Изобретение относится к электроизоляционным конструкционным стеклотекстолитам и может быть использовано в качестве электрических изоляторов в электротехнической промышленности, радиопрозрачных материалов в ракетно-космической технике, электрометаллургии и др. отраслях.
Известен теплозащитный радиопрозрачный материал на основе кремнеземной ткани КТ-11-3/0,1, электрокорунда и алюмофосфатного связующего, обладающий хорошими радиотехническими и электроизоляционными характеристиками, но недостаточной механической прочностью (а.с. 74005 кл., С 04 В 29/02, 1971 г.).
Известны также материалы на основе алюмохромфосфатного связующего (а.с. 536125, кл. С 04 В 29/02, 1977 г.), отличающиеся повышенной водостойкостью и более длительным сроком хранения, но невысокой механической прочностью.
Известна огнеупорная масса для изготовления текстолитов, компаундов и клеев на основе электрокорунда, нитрида алюминия и алюмомагнийхромфосфатного связующего (см. патент РФ 2035432, кл. С 04 В 28/02), в котором раскрыт способ получения стеклотекстолита, включающий нанесение огнеупорной массы на заготовки кремнеземной ткани, термообработку набранного пакета заготовок стеклоткани при температуре 120oС со скоростью 0,5-1,0oС/мин и выдержкой 10-15 ч или отверждение при комнатной температуре до 1-3 суток.
Основным недостатком технологии изготовления текстолита на основе упомянутой огнеупорной массы является использование текучей суспензии (шликера) порошкового наполнителя в водном растворе алюмомагнийхромфосфатного связующего; при прессовании текстолита значительная часть шликера, нанесенного на стеклоткань, выдавливается и безвозвратно теряется.
В качестве прототипа принята композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита (см. патент РФ 2076086, кл. С 04 В 35/80), включающая, мас.%:
Армирующий материал в виде стеклоткани с содержанием SiO2 не менее 98% - 19-26
Алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р2О5/Аl2О3 в пределах 3,0-3,2 - 29-36
Порошок оксида алюминия - 38-57
Алюмофосфатное связующее, используемое в этой композиции, имеет влажность 65-67%, а стеклотекстолит, получаемый на таком связующем, имеет пористость около 25%.
В качестве прототипа принят способ получения высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита (см. патент РФ 2132833, кл. С 04 В 35/80, В 32 В 17/00, 17/02), который включает пропитку стеклоткани 15%-ным раствором кремнийорганической смолы, нанесение шликера на заготовки стеклоткани, прессование под давлением при конечной температуре 270oС. Заготовки стеклоткани после нанесения шликера подвергают подсушке при температуре 20-120oС в течение 5-7 ч. Прессование при конечной температуре полученных препрегов производят под давлением 1,0-5,0 МПа.
Однако при сушке при 120oС шликер на основе алюмофосфатной связки и α-Аl2O3 теряет до 80% свободной и связанной воды, следовательно оставшаяся вода составляет 20%.
Стеклотекстолит, получаемый из таких препрегов, имеет пористость 22-25%.
Техническим результатом предложенного изобретения является получение плотного, с минимальной газопроницаемостью (пористость 10-12%) стеклотекстолита с повышенными механическими характеристиками, снижение себестоимости, уменьшение расхода сырьевых компонентов (стеклоткани), улучшение экологической безопасности производства.
Сущность изобретения заключается в том, что:
1. Композиция стеклотекстолита, включающая стеклоткань с содержанием SiO2 не менее 98%, алюмофосфатное связующее и порошок оксида алюминия, содержит алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р2O5/Аl2О3 в пределах 2,5-3,0 и влажностью 35-39% при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Стеклоткань с содержанием SiO2 не менее 98% - 20-22
Алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р2O5/А12O3 в пределах 2,5-3,0 и влажностью 35-39% - 38-40
Порошок оксида алюминия - 38-40
2. Способ изготовления стеклотекстолита, включающий пропитку стеклоткани 15%-ным раствором кремнийорганической смолы, нанесение шликера на заготовки стеклоткани, подсушку заготовок при 20-25oC, термопрессование под давлением при конечной температуре 270oC, отличающийся тем, что подсушку осуществляют в течение 24 ч, затем заготовки дополнительно сушат при температуре 160-180oС в течение 1 ч, а термопрессование проводят под давлением 7,0-9,0 МПа.
