автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Композиционные клеевые материалы с улучшенными теплофизическими характеристиками

БАРЗИЛОВИЧ Евгений Александрович

КОМПОЗИЦИОННЫЕ КЛЕЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

05.17.06 - технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г о МАЯ 201:5

Санкт-Петербург 2015 005569178

005569178

БАРЗИЛОВИЧ Евгений Александрович

КОМПОЗИЦИОННЫЕ КЛЕЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

05.17.06 технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2015

Работа выполнена на кафедре химии и технологии каучука и резины федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (СП6ГТИ(ТУ))

Научный руководитель: Сиротинкин Николай Васильевич

доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой химии и технологии каучука и резины, декан факультета химической и биотехнологии СПбГТИ (ТУ)

Официальные оппоненты: Бабкин Олег Эдуардович

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой кинофотоматериалов и регистрирующих систем федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения».

Бельшина Юлия Николаевна кандидат технических наук, начальник кафедры криминалистики и инженерно-технических экспертиз подполковник внутренней службы федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий».

Ведущая организация Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт синтетического каучука», Санкт-Петербург

Защита состоится & ^иЛ,_2015 г в час. на заседании совета по защите

диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.230.05 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)» по адресу 190013 Санкт-Петербург, Московский пр., 26, ауд.62.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке СПбГТИ(ТУ) и на сайте организации по следующей ссылке http://technolog.edu.ru/ru/documents/file/2054-2015-03-17-14-10-20.html.

Замечания и отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять на имя ученого секретаря по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) Справки по тел.: (812) 494-93-75; факс: (812) 712-77-91; e-mail: dissowet@technolog.edu.ru

Автореферат разослан «л?» ¿UyA-tUA 2015 г.

И.о. ученого секретаря совета по защите диссертаций на

соискание ученой степени кандидата наук, на соискание

ученой степени доктора наук Д 212.230.05 /

доктор химических наук, доцент —Сивцов Е в

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Интенсивное развитие микроэлектроники, начавшееся во второй половине XX века, продолжается и в настоящее время. Это приводит к постоянному увеличению количества изготавливаемых электронных схем и степени их миниатюризации. Все микроэлетронные схемы нуждаются в защите от нежелательных внешних факторов (влага, механические воздействия) и сохранения желательных связей с внешней средой (теплоотдача). В настоящее время для защиты используются полимерные материалы, обладающие хорошей технологичностью и позволяющие решать основные задачи по защите микросхем. Однако постоянно растущие требования к защитным материалам (компаундам), такие как увеличение теплопроводности, ударопрочности при сохранении и даже ужесточении требований к технологичности и стоимости ставят задачу внедрения новых типов компаундов.

Наиболее перспективный и широко применяемый метод увеличения теплопроводности компаундов заключается во введении в полимерную основу наполнителей, обладающих высокой теплопроводностью. Из этого типа наполнителей наибольший практический интерес представляют серийно выпускающиеся дисперсные наполнители, относящиеся к классам нитридов, карбидов, оксидов.

Применение наполнителей превращает полимер в композиционный материал и позволяет существенно изменить его физико-химические свойства. В частности, появляется возможность:

- получить полимерный композиционный материал (ПКМ) со специальными свойствами (повышенной теплопроводностью, пониженной плотностью, трудногорючестью, особой прочностью и т.д.);

- понизить стоимость ПКМ;

- повысить укрывистость, что особенно важно для покрытий и компаундов;

- улучшить технологические свойства компаунда (в частности, тиксо-

тропизацию, регулирование вязкости).

Благодаря широкому спектру задач, решаемых применением наполнителей, и широкой номенклатуре самих наполнителей, они находят широкое применение во всех областях материаловедения. Однако особенности влияния различных наполнителей на полимерное связующее для достижения специальных требований, предъявляемых к компаундам, требует дополнительного углубленного изучения.

Настоящая работа по теоретическому исследованию и экспериментальной разработке теплопроводящего композиционного компаунда выполнена в рамках программы «Перспектива» за 2014 год, посвященной исследованиям, связанным с созданием интеллектуальной собственности в области высокотехнологичного и наукоемкого производства.

