ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1995 года по МПК H01B3/40 

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в производстве изделий радиотехники и электротехники, к которым предъявляются требования устойчивости при воздействии повышенного испытательного напряжения высокой частоты (12±1 кВ, 16±1 кГц), повышенной температуры рабочей среды (120^оС) и невоспламеняемости (самозатухание при возгорании).

Известны электроизоляционные компаунды на основе эпоксидных диановых смол, содержащие в своем составе отвердитель и наполнитель [1, 2]
Недостатком данных композиций является отсутствие у них свойства невоспламеняемости.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранная в качестве прототипа композиция, содержащая эпоксидно-диановую смолу, изометилтетрагидрофталевый ангидрид, кремний или карбид кремния, модифицированные диаллилсебацинатом [3]
Композиция имеет тот же характерный недостаток, присущий всем композициям на основе эпоксидных смол, отсутствие свойства невоспламеняемости.

Цель изобретения обеспечение невоспламеняемости (самозатухания при возгораниях) залитых композицией изделий при сохранении высокой электрической прочности изоляции и стойкости к воздействию повышенной температуры рабочей среды.

Цель достигается тем, что композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, изометилтетрагидрофталевый ангидрид и наполнитель, дополнительно содержит ди- β-β-хлорэтиловый эфир винилфосфоновой кислоты общей формулы
CH₂= CH- а в качестве эпоксидной диановой смолы смолу, модифицированную полиэфиракрилатом марки МГФ-9 в соотношении 20 мас.ч. МГФ-9 на 100 мас. ч. смолы при следующем содержании компонентов: Эпоксидная диановая смола 100
Изометилтетрагидрофталевый ангидрид 55-60 Наполнитель 100-160
Хлорэтиловый эфир
винилфосфоновой кислоты 30-32 Ускоритель 1-2
Взятая в качестве исходного материала смола ЭД-20 представляет собой однородную жидкость от светлого до темно-коричневого цвета с массовой долей эпоксидных групп в пределах 15-19% с динамической вязкостью 5,5-6,8 Па˙с.

Композиции на основе данной смолы широко применяются для пропитки, обволакивания, герметизации электрорадиотехнических изделий, в качестве клея во многих отраслях.

В целях придания заливочным и клеевым композициям пластичности и устойчивости против растрескивания в процессе термообработки и эксплуатации залитых изделий смола модифицируется добавлением пластификатора полиэфиракрилата марки МГФ-9, в количестве 20 мас.ч. на 100 мас.ч. смолы. Пластификатор МГФ-9 представляет собой прозрачную жидкость от желтого до темно-коричневого цвета вязкостью 0,1-0,25 Па˙с при комнатной температуре с массовой долей основного вещества 37,5% не менее.

Смола ЭД-20 выпускается и поставляется промышленностью как в модифицированном виде, так и в отдельности по компонентам.

Для отверждения смолы (ЭД-16) применяются отвердители полиэтиленполиамин (ПЭПА) или изометилтетрагидрофталевый ангидрид (изо-МТГФА). Полиэтиленполиамин марки ПЭПА жидкость от светло-желтого до темно-бурого цвета с массовой долей общего азота 28-30% не менее, с отверждающей способностью 1,5 ч не более.

Отверждение смолы происходит при введении отвердителя как при комнатной температуре, так и при горячей сушке (60-80^оС). Жизнеспособность приготовленной композиции с отвердителем ПЭПА при комнатной температуре не более 1,5-2 ч.

В качестве отвердителя к предлагаемой композиции выбран изометилтетрафталевый ангидрид изо-МТГФА, имеющий эмпирическую формулу С₉Н₈О₃, представляющий собой маслянистую жидкость плотностью 1,17-1,23 г/см³. Количество добавляемого к смоле отвердителя зависит от эпоксидных групп в смоле (17-18%) и определяется по формуле
3,28˙ К, где 3,28 расчетный коэффициент;
К процентное содержание эпоксидных групп в смоле.

Конкретное значение количества отвердителя в зависимости от назначения композиции в пределах расчетной величины подбирается опытным путем. Отвердитель изо-МТГФА предназначен для горячего отверждения при температуре 60-100^оС.

Жизнеспособность приготовленной композиции с введенным отвердителем при комнатной температуре сохраняется более 72 ч, что является значительным преимуществом предлагаемого состава перед другими составами композиций из эпоксидно-диановых смол, так как длительная жизнеспособность позволяет приготовить композицию механизированным способом в смесителях в достаточных для массового производства объемах с последующим ее хранением в закрытых сосудах.