Нами установлено (см. нижеприведенные примеры), что при сушке препрегов (стеклоткань с нанесенным слоем шликера из алюмофосфатного связующего и порошка оксида алюминия) даже при 180oС матрица сохраняет термопластичные свойства, при этом теряется до 94,6% влаги, содержащейся в исходной суспензии, что способствует получению стеклотекстолита с минимальной пористостью. Теоретически при использовании препрегов, высушенных до содержания воды менее 6% по массе, или менее 3% по объему в матрице, можно получить стеклотекстолит с пористостью менее 8%. При использовании препрегов, высушенных при 120oС, шликер теряет до 80% свободной и связанной воды, следовательно оставшаяся вода составляет 20%, стеклотекстолит, полученный из этих препрегов, имеет пористость 22-25%. При сушке препрегов при температуре выше 180oС матрица теряет термопластичность (удаляется 96% воды). Заготовки препрегов теряют эластичность и становятся нетехнологичными.
Теоретический объемный вес стеклотекстолита при полном заполнении пустот в стеклоткани (при нулевой пористости) составляет ≈2,84 г/см3.
Отсюда потребность шликера на 1 м2 стеклоткани составляет ≈600 г (578 г). При нанесении на стеклоткань обычного шликера удержать 600 г на 1 м2 стеклоткани невозможно (шликер стечет).
Следовательно, для получения стеклотекстолита с минимальной пористостью надо наносить шликер более высокой плотности, т.е. пасту, которую нужно готовить из связующего с меньшим содержанием воды.
Использование связующего с меньшим содержанием воды (см. табл. 1), сушка препрегов при температуре 20-25oС в течение 24 ч, затем 160-180oС в течение 1 ч, термопрессование под давлением 7,0-9,0 МПа позволило получить стеклотекстолит с пористостью 10-12% (прототип - 25%) и повышенными прочностными характеристиками (табл. 2).
Пример 1. На стеклоткань КТ-11-ТО, предварительно пропитанную 15%-ным раствором кремнийорганической смолы, наносили пасту, состоящую из 50 мас.% алюмофосфатного связующего с молярным соотношением Р2O5/Аl2О3, равным 2,5, и влажностью 35% и 50 мас.% порошка оксида алюминия. Количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань 20, алюмофосфатное связующее 38, порошок оксида алюминия 40. Препреги сушили в развешенном виде при температуре 20-25oС в течение 24 ч, затем при 160oС в течение 1 ч. Набранный пакет из препрегов подвергали термообработке при конечной температуре 270oС под давлением 7,0 МПа.
Полученный стеклотекстолит имел следующие характеристики:
Объемная масса, кг/м3 - 2300
Пористость, % - 12
Предел прочности при сжатии параллельно слоям стеклоткани, кгс/см2 - 1070
Предел прочности при изгибе, кгс/см2 - 1090
Количество слоев стеклоткани на 1 мм толщины - 2,1
Пример 2. То же, что и в примере 1, за исключением того, что количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 22, алюмофосфатное связующее - 40, порошок оксида алюминия - 40.
Полученный стеклотекстолит имел характеристики, аналогичные примеру 1.
Пример 3. То же, что и в примере 1, в отличие от которого количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 22, алюмофосфатное связующее - 39, порошок оксида алюминия - 39.
Полученный стеклотекстолит имел характеристики, аналогичные примеру 1.
Пример 4. То же, что и в примере 1, в отличие от которого количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 21, алюмофосфатное связующее - 40, порошок оксида алюминия - 39.
Полученный стеклотекстолит имел прочностные характеристики на 20% ниже, чем в примере 1.
Пример 5. То же, что и в примере 1, за исключением того, что количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 22, алюмофосфатное связующее - 38, порошок оксида алюминия - 40. Стеклотекстолит, полученный в этом примере, имел прочностные характеристики в 3 раза ниже, чем в примере 1. При механической обработке материал легко расслаивался.
Пример 6. То же, что в примере 1, за исключением использования связующего с молярным соотношением Р2O5/Аl2О3, равным 3,0, и влажностью 39%. Полученный стеклотекстолит имел характеристики, аналогичные примеру 1.
Пример 7. То же, что и в примере 1, в отличие от которого алюмофосфатное связующее имело молярное соотношение Р2O5/Аl2О3, равное 2,75, и влажность 37%. Полученный стеклотекстолит имел характеристики, аналогичные примеру 1.
Пример 8. То же, что и в примере 1, в отличие от которого алюмофосфатное связующее имело молярное соотношение Р2O5/Аl2О3, равное 2,4, и влажность 34%. Полученный стеклотекстолит имел прочностные характеристики, аналогичные примеру 1, за исключением того, что прочность при изгибе была несколько ниже - 980 кгс/см2.
Пример 9. То же, что и в примере 1, в отличие от которого алюмофосфатное связующее имело молярное соотношение Р2O5/А12О3, равное 3,2, и влажность 40%. Полученный стеклотекстолит имел прочностные характеристики на 20% ниже, чем в примере 1.
