СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЛАГОЗАЩИТНОГО ЗАЛИВОЧНОГО КОМПАУНДА Российский патент 1996 года по МПК C09K3/10 

Предполагаемое изобретение относится к области получения электроизоляционных влагозащитных эпоксидных компаундов, предназначенных для герметизации изделий электронной техники (ИЭТ).

В настоящее время наиболее распространенным способом герметизации ИЭТ является заливка в корпус или в формы (пластмассовые, резиновые и др.) эпоксидным компаундом с последующим его отверждением (комнатным или температурным). Для его проведения используют материалы, обладающие низкой вязкостью, необходимой для получения изделий высокого качества (полное заполнение форм сложной конфигурации, устранение воздушных включений и образование монолитной герметизации).

С целью уменьшения вязкости и числа воздушных включений компаунда в его состав вводят разбавители. Однако, при этом существенно ухудшаются диэлектрические свойства компаундов, что не позволяет использовать их для целого ряда ИЭТ (например, работающих под высоким напряжением при повышенной температуре).

Известным приемом уменьшения числа воздушных включений в компаунде является вакуумирование, однако, проведение вакуумирования требует применения специального оборудования и длительно по времени.

В настоящее время широко известны технические решения, в которых в качестве отвердителей используют амины, позволяющие проводить отверждение при комнатной температуре (Х.Л. и, К.Невилл "Справочное руководство по эпоксидным смолам", М 1973, с.25).

Однако для получения компаундов с высокими электроизоляционными характеристиками необходимо дополнительно проводить термоотверждение материала в течение довольно длительного времени, что в целом замедляет процесс герметизации ИЭТ (Х.Л.и "Справочное руководство по эпоксидным смолам", М. 1973, с. 51; М. Ю.Кацнельсон "Полимерные материалы". Справочник, Л"Химия" 1982 г. с. 155, ОСТ 11 054.147-75 "Изделия электронной техники. Герметизация сборочных единиц компаундами на основе эпоксидных смол", 1976 г. с.81.

Вместе с тем, проведение температурного отверждения компаунда без предварительного комнатного отверждения привело бы к снижению качества герметизации из-за появления воздушных включений, возникновения высоких внутренних напряжений (особенно при защите высоковольтных изделий).

Для сокращения длительности отверждения компаундов и ускорения процесса герметизации применяют химические модифицирование составов компаундов вводят ускорители. Недостатком данного способа является ухудшение диэлектрических характеристик компаундов, сокращение времени жизнеспособности и значительное увеличение вязкости составов.

Известен способ получения электроизоляционного компаунда, по а.с. N 1470748, опубл.7.04.89, МКИ С 08 L 63/02, H 01 В 3/40 приводящий к сокращению длительности приготовления компаунда, повышению разрушающего напряжения при растяжении, но при этом не улучшающий диэлектрические свойства компаунда.

Ближайшим техническим решением является способ получения влагозащитного заливочного компаунда, включающий введение в эпоксидный диановый олигомер минерального наполнителя и аминного отвердителя с последующим перемешиванием компонентов до однородности авторское свидетельство СССР N 1 558 950, кл. С 09 К 3/10, опубл. 1990 (5).

Недостатками указанного технического решения являются невысокий уровень диэлектрических характеристик материала, особенно при повышенных температурах, недостаточная терма- и нагревостойкость, а также длительное время отверждения компаунда (как при комнатной температуре, так и при его термоотверждении).

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи улучшения диэлектрических характеристик компаунда, повышение эффективности защиты изделий за счет улучшения его термостойкости и технологических свойств, при одновременном сокращении времени отверждения материала.

Осуществление предлагаемого технического решения позволит улучшить диэлектрические характеристики компаунда (удельное объемное электрическое сопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь) при повышенных температурах, повысить на 20% электрическую прочность материала, увеличить в 2 раза показатель термостойкости компаунда, а также сократить в (1,5-3) раза время затвердевания материала и в (2-13) раз время его отверждения в целом.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе получения влагозащитного заливочного компаунда, включающем введение в состав эпоксидного дианового олигомера аминного отвердителя и минерального наполнителя с последующим перемешиванием компонентов до однородности, после перемешивания компонентов состав подвергают ультразвуковому воздействию в течение (30-600) секунд, при этом в качестве аминного отвердителя используют полиоксипропилендиамин с молекулярной массой 200 или моноцианэтилдиэтилентриамин при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

эпоксидный диановый олигомер 100
полиоксипропилендиамин с молекулярной массой 200 25 40
или
моноцианэтилдиэтилентриамин 20 30
минеральный наполнитель 1-200
Отличительными от прототипа признаками являются:
ультразвуковая обработка в течение 30-600 сек, после перемешивания компонентов (перед заливкой изделий компаундом);
введение в эпоксидный диановый олигомер отвердителя - полиоксипропилендиамина с молекулярной массой 200 (ДА-200) или моноцианэтилдиэтилентриамина в указанном соотношении.

