автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка эпоксидных композиционных материалов электротехнического и теплофизического предназначения для узлов антенной техники

НАЩОНАЛЬНА А&АДЕМ1Я НАУК УКРА1НИ ИЗИКО-МЕХАН1ЧНИИ ИНСТИТУТ ¡м. Г .В .КАРПЕНКА

Р(Н ОД--

_ о 0 На правах рукоттсу

митник

Микола Мирославович

РОЗРОБКА ЕПОКСИДНИХ КОМПОЗИЦШНИХ МАТЕР1АЛ1В ЕЛЕКТРОТЕХШЧНОГО ТА ТЕПЛОФ13ИЧНОГО ПР.ИЗНАЧЕННЯ ДЛЯ ВУЗЛ1В АНТЕНН01 ТЕХН1КИ

05.02.01 - Матергалозвавство в мапвшобудувавш

АВТОРЕФЕРАТ дисертацп на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук

Ль в ¡в - 1995

Дисертац1ею е рукопис.

Робота виконана в ТернопЛльському приладобуд1вному 1нс*гитут1 1м. 1вана Пулюя.

Науковий кер1вник: кандидат техн1чних наук, доцент Стухляк Летро Данилович

Оф1ц1йн1 ошяенти: доктор-х1м1чних наук, профэсор Братичак Шхайло Циколайович

кандидат твхн1чних наук, старший науковий cnlBpoöiTHHK 31нь 1ван Миколайович

Цров1даа оргая!зац1я: 1нотитут техн1чно! тешгаф18ики

HAH УкраХни, ы. Ки1в

Зазиет в1д0удеться " ¿У" /.VVaV''^^ 1995 р. о ''годин! на вас1данн1 спец1ал1вовано1 вчено! ради Д 04.01.03 при Ф1зико-механ1чному 1нститут1 1м. Г.В. Карпе HAH УкраНш (290GGI, Льв1в, МОП, вул. Наукова, Б).

3 дасер1ац1сю можна ознайоыитйся в б1бл1отвц! Ф1зико-мэ н1чного 1нституту 1м. Г.В. Карпенка HAH Укра1ш (290601, м.Льв1в, МСП, вул. Наукова, 5)

^ "Г

Автореферат роз!слано "/( " ¿с- L-^ 1995 р.

Вчений секретар спец1ал1зовано1 вчено! ради, доктор техн1чних наук, професор

Никифорчин Г,

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Важливим напрямом п!двищеняя над1йноот1 машин, прилад!в 1 зок-эема вузл!в електротвхн!чшх конструкции, як1 працюють в умовах ?8сприятливого зовн!шнього середовща в застосування нових компо-зитиих матвр1вл1в на основ1 пол!мер!в, що характериауються висо-лш 1 стаб!льними ексшгуатац!йвими власгивостями. В цьому напряге! персшктивним е викорисгання матер!ал1в на основ! епоксидних смол. Не дивлячись на Шираке розповсвджання епоксидних композит-них матер!ал!в, р1вень 1х розробок ще не задов!льняе ряду вимог промисловост!. Пор1вняно низька електрична м!цн1сть 1 теплопро-в!дн!сть нвнаповненого в'яжучого, зм1на властивостей л!д вшшвом зовя1шього середовща обмевують 1х використання у вузлах електро-техн!чних конструкц!й. Оск!льки робота в умовах п1дввдено1 воло-гост!, перепаду температур, сонячно! рад1ац11 га !ших фактор!в в найб1льш характерна для електротехы!чних конструкции 1гарабол!чних антен, створення новях,епоксидних композит!в з високими 1 отаб!ль-ними електротехн1чнкми характеристиками е актуальною задачей, су-часного матер!алознавства. Одним 1з ефекгивних шлях1в вир1шення ц!е! проблеми е науково-обгрунтований виб1р структурно-активних модаф1латор1в I наяовншач!в, як! забезгочують необх1дний комплекс експлуатац!йних властивостей при м1н1м8льних залишкових нап-руженнях.

Мета робота. Створення на основ! систем "епоксидне в'яжуче -дасперсн! наповнювач!" композитних матвр!ал!в з керованими елек-тро- та теллоф!зичннми характеристиками, приввачених для використання в системах об1гр!ву довговим!рних поверхонь складного про-ф1лю, зокрема парабол!чних антен.

Для досягенення мети були поставлен! настуш1 задач!:

1. Досл1дити особливост1 формування структура епоксидних композит 1в при введенн! нвповнювач!в з р1аною повврхнввоп активн!стю до мвтер1алу в'яжучого з ц1ллю направленого регулювання електро-та тешюф!зичних властивостей композит1в.

