Композиция стеклотекстолита и способ его изготовления

 

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 20-25^oС в течение 24 ч, затем дополнительно сушат при 160-180^oС в течение 1 ч. Термопрессование проводят под давлением 7,0-9,0 МПа при конечной температуре 270^oС. 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.

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 120^oС со скоростью 0,5-1,0^oС/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 270^oС. Заготовки стеклоткани после нанесения шликера подвергают подсушке при температуре 20-120^oС в течение 5-7 ч. Прессование при конечной температуре полученных препрегов производят под давлением 1,0-5,0 МПа.

Однако при сушке при 120^oС 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 20-25^oC, термопрессование под давлением при конечной температуре 270^oC, отличающийся тем, что подсушку осуществляют в течение 24 ч, затем заготовки дополнительно сушат при температуре 160-180^oС 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 180^oС 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 120^oС, 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 180^oС 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 20-25^oС в течение 24 ч, затем 160-180^oС 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 20-25^oС в течение 24 ч, затем при 160^oС в течение 1 ч. Набранный пакет из препрегов подвергали термообработке при конечной температуре 270^oС 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 180^oС. Полученный стеклотекстолит имел характеристики, аналогичные примеру 1.

Пример 11. То же, что и в примере 1, в отличие от которого сушку препрегов производили при 150^oС. 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 200^oС. 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.

Формула изобретения

1. Композиция стеклотекстолита, включающая стеклоткань с содержанием SiO₂ не менее 98%, алюмофосфатное связующее и порошок оксида алюминия, отличающаяся тем, что алюмофосфатное связующее имеет молярное соотношение Р₂О₅/Аl₂О₃ в пределах 2,5-3 с влажностью 35-39% при следующем соотношении компонентов, мас. %:
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 20-25^oС, термопрессование под давлением, при конечной температуре 270^oС, отличающийся тем, что подсушку осуществляют в течение 24 ч, затем заготовки дополнительно сушат при 160-180^oС в течение 1 ч, а термопрессование проводят под давлением 7,0-9,0 МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2