ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2002 года по МПК C08L23/12 C08K13/04 C08K13/04 C08K7/14 C08K7/20 C08K7/28 

Изобретение относится к диэлектрическим полимерным композициям, в частности полиолефиновым, например, на основе полипропилена, которые могут применяться для изготовления конструкционных электротехнический изделий.

Одним из основных требований, которым должны соответствовать диэлектрические композиционные материалы, в частности, полимерные композиции, является минимальное значение удельной проводимости и слабовыраженные механизмы поляризации, связанные с рассеиванием электрической энергии и выделением тепла, а также высокая электрическая прочность (см. "Справочник по электротехническим материалам" под общей редакцией Ю.В. Корицкого и др., т.1, М., "Энергоатомиздат", 1966 г.).

С другой стороны диэлектрические композиционные материалы, используемые для изготовления конструкционных электротехнических изделий, должны обеспечивать достаточно высокие прочностные характеристики.

Известны полимерные композиции на основе фенолформальдегидной смолы (фенопласты) и наполнителей как органических, так и неорганических, волокнистых и порошковых. Однако такие композиции имеют относительно невысокие значения удельного объемного электрического сопротивления (ρ_v=1•10¹³ Ом.см), электрической прочности (Е=18 кв/мм), высокие значения диэлектрических потерь (tgδ =0,09) (см. А.К. Вандербург. "Пластические массы в электротехнической промышленности". М.-Л., "Госэнергоиздат", 1963 г.).

Известны композиции на основе огнеупорных глин, минералов, оксидов металлов, предназначенные для изготовления электротехнической керамики с достаточно высокими прочностными характеристиками. Недостатками указанных композиций являются невысокие значения электрической прочности (Е=25-33 кВ/мм). Кроме того, процесс получения композиций и изделий из них достаточно трудоемок и сложен, что приводит к значительным технологическим потерям (см. "Справочник по электротехническим материалам" под общей редакцией Ю.В. Корицкого, т. 2. М., "Энергоиздат", 1987г.; "Электрические изоляторы" под редакцией Н.С. Костюкова, М., "Энергоиздат", 1984 г.).

Известны полимерные композиции на основе полиолефинов, модифицированные различными наполнителями. В основном физическая модификация полиолефинов введением различных наполнителей является наиболее широко используемым методом увеличения прочности, жесткости, теплостойкости и других физико-механических свойств полимеров.

Известны полимерные композиции на основе полиамида с наполнителем стекловолокном (до 20%). Недостатком данных композиций является относительно низкое значение электрической прочности (Е= 22 кВ/мм), удельного объемного сопротивления (ρ_v = 1•10¹⁴ Ом.см), высокие значения тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ =0,03) (см. "Справочник по электротехническим материалам" под редакцией Ю.В. Корицкого и др., т.2, М., "Энергоатомиздат", 1987 г.).

Ближайшими по технической сущности являются полимерные композиции на основе полипропилена с наполнителем стекловолокном марок 21060-16-С25, 21060-29-С25 по ТУ6-05-1912-81. Недостатком данных композиций является относительно низкое значение электрической прочности (Е=35 кВ/мм) и удельного объемного сопротивления (см. "Справочник по электротехническим материалам" под редакцией Ю.В. Корицкого и др., т.2, М., "Энергоатомиздат", 1987 г.).

Задача изобретения - разработка полимерной композиции на основе полипропилена и наполнителя с высокими значениями электрической прочности, удельного объемного сопротивления и механической прочности.

Поставленная задача решается введением в полимерную композицию на основе полипропилена в качестве наполнителей микросфер стеклянных полых, например, марок МСО-А9 или МСО-Г9 по ТУ 6-11-367-75, стекловолокон, используемых в композиции на основе полипропилена, предпочтительно, марок 21060-16-С25, 21060-29-С25, в соотношениях, мас.%:
полипропилен - 70-80
микросферы стеклянные полые - 10-15
стекловолокно - 10-15
Известно, что стеклянное волокно является основным армирующим материалом, введение которого в термопласт обеспечивает значительное повышение его физико-механических показателей.

