ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЛЕЕВОГО И ПОГЛОЩАЮЩЕГО СВЧ-ЭНЕРГИЮ ПОКРЫТИЯ И ФОРМОВАННОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕЕ Российский патент 2009 года по МПК C08L63/00 C09J163/00 H01Q17/00 H01F1/26 

Изобретение относится к области химии и металлургии, а именно к композиционным материалам на основе олигомерных - низкомолекулярных полимерных соединений, и может найти широкое применение, и прежде всего, в электронной, радиоэлектронной и других областях техники.

Композиционные полимерные материалы широко используются для изготовления всевозможных поглотителей, в том числе паразитных электромагнитных излучений (далее поглотитель СВЧ-энергии) клеев, компаундов, герметиков, которые нашли широкое применение, в том числе в технике СВЧ.

В настоящее время тенденция к миниатюризации изделий техники СВЧ ставит соответствующие задачи и относительно используемых в ней материалов, а именно разработки материалов, которые обладают высокой поглощающей способностью, хорошими клеевыми, герметизирующими и изолирующими свойствами.

Более того, актуальной задачей на сегодня является создание композиционных материалов, в том числе конструкционного назначения, позволяющих осуществлять в едином технологическом цикле сборку элементной базы и одновременно формирование локальных слоев поглотителей СВЧ-энергии или экранов заданного размера как в отдельных изделиях, так и электронных модульных устройствах СВЧ.

Как известно, электромагнитные потери в композиционном материале, как и любом другом, характеризуются магнитными, электрическими и диэлектрическими составляющими.

Критерием оценки способности - свойства композиционного материала поглощать СВЧ-энергию могут служить как непосредственно коэффициенты поглощения и отражения, так и диэлектрические характеристики - тангенс угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь и диэлектрическая проницаемость.

Известна полимерная композиция, содержащая олигомерное связующее - низкомолекулярный полиорганосилоксан, наполнитель, представляющий собой порошок сплава железа, алюминия и кремния в соотношении 8,2:0,75:1,02 соответственно и отвердитель при следующем соотношении компонентов в полимерной композиции, вес.%:

связующее 20-25 отвердитель 0,4-0,5 наполнитель 79,6-74,5 [1].

Недостатком данной полимерной композиции является ограниченные функциональные возможности в качестве поглотителя СВЧ-энергии.

При этом данная полимерная композиция имеет низкий коэффициент поглощения СВЧ-энергии, не более 20 дБ/см на частоте 7-12 ГГц.

Невысокие эксплуатационные свойства из-за низкой механической прочности, не более 1,5 МПа при разрыве.

Кроме того, наличие кремния в наполнителе снижает в целом содержание железа в полимерной композиции, которое, как известно, определяет уровень магнитной составляющей элетромагнитных потерь, и тем самым снижает коэффициент поглощения СВЧ-энергии данной полимерной композицией.

Известна теплостойкая клеевая композиция, также полимерная композиция, содержащая олигомерное связующее - эпоксидную смолу, представляющую собой продукт взаимодействия эпоксикремнийорганической смолы с тетрабутоксититанатом в соотношении 1:0,06 соответственно, и кристаллический отвердитель, представляющий собой 4,4-дифенилметандиизоцианат, замещенный диметиламином, при следующим соотношении компонентов в композиции, вес.%:

олигомерное связующее 90-93 отвердитель 10-7 [2 - прототип].

Данная полимерная композиция по сравнению с аналогом является клеевой полимерной композицией, обладающей высокой механической прочностью до 50 МПа при соединении различных материалов и покрытий независимо как от их структуры, так и способа получения, широким диапазоном рабочих температур 60-300°С, высокой технологичностью.

Однако данная полимерная композиция не обладает вообще способностью - свойством поглощать СВЧ-энергию из-за отсутствия в ней компонента - наполнителя, который и обеспечивает полимерную композицию этим свойством.

Таким образом, полимерные композиции как аналога, так и прототипа имеют ограниченные функциональные возможности, первую используют только в качестве поглотителя СВЧ-энергии, вторую - как клеевую композицию.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей, обеспечение высокого коэффициента поглощения СВЧ-энергии полимерной композиции при сохранении высокой механической прочности, широкого диапазона рабочих температур, высокой технологичности.

По первому независимому пункту формулы:

- указанный технический результат достигается предложенной полимерной композицией для получения клеевого и поглощающего СВЧ-энергию покрытия, содержащей олигомерное связующее - эпоксидную смолу, представляющую собой продукт взаимодействия эпоксикремнийорганической смолы с тетрабутоксититанатом в соотношении 1:0,06 соответственно, и отвердитель.

В которую дополнительно введен наполнитель, представляющий собой порошок сплава железа и алюминия в соотношении 7:1 соответственно, с дисперсностью порошка, равной 10-30 мкм, олигомерное связующее находится в вязкотекучем состоянии, с условной вязкостью 100-300 с, а отвердитель представляет собой полиамидную смолу, либо ангидрид изометилтетрагидрофталевый, при следующем соотношении компонентов в полимерной композиции, вес.%:

олигомерное связующее 16-25 отвердитель 14-20 наполнитель 70-55.