На сегодняшний день неизвестно такое же или идентичное заявляемому техническое решение, что позволяет считать предлагаемый способ отвечающим критерию "новизна".

Известно применение ультразвукового воздействия в целях ускорения процесса полимеризации эпоксидных компаундов для получения твердого покрытия (Дунаев Л. И. "Ускорение процесса отверждения эпоксидных компаундов" в сб. Динамические эффекты мощного ультразвука, Ижевск, 1977 г. с.57). Однако получение твердого покрытия не гарантирует работоспособность ИЭТ, т.к. для обеспечения надежной изоляции требуется высокий уровень диэлектрических характеристик.

Известно применение ультразвука для дегазации жидкостей, уменьшения содержания летучих. Рябова М.К. "Исследование влияния ультразвука на физико-химические свойства многонаполненного высоковязкого расплава компаунда" с.61 и Е.А.Kox и др. "Ультразвуковая дегазация вязких жидкостей" с.10 в сб.Динамические эффекты мощного ультразвука, Ижевск, 1977 г.).

В заявляемом способе получения влагозащитного эпоксидного компаунда ультразвуковое воздействие в сочетании с использованием в его составе указанного отвердителя находит применение в новом, неизвестном ранее качестве для получения электроизоляционного компаунда с высоким уровнем диэлектрических характеристик для защиты сложных изделий с повышенными техническими требованиями.

Применение ультразвука позволяет также получить высококачественное электроизоляционное покрытие при существенном сокращении не только времени затвердевания, но и общего времени отверждения материала, что дозволяет повысить производительность труда, уменьшить количество оснастки, увеличить коэффициент использования оборудования. Уменьшение вязкости в процессе "озвучивания" позволяет заливать изделия сложной конфигурации, исключить из состава композиции токсичные разбавители. Дегазация, происходящая при ультразвуковой обработке материала, приводит к уменьшению воздушных включений, получению более монолитной структуры компаунда, повышению качества электроизоляционной защиты за счет уменьшения возможности образования дендритов при работе изделий в условиях высокой температуры и высокого напряжения. Применение ультразвукового воздействия способствует лучшему перемешиванию компонентов композиции, что приводит к уменьшению времени приготовления компаунда.

Таким образом, заявляемый способ как совокупность указанных существенных признаков составляет неразрывную причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом и отвечает критерию "изобретательский уровень".

Получение влагозащитного заливочного компаунда и его полную полимеризацию осуществляют следующим образом: в эпоксидную диановую смолу вводят минеральный наполнитель (или смесь минеральных наполнителей) и перемешивают. Затем в полученную основу добавляют отвердитель-полиоксипропилендиамин ДА-200 или моноцианэтилдиэтилентриамин и перемешивают до получения однородной массы. В приготовленный таким образом компаунд вводят наконечник ультразвукового диспергатора и производят ультразвуковую обработку компаунда в течение (30-600) сек (возможно использовать генератор высокочастотных колебаний мощностью 400 Вт и "озвучивать" композицию на частотах (18-44) кГц). Для нанесения покрытия изделия, установленные в формы (резиновые, пластмассовые или др.), заливают обработанным УЗ материалом, а затем отверждают: либо при комнатной температуре в течение 15 часов с дополнительным термоотверждением при 100^oC в течение 2 часов либо сразу отверждают при повышенной температуре при 100^oC в течение 2 часов (пример режима отверждения приведен в табл.2).

Для подтверждения реальности и обоснованности заявляемого изобретения были подготовлены составы компаундов в соответствии с табл.1. При этом использованы материалы: эпоксидная диановая смола ЭD20 ГОСТ 10587-84, полиоксипропилендиамин ДА-200 ТУ 6-02-2-971-88, моноцианэтилдиэтилентриамин-ТУ6-05-1863-78 (отвердительУII-0633M), минеральный наполнитель: кварц молотый пылевидный ГОСТ 9077-82.

Следует отметить, что в качестве минерального наполнителя могут быть взяты гидроокись алюминия, тальк, окись хрома, глинозем и др. (или их смеси).

Результаты исследования представлены в таблице 2.

