Композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита

 

Изобретение относится к конструкционным, электроизоляционным и теплозащитным материалам, может быть использовано в качестве теплозащитных и электроизоляционных материалов узлов космических объектов, например для тепловой защиты антенн, а также в авиационной, электротехнической и других областях промышленности. В композиции для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита, состоящей из чередующихся слоев кремнеземной ткани и неорганического связующего, содержащего порошок оксида алюминия в форме α-Al₂O₃ и зернистостью М5-М20, в качестве неорганического связующего использована смесь бариево-глиноземистого цемента, содержащего 90-100% моноалюмината бария и порошка оксида алюминия с содержанием α-Al₂O₃ не менее 98% в соотношении 1:1, разведенная водой при соотношении воды и твердого вещества 0,3-0,32. Содержание кремнеземной ткани, включающей не менее 94% SiO₂, составляет 60-40% и неорганического связующего - 40-60%. Техническим результатом изобретения является улучшение радиотехнических свойств стеклотекстолита при высоких температурах (выше 500°С), а также упрощение технологии изготовления и расширение области применения для устройств сложной конфигурации и устройств, критичных к высоким температурам термообработки при отверждении стеклотекстолита. 3 табл.

Изобретение относится к конструкционным, электроизоляционным и теплозащитным материалам, может быть использовано в качестве теплозащитных и электроизоляционных материалов узлов космических объектов, например для тепловой защиты антенн, а также в авиационной, электротехнической и других областях промышленности.

Например, для тепловой защиты антенн и других устройств на спускаемых аппаратах космических кораблей типа “Союз” и “Зонд” необходимы композиционные конструкционные теплозащитные материалы, сохраняющие высокие радиотехнические свойства (тангенс угла диэлектрических потерь tgδ ≤ 0,01) при температурах до 1000°С, причем эти материалы должны отверждаться при нормальной температуре.

Известны стеклотекстолиты, в том числе высокотемпературные электроизоляционные и теплозащитные, например патент РФ 32139267.

Наиболее близким аналогом является композиция по патенту РФ 2076086 на основе стеклоткани, алюмофосфатного связующего и порошка оксида алюминия, содержащих компоненты в следующем соотношении в мас.%:

Стеклоткань с содержанием SiO₂

не менее 98% 19-26

Алюмофосфатное связующее

с молярным содержанием Р₂О₅/Аl₂О₃

в пределах 3,0-3,2 29-36

Порошок оксида алюминия

с содержанием α-Al₂O₃ не менее 95%

и зернистостью М5 - М20 38-57

Недостатком указанных материалов является ухудшение радиотехнических свойств (tgδ) при температурах выше 500°С, обусловленное коксованием защитных пленок из кремнийорганического лака на ткани и ухудшение радиотехнических свойств алюмофосфатных связующих, а при длительном использовании в алюмофосфатном связующем выше 900°С появляется жидкая фаза.

Кроме того, материалы на алюмофосфатных связующих при отверждении требуют термообработки при температуре 180-260°С, что недопустимо для ряда критичных к температуре устройств, например антенн. Помимо этого, стеклотекстолиты на основе алюмофосфатного связующего не пригодны для использования в качестве теплозащитных материалов для изделий сложной конфигурации, так как при этом требуется сложная технологическая оснастка для проведения процесса термического отверждения.

Задачей предложенного изобретения является создание стеклотекстолита холодного отверждения (при отверждении которого не требуется термообработка), и превосходящего при высоких температурах (выше 500°С) по радиотехническим свойствам стеклотекстолит на алюмофосфатном связующем.

Техническим результатом изобретения является улучшение радиотехнических свойств стеклотекстолита при высоких температурах (выше 500°С), а также упрощение технологии изготовления и расширение области применения для устройств сложной конфигурации и устройств, критичных к высоким температурам термообработки при отверждении стеклотекстолита.

Указанная задача достигается тем, что в композиции для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита, состоящей из чередующихся слоев кремнеземной ткани и неорганического связующего, содержащего порошок оксида алюминия в форме α-Аl₂О₃ и зернистостью М5-М20, в качестве неорганического связующего использована смесь бариево-глиноземистого цемента, содержащего 90-100% моноалюмината бария и порошка оксида алюминия с содержанием α-Аl₂О₃ не менее 98% в соотношении 1:1, разведенная водой при В/Т=0,3-0,32 (В/Т - соотношение воды и твердого вещества), при следующем соотношении кремнеземной ткани, содержащей не менее 94% SiO₂ и неорганического связующего:

60-40% кремнеземной ткани,

40-60% неорганического связующего.

Приведем пример технологии изготовления стеклотекстолита, который состоит из следующих операций.

1. Приготовление смеси бариево-глиноземистого цемента и порошка оксида алюминия.

2. Подготовка кремнеземной ткани и раскрой ее по требуемой форме.

3. Нанесение связующего на заготовки из ткани и втирание связующего в ткань вручную или специальным приспособлением.

4. Набор пакета заготовок требуемой толщины (два слоя ткани на 1 мм толщины) и формование при температуре 15-35°С и удельном давлении 2-5 кг/см² в течение суток. Стеклотекстолит на основе ткани КТ-11 толщиной 1-2 мм (при нанесении на поверхность из легковесных материалов) формируется без давления. Окончательное отверждение стеклотекстолита производится при температуре 15-35°С в течение 3-7 суток в зависимости от толщины материала.

5. Основные свойства стеклотекстолита на неорганическом связующем в сравнении с существующем теплозащитным стеклотекстолитом на алюмофосфатном связующем приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, стеклотекстолит на неорганическом связующем имеет те же физические и теплофизические свойства, что и прототип, но превосходит стеклотекстолит на алюмофосфатном связующем по радиотехническим свойствам (tgδ). Кроме того, он не требует термообработки при отверждении.

Свойства полученных стеклотекстолитов приведены в таблице 3.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет создать стеклотекстолит холодного отверждения (при отверждении которого не требуется термообработка), превосходящий при высоких температурах (выше 500°С) по радиотехническим свойствам стеклотекстолит на алюмофосфатном связующем.

Формула изобретения

Композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита, состоящая из чередующихся слоев кремнеземной ткани и неорганического связующего, содержащего порошок оксида алюминия в форме α-Аl₂О₃ и зернистостью М5-М20, отличающаяся тем, что в качестве неорганического связующего использована смесь бариево-глиноземистого цемента, содержащего 90-100% моноалюмината бария и порошка оксида алюминия с содержанием α-Аl₂О₃ не менее 98% в соотношении 1:1, разведенная водой при соотношении воды и твердого вещества = 0,3 - 0,32, при этом соотношение кремнеземной ткани, содержащей не менее 94% SiO₂ и неорганического связующего, следующее: 60-40% кремнеземной ткани, 40-60% неорганического связующего.