ТЕРМОСТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗОВОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2010 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 термовоздействиии.

Известен теплоаккмулирующий 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, выделение токсичных веществ и термодеструкция связующего.

Наиболее близким к предлагаемому является материал по патенту РФ №2141368 бюл. №32, 20.11.99, содержащий полимерное связующее - эпоксидную смолу и активный наполнитель кристаллогидрат - алюмокалиевые или алюмоаммонийные квасцы.

Недостатком указанного материала является то, что компонент квасцов - кристаллизационная вода - содержится в небольшом количестве. В алюмокалиевых квасцах содержится 45,5% воды, а в алюмоаммонийных квасцах - 48% воды. В связи с этим эндотермический эффект материала и длительность поддержания режима термостабилизации малы.

Техническим результатом изобретения является получение термостабилизирующего материала, обеспечивающего в течение длительного времени поддержание температуры до 150°С элементов электронной аппаратуры теплового воздействия низкотемпературного (260°С) пламени и предотвращения дегидратации при длительном хранении.

Технический результат достигается тем, что термостабилизирующий, материал разового действия, включающий в качестве активного компонента с эндотермическим эффектом воду, в качестве связующего - полиакриловую кислоту и глину при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Глина 15-50 Полиакриловая кислот (ПАК) 2-3 Вода остальное,

верхняя поверхность термостабилизирующего материала разового действия дополнительно содержит последовательные слои аэросила и герметика при следующем соотношении, в мм:

аэросил 0,2-1 герметик 0,4-1.

Экспериментально установлено, что использование в качестве связующего глины, создающей 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 введенной с полиакриловой кислотой воды. Для предотвращения дегидратации при длительном хранении термостабилизирующего материала разового действия на верхнюю поверхность наносят последовательно слои аэросила и герметика.

Основной эффект термостабилизации создается за счет высокой теплоемкости воды, которая поглощает большое количества тепла при нагревании, а так же за счет теплового эффекта испарения воды. Полиакриловая кислота выполняет роль загустителя.

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.

Термостабилизирующий материал разового действия готовят следующим образом.

Таблица 1. Наименование вещества Температура плавления, °С Температура дегидратации, °С Тепловой эффект дегидратации, Дж/г Воздействие температуры Глина   100   Устойчивая структура Вода(Н₂О) 0 100 2440   Полиакриловая кислота (ПАК) в сухом состоянии белый порошок Температура стеклования 106°С при нагревании выше 250°С происходит декарбоксилирование и сшивка 100     Аэросил А-300, диоксид кремния, белый порошок рыхлой структуры, удельная поверхность 300 м²/г 1610       Герметик компаунд КЛТ-30 однокомпонентный, плотность 1,115   Температурный режим эксплуатации от -60 до 300°С    

Пример 1. Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают 15 г глины и вводят 85 г предварительно приготовленного гидрогеля, содержащего 3 г ПАК и 82 г воды. В результате перемешивания образуется паста. Полученной смесью заполняют термостойкий контейнер, в центре которого расположен модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на поверхность наносят слой аэросила 0.5 мм и герметика 0,4 мм.

Пример 2. Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают 30 г глины и вводят 70 г предварительно приготовленного гидрогеля, содержащего 3 г ПАК и 67 г воды. В результате перемешивания образуется паста. Полученной смесью заполняют термостойкий контейнер, в центре которого расположен модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на поверхность наносят слой аэросила 0.5 мм и герметика 0,4 мм.

Пример 3. Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают 50 г глины и вводят 50 г предварительно приготовленного гидрогеля, содержащего 3 г ПАК и 47 г воды. В результате перемешивания образуется паста. Полученной смесью заполняют термостойкий контейнер, в центре которого расположен модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на поверхность наносят слой аэросила 0.5 мм и герметика 0,4 мм.

Пример 4. Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают 30 г глины и вводят 85 г предварительно приготовленного гидрогеля, содержащего 2 г ПАК и 83 г воды. В результате перемешивания образуется паста. Полученной смесью заполняют термостойкий контейнер, в центре которого расположен модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на поверхность наносят слой аэросила 0.5 мм и герметика 0,4 мм.

Пример 5. Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают 30 г глины и вводят 85 г предварительно приготовленного гидрогеля, содержащего 5 г ПАК и 80 г воды. В результате перемешивания образуется паста. Полученной смесью заполняют термостойкий контейнер, в центре которого расположен модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на поверхность наносят слой аэросила 0.5 мм и герметика 0,4 мм.

Результаты испытаний приведены в табл.2.

Определение тепловых эффектов

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

Определение длительности термостабилизации материалов.

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

Приведенный в табл.2 образец №2 является оптимальным: количество глины достаточно для образования устойчивой структуры и в то же время содержание активного компонента - воды - достаточно для обеспечения длительной термостабилизации. В образце №1 большое количество активного компонента - воды, однако мало структурообразователя - глины. Поэтому тепловой эффект достаточно велик, но не образуется устойчивая структура. В образце №3 глины достаточно для образования устойчивой структуры, но при этом мало содержание активного вещества - воды, поэтому время термостабилизации меньше оптимального. В образце №4 слишком маленькое содержание полиакриловая кислоты, структура образца не обладает достаточной прочностью и не образует устойчивую форму после нагрева. Образец №5 не обладает достаточным временем термостабилизации из-за большого количества комплексного загустителя.

Таблица 2 № пп Состав, масс.% Эндотермический эффект, Дж/г Время поддержания температуры, часы и минуты Состояние образца после испытаний 1 Глина - 15
Полиакриловая кислота (ПАК) - 3
Вода - остальное
Аэросил - 0,5 мм
Герметик - 0,4 мм 3594 3 ч 20 мин рыхлая твердообразная структура 2 Глина - 30
Полиакриловая кислота (ПАК) - 3 Вода - остальное
Аэросил - 0,5 мм
Герметик - 0,4 мм 1530 3 ч 5 мин Устойчивая форма 3 Глина - 50
Полиакриловая кислота (ПАК) - 3
Вода - остальное
Аэросил - 0,5 мм
Герметик - 0,4 мм 1365 1 ч 50 мин Устойчивая форма 4 Глина - 30
Полиакриловая кислота (ПАК) - 2
Вода - остальное
Аэросил - 0,5 мм
Герметик - 0,4 мм 990 1 ч 30 мин Неустойчивая форма 5 Глина - 30 1892 1 час Устойчивая   Полиакриловая кисло-     форма   та (ПАК) - 5         Вода - остальное         Аэросил - 0,5 мм         Герметик - 0,4 мм      

Изобретение направлено на получение термостабилизирующего материала разового действия, включающего в качестве активного компонента с эндотермическим эффектом воду, в качестве связующего - полиакриловую кислоту и глину при следующем соотношении компонентов, масс.%: глина 15-50; полиакриловая кислота (ПАК) 2-3; вода - остальное; верхняя поверхность термостабилизирующего материала разового действия дополнительно содержит последовательные слои аэросила и герметика при следующем соотношении, в мм: аэросил 0,2-1; герметик 0,4-1. Изобретение обеспечивает в течение длительного времени поддержание температуры до 150°С элементов электронной аппаратуры, например модуля памяти бортового регистратора полетной информации, от теплового воздействия низкотемпературного (260°С) пламени и предотвращает дегидратацию при длительном хранении. 2 табл.

Термостабилизирующий материал разового действия, включающий активный компонент с эндотермическим эффектом, отличающийся тем, что в качестве активного компонента содержит воду, а в качестве связующего полиакриловую кислоту и глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глина 15-50 Полиакриловая кислота (ПАК) 2-3 Вода Остальное,