Степень разработанности темы исследования. Исследование и разработка клеев и компаундов с повышенной теплопроводностью ведется с 60-х годов XX века, в частности такими специалистами как Чудновский А.Ф., Липатов Ю.С., Дульнев Г.Н. и др. Позднее в работах Угловой Т.К., Новоселовой С.Н., Грахова Д.В., Зарубина B.C., Петровой А.П. и других были существенно развиты представления о наполненных теплопроводных полимерах.

В существующих работах Трофимова H.H., Липатова Ю.С., Угловой Т.К. рассматриваются методы повышения теплопроводности ПКМ путем введения функциональных наполнителей, а также модели прогнозирования теплофизических характеристик ПКМ. Теоретические основы моделирования, базирующиеся на термодинамике гетерогенных композитов, были изучены Дульневым Г.Н., Граховым Д.В. и др. Теория образования адгезионных связей в реактопластичных композитах была предложена в работе

A.А.Берлина и других.

Обобщенное рассмотрение процессов теплопередачи в гомо- и гетерогенных полимерных материалах дали в своих работах В.П.Исаченко,

B.А.Осипова и др. Однако исследований, содержащих теоретическую и экс-

периментальную базу для разработки компаундов с необходимыми свойствами, до сих пор не существовало.

Цель работы. Разработка рецептуры и технологии теплопроводящего композиционного компаунда для защиты радиоэлектронной аппаратуры и исследование корреляции теплофизических и физикомеханических характеристик ПКМ с рецептурными факторами.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- Обоснование и выбор полимерного связующего и наполнителей для исследований;

- Экспериментальное изучение теплопроводности, реологических и физико-механических характеристик образцов ПКМ на основе различных типов наполнителей;

- Исследование зависимости теплофизических и физико-механических свойств ПКМ от различных характеристик дисперсных наполнителей;

- Разработка рецептуры и технологии производства заливочных компаундов с повышенными теплопроводными и физикомеханически-ми свойствами.

Научная новизна:

1. Выявлена роль фракционного состава наполнителя при формировании теплофизических и физико-механических свойств ПКМ на примере стеклянных микрошариков (СМШ), карбида кремния, нитрида бора, порошка микроалмазов и предложен механизм влияния соотношения фракций на увеличение теплопроводности.

2. Для расчетов теплопроводности ПКМ доказана целесообразность применения модели Ван Кревелена, ранее разработанной для прогнозирования теплопроводности аморфных полимеров с распределенными в объеме изолированными кристаллическими фазами.

3. Подтвержден эффект более высокой теплопроводности ПКМ по сравнению с прогнозируемым значением в композициях на основе каучука СКТНиСМШ.

Практическая значимость. На основании полученных зависимостей предложен алгоритм подбора рецептуры ПКМ исходя из заранее заданных теплопроводности, вязкости и модуля упругости.

Создан научно-технический задел для разработки новых компаундов, клеев и паст с повышенной теплопроводностью. На основе проведенных исследований разработаны рецептуры компаундов, успешно прошедших испытания в условиях предприятий-потребителей (ОАО «Авангард», ОАО «Силовые машины» филиал «Электросила», ООО «Абит», ОАО «Авиаавтоматика» имени В.В. Тарасова», ОАО СИБНПЦ «Перспективные технологии»).

Личный вклад автора в работу состоит в активном участии в формировании цели и задач исследования, в организационно-техническом планировании и проведении исследований, в изготовлении образцов ПКМ и комплексном изучении их свойств, в теоретическом анализе полученных результатов, обобщении их в виде статей и докладов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены на научно-практической конференции, посвященной 184-й годовщине образования Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета), (Санкт-Петербург, 2012); на международной научно-технической конференции «Современные достижения в области клеев и герметиков. Материалы, сырье, технологии». (Дзержинск, 2013); на научной конференции, посвященной 186-й годовщине образования Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета), (Санкт-Петербург, 2014).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК и опубликованы материалы докладов в 3-х научных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 113 страницах, содержит 37 таблиц и 39 рисунков. Состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 92 наименования, и одного приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит обоснование актуальности исследования и формулировку цели и задач работы, научной новизны и практической значимости работы. Представлены результаты апробации работы.