Введение микросфер способствует повышению электрической прочности и удельного объемного сопротивления. В некоторой степени повышению указанных диэлектрических характеристик способствует также введение стекловолокна, преимущественное увеличение значений электрической прочности и удельного объемного сопротивления за счет введения микросфер обусловлено тем, что полые микросферы способствуют уменьшению теплопроводности композиции, создают дискретную пространственную решетку, препятствующую распространению электрического разряда по объему детали. Уменьшение теплопроводности способствует ограничению распространения теплового фронта по объему детали при электрическом разряде.

Известно, что введение наполнителей минерального происхождения снижает текучесть полимерной композиции. Поэтому рекомендуется использовать для армирования полиолефины с относительно высоким значением показателя текучести.

Указанная выше предлагаемая полимерная композиция может быть получена путем смешения при комнатной температуре в смесителях скоростного типа с последующим изготовлением изделий на термопластавтомате по известным режимам изготовления деталей из композиций на основе полипропилена.

Ниже приводятся примеры, иллюстрирующие предлагаемое изобретение.

Примеры 1-6. Полипропилен марки 21060 по ГОСТ 26996-86 с показателем текучести 8 г/10 мин, микросферы стеклянные полые марки МСО-А9, стекловолокно длиной 0,3-1 мм смешиваются в смесителе при комнатной температуре в течение 10-15 минут. Предварительно микросферы и стекловолокно обрабатываются аппретирующим составом на основе триэтиленгликоля (ТЭГ-1) и полиметилполивинилциклогексана (АДЭ-3).

Образцы для испытаний изготавливают на термопластавтомате по известным режимам изготовления изделий из композиций на основе полипропилена. Состав полимерных композиций и свойства, проверенные на образцах, указаны в таблице. Там же приведены свойства полипропилена стеклонаполненного (стекловолокно) марки 21060-16-С25 по ТУ6-05-1912-91.

Из сопоставления примеров в таблице видно, что электрическая прочность и удельное объемное сопротивление образцов из предлагаемой полимерной композиции выше таковых образцов, изготовленных из композиции - прототипа, на ~45% и ~в 3 раза соответственно. При этом механические характеристики предлагаемой полимерной композиции и прототипа (контрольный образец) аналогичны. Увеличение электрической прочности и удельного объемного сопротивления предлагаемой полимерной композиции в сочетании с достаточно высокими механическими характеристиками способствует повышению надежности конструкционных электротехнических изделий в сравнении с композицией - прототипом.

Уменьшение содержания микросфер менее 10 мас.% приводит к снижению электрической прочности до значений электрической прочности композиции - прототипа. Содержание стекловолокна менее 10 мас.% приводит к снижению разрушающего напряжения при растяжении до значений, меньших таковых композиции - прототипа.

Увеличение суммарного количества наполнителей более 30 мас.% вызывает значительные трудности при технологической переработке полимерной композиции в изделия методом литья под давлением без существенного увеличения удельного объемного сопротивления, электрической прочности, разрушающего напряжения при растяжении.

Изобретение относится к области получения диэлектрических полимерных композиций на основе полипропилена, которые могут применяться для изготовления конструкционных электротехнических изделий. Полимерная композиция на основе полипропилена содержит в качестве наполнителей микросферы стеклянные полые и стекловолокно. Соотношение компонентов составляет: полипропилен - 80 мас. %, микросферы стеклянные полые - 10-15 мас.% и стекловолокно - 10-15 мас. %. Применение предлагаемой полимерной композиции позволяет увеличить значения электрической прочности изделий. 1 табл.

Полимерная композиция на основе полипропилена, содержащая в качестве наполнителя стекловолокно, отличающаяся тем, что дополнительно в композицию введены микросферы стеклянные полые при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Полипропилен - 70-80
Микросферы стеклянные полые - 10-15
Стекловолокно - 10-15