Полимерная композиция может дополнительно содержать разбавитель в соотношении относительно олигомерного связующего 1:10, и обладающий химическим сродством с ним.

По второму независимому пункту формулы:

- указанный технический результат достигается формованным изделием, поглощающим СВЧ-энергию, выполненным из композиции по п.1 посредством литья в металлические формы, предварительно нагретые, с последующим отверждением изделия.

Наличие в предложенной полимерной композиции наполнителя указанного состава и с указанными физическими свойствами, в совокупности с олигомерным связующим - эпоксидной смолой, находящимся в вязкотекучем состоянии с условной вязкостью 100-300 секунд обеспечивают:

во-первых,

- возможность вводить в полимерную композицию необходимое и максимальное количество наполнителя, который, как было указано выше, и обеспечивает полимерную композицию свойством поглощать СВЧ-энергию,

- а значительное превышение содержания железа в составе порошка наполнителя, железо и алюминий в соотношении 7:1 соответственно, которое, как известно, определяет уровень магнитной составляющей элетромагнитных потерь и, следовательно, значительное превышение его содержания в наполнителе соответственно определяет и высокий коэффициент поглощения СВЧ-энергии полимерной композицией,

во-вторых, присутствие алюминия в порошке наполнителя, имеющего свойство легко окисляться, в совокупности с высокой дисперсностью порошка, менее 30 мкм, обеспечивает электрическую изоляцию каждой из большого множества частиц наполнителя образующимися прочными окисными пленками алюминия, и тем самым предотвращает смыкание проводящих частиц наполнителя между собой, и за счет этого увеличивает СВЧ-потери на вихревые токи в каждой из большого множества частиц наполнителя, и соответственно дополнительно увеличивает коэффициент поглощения СВЧ-энергии полимерной композицией.

Отвердитель в предложенной полимерной композиции, представляющий собой полиамидную смолу, либо ангидрид изометилтетрагидрофталевый, который является и в том и другом варианте жидкофазным компонентом, в отличие от кристаллического отвердителя прототипа, нормализует состояние вязкотекучести полимерной композиции и тем самым дополнительно к вышесказанному обеспечивает повышение содержания наполнителя в полимерной композиции и, следовательно, повышение коэффициента поглощения СВЧ-энергии полимерной композицией.

При этом сохранены указанные выше физико-механические свойства прототипа, а именно высокая механическая прочность - до 50 МПа, широкий диапазон рабочих температур - 60-300°С, высокая технологичность.

Более того, предложенная полимерная композиция обладает хорошими литьевыми свойствами, что обеспечивает полимерной композиции способность успешно работать как в тонких слоях - покрытиях, так и в объемных массах.

Из полимерной композиции могут изготавливаться формованные изделия различной конфигурации и массы, в том числе крупногабаритные, методом свободного литья, которые используют в качестве поглотителя СВЧ-энергии.

Формованные изделия, выполненные из предложенной полимерной композиции, обладают теми же свойствами и имеют те же технические характеристики, что и полимерная композиция, а именно - высокий коэффициент поглощения СВЧ-энергии от 8,5 до 12,5 дБ/мм в диапазоне частот до 18 ГГц, высокую механическую прочность до 50 МПа, широкий диапазон рабочих температур - 60-300°С, высокую технологичность при их изготовлении.

Величина дисперсности порошка наполнителя сверху (более 30 мкм) ограничена резким снижением коэффициента поглощения СВЧ-энергии полимерной композицией, а снизу (менее 10 мкм) - техническими возможностями.

Условная вязкость олигомерного связующего более 300 с затрудняет введение необходимого и максимального количества наполнителя, а менее 100 с - приводит к расслоению неотвержденной полимерной композиции.

Примеры конкретного приготовления предложенной полимерной композиции.

Пример 1.

Включает следующие операции.

Приготовление исходных компонентов, для чего берут:

а) олигомерное связующее - эпоксидную смолу марки СЭДМ-8 в количестве 20, вес.%, с вязкостью 200 с,

б) отвердитель - полиамидную смолу в количестве 18, вес.%,

в) наполнитель - порошок сплава железа и алюминия с дисперностью примерно до 20 мкм в количестве 62 вес.%, сушат его посредством нагрева в термошкафу при температуре 120-150°С.

Далее смешивают приготовленные компоненты полимерной композиции - олигомерное связующее, наполнитель и отвердитель до получения однородной массы.

Далее полимерную композицию либо наносят на поверхность в качестве клеевого и поглощающего покрытия, либо изготавливают формованные изделия, посредством литья в металлические формы заданной конструкции, предварительно нагретые до 100°С, с последующим отверждением композиционного материала при 80°С в течение 4 часов, либо при 120-140°С в течение 10 часов.

Примеры 2-5.

