Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА - Патент РФ 2016012
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: получение композиционного материала. Сущность изобретения: способ включает формирование частиц электропроводного металлического наполнителя в виде сферических капель одинакового диаметра из расплава металла - свинца, олова или сплавов на их основе, охлаждают капли в инертной среде до твердого состояния, смешивают частицы диаметром 10 - 300 мкм в количестве 30 - 74 об.% с эпоксидной смолой, полимеризуют. Характеристики материала: при 30%-ном содержании наполнителя удельное сопротивление 0.9·103 Ом м, теплопроводность 1.07 Вт·м-1·К-1, при 63% содержании наполнителя удельное сопротивление 3.1·10-6, теплопроводность 3.1 Вт·м-1·K-1. 1 ил., 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2016012
Класс(ы) патента: C08L63/00, C08J3/20
Номер заявки: 4840226/05
Дата подачи заявки: 23.03.1990
Дата публикации: 15.07.1994
Заявитель(и): Московский энергетический институт
Автор(ы): Аметистов Е.В.; Анкудинов В.Б.; Блаженков В.В.; Григорьев В.А.; Доброхотов А.Е.; Устюжанин Е.Е.
Патентообладатель(и): Московский энергетический институт
Описание изобретения: Изобретение относится к технологии композиционных материалов, создаваемых путем комбинирования полимерного материала и материала наполнителя.
Известен способ изготовления композиционного материала, состоящий в том, что диспергируют металл в виде частиц произвольной формы и размера, заданное количество этих частиц смешивают с компонентами полимерной основы - эпоксидной смолой и отвердителем и полимерируют смесь, при этом характерный размер частиц составляет 0,1-0,3 мкм, а концентрация наполнителя не превышает 30 об.% от объема композиционного материала.
Недостаток способа состоит в том, что в качестве материала наполнителя могут быть использованы только металлы, на поверхности которых не образуется окисная пленка в воздушной среде. Такой способ требует использования дорогостоящих металлов. Высокая стоимость наполнителя приводит к тому, что широкое использование композиционного материала является экономически невыгодным, верхняя граница по концентрации невелика (30 об.%). Исключается использование таких недорогих металлов, как алюминий, магний, свинец, железо и т.п. Материал имеет неоднородную структуру и, как следствие, его свойства плохо воспроизводятся при серийном производстве. Неоднородность структуры возникает из-за того, что частицы наполнителя, входящие в композиционный материал, имеют произвольную форму и размеры. Распределение частиц по объему материала носит случайный характер. На практике это приводит к тому, что потребительские свойства деталей из материала меняются от образца к образцу в широком диапазоне и не представляется возможным уменьшить этот разброс. Композиционный материал практически невозможно применить для изготовления конструкционных деталей.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ изготовления композиционного материала, применяемого в качестве тонкого слоя при склеивании деталей. Способ состоит в том, что вначале диспергируют наполнитель - медь в виде частиц произвольных формы и размера, отбирают заданное количество этих частиц, удаляют окисную пленку с их поверхности, обрабатывают их с компонентами полимера - эпоксидной смолой и отвердителем и полимеризуют смесь, при этом характерный размер частиц составляет 0,1-0,3 мкм, а концентрация наполнителя не превышает 30 об.%.
Недостатком прототипа является сложность и трудоемкость операций, направленных на удаление окисной пленки с частиц и покрытие частиц специальным составом. Удельное сопротивление композиционного материала ρVm является высоким и его нельзя сделать меньшим, чем ρVm при х=30 об.% путем изменения концентрации наполнителя. Теплопроводность материала ограничена значением λm при х=30 об.% и имеет меньшую величину, чем λm при более высоких концентрациях. Прочностные свойства ( σm и др.) при х ≅ 30 об.% существенно отличаются от таковых для чистого металла или для материала при х=50-74 об.%. Аналогично теплопроводность материала при х ≅ 30 об.% имеет меньшее значение, чем λm материала, который содержит большее количество наполнителя. В итоге известный способ не позволяет получить композиционный материал, который имеет меньшее сопротивление, большие σm и λm , чем соответствующие параметры при х=30 об.%. Материалы имеют неодородную структуру и, как следствие, их свойства плохо воспроизводятся при серийном производстве.
Цель изобретения - уменьшение электрического сопротивления, увеличение механической прочности, теплопроводности и однородности композиционного материала.
Поставленная цель достигается тем, в способе изготовления композиционного материала, включающего диспергирование электропроводного металлического наполнителя, смешения его с эпоксидной смолой смеси, при диспергировании формируют частицы наполнителя в виде сферических капель одинакового диаметра из расплава металла, охлаждают капли в инертной среде до твердого состояния и смешение частиц с эпоксидной смолой проводят в инертной среде, причем в качестве металлического наполнителя используют частицы свинца, олова и сплава на их основе диаметром 10-300 мкм в количестве 30-74 об.%.