2. Встановити вплив структурних зм!н в матер!ал! при введенн! наповнювач1в на електро- та твплоф1зичн1 властивост! композиту.

3. Визначити шляхи п1двищвння вксплуатацШих властивостей тер-

мореактивного в'яжучого I коыпозит1в на його основ!.

4. Розробиги нов1 композид1йн1 матер1али електротехн!чного тешюф1зичного призначення в покращеними ексилувтац!йними харак' риотиками 1 на основ! сконструювати покриття для об!гр!ву ан'. великого д!амвтру. Зд1йснити досл!дно-промислов! випробування р< роблених матер!ал!в 1 покрить.

Науковв новизна. На основ! результат1в досл!дшнь ф!зична1, 4 зико-х!м!чно1 та хемосорбц1йно1 взаемод!1 м1к наловнювачем I в'я жучим встановлеко механ!зми 1 законом!рност! п!двщення електрс твхн1чних та тешгафЛзичщи власгивосгей кошозит!в, як! м1стя1 аеросил, 7-ам!нопроя!лшросил, Сг203, А120^г 8а рахунок утворенн на М9к1 под1лу зон з новими властивостями. Показано, що ц1ласпря мовано зм1нюючи параметра структура системи за рахунок природа концентрацН наповшавач!в, технолог1чних 1 темпвратурно-часових ; жин!в обробки, мокна покраидати д1електричн1 (у 3-е рази), еяектр техн!чн1 (у 2-3 рази) та теплоф1зичн1 (у 2-4 рази) характеристик! коыпозит1в. Показано, що роэроблен1 композита сгийк! до вопив; атмосферного середовща 1 7-вшром1нювання. Встановлено, що оброс ка наповнювача ацетоном, п1двищуе електричну м1цн1сть композиту I 2-2,5 рази за рахунок модиф1кування його поверхн! 1 1нгенсиф1ка-ц!Х процес!в структурування. Сконструйован! нов1 композите! мате-р1али 1 покриття з п1двщеними експлуатац1йнши властивостями (а. е., Ш795588).Звдропоновано метод вивчення структури ! прогнозу-вання електротехн!чних властивостей кошозиц1йних магер!ал1в за допомогою ударного лазерного впливу.

Практична ц!нн1сть робота. Розроблен! нетодолог!чн! д1дхода для створення кошозитних матер!ал1в електро- та твплоф!зичного призначення на основ! эпоксидно! матриц1 1 дасперсних наповню-вач!в. На основ! результатов виконаних досл!дкень розроблен! ма-тер!али в п1двищевдаи експлуатацШними характеристиками. Сконструйован! багатошвров! пол1мерн1 покриття, як1 призначен1 для формування на поверхнях складного проф1лю низькотедавратурних електрорезиотивних поверхнево-розпод!лвних нагр1вних елемент!в. На основ! проведения досл1дкень дан1 рекомендацИ щодо оптим!за-ц11 умов експлуатад!! розроблених матер1ал1в 1 покрить. Матвр!али та вирсхЗина 1х основ1 лройшли досл!дно-промислов! випробування ! впровадаен! на я!дприемствах Укра1ии.

На аахист виносяться так! осяовн! положения;

I. Ексшриментально встановлен! законом1рност! 1 вфакти зм1ни пвктро- та тешюф1зичних властивостей, що визначаються властивос-ями структури, сформовано! внасл1док продео1в х!м!чно1, ф1зично! а хемосорбц1йно1 взаемодИ на мек! под1лу "наповнювач - в'януче".

2. Метода п1деищення электро- та теплоф!зичних властивостей омпозиц1йних матер!ал1в, шляхом неправленого регулювання структу-и композит!в за рахунок введения даспврсШ оксвд1в р1зно! природа.

3. Композщ1йн1 матер1али I дакриття э п!двтценими електро-золяц1йними влзстивостями (а.е., Ш795588) призначен! для роботи | несприятливих кл1матичних умовах.

4. Комплекс методик вивчення структурних властивостей та ме-;ан1зму впливу на электро- та т0шoфIзичнi характеристики епок-:идшп коштозиг1в.