Полимерную композицию приготавливают, как в примере 1, но при других количественных соотношениях исходных компонентов как указанных в формуле изобретения, так и за ее пределами.

Приготовленные составы полимерной композиции были опробованы в изделиях СВЧ техники текущего производства в качестве клеевого и поглощающего покрытия:

а) по цепям питания и управления с одновременной фиксацией самих проводов и упрочнения мест их пайки,

б) на внутренних сторонах крышек корпусов упомянутых изделий.

Кроме того, из приготовленных составов полимерной композиции были изготовлены формованные изделия, посредством литья в металлические формы заданной конструкции.

На упомянутых изделиях были определены механические свойства при отрыве согласно ГОСТ 11262-80, коэффициент поглощения СВЧ-энергии и измерены диэлектрические характеристики - тангенс угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь, и диэлектрическая проницаемость, и условная вязкость по стандартным методикам.

Данные сведены в таблицу.

Как видно из таблицы, изделия из полимерной композиции, содержащей компоненты согласно соотношениям, указанным в формуле изобретения (примеры 1-3), обладают высокой механической прочностью до 50 МПа, высоким коэффициентом поглощения СВЧ-энергии и повышенными диэлектрическими потерями, что подтверждает высокий коэффициент поглощения СВЧ-энергии до 12,5 дБ/мм в диапазоне частот 7-18 ГГц в отличие от изделий из полимерной композиции - при соотношении компонентов в ней за ее пределами (примеры 4-5).

Итак, предложенная полимерная композиция позволит формировать в едином технологическом цикле эффективные межсхемные и внутриблочные соединения - элементы конструкции, обеспечивающие одновременно:

во-первых, высокую механическую прочность соединения до 50 МПа,

во-вторых, высокий коэффициент поглощения СВЧ-энергии до 12,5 дБ/мм в диапазоне частот 7-18 ГГц,

в-третьих, широкий диапазон рабочих температур, 60-300°С,

в-четвертых, высокую технологичность.

Таким образом, предложенная полимерная композиция одновременно обладает высокими как клеевыми, так и поглощающими свойствами в отличие от прототипа, который обладает только клеевыми свойствами, что позволяет расширить ее функциональные возможности.

Следует особо подчеркнуть, что предложенная полимерная композиция найдет широкое применение в изделиях техники СВЧ, как указано выше, в связи с миниатюризацией этих изделий.

Источники информации

1. Воронин И.В., Ершова Т.Н., Поручикова Н.А. Новые полимерные материалы для электроизоляции, климатической защиты и сборки изделий. Электронная промышленность, вып.6, 1986, с.11-14.

2. Патент РФ №2238294, МПК 7 C09J 163/00, приоритет 27.02.2003, опубл. 20.10.04.

Изобретение относится к технологии получения композиционных материалов на основе низкомолекулярных полимерных соединений, в частности к полимерным композициям для получения клеевого и поглощающего СВЧ-энергию покрытия и изделиям из них, и может быть использовано в химической, металлургической, радиолектронной и электронной промышленностях. Композиция содержит 16-25 вес.% олигомерного связующего - продукта взаимодействия эпоксикремнийорганической смолы с тетрабутоксититанатом в соотношении 1:0,06 соответственно. Связующее находится в вязкотекучем состоянии, с условной вязкостью 100-300 с. В композицию также входит 14-20 вес.% отвердителя - полиамидной смолы, либо ангидрида изометилтетрагидрофталевого, и 70-75 вес.% наполнителя - порошка сплава железа и алюминия в соотношении 7:1 соответственно, с дисперсностью порошка, равной 10-30 мкм. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей, обеспечение высокого коэффициента поглощения СВЧ-энергии полимерной композиции при сохранении высокой механической прочности, широкого диапазона рабочих температур, высокой технологичности. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Полимерная композиция для получения клеевого и поглощающего СВЧ-энергию покрытия, содержащая олигомерное связующее эпоксидную смолу, представляющую собой продукт взаимодействия эпоксикремнийорганической смолы с тетрабутоксититанатом в соотношении 1:0,06 соответственно, и отвердитель, отличающийся тем, что в полимерную композицию дополнительно введен наполнитель, представляющий собой порошок сплава железа и алюминия в соотношении 7:1 соответственно, с дисперсностью порошка, равной 10-30 мкм, олигомерное связующее находится в вязкотекучем состоянии, с условной вязкостью 100-300 с, а отвердитель представляет собой полиамидную смолу, либо ангидрид изо-метилтетрагидрофталевый при следующем соотношении компонентов в композиционном материале, вес.%:
олигомерное связующее 16-25 отвердитель 14-20 наполнитель 70-55

2. Полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит разбавитель в соотношении 1:10 относительно олигомерного связующего и обладающий химическим сродством с ней.

3. Формованное изделие, поглощающее СВЧ-энергию, выполненное из композиции по п.1 посредством литья в металлические формы, предварительно нагретые с последующим отверждением изделия.