ТЕРМОСТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗОВОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2009 года по МПК C09K5/02 

Изобретение относится к материалам, применяемым для создания тепловой защиты элементов электронной аппаратуры, и может быть использовано в электронной технике для термозащиты при длительном термовоздействии.

Известен теплоаккумулирующий материал разового действия (а.с. 1717614, бюл. №9, 07.03.1992 г.) на основе вещества с эндотермическим эффектом разложения полиформальдегида и полимерного связующего эпоксидной смолы.

Недостатком этого материала является быстрое разложение с выделением токсичных веществ и термодеструкция связующего.

Наиболее близким к предлагаемому является материал по патенту РФ №2141368 бюл. №32, 20.11.99, состоящий из полимерного связующего - эпоксидной смолы и в качестве активных веществ - кристаллогидраты - алюмокалиевые или алюмоаммонийные квасцы.

Недостатком указанного материала является термодеструкция эпоксидного связующего при длительном воздействии низкотемпературного (260°С) пламени. В результате происходит разрушение материала и непригодность его к длительному поддержанию режима термостабилизации.

Техническим результатом изобретения является получение термостабилизирующего материала, обеспечивающего в течение длительного времени поддержание температуры до 150°С элемента электронной аппаратуры, например модуля памяти бортового регистратора полетной информации от теплового воздействия низкотемпературного (260°С) пламени и предотвращение дегидратации при хранении.

Технический результат достигается тем, что термостабилизирующий материал разового действия, включающий в качестве активного компонента с эндотермическим эффектом дегидратации кристаллогидраты сульфатов алюминия: алюмокалиевые или алюмоаммонийные квасцы и связующее, состоит из смеси, содержащей в качестве связующего дегидратирующий с эндотермическим эффектом разложения двухводный сульфат кальция в виде полуводного сульфата кальция и воды при следующем соотношении компонентов, в масс.%:

Полуводный сульфат кальция 29-41 Вода 14-21 Кристаллогидрат остальное,

и слоев гидроксида алюминия и герметика, нанесенных последовательно на верхнюю поверхность указанной смеси при следующем соотношении, в мм:

Гидроксид алюминия 0,3-1,0 Герметик 0,4-1,0.

Экспериментально установлено, что использование в качестве связующего полуводного сульфата кальция, при взаимодействии с водой переходящего в двухводный, создающего стойкую к термическому воздействию структуру, обеспечивает длительное поддержание температуры до 150°С электронного модуля, помещенного в предлагаемый термостатирующий материал, при воздействии низкотемпературного (260°С) пламени за счет дегидратации активного элемента - алюмокалиевых или алюмоаммонийных квасцов и связующего - двухводного сульфата кальция. Для предотвращения дегидратации при хранении термостабилизирующего материала разового действия на верхнюю поверхность наносят последовательно слои гидроксида алюминия и герметика.

Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, позволяет достичь желаемого технического результата.

В табл.1 приведены физико-химические характеристики компонентов термостабилизирующего материала разового действия.

Таблица 1 Наименование вещества Температура плавления, °С Температура дегидратации, °С Тепловой эффект дегидратации, Дж/г Воздействие температуры Полуводный сульфат кальция (строительный гипс, алебастр) CaSO₄·0,5·H₂O - 200 132 Устойчивая структура Вода Н₂O 0 100 2440 - Двухводный сульфат кальция (гипс) CaSO₄·*2Н₂O - 128 345 Устойчивая структура Кристаллогидрат алюмокалиевые квасцы
KAl(SO₄)₂·12H₂O 92 120 1446 Вспучиваются Кристаллогидрат алюмоаммонийные квасцы NH₄(SO₄)₂·12H₂O 93,5 120 1427 Вспучиваются Гидроксид алюминия Аl(ОН)₃, бесцветное твердое вещество, нерастворим в воде - Около 180°С разлагается до оксигидроксида (бемита) АlOOН выше 250°С до Аl₂O₃ - Устойчивая структура Герметик компаунд КЛТ - 30 однокомпонентный, плотность 1,115* - температурный режим эксплуатации от -60 до +300°С     *В качестве герметики нами выбран компаунд КЛТ-30 однокомпонентный, марки А - текучий, кремний органический белый ТУ 38.103691-89, так как он очень прост в использовании.

Термостабилизирующий материал разового действия готовят следующим образом.

Пример 1

Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают полуводный сульфат кальция 41 г и заливают 21 г воды. В результате перемешивания образуется паста, в которую добавляют 38 г алюмокалиевых или алюмоаммонийных квасцов. Полученную смесь помещают в термостойкий контейнер таким образом, что на равном удалении от стенок располагают модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на верхнюю поверхность наносят последовательно слои гидроксида алюминия 0,3 мм и герметика 1 мм.