Глава 1 Основные представления о ПКМ с повышенной теплопроводностью В первой главе представлен обзор литературы, в котором освещены общие характеристики наполненных полимерных материалов, приведена общая классификация наполнителей по различным характеристикам. Отмечена важность для формирования свойств ПКМ таких характеристик наполнителей, как площадь поверхности, форма, дисперсность. Приведены характеристики частиц различных форм и отмечена условность строгого деления по этому признаку ввиду сильного различия и неоднородности гранул. Описывается понятие диаметра эквивалентной сферы. Рассмотрены методы оценки гранулометрического состава дисперсных наполнителей и указаны особенности и области их применения.

Рассматриваются различные по химическому составу наполнители, описываются их особенности и области преимущественного применения.

Рассмотрено влияние наполнителей на свойства наполненных полимерных материалов и показана важность процессов, происходящих на поверхности частиц наполнителя. Описаны методы исследования теплопроводности ПКМ, приведены теоретические модели (Гамильтона-Гроссера, Мин-сара, Максвелла, Бургера), используемые для прогнозирования теплопроводности, даны формулы для ее расчета.

Глава 2 Объекты и методы исследования

В качестве объектов исследования были выбраны дисперсные неорганические наполнители, такие как нитрид бора гексагональный, карбид кремния, стеклянные микрошарики, порошки микроалмазов. В качестве олиго-мерной матрицы применялись силиконовое связующее СКТН с катализатором на основе солей олова (ООО "ПЕНТА-91"), а также олигомерная композиция марки ЗЛК-45 (ООО «НПО «СТЭП») на основе эпоксидиановой смолы и моно и трифункциональных флексибилизаторов семейств Лапроксиды и Лапролаты. Отверждение проводилось вторичными аминами.

Изготовление ПКМ осуществлялось с применением лабораторного роторного диспергатора периодического действия при скорости вращения ротора от 130 до 250 об/мин.

Испытания (кроме вязкости) проводились на отвержденных образцах материалов.

Отверждение композиций проводилось при температуре от 18 до 23 °С в течение 24 часов, затем 6 часов при температуре 70 °С. Образцы изготавливались с помощью стальной вырубки. Перед проведением испытаний образцы термостатировались в измерительной лаборатории в течение не менее одного часа.

Вязкость неотвержденных образцов определялась на вискозиметре Brookfield RVDVE в жидкостной термостатирующей камере при температуре 25±0,2 °С. Вискозиметр позволяет проводить измерения при частоте вращения от 5 до 100 об/мин и снабжен набором насадок для проведения измерений вязкости в диапазоне от 5 до 50000 мПа-с.

Коэффициент теплопроводности определяется на приборе ИТС-Х-20 на образцах отвержденного материала в форме диска диаметром (30±1) мм, толщиной 1 - 5 мм с плоскопараллельными поверхностями. Прибор позволяет проводить измерения коэффициента теплопроводности в диапазоне от 0,15 до 2,5 Вт/(м-К). Измерение теплопроводности производится стационарным методом.

Определение условной прочности при растяжении до разрыва производится на универсальной испытательной машине УТС ПОМ - 50 при постоянной скорости движения подвижного зажима 50 мм/мин в соответствии с требованиями ГОСТ 21751-76. Испытания проводились при температуре (20±1) °С. Для испытаний использовались образцы типа «лопатки», тип 1.

Глава 3 Исследование теплопроводности ПКМ с различными наполнителями

В третьей главе представлены и проанализированы результаты экспериментального измерения теплопроводящих, физико-механических и вязкостных характеристик ПКМ, а также расчетные значения теплопроводности с использованием формул Гамильтона-Гроссера, Минсара, Бургера, Максвелла. Предложены расчеты теплопроводности по формуле Ван Кревелена.

В первом разделе приведены экспериментальные данные по зависимости теплопроводности ПКМ от степени наполнения и фракционного состава СМШ, нитрида бора, порошка микроалмазов и карбида кремния.

