffusion of the plasticizer from the volume of the cured compound, because the active diluent is chemically bonded to the epoxy matrix. The present invention solves the problem of manufacturing epoxy compounds with uniformly dispersed dispersed filler without additional solvent, which improves the operational properties of the cured material.

Изготовление высоконаполненного формовочного эпоксидно-ферритового компаунда, включает образование твердеющего состава с пластификатором, введение подогретого наполнителя 500-600 мас ч. и смешение состава с аминным отвердителем 24 мас. ч. Образование твердеющего состава осуществляют смешением подогретой эпоксидной смолы 100 мас. ч. с активным разбавителем, при этом все компоненты, кроме отвердителя, нагревают до температуры 110±10°C и тщательно перемешивают, а суспензию охлаждают до температуры 25±10°C, затем вводят отвердитель аминного типа ПЭПА и тщательно перемешивают. Полученную формовочную массу помещают в специальную форму и закрепляют в установке ротационного формования. В зависимости от степени наполнения компаунда и дисперсности наполнителя длительность ротационного формования можно варьировать, но не менее 15 минут. Отверждение производят при температуре 110±10°C в установке ротационного формования, а доотверждение компаунда производят в термошкафу по ступенчатому режиму с повышением температуры от 60 до 120°C.The manufacture of a highly filled molding epoxy-ferrite compound includes the formation of a hardening composition with a plasticizer, the introduction of a heated filler of 500-600 parts by weight and mixing the composition with an amine hardener of 24 wt. including the formation of a hardening composition is carried out by mixing a heated epoxy resin 100 wt. including an active diluent, while all components except the hardener are heated to a temperature of 110 ± 10 ° C and mixed thoroughly, and the suspension is cooled to a temperature of 25 ± 10 ° C, then an amine-type hardener of PEPA is introduced and mixed thoroughly. The resulting molding material is placed in a special mold and secured in a rotational molding machine. Depending on the degree of filling of the compound and the dispersion of the filler, the duration of rotational molding can vary, but not less than 15 minutes. Curing is carried out at a temperature of 110 ± 10 ° C in a rotational molding unit, and the curing of the compound is carried out in a temperature control cabinet in a stepwise mode with a temperature increase from 60 to 120 ° C.

Предлагаемое техническое решение позволяет создать компаунд с невысокой начальной вязкостью, что решает задачу изготовления эпоксидных компаундов с равномерно распределенным дисперсным наполнителем, а так же обеспечивает хорошую сохраняемость свойств за счет химической связи пластификатора с эпоксидной матрицей. В результате получается высоконаполненный эпоксидно-ферритовый компаунд, обладающий магнитными свойствами и пригодный для сложной механической обработки, т.к. обладает достаточной степенью пластичности. Низкая вязкость полимерной матрицы и отсутствие растворителя позволяет улучшить эксплуатационные свойств наполненных эпоксидных компаундов и решить задачу изготовления эпоксидных компаундов с равномерно диспергированным дисперсным наполнителем.The proposed technical solution allows you to create a compound with a low initial viscosity, which solves the problem of manufacturing epoxy compounds with a uniformly distributed dispersed filler, and also provides good retention of properties due to the chemical bonding of the plasticizer with the epoxy matrix. The result is a highly filled epoxy-ferrite compound with magnetic properties and suitable for complex machining, as has a sufficient degree of plasticity. The low viscosity of the polymer matrix and the absence of solvent can improve the operational properties of filled epoxy compounds and solve the problem of manufacturing epoxy compounds with a uniformly dispersed dispersed filler.

Claims

A highly filled molding epoxy-ferrite compound containing an epoxy diane resin, an inert plasticizer, a ferrite filler, an amine type hardener PEPA, characterized in that as an inert plasticizer contains an active diluent butyl cellosolve Laproxide 301B monol glycidyl ether in the following ratio of components:

epoxy resin ED-22 one hundred ferrite filler 500-600 amine type hardener PEPA 24 butyl cellosolve monoglycidyl ether Laproxide 301B twenty