Другое преимущество композиции с отвердителем изо-МТГФА большое соотношение массы отвердителя (55-60 мас.ч.) к массе смолы (100 мас.ч.), что придает композиции более низкую вязкость, чем вязкость других аналогичных композиций. За счет низкой вязкости смеси смолы и отвердителя обеспечивается возможность увеличения доли вводимого в состав композиции наполнителя, что, в свою очередь, улучшает электроизоляционные свойства композиции и уменьшает ее технологическую себестоимость.

В качестве наполнителя в предлагаемом составе может применяться молотый прокаленный тальк с удельным весом 0,6-0,8 г/см³. Малый удельный вес предлагаемого наполнителя обеспечивает хорошую промешиваемость состава и равномерное распределение частиц наполнителя в залитом объеме. Возможно применение и других наполнителей, например кварцевого песка (удельный вес 1,2 г/см³), карбида кремния, двуокиси титана или любого другого электроизоляционного измельченного материала. При этом количество вводимого наполнителя пересчитывается пропорционально его удельному весу. Например, для кварцевого песка с удельным весом 1,2 г/см³ 140-160 мас.ч. на 100 мас.ч. смолы.

Указанное в заявке количество вводимого наполнителя подобрано опытным путем, исходя из необходимости максимального увеличения электроизоляционных свойств и проникающей способности композиции. Оно может меняться в зависимости от назначения композиции как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения.

В целях уменьшения технологического цикла отверждения композиции в ее состав добавляется до 2 мас.ч. ускорителя УП 606/2 (диаметиламино)фенол, α, α,α трис (диметиламинометизол) с эмпирической формулой
C₁₅H₂₇ON₃.

Ускоритель представляет собой прозрачную жидкость янтарного цвета с содержанием основного вещества до 95,5% Количество вводимого вещества рекомендовано техническими условиями на модифицированную смолу (до 2 мас.ч.). Увеличение доли ускорителя свыше 2 мас.ч. не рекомендуется, так как может привести к образованию в залитой массе свободного, не связанного со смолой вещества, ухудшающего механические и электроизоляционные свойства.

Ускоритель УП 606/2 поставляется промышленностью в комплекте со смолой ЭД-20.

Пламегасящая добавка (антипирен) винифос в промышленности получается изомеризацией трихлорэтилфосфата с последующим дегидрохлорированием образовавшегося ди-β-β-хлорэтилового эфира β-хлорэтилфосфоновой кислоты, предназначен для применения в качестве пламегасящего средства в производстве полиуретановых и других пластических масс.

Винифос представляет собой прозрачную жидкость желтоватого цвета плотностью 1,325-1,34 г/см³ с кислотным числом мг КОН на 1 г винифоса не более 1,0. Массовая доля фосфора не менее 12,0%
Сопоставительный анализ предлагаемого состава с прототипом и другими аналогичными композициями, например композицией на основе смолы ЭД-20 с отвердителем ПЭПА, композицией на основе смолы СЭДМ-6 (с эпоксидной группой 12-14% ) с отвердителем Л 20, позволяет сделать вывод, что заявляемый состав композиции отличается от известных введением нового компонента, а именно ди-β-β-хлорэтилового эфира винилфосфоновой кислоты. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ известных электроизоляционных композиций, используемых для заливки радио- и электротехнических изделий, показал, что известные составы композиций на основе эпоксидных смол не обеспечивают залитым изделиям свойство невоспламеняемости, которое проявляется в заявляемом решении за счет введения в состав композиции нового вещества винифоса при определенном соотношении количества компонентов.

Таким образом, предлагаемый состав компонентов придает композиции новое свойство, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень".

В целях экспериментального подтверждения возможности придания выбранной композиции свойства невоспламеняемости путем введения в ее состав пламегасящей добавки были изготовлены и подвергнуты испытаниям 10 типов стандартных образцов (диски диаметром 100х4 мм) и образцы изделий (катушки высоковольтных трансформаторов), залитых композиционным составом с добавлением пламегасящих веществ (антипиренов) 6 мас.ч. винифос, продукт АБ по ТУ 6-15-3086-88; три-β-хлорэтил фосфата; соконденсат хлораля АМГ; апрет АК-1.

Результаты испытаний на невоспламеняемость приведены в табл.1.

Испытание проводилось по методике ГОСТ 11983-81 методом воздействия пламени газовой горелки с форсункой диаметром 0,5±0,1 мм, длиной вертикального пламени 12 ±2 мм.