Пример 2

Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают полуводный сульфат кальция 35 г и заливают 18 г воды. В результате перемешивания образуется паста, в которую добавляют 47 г алюмокалиевых или алюмоаммонийных квасцов. Полученную смесь помещают в термостойкий контейнер таким образом, что на равном удалении от стенок располагают модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на верхнюю поверхность наносят последовательно слои гидроксида алюминия 0,5 мм и герметика 1 мм.

Пример 3

Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают полуводный сульфат кальция 29 г и заливают 14 г воды. В результате перемешивания образуется паста, в которую добавляют 57 г алюмокалиевых или алюмоаммонийных квасцов. Полученную смесь помещают в термостойкий контейнер таким образом, что на равном удалении от стенок располагают модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на верхнюю поверхность наносят последовательно слои гидроксида алюминия 1 мм и герметика 0.4 мм.

Результаты испытания приведены в таблице 2.

Определение тепловых эффектов

Определение тепловых эффектов проводилось на приборе Дериватограф фирмы Паулик и Эрдей сравнением площадей, ограниченной показаниями кривой дифференциальной термопары для образца и эталона. В качестве эталона брался бикарбонат натрия, тепловой эффект которого равен 765 Дж/г.

Определение термической стойкости материалов

Определение термической стойкости проводилось помещением образцов в термостат при температуре 260°С. Температура контролировалась ХА термопарой в качестве датчика и записывающего прибора Н 307/1.

Приведенный в табл.2 образец №2 является оптимальным: количество полуводного сульфат кальция достаточно, чтобы образовывалась устойчивая структура образца, и в то же время он содержат достаточное количество активного компонента квасцов. В образце №1 количество полуводного сульфата кальция достаточно, чтобы образовалась устойчивая структура, однако количество активного компонента квасцов меньше оптимального, поэтому меньше время термостабилизации. В образце №3 большое количество активного компонента, обеспечивающего тепловой эффект разложения, однако мало полуводного сульфат кальция и происходит выделение из контейнера продуктов разложения.

Таблица 2 № п/п Состав, в масс.% Эндотермический эффект, Дж/г Время, часы и минуты Состояние образца после испытаний   полуводный сульфат кальция 41     Устойчивая форма   вода 21     1 алюмокалиевые квасцы или алюмоаммонийные   950 4 ч 5 мин   квасцы 38       сверху слои:         гидроксид         алюминия 0,3 мм       герметик 1,0 мм       полуводный сульфат кальция 35     Устойчивая форма   вода 18     2 алюмокалиевые квасцы или алюмоаммонийные квасцы 47 1050 4 ч 50 мин   сверху слои:         гидроксид         алюминия 0,5 мм       герметик 1,0 мм       полуводный сульфат кальция 29     Выделение из контейнера продуктов разложения   вода 14     3 алюмокалиевые квасцы или алюмоаммонийные квасцы 57 1200 -   сверху слои:         гидроксид         алюминия 1,0 мм       герметик 0,4 мм    

Изобретение относится к термостабилизирующему материалу разового действия, состоящему из смеси, содержащей в качестве связующего дегидратирующий с эндотермическим эффектом разложения двухводный сульфат кальция в виде полуводного сульфата кальция и воды при следующем соотношении компонентов, в масс.%: полуводный сульфат кальция 29-41; вода 14-21; кристаллогидрат - остальное; и слоев гидроксида алюминия и герметика, нанесенных последовательно на верхнюю поверхность указанной смеси при следующем соотношении, в мм: гидроксид алюминия 0,3-1,0; герметика 0,4-1,0. Технический результат - получение термостабилизирующего материала разового действия, обеспечивающего в течение длительного времени поддержание температуры до 150°С элемента электронной аппаратуры, например модуля памяти бортового регистратора полетной информации от теплового воздействия низкотемпературного (260°С) пламени и предотвращение дегидратации при хранении. 2 табл.

Термостабилизирующий материал разового действия, включающий в качестве активного компонента с эндотермическим эффектом дегидратации кристаллогидраты сульфатов алюминия: алюмокалиевые или алюмоаммонийные квасцы и связующее, отличающийся тем, что состоит из смеси, содержащей в качестве связующего дегидратирующий с эндотермическим эффектом разложения двухводный сульфат кальция в виде полуводного сульфата кальция и воды при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
Полуводный сульфат кальция 29-41 Вода 14-21 Кристаллогидрат остальное