П р и м е р. С помощью усовершенствованной известной установки диспергируют расплав металла и получают сферические частицы, имеющие постоянный диаметр и заданный размер (10-300 мкм).
Выбор верхней и нижней границ дисперсности обусловлен следующими факторами. Вынужденный распад струи, который позволяет сформировать частицы наполнителя в виде сферических капель одинакового диаметра (монодисперсные капли) и достаточно полно реализуется в известном способе получения наполнителя, зависит от комплекса параметров. В последний входят поверхностное натяжение, вязкость и плотность жидкости и диаметр струи dст. Работа с фильтрами различного диаметра показала, что в широком диапазоне dст среднее квадратичное отклонение σ диаметра частицы dст находится в диапазоне 2-5% . При dст равном 5 мкм отклонение σ достигает 10%. При уменьшении dст за пределы этой границы происходит устойчивое увеличение σ , т.е. монодисперсность частиц нарушается.
При увеличении dст за пределы 300 мкм начинает существенно возрастать период стабилизации и затвердевания капель. В результате возрастает количество частиц, диаметр которых существенно (>5%) превышает средний диаметр.
В табл. 1 приведены значения дисперсности частиц наполнителя в зависимости от диаметра струи.
Необходимое количество частиц отбиралось и перемешивалось с компонентами и эпоксидной смолой в инертной среде и полимеризовалось. В качестве металла-наполнителя использовался свинец. Диаметр частиц составлял 120±2 мкм. Концентрация наполнителя 55 об.%. В качестве полимера использовалась смола ЭД-22. Полимеризацию проводят в течение 2 ч. Полученный образец имеет следующие характеристики: ρVm=36˙10-4 Oм˙м; σm=50 МПа; λ =2,8 Вт˙м-1˙K-1 при Т= 298 К. Для смолы ЭД-22 λп=0,2 Вт˙м-1˙К-1 и ρVп=1014 Ом˙м; для свинца ρ = 19˙10-8 Ом˙м; для ЭД-22 σп=100 МПа, для свинца σм=28 МПа. Образец имел форму конструкционной детали - цилиндра диаметром 20 мм и высотой 30 мм.
Был изготовлен второй образец композиционного материала аналогично первому образцу, только операция охлаждения и перемешивания частиц осуществлялись в воздухе, а не в инертной среде.
По сравнению с первым образцом второй имел большее сопротивление ( ρVm= 5˙1012 Ом˙м) и такое же разрушающее напряжение σm=50 МПа.
Были также изготовлены образцы с другими наполнителями - металлами и сплавами, близкими по температуре плавления свинцу, из олова и сплавов свинца с кадмием. Значения ρV и λ для композиционных материалов, изготовленных из этих наполнителей и смолы ЭД-22, совпадают со свойствами композиционных материалов, изготовленными из свинца и ЭД-22, в пределах указанных выше допусков (±5-10%).
В таблице 2 приведены характеристики композиционного полимерного материала, полученного согласно способу по изобретению в зависимости от концентрации наполнителя.
На чертеже показана типичная зависимость ρVm от концентрации наполнителя. В зоне 1 (0<х<25 об.%) ρVm линейно убывает с ростом х. В зоне 2 (25 об. %<х<40 об.%) ρVm убывает существенно быстрее (по соотношению ρVm (x-xк) α , α > 1, xк≈ 25 об.%). В зоне 3(х>40 об.%) ρVm убывает до значения ρ при х= 100 об. % . При х=30 об.% значение ρVm заметно отличается от ρVn и является минимально допустимым для создания электрического контакта между склеиваемыми деталями. Изобретение существенно расширяет диапазон концентраций наполнителя до 74 об.%. Верхняя граница 74 об.% соответствует плотной упаковке одинаковых сфер. При х=74 об;% ρVm близко к ρ , т.е. при таком выборе концентрации удается снизить сопротивление до сопротивления металла-наполнителя. При х= 74 об. % упаковка частиц становится плотной, при этом σм максимально приближается к σн , т.е. при условии выбора прочного материала наполнителя ( σн > σп ) и высокой концентрации (х>>30 об.%) можно существенно увеличить прочностные характеристики композиционного материала по сравнению с таковыми при х<30 об.%.
Формула изобретения: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, включающий диспергирование электропроводного металлического наполнителя, смешение его с эпоксидной смолой с последующей полимеризацией смеси, отличающийся тем, что, с целью уменьшения электрического сопротивления, увеличения механической прочности, теплопроводности и однородности композиционного материала, при диспергировании формируют частицы наполнителя в виде сферических капель одинакового диаметра из расплава металла, охлаждают капли в инертной среде до твердого состояния, а смешение частиц с эпоксидной смолой проводят в инертной среде, причем в качестве металлического наполнителя используют частицы свинца, олова и сплава на их основе диаметром 10 - 300 мкм в количестве 30 - 74 об.%.