Снижение прочностных характеристик стеклотекстолита по-видимому объясняется более кислым характером связующего и, вследствие этого, большей коррозией стеклоткани в процессе термообработки.
Пример 10. То же, что и в примере 1, в отличие от которого сушку препрегов производили при 180oС. Полученный стеклотекстолит имел характеристики, аналогичные примеру 1.
Пример 11. То же, что и в примере 1, в отличие от которого сушку препрегов производили при 150oС. Подсушенные заготовки стеклоткани сохраняли достаточную технологическую эластичность. При прессовании плиты из этих заготовок выдавливания пасты не наблюдалось. Однако прочностные характеристики полученного стеклотекстолита на 20% ниже, чем в примере 1.
Пример 12. То же, что и в примере 1, в отличие от которого сушку препрегов производили при 200oС. Было установлено, что после такой сушки удалилось 96% воды, содержащейся в связующем. Препреги были сухими, совершенно потеряли эластичность, т.е. изготовление плиты из них было затруднительно.
Пример 13. То же, что и в примере 1, в отличие от которого прессование препрегов производили под давлением 9,0 МПа.
Полученный стеклотекстолит имел следующие характеристики:
Объемная масса, кг/м3 - 2400
Пористость, % - 10
Предел прочности при сжатии параллельно слоям стеклоткани, кгс/см2 - 1200
Предел прочности при изгибе, кгс/см2 - 1200
Количество слоев стеклоткани на 1 мм толщины - 2
Пример 14. То же, что и в примере 1, в отличие от которого термопрессование препрегов производили под давлением 8 МПа. Полученный стеклотекстолит имел характеристики, аналогичные примеру 1.
Пример 15. То же, что и в примере 1, в отличие от которого прессование препрегов производили под давлением 6 МПа. Полученный стеклотекстолит имел прочностные характеристики на 20% ниже, чем в примере 1.
Пример 16. То же, что и в примере 1, в отличие от которого прессование препрегов производили под давлением 10 МПа. Полученный стеклотекстолит имел прочностные характеристики на 15% ниже, чем в примере 1, что по-видимому связано с частичным нарушением целостности пленки защитного слоя смолы твердыми частицами порошкообразного наполнителя.
Таким образом стеклотекстолит, полученный по приведенной рецептуре и способу, имеет существенные преимущества по сравнению с прототипами, что подтверждается приведенными данными табл. 2.
Изобретение относится к электроизоляционным конструкционным стеклотекстолитам и может быть использовано в качестве электроизоляторов. Композиция стеклотекстолита включает стеклоткань с содержанием SiO2 не менее 98%, алюмофосфатное связующее и порошок оксида алюминия. Алюмофосфатное связующее имеет молярное соотношение Р2O5/Al2О3 в пределах 2,5-3 и влажность 35-39%. Компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: стеклоткань с содержанием SiO2 не менее 98% - 20-22, алюмофосфатное связующее - 38-40, порошок оксида алюминия - 38-40. Стеклоткань пропитывают 15%-ным раствором кремнийорганической смолы, на заготовки стеклоткани наносят шликер, подсушивают заготовки при 20-25oС в течение 24 ч, затем дополнительно сушат при 160-180oС в течение 1 ч. Термопрессование проводят под давлением 7,0-9,0 МПа при конечной температуре 270oС. Технический результат изобретения - повышение плотности и прочности стеклотекстолита, снижение себестоимости, уменьшение расхода сырьевых материалов, улучшение экологической безопасности производства. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.
Стеклоткань с содержанием SiO2 не менее 98% - 20-22
Алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р2O5/Аl2О3 в пределах 2,5-3,0 и влажностью 35-39% - 38-40
Порошок оксида алюминия - 38-40
2. Способ изготовления стеклотекстолита, включающий пропитку стеклоткани 15%-ным раствором кремнийорганической смолы, нанесение шликера на заготовки стеклоткани, подсушку заготовок при 20-25oС, термопрессование под давлением, при конечной температуре 270oС, отличающийся тем, что подсушку осуществляют в течение 24 ч, затем заготовки дополнительно сушат при 160-180oС в течение 1 ч, а термопрессование проводят под давлением 7,0-9,0 МПа.
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОГО СТЕКЛОТЕКСТОЛИТА | 1993 |
|
RU2076086C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОГО СТЕКЛОТЕКСТОЛИТА | 1997 |
|
RU2132833C1 |
SU 512200 A, 21.06.1976 | |||
1970 |
|
SU417493A1 | |
Дренажная труба | 1980 |
|
SU866041A1 |
КОПЕЙКИН В.А | |||
и др | |||
Огнеупорные растворы на фосфатных связующих | |||
- М.: Металлургия, 1986, с.14, 15. |
Авторы
Даты
2003-08-27—Публикация
2001-06-25—Подача