Препрег

 

Использование: изобретение относится к препрегов и слоистых пластиков на основе эпоксикремнийорганических связующих, предназначенных для использования в криогенной технике, электротехнике и электронике. Сущность изобретения: цель изобретения - повышение диэлектрических характеристик и расширение температурного интервала работоспособности слоистого пластика. Состав препрега, мас. ч.: эпоксикремнийорганическая смола 100; полибутоксититанфосфороксан 4 - 8; 2, 4, 6-три(диметиламинометил)фенол 0,1 - 0,5; стекловолокнистый наполнитель 200 - 435. Препрег, включающий эпоксикремнийорганическую смолу 100; полибутоксититанфосфороксан 7,5; 2, 4, 6-три(диметиламинометил)фенол 0,4; стекловолокнистый наполнитель 200, имеет следующие характеристики: диэлектрическая проницаемость при частоте 10⁶Гц составляет 3,5; тангенс угла диэлектрических потерь 0,01; сохранение прочности после воздействия температур от -269 до +100°С 99%. 2 табл.

Изобретение относится к препрегам и слоистым пластикам на основе эпоксикремнийорганических связующих, обладающих высокими физико-механическими свойствами, улучшенными диэлектрическими показателями, стойкостью к низко- и высокотемпературному удару, хорошей технологичностью и предназначенных для использования в криогенной технике, электротехнике и электронике.

Известно использование в электротехнике и в условиях криогенных температур слоистых пластиков марок G-10, G-11, G-10 CR и G-11 CR, полученных на основе эпоксидиановых смол и отвердителей дициандиамида для G-10 и G-10CR ароматических диаминов для G-11 и G-11CR. В качестве наполнителя используется стеклоткань из стекла типа Е, аппретированная силаном.

Эти стеклопластики характеризуются достаточно высокими физико-механическими свойствами, в том числе при криогенных температурах. Разрушающее напряжение при статическом изгибе у этих материалов при +20 и 196^оС соответственно 560-620 и 1000-1100 МПа, при растяжении 400-470 и 820-830 МПа.

Однако они имеют недостаточно высокий уровень диэлектрических свойств: диэлектрическая проницаемость при частоте 1 МГц составляет 4,2-4,6, тангенс угла диэлектрических потерь 0,019-0,025.

Кроме того, технологические свойства связующих, используемых для получения указанных стеклопластиков, имеют ряд существенных недостатков. Так при использовании в качестве отвердителя дициандиамида температура формования стеклопластика достигает 200^оС. Композиции с ароматическими диаминами характеризуются высокой вязкостью и малым временем гелеобразования при температуре переработки, что практически исключает применение расплавной технологии и метода пропитки под давлением, а также создает сложности при изготовлении крупногабаритных изделий.

Из отечественных разработок наиболее близок по технической сущности препрег для стеклопластиков, включающий стекловолокнистый наполнитель, эпоксидную смолу, диглицидиловый эфир ортофталевой кислоты и отвердитель и предназначенный для работы при колебаниях температур от -250 до +50^оС. Предел прочности при статическом изгибе стеклопластика на стеклоткани УТС-0,22 при +20^оС составляет 1050 МПа. Сохранение прочности после воздействия термоударов от -250^о до +50^оС достигает 99% К недостаткам этого материала относятся низкие диэлектрические свойства и недостаточно широкий температурный интервал работоспособности, исключающие его использование в сложных электромагнитных системах, работающих в интервале температур от -269 до +100^оС.

Кроме того, жизнеспособность данного препрега не превышает 80 сут при 20^оС.

Техническим результатом данного изобретения является повышение диэлектрических характеристик и расширение температурного интервала работоспособности слоистого пластика.

Технический результат достигается тем, что препрег, включающий эпоксидную смолу, содержащую эпоксидную группу, отвердитель и стекловолокнистый наполнитель, в качестве эпоксидной смолы, содержащей эпоксидную группу, содержит эпоксикремнийорганическую смолу общей формулы (R₁SiO_1,5)_n(-CH-CH₂-RCH₂--CH₂-RCH₂- -CH₂)_m где R₁ одинаковые или различные углеводородные группы CH₃; C₂H₅; C₆H₅; R -O O n 2-6, m 2-3, в качестве отвердителя полибутоксититанфосфороксан и дополнительно 2,4,6 три(диметиламинометил) фенол при следующем соотношении компонентов, мас.ч. Эпоксикремнийоргани- ческая смола 100 Полибутоксититанфос- фороксан 4-8 2,4,6-три(диметилами- нометил)фенол 0,1-0,5 Стекловолокнистый наполнитель 200-435 Эпоксикремнийорганическая смола получается конденсацией силанола, продукта совместного гидролиза 2,3-дихлорфенилтрихлорсилана, этилтрихлорсилана и метилфенилдихлорсилана в водно-спиртовой среде, с эпоксидной смолой ЭД-16 при 250-270^оС в течение 1,5-2,0 ч. Смола выпускается по ОСТ 6-05-448-80.