Отмечена прогнозируемость корреляции теплопроводности и степени наполнения для различных фракций всех наполнителей выборки. Выявлена зависимость теплопроводности от фракционного состава наполнителя (рисунок 1).

Показано, что с учетом ограничения вязкостных характеристик максимальное значение теплопроводности ПКМ достигается при максимальном содержании крупной (Б180) фракции наполнителя.

____Степень наполнения, % об.

Рисунок 1 - Зависимость теплопроводности от степени наполнения карбидом кремния. 1 - нулевое содержание фракции F180; 2 - содержание фракции F180 19 % об.; 3 - содержание фракции F180 31 % об.; 4 - содержание фракции F180 43 % об На примере СКТН 0=0,18 Вт/м-К) наполненного СМИТ () = от 0,15 до 1,15 Вт/м-К) выявлено непрогнозируемое повышение теплопроводности ПКМ до 0,44 Вт/м-К при введении низкотеплопроводного наполнителя.

Аналогичный эффект повышения теплопроводности был отмечен после нанесения на поверхность теплоизоляционного полимерного покрытия.

Мы исходили из (впервые высказанного Рюткянен Е.А.) предположения о том, что вокруг частиц наполнителя образуются слои эластомера, свойства которых отличаются от свойств основной среды. Эти слои представляют собой области полимера с уменьшенной молекулярной подвижностью и измененной плотностью упаковки. В таких областях особенно увеличивается роль цепочечных структур наполнителя, которые, по сути, представляют собой матрицы, на которые ориентированы макромолекулы. Чем больше развита цепочечная структура, тем в большей степени проявляется ее ориентирующее и упрочняющее действие.

На основе данного предположения нами предложена гипотеза образования псевдокристаллического слоя полимера в области вблизи границы раз-

дела фаз полимер - наполнитель. Псеводкристаллический слой полимера обладает более высокой теплопроводностью и механической прочностью, чем аморфная фаза полимера. Таким образом, псевдокристаллическая фаза не только вносит свой вклад в повышение теплопроводности наряду с наполнителем, но и увеличивает механическую прочность ПКМ.

1,4 у—----------~

1 , ■ 1 ' ■ -I-1—'-1--I-1-"-1—--г- I —|—I - ■—I —-----

0,29 0,41 0,62 0,73 0,42 0,53 0,55 0,97 1,29 0,55 0,79 0,87 1,18 0,88 1,18 1,43 1,73 1,79

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К)

Рисунок 2 - Обобщенная гистограмма симбатного изменения модуля упругости и теплопроводности ПКМ с наполнителем БЮ Данные, приведенные на рисунке 2, показывают наличие симбатного изменения физико-механических характеристик и теплопроводности с изменением степени наполнения. Предполагается, что этот эффект удовлетворительно объясняется общим механизмом повышения обоих величин, связанных с образованием надмолекулярных псевдокристаллических структур вблизи границы раздела фаз.

Подтверждением этой гипотезы служит экспериментально полученная зависимость теплопроводности и модуля упругости от степени наполнения ПКМ. Подбор оптимальной аппроксимационной зависимости приведен на рисунке 3.

у = 0,02х - 0,09

Рисунок 3 - Зависимость модуля упругости от степени наполнения карбидом кремния

Для экспериментальных данных, полученных для карбида кремния, предложены различные аппроксимации. Наиболее высокое значение корреляционный коэффициент (0,93) принимает для экспоненциальной функции. В рамках предложенной модели экспоненциальный характер зависимости модуля упругости от степени наполнения объясняется образованием псевдокристаллической структуры полимера вблизи поверхности раздела фаз полимер - наполнитель.

Во втором разделе приведены расчеты теплопроводности ПКМ для различных наполнителей и различного дисперсного состава. Проведены сравнения экспериментальных данных со значениями теплопроводности, полученными в результате расчетов по формулам Гамильтона-Гроссера, Мин-сара, Бургера, Максвелла и Ван Кревелена.