В результате испытаний выявлено, что эпоксидной композиции свойство невоспламеняемости придают добавки: винифос; винифос в сочетании с соконденсатом хлораля; хлорэтилфосфат в сочетании с продуктом АБ.

Однако введение добавок: хлорэтилфосфата, продукта АБ, соконденсата хлораля, обеспечивая невоспламеняемость, ухудшает технологические и конструкционные свойства: уменьшается жизнеспособность композиции, появляются рыхлость и пористость залитой массы. Наиболее эффективной в технологическом отношении оказалась добавка 30-32 мас.ч. винифоса на 100 мас.ч. смолы.

Экспериментальная отработка технологического процесса производилась путем заливки и испытания изделий (катушек трансформаторов к телевизорам) составами композиций на основе эпоксидной смолы ЭД-20 с применением отвердителей: полиэтиленполиамина (ПЭПА); изометилтетрагидрофталевого ангидрида; наполнителей: кварца, талька молотого и других.

Наилучшие результаты по технологичности (вязкость, жизнеспособность) и электроизоляционные свойства получены при соотношении компонентов, приведенных в предлагаемом изобретении.

В процессе экспериментальных исследований установлено, что снижение доли винифоса ниже 30 мас.ч. не обеспечивает композиции полной невоспламеняемости, а повышение его доли выше 32 мас.ч. ведет к снижению электроизоляционных свойств. Примеры электроизоляционных композиций показаны в табл.2.

Имеется технический отчет по подбору состава композиции, отвечающей требованиям электрической прочности изоляции, стойкости к воздействию повышенной рабочей температуры и невоспламеняемости.

Подобранным составом залиты изделия (катушки трансформаторов к цветным телевизорам) и проведены квалификационные испытания по программе периодических испытаний на соответствие катушек ГОСТ 11983-81. Результаты положительные (протокол ЛВН 193-90 от 30.02.90 г).

Подготовка композиции и заливка изделий производятся по следующей технологической схеме.

В емкость отвешивают разогретую до 70^оС смолу, вводят в смолу винифос и перемешивают в течение 2-3 мин. Добавляют в смесь разогретый до 70±10^оС наполнитель (тальк молотый) и перемешивают до исчезновения комков наполнителя. Добавляют в смесь отвердитель и перемешивают до исчезновения осадка. Смесь переливают в вакуум-смеситель.

Перемешивают смесь при остаточном давлении 150-200 мм рт.ст. в течение 15-20 мин, после чего вводят ускоритель и перемешивают еще 5-7 мин. Отключают вакуум, создают в смесителе давление 2-2,5 атм. Заливают изделия композицией через сопло смесителя с краном. Помещают изделия в вакуум-шкаф с температурой 60-70^оС и вакуумируют при давлении 0,96-0,98 кгс/см² в течение 10-15 мин. Перекрывают вакуум, извлекают изделия из вакуум-шкафа, помещают в термошкаф и стабилизируют при температуре 130 ±10^оС в течение не менее 4 ч.

Использование: изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в производстве изделий радиотехники и электротехники, к которым предъявляются требования устойчивости при воздействии повышенного испытательного напряжения высокой частоты, повышенной температуры рабочей среды и невоспламеняемости. Цель изобретения обеспечение невоспламеняемости залитых композицией изделий при сохранении электроизоляционных свойств. Сущность изобретения: композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, изометилтетрагидрофталевый ангидрид, наполнитель, содержит дополнительно ускоритель и ди-β-β хлорэтиловый эфир винифосфоновой кислоты общей формулы а в качестве эпоксидной диановой смолы смолу, модифицированную полиэфиракрелатом в соотношении 20 100, при следующем содержании компонентов, мас. ч. эпоксидная диановая смола 100; изометилтетрагидрофталевый ангидрид 55 60; наполнитель 100 160; хлорэтиловый эфир винифосфоновой кислоты 30 32; ускоритель 1-2. 2 табл.

ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ, содержащая эпоксидную диановую смолу, изометилтетрагидрофталевый ангидрид и наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно ди- β-β хлорэтиловый эфир винифосфоновой кислоты общей формулы

и ускоритель УП 606/2, а в качестве эпоксидной диановой смолы смолу, модифицированную полиэфиракрилатом, в количестве 20 мас.ч. на 100 мас.ч. смолы при следующем содержании компонентов, мас.ч.

Эпоксидная диановая смола 100
Изометилтетрагидрофталевый ангидрид 55 60
Наполнитель 100 160
Ди- β-β хлорэтиловый спирт винифосфоновой кислоты указанной формулы 30 32
Ускоритель УП 606/2 1 2