Способ изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита

 

Изобретение относится к электроизоляционным конструкционным стеклотекстолитам и может быть использовано в качестве электроизоляторов. Способ получения высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита включает пропитку стеклоткани 15%-ным раствором кремнийорганической смолы, нанесение суспензии на заготовки стеклоткани, прессование под давлением при конечной температуре 270^oС. Заготовки стеклоткани после нанесения суспензии подвергают подсушке при температуре 20-120^oС в течение 5-7 ч. Прессование при конечной температуре производят под давлением 1,0-5,0 МПа. Способ обеспечивает значительное повышение механической прочности стеклотекстолита, исключение технологических потерь исходных компонентов, входящих в состав суспензии, и снижение себестоимости материала, улучшение экологической безопасности производства. 1 табл.

Изобретение относится к электроизоляционным конструкционным стеклотекстолитам и может быть использовано в качестве электрических изоляторов в ракетно-космической технике, в электротехнической промышленности и других отраслях.

Известна огнеупорная масса для изготовления текстолитов, компаундов и клеев на основе электрокорунда, нитрида алюминия и алюмомагнийхромфосфатного связующего (см. патент РФ 2035432, кл. C 04 B 28/02), в котором раскрыт способ получения стеклотекстолита, включающий нанесение огнеупорной массы на заготовки кремнеземной ткани, термообработку набранного пакета заготовок стеклоткани при температуре 120^oC со скоростью 0,5 - 1,0^oC/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 суспензии, нанесенной на стеклоткань, выдавливается и безвозвратно теряется.

Известна композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита (см. патент РФ 2076086, кл. C 04 B 35/80), в котором раскрыт способ получения стеклотекстолита, включающий пропитку стеклоткани 15%-ным раствором кремнийорганической смолы, нанесение суспензии (шликера), состоящей из алюмофосфатного связующего и порошка белого электрокорунда, на заготовки стеклоткани, термообработку набранного пакета заготовок при конечной температуре 270^oC с выдержкой из расчета 10 - 12 мин на 1 мм толщины под давлением 10 кгс/см².

Основной недостаток технологии стеклотекстолита, основанной на использовании текучей суспензии порошкового наполнителя в водном растворе алюмофосфатного связующего, заключается в том, что при прессовании материала значительная часть суспензии, нанесенной на стеклоткань (до 50% от исходной), выдавливается из композиции и безвозвратно теряется.

При этом выдавленная суспензия загрязняет окружающую среду, особенно при применении связующих, содержащих тяжелые металлы, в частности хром, а также ухудшает условия труда.

Техническим результатом предложенного изобретения является значительное повышение механической прочности стеклотекстолита, исключение технологических потерь исходных компонентов, входящих в состав суспензии и, следовательно, снижение себестоимости материала, улучшение экологической безопасности производства.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита, включающим пропитку стеклоткани 15%-ым раствором кремнийорганической смолы, нанесение суспензии на заготовки стеклоткани, прессование под давлением при конечной температуре 270^oC, заготовки стеклоткани после нанесения суспензии подвергают подсушке при температуре 20- 120^oC в течение 5-7 часов, а прессование при конечной температуре производят под давлением 1,0 - 0,5 МПа.

Нами установлено (см. нижеприведенные примеры), что удаление не менее 45% воды, содержащейся в исходной суспензии, делает ее (остаток суспензии) нетекучей и при прессовании стеклотекстолита из таких подсушенных заготовок выдавливания суспензии не происходит.

Стеклотекстолит, полученный прессованием из подсушенных заготовок, имеет существенно более высокую прочность. Этот технологический прием позволяет применять высокие удельные давления прессования, обеспечивающие получение стеклотекстолита повышенной плотности с более равномерной плотностью матрицы и, соответственно, значительно повысить механическую прочность и снизить разброс физико-механических характеристик материала (повысить надежность).

Предлагаемый технологический прием превращает процесс получения стеклотекстолита в безотходный, делает его ресурсосберегающим, улучшает условия труда и культуру производства, его экологическую безопасность.