Формула теплопроводности Гамильтона - Гроссера при невысоком содержании частиц:

Х- коэффициент теплопроводности ПКМ, Вт/(мК); Х.0 - коэффициент теплопроводности ненаполненной системы, Вт/(м-К); ф - объемная доля наполнителя; кн - коэффициент теплопроводности наполнителя, Вт/(м К); п -коэффициент, характеризующий форму частиц (для шарообразных частиц п=3, для частиц другой формы п>3).

В области средних содержаний частиц наполнителя X рассчитывают по формуле Минсара:

А = Л0

1 +-

(1.2)

1-<рз +А0/(АИ -А0) ]

В общем виде коэффициент теплопроводности часто рассчитывают по формулам Максвелла и Бургера.

Формула теплопроводности Максвелла:

т _ т МН+2А0—2ин(А0—Ан)\ ,. «ч

Л-ЛПян+2Л0+и„СЯ0-Ан)>'' ^

Формула теплопроводности Бургера:

д _ирАр+СУнЯн (14)

_ у0+Си„ '

В дополнение к известным моделям мы предлагаем обратиться к принципиально другому подходу прогнозирования теплопроводности, предложенному Ван Кревеленом. В этой схеме объем полимера рассматривается как аморфная фаза, в которой распределены кристаллические фазы полимера. В нашем случае мы предлагаем рассматривать наполнитель как кристаллическую фазу полимера, полагая, что его вклад в суммарную теплопроводность определяется тем же механизмом, что и кристаллической фазой собственно полимера. Связующее рассматривалось как аморфная фаза.

Формула Ван Кревелена:

^ = Кхп (1.5)

"-а

где X - коэффициент теплопроводности полимера, Вт/(м-К); X» - коэффициент теплопроводности аморфной фазы полимера, Вт/(м'К); Хс - коэффициент теплопроводности кристаллической фазы полимера, Вт/(м-К); К и п -эмпирические коэффициенты.

Для использования формулы Ван Кревелена вместо параметров кристаллической фазы полимера подставляются параметры наполнителя. Тогда формула Ван Кревелена принимает вид:

Л = Кхп(Лн — А0) + А0, (1.6)

где К - коэффициент теплопроводности ПКМ, Вт/(м-К), Хи - коэффициент теплопроводности наполнителя, Вт/(м-К), Х0 - коэффициент теплопроводности полимера, Вт/(м-К), К, п - эмпирические коэффициенты.

Значения коэффициентов Кип подбираются эмпирически и зависят от теплопроводности наполнителя и, предположительно, от геометрической формы частиц. Для наполнителей с неправильной формой частиц и теплопроводностью в диапазоне от 0,5 до 200 Вт/(м-К) справедливы значения К=0,1 Вт/(м-К), п=2,28.

Показано, что во всей исследуемой области зависимости, рассчитанные с помощью формулы Ван Кревелена, лучше всего отражают характер экспериментальных (рисунок 4).

водности ПКМ от степени наполнения карбидом кремния Эффект повышения теплопроводности ПКМ за счет образования псевдокристаллической фазы выявлен только на низкотеплопроводных наполни-

телях. Нами предполагается, что при использовании высокотеплопроводного наполнителя вклад псевдокристаллической фазы в эффективную теплопроводность ПКМ незначителен. С увеличением эффективной теплопроводности ПКМ увеличивается погрешность измерений, нивелируя влияние псевдокристаллической фазы.

В третьем разделе рассмотрены зависимости вязкости от степени наполнения ПКМ различными фракциями порошков. Показана зависимость вязкости ПКМ от фракционного состава наполнителя (рисунок 5).

Степень наполнения, % об.

Рисунок 5 - Зависимость динамической вязкости от степени наполнения ПКМ карбидом кремния различных фракций: 1 - только фракция М5; 2 -19 об. ч. фракции Б180; 3-31 об. ч. фракции Р180; 4-43 об. ч. фракции Р180 Показано, что вязкость ПКМ коррелирует с размером частиц наполнителя (рисунок 6). Для мелкодисперсной фракции вязкость пропорциональна концентрации наполнителя в четвертой степени. При увеличении количества крупной фракции зависимость приближается к квадратичной.