Полибутоксититанфосфороксан продукт взаимодействия тетрабутоксититана с хлорокисью фосфора и выпускается по ОСТ 6-05-448-80. Третичный амин 2,4,6 три (диметиламинометил)фенол выпускается по ТУ 6-09-4136-75.

В качестве стекловолокнистого наполнителя используются стеклоткани марок: УТС 0,22 (ТУ 6-11-111-76), Т-10-80 (ГОСТ 19170-73) и КТ-113/0,2-ТО (ТУ 6-11-225-71).

Препрег готовят по следующей технологии: в 50-60%-ный раствор эпоксикремнийорганической смолы в толуоле вводят элементоорганический отвердитель полибутоксититанфосфороксан и 2,4,6 три(диметиламинометил)фенол в количестве соответственно 4-8 и 0,1-0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. сухой смолы, затем полученным связующим пропитывают стеклоткань при температуре сушки 85-95^оС и скорости пропитки 20-30 м/ч. Полученный препрег содержит от 200 до 435 мас. ч. наполнителя на 100 мас.ч. сухой смолы.

Препрег согласно прототипу изготовлен по следующему примеру: 95 мас.ч. триглицидилового эфира парааминофенола и 6е мас.ч. диглицидилового эфира ортофталевой кислоты перемешивают при 60^оС, после чего загружают 113 мас.ч. предварительно разогретого до 60^оС отвердителя полиамина Х, состоящего из 3,3¹-дихлор-4,4¹-диаминодифенилметана, N-3-хлор-4-аминобензил-(2¹-хлоранилина) и 2,4-бис-3¹-хлор(4¹ами- нобензил)-6-хлоранилина в соотношении 5 35 60. Полученным связующим пропитывают стеклоткань УТС/-0,22, при этом препрег содержит 235 мас.ч. наполнителя на 100 мас.ч. связующего.

Образцы стеклопластиков получены методом горячего прессования при удельном давлении 2,5-3,0 МПа.

Для экспериментальной проверки заявляемого объекта было приготовлено восемь вариантов препрега. Соотношение компонентов, а также результаты испытаний полученного материала представлены в таблице.

Образцы препрегов и стеклопластиков испытывались в соответствии с ГОСТами (разрушающее напряжение при статическом изгибе и растяжении, диэлектрические характеристики) и принятыми методиками (сохранение прочности после воздействия колебаний температур, жизнеспособность препрега).

Как следует из приведенных данных стеклопластики на основе предлагаемых препрегов характеризуются более высокими диэлектрическими показателями и стойки к термоударам в более широком температурном интервале по сравнению с известными композитами. Так диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь ниже, чем у прототипа соответственно на 20-25 и 45-50% (пример 5), механические свойства предлагаемых материалов после 10 термоциклов от -269 до +100^оС сохраняются практически на 100% (примеры 1-5), у прототипа на 90% жизнеспособность предлагаемого препрега вдвое выше, чем у известного.

Следует также отметить, что после термоциклирования в указанном интервале температур стеклопластики на предлагаемых препрегах полностью сохраняют герметичность при Р_изб 1,7 ати.

Кроме того, предлагаемый объект обладает улучшенными технологическими характеристиками, а именно низкой вязкостью расплава связующего при температуре переработки и достаточно широким временным интервалом вязко-текучего состояния.

Все перечисленные свойства предлагаемого объекта позволяют получать стеклотекстолитовые изделия, в том числе крупногабаритные, различными методами и использовать их в высоконагруженных конструкциях криогенной техники в качестве тепловых мостов и опор, прокладок высокоэффективных матричных теплообменников, бандажа сверхпроводящих соленоидов, а также в сложных магнитных системах при перепадах температур в широком интервале.

Формула изобретения

ПРЕПРЕГ, включающий смолу, содержащую эпоксидные группы, отвердитель и стекловолокнистый наполнитель, отличающийся тем, что в качестве смолы, содержащей эпоксидные группы, он содержит эпоксикремнийорганическую смолу общей формулы где R' одинаковые или различные углеводородные группы CH₃, C₂H₅, C₆H₅;

n 2 ^oC 6;
m 2 ^oC 3,
в качестве отвердителя полибутоксититанфосфороксан и дополнительно 2,4,6-три(диметиламинометил)фенол при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Эпоксикремнийорганическая смола указанной формулы 100
Полибутоксититанфосфороксан 4 8
2,4,6-три(Диметиламинометил)фенол 0,1 0,5
Стекловолокнистый наполнитель 200 435

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2