Пример 1. На стеклоткань КТ-11-ТО, предварительно пропитанную 15%-ным раствором кремнийорганической смолы КМ-9К, наносили суспензию, состоящую из 44 весовых частей алюмофосфатного связующего с молярным соотношением P₂O₅/Al₂O₃, равным 3, и 56 весовых частей порошка белого электрокорунда с содержанием Al₂O₃ не менее 95%. Листы стеклоткани с нанесенной суспензией сушили в развешенном виде в цеховых условиях при температуре 20 - 22^oC и относительной влажности 70% в течение 6-7 часов. Взвешиванием до и после подсушки заготовок стеклоткани с нанесенной суспензией было установлено, что во время подсушки удалилось около 45% воды, содержащейся в связующем. Заготовки стеклоткани с нанесенной суспензией после подсушки были эластичными и слегка липли к рукам. Набранный пакет из заготовок стеклоткани из расчета 10 мм толщины стеклотекстолита (3 слоя стеклоткани на 1 мм) подвергали термообработке при конечной температуре 270^oC под давлением 1 МПа. При прессовании выдавливания суспензии не наблюдалось. Полученная плита стеклотекстолита имела толщину 12 мм и следующие характеристики: Объемная масса, кг/м³ - 2100 Предел прочности при сжатии параллельно слоям стеклоткани, кгс/см² - 800 Предел прочности при сжатии перпендикулярно слоям стеклоткани, кгс/см² - 2876 Удельная ударная вязкость, кгссм/см² - 47,5 Пример 2. То же, что в примере 1, за исключением того, что заготовки стеклоткани с нанесенной суспензией подсушивались при температуре 50 - 60^oC в течение 5 - 6 часов. При такой подсушке испарилось 67% воды, содержащейся в связующем. Выдавливание суспензии при прессовании отсутствовало. Подсушенные заготовки стеклоткани сохранили эластичность, совершенно не липли к рукам и оснастке. Стеклотекстолит, полученный из подсушенных при 50 - 60^oC заготовок по свойствам был аналогичен примеру 1.

Пример 3. То же, что в примере 1, в отличие от которого подсушка заготовок стеклоткани с нанесенной суспензией проводилась при температуре 100 - 120^oC в течение 5 - 6 часов. После такой сушки удалилось ≈ 80% воды, содержащейся в связующем. Подсушенные заготовки стеклоткани сохраняли достаточную технологическую эластичность, совершенно не липли к рукам и оснастке. При прессовании плиты из этих заготовок выдавливания суспензии не наблюдалось. По характеристикам стеклотекстолит, полученный из подсушенных при 100 - 120^oC заготовок, не отличался от стеклотекстолита примера 1.

Пример 4. То же, что в примере 1, за исключением того, что давление при термообработке составило 5 МПа. Выдавливание суспензии при прессовании отсутствовало. Полученная плита имела толщину 12 мм и следующие показатели: Объемная масса, кг/м³ - 2300 Предел прочности при сжатии параллельно слоям стеклоткани, кгс/см² - 946 Предел прочности при сжатии перпендикулярно слоям стеклоткани, кгс/см² - 3030 Удельная ударная вязкость, кгссм/см² - 52,8
Пример 5. То же, что и в примере 1, в отличие от которого подсушка заготовок с нанесенной суспензией проводилась при температуре 200^oC в течение 2-х часов. Было установлено, что после такой подсушки удалилось 96% воды, содержащейся в связке.

Подсушенные заготовки были сухими, совершенно потеряли эластичность и стали нетехнологичными, т.е. изготовление плиты из них было затруднительно, а выкладка изделий более сложной формы, чем плоская плита, совершенно исключалась. Полученный стеклотекстолит в виде плиты из подсушенных при 200^oC заготовок имел толщину 13,2 мм и предел прочности при сжатии параллельно слоям стеклоткани, а также перпендикулярно слоям стеклоткани на 20% меньше, чем в примерах 1-4.

Исследования под микроскопом показали, что стеклотекстолит, полученный из подсушенных заготовок с нанесенной суспензией при условиях, приведенных в примерах 1 - 4, имеет равномерную структуру без крытых раковин в матрице в отличие от прототипа, прослойку матрицы между слоями стеклоткани, которая отсутствует в прототипе (матрица располагается только в пустотах стеклоткани). Последнее обусловлено тем, что при прессовании стеклотекстолита из предварительно подсушенных заготовок стеклоткани нанесенная на нее суспензия не выдавливается и полностью используется для образования матрицы. Это приводит к тому, что появление прослойки матрицы между слоями стеклоткани снижает расход стеклоткани на 1 мм толщины стеклотекстолита до 2,5 слоев по сравнению с 3-мя слоями стеклоткани на 1 мм в прототипе.

Расчеты показывают, что последнее снижает себестоимость стеклотекстолита на 11% по сравнению с прототипом.

Таким образом, стеклотекстолит, полученный с использованием предлагаемых нами технологических приемов, имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом по механической прочности, отсутствию отходов, имеет меньшую себестоимость за счет снижения расхода сырьевых компонентов, обеспечивает улучшение экологической безопасности, повышение культуры производства.

В таблице приведены сравнительные характеристики стеклотекстолита по примерам 1-4 и прототипа.

Формула изобретения

Способ изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита, включающий пропитку стеклоткани 15%-ным раствором кремнийорганической смолы, нанесение суспензии на заготовки стеклоткани, прессование под давлением при конечной температуре 270^oС, отличающийся тем, что заготовки стеклоткани после нанесения суспензии подвергают подсушке при температуре 20 - 120^oС в течение 5 - 7 ч, а прессование при конечной температуре производят под давлением 1,0 - 5,0 МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2