16000

14000

I

о + о

10

20

30

40

50

Степень наполнения, % об.

Рисунок 6 - Зависимость динамической вязкости от степени наполнения ПКМ различными наполнителями: 1 - фракция БЮ М5; 2 - порошок микроалмазов фракции 28-40 мкм; 3 - фракция Р180 вЮ; 4 - СМИ! 29; 5 -порошок микроалмазов 1+2 мкм; 6 - порошок СМШ 300 Приведенные на рисунке 6 зависимости иллюстрируют возрастание вязкости с увеличением степени наполнения для различных наполнителей. Замечательна зависимость вязкости от размера гранул наполнителя. Наиболее выраженный рост функции характерен для порошка микроалмазов от 1 до 2 мкм. Наименее выраженный - для СМШ с диаметром гранул 300 мкм. Остальные наполнители расположены в соответствие с прогнозом. Исключение составляют карбид кремния Б180 и порошок микроалмазов от 28 до 40 мкм ( кривые 2 и 3), которые, согласно прогнозу, должны располагаться на графике в обратном порядке.

Экспериментально показано, что зависимость вязкости от степени наполнения для карбида кремния Р180 имеет более выраженный характер, чем для порошка микроалмазов от 28 до 40 мкм. Нами предлагается объяснить это явление различием форм зерен наполнителей. Микроалмазы имеют форму многогранников без острых углов. В то же время зерна карбида кремния Б180 имеют множество острых углов. Таким образом, в случае порошка

микроалмазов и карбида кремния, влияние пространственной формы зерен наполнителя оказывается существеннее, чем влияние размера зерен.

Глава 4 Практические результаты В четвертой главе приводятся характеристики компаундов с повышенной теплопроводностью, разработанных в рамках настоящей работы. Приводятся рекомендации по технологии применения разработанных компаундов, методам нанесения, режимам отверждения.

Таблица 1 - Характеристики разработанных компаундов с повышенной теплопроводностью

№ Наименование показателя В-65 ЗЖ -200 КТК-1 ЗЖ-210

1 Внешний вид Однородная Однородная Однородная Однородная

масса серо- масса бело- масса серо- масса ры-

го цвета го цвета го цвета жего цвета

2 Жизнеспособность, мин, не менее 1,5 40 40 8

3 Прочность при растяжении при 20 °С, МПа 6,0 0,5 0,5 4,0

4 Относительное удлинение при разрыве при 20 °С, % 15 30 20 20

5 Разрушающее напряжение при сдвиге на образцах сталь 3, МПа 6,0 0,4 0,4 4,0

6 Удельное объемное электрическое сопротивление, Омм, не менее 2-Ю5 2-Ю8 2-108 2-Ю8

Продолжение таблицы 1

7 Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не менее 2-Ю10 2Т0|и 2Т01и 2Т010

8 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К), не менее 1,1 0,8 1,1 1,1

Теплопроводность товарных компаундов не превышает 1,1 Вт/(м-К) в связи с тем, что их характеристики диктуются потребностями предприятий-потребителей. В настоящее время потребности потребителей ограничиваются указанной величиной теплопроводности. В то же время, важной характеристикой компаунда является его технологичность, во многом определяемая вязкостью. Увеличение вязкости компаунда существенно затрудняет его переработку. Оптимальное соотношение теплопроводности компаунда и его технологичности достигается при значении 1,1 Вт/(м-К).

Методика предварительного выбора фракционного состава наполнителя

1. Для выбора оптимального фракционного состава наполнителя необходимо последовательно оценивать допустимую область на соответствующем графике. Так, если предельно допустимым значением вязкости установлено 6000 мПа-с, то по рисунку 5 выявляются допустимые области, находящиеся ниже порогового значения. Очевидно, что все значения вязкости с концентрацией 43 % не входят в допустимые области. Следовательно, на следующих этапах рассматриваются только рецептуры с концентрацией крупной фракции ниже 43% об. в области, в которой соответствующая кривая находится ниже 6000 мПа-с.