Из приведенных примеров с минимальными (N 1, 6, 11), средними (N 2, 7, 12, 16, 17) и максимальными (N 3, 8, 13) значениями ингредиентов эпоксидного компаунда и времени ультразвуковой обработки (табл.1 и 2) видно, что компаунд, изготовленный по заявляемому способу, по сравнению с прототипом имеет улучшенные диэлектрические характеристики, особенно при повышенных температурах, высокую электрическую прочность, превышающую соответствующие значения прототипа примерно на 20% увеличенный в 2 раза показатель термостойкости, характеризуемый убылью веса после 1000 час, испытаний.

Одновременно с повышением диэлектрических характеристик происходит существенное сокращение как времени затвердевания материала (в 1,5-3 раза), так и общего времени отверждения компаунда до выхода его диэлектрических свойств на заданный уровень (в 2-13 раз), при сохранении физико-механических свойств и влагостойкости материала.

При отклонении содержания компонентов, либо времени ультразвуковой обработки в сторону уменьшения или увеличения свойства компаунда ухудшаются, что подтверждается примерами N 4, 5, 9, 10, 14, 15.

Из указанных примеров с запредельными значениями ингредиентов видно, что как уменьшение, так и увеличение содержания полиоксипролидендиамина ДА-200, либо моноцианэтилдиэтилентриамина приводит к ухудшению электроизоляционных свойств, а также к повышению влагопоглощения материала.

Уменьшение количества минерального наполнителя приводит к снижению термостойкости материала, а также уменьшению его электрической прочности.

Увеличение наполнителя ведет к увеличению вязкости компаунда, что затрудняет технологический процесс заливки изделий, появлению дефектов в отвержденном материале и, как следствие, снижению работоспособности изделий.

Уменьшение времени ультразвукового воздействия ведет к потере эффекта воздействия, снижению диэлектрических характеристик, тогда как его увеличение приводит к значительному разогреву материала, быстрой полимеризации, недостаточному выходу "пузырей" и образованию других дефектов, что также ведет к снижению диэлектрических характеристик.

Отсутствие ультразвукового воздействия (пример 17) не позволят достичь уровня диэлектрических характеристик материала, подвергшегося обработке, а также получить твердое покрытие (например, при 90^oC) за столь же короткое время.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемый способ получения влагозащитного компаунда существенно улучшает диэлектрические характеристики при повышенных температурах, увеличивает на 20% электрическую прочность материала, сокращает в (2-13) раз время отверждения композиционного материала до выхода его на высокий уровень диэлектрических свойств, увеличивает в 2 раза термостатность компаунда.

При этом обеспечивается высокий уровень физико-механических свойств, хорошая влагостойкость композиции.

При использовании заявляемого способа получения электроизоляционного материала значительно снижается вязкость компаунда, что позволяет использовать данный способ для герметизации изделий сложной конфигурации, т.е. расширяет номенклатуру изделий и область применения материала. Высокие диэлектрические характеристики компаунда позволяют использовать данный способ для герметизации изделий с повышенными техническими требованиями. Отсутствие воздушных включений, монолитность герметизации значительно повышает качество и надежность изделий.

Существенное снижение времени отверждения позволяет повысить производительность труда, коэффициент загрузки оборудования, сократить количество оснастки.

Промышленная применяемость подтверждается потребностью заявляемого способа получения электроизоляционного компаунда для защиты изделий электронной техники.

Так, выпускаемые конденсаторы К73-11 при использовании заявляемого способа получения электроизоляционного компаунда полностью соответствуют ТУ на изделия. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3 ТТТ4 ТТТ5 ТТТ6 ТТТ7

Использование: для герметизации изделий электронной техники. Сущность : компаунд получают введением в эпоксидный диановый олигомер минерального наполнителя и аминного отвердителя полиоксипропилендиамина с мол. массой 200 или моноцианэтилдиэтилентриамина с последующим перемешиванием компонентов до достижения однородности и воздействием ультразвука в течение 30-600 с. 2 табл.

Способ получения влагозащитного заливочного компаунда, включающий введение в эпоксидный диановый олигомер минерального наполнителя и аминного отвердителя с последующим перемешиванием компонентов до достижения однородности, отличающийся тем, что после перемешивания компонентов состав подвергают ультразвуковому воздействию в течение 30-600 с, а в качестве аминного отвердителя используют полиоксипропилендиамин с молекулярной массой 200 или моноцианэтилдиэтилентриамин и компоненты берут в следующем соотношении, мас.ч.

Эпоксидный диановый олигомер 100
Полиоксипропилендиамин с молекулярной массой 200 25 40
или
Моноцианэтилдиэтилентриамин 20 30
Минеральный наполнитель 1 200