2. Та же методика повторяется для остальных параметров, требования по которым предъявляются к конечной рецептуре ПКМ. Все ограниче-

ния, выявляемые в процессе выполнения пунктов 1 и 2, являются необходимыми к выполнению. Так, область, исключенная хотя бы одним требованием (вязкостью, теплопроводностью, модулем упругости), исключается из рассмотрения.

3. Область на графиках, оставшаяся после наложения всех ограничений, является рабочей. В ее пределах допустимо выбрать любую концентрацию наполнителя и соотношение фракций.

4. В случае если вся область графика оказывается исключенной, требования признаются взаимоисключающими.

Приведен акт внедрения разработанного компаунда с повышенной теплопроводностью на предприятии ОАО «Авангард», г. Санкт-Петербург.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследован ряд композиций на основе связующих СКТН и ЗЛК-45, теплопроводность которых увеличена до 2,0 Вт/(м-К) в результате введения порошков карбида кремния, нитрида бора, микроалмазов, СМИ! различной дисперсности.

2. Впервые для расчета теплопроводности полимерного композиционного материала применена модель Ван Кревелена и установлена высокая сходимость расчетных и экспериментальных значений.

3. Обнаружен эффект увеличения эффективной теплопроводности полимерного композиционного материала при введении низкотеплопроводных наполнителей на примере стеклянных микрошариков.

4. Показана зависимость динамической вязкости от степени наполнения полимерного композиционного материала и фракционного состава наполнителя; выявлена симбатная зависимость между модулем упругости и теплопроводностью полимерного композиционного материала; выдвинута гипотеза о формировании псевдокристаллической структуры вблизи границы раздела фаз полимер - частица, объясняющая не-

линейный характер зависимости модуля упругости и теплопроводности от степени наполнения ПКМ.

5. Разработан и внедрен в производство ряд компаундов с повышенной теплопроводностью, прошедших опробование на ряде промышленных предприятий (ОАО «Авангард», ОАО «Силовые машины» филиал «Электросила», ООО «Абит», ОАО «Авиаавтоматика» имени В.В. Тарасова», ОАО СИБНПЦ «Перспективные технологии»).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Барзилович, Е.А. Влияние фракционного состава наполнителя на теплопроводность полимерной композиции / Е.А. Барзилович, А.Е. Верстаков, В.А. Никулин, Н.В. Сиротинкин, В.А. Сытов // Клеи. Герметики. Технологии. - 2013. - № 4. - С. 20 - 24.

2. Барзилович, Е.А. Влияние фракционного состава наполнителей на теплофизические и физико-механические свойства наполненной теплопроводной олигомерной эпоксидной композиции / Е.А. Барзилович, Н.В. Сиротинкин, Е.А. Рюткянен // Клеи. Герметики. Технологии. - 2015. - № 2. - С. 22 - 24.

Материалы конференций:

1. Барзилович Е.А. Влияние фракционного состава наполнителя на теплопроводность полимерной композиции. / Верстаков А.Е., Никулин В.А., Сиротинкин Н.В.// Материалы научно-практической конференции, посвященной 184-й годовщине образования Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). - СПб, 2012. - С. 109.

2. Барзилович Е.А. Разработка и применение высокоэластичных эпок-сикаучуковых компаундов в радиоэлектронной промышленности. / Верстаков А.Е., Воронин А.Е., Сытов В.А., Сиротинкин Н.В. //

Сборник трудов международной научно-технической конференции «Современные достижения в области клеев и герметиков. Материалы, сырье, технологии». - Дзержинск, 2013. - С. 55 - 57.

3. Барзилович Е.А. Разработка высокоэластичного эпоксидного компаунда с повышенной теплопроводностью. / Никулин В.А., Сиро-тинкин Н.В. // Материалы научной конференции, посвященной 186-й годовщине образования Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). - СПб, 2014.-С. 126.

Отпечатано с оригинал-макета. Формат бОхЭД'Аб Объем 1,0 печ.л. Тираж 70 экз. Зак. № 59.

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»

190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26 Типография издательства СПбГТИ (ТУ), тел. 49-49-365