Оообиотий внесок автора становить; повя1отю оамоот!йна виконан-га електротехн!чних, теплоф!зичних, п'езоелектричних, ЕПР-сгоктро-жоп!чних досл1дкень; обробка, анал!з та узагзльнення результат^ цосл!дкень, розробка композщ1йних матер1ал1в та покрить; активна участь в проведенн! 1Ч-спектроскол!чних та ДТА досл1джбнь. Досто-в1рн!сть отриманих вкспериментальних даних гПдтверджусться комп-лекснзши досл!даеннями 8 використаяням сучасних метод!в 1 облад-нания, та практичним застосуваяням.

Публ!кацЛ та апробация роботи. По результатах виконаних дос-л!дхень опубл!ковано 19 наукових роб!т, отрныаяо 1 автерськэ св!-доцтво на винах!д. Основн! результата досл!даень 1 досв!д зас-тооування викладвн1 I обговорен! на 3 всесоюзных, 6 республ1кан-ських науково-практичних сем!яарах, конференц!ях ! симяоз1умах та 4 ковференц1ях молодих вчених.

Структура та об'см роботи. Дисертад1я складаеться !з вступу, 5 розд!л!в, основних БИсновк1в 1 додатку, викладэна на 203 стор. машинописного тексту, включаючи 66!люстрац1й, 8 таблиць ! пврел!к л!твратури !з 135 назв.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступ! обгрунтована актуальн!сть теми, сфэрмульован! мета 1 основы! положения, анотован! результата роботи.

Паршй розд!л приев»ячений огляду л1тературних джерел i обг] туванню напрямку досл1дкень. Систвматизован! дан! про вшшв ст] тури i ступеая зшвання на продеси тешюпервнооу та елоктргр власигвосг! cítkoboto пол1меру. Проанал1зовано досв1д застосувг композитних магер!ал1в 1 покрить на ochobí реактогшаст1в у Bysj електротехн1чного та теплоф1зичного призначення. Показаний вш наповнювач1в на електричн1 параметри та твшгапров1дн1сть епокся них композит1в, визначен1 ochobhí задач1 досл1дкень.

Другой ровд!л м1стить опис методик експериментальних доел! жень. Як базовв в'яжуче вибрана епокоидао-д1анова смола ЭД-(ДЕСТ 10587-76) i отверджувач шл1етил9шюл1ам1н (ПЕЛА, ТУ 6-0 24I-202-7S). Як наповнювач! використан1 дислерсИ А1203 (ТУ 6-0 426-75) з ровм1ром зерна 30 i 100 мкм, 0г203 (ДЕСТ 2912-79) да шрсн1стю до 30 мкм, авросил марки A-I75 i 7-ам1нопроп1лаеросил диспврснЮтю до 5 мкм, сплав HT-HA-OI (ТУ 48-12-06-156-82) дет персн1стю до 63 мкм.

Тангенс куга д!електричних втраг (tg 0) зразк1в досл1дкува. на частотах 0,1, I, 10 кГц (ДЕСТ 6433.4-71). Для випробуванъ I електричну ы1цег1сть викорисговувашг зразки у виг ляд! ял!вок tobe ною 0,1±0,01 т. Ц1 к зразки використовували для досл1джвння п'( зоелектрично! стало! (q) при лазерн!й ударн1й дП та tg 5. Еле* тричну MiHHiCTb (U^) зразк1в досл1джуваш гери зм!нн1й напруе (ДЕСТ 6433.3-71). Зразки отримували методом в!льно1 заливки, сфс мованими у вигляд1 пл1вок, та газотерм1чним напилвнням (порош впоксидшн емалвй марок УП-ЗП5, ЭП-Э1, ЭП-134, ЭП-185, ЭБ-277) 8 метою вивчення впливу рвким!в I умов експлуатацИ на вм1ну U^ композита п1ддавали стар!нню в умовах кл1матично! д11, а також у вицром1яювання у вод1, Поглинута доза опром!нвння складала 30 МР Покриття отриман1 газотерм1чним нахшлэнням п1давали отар!нню умовах п1двщ9но1 вологоот1 протягом 24 годин.

Теплопров1дн1сть композит1в (А.) визначали за допомогою вим1р» вача тешшров!дност1 И-Х-400 (ТУ25-II .1487-79). Зразки отримували в!льною заливкою в пресформи. Тверд1ння зразк1в проводил] при температур! 293-298К протягом 48 годин, з подалыиою термооб-робкою на протяз1 2 годин при температур1 393 К.

Досл1дження структурних параметр1в композит1в зд1йсншали mqtí дами ДГА (дериватограф Q-I500), електронного парамагн1тного резо-

знсу (РЭ-1306) та 1Ч-спектроскоп!1 (UR-20).

Структурн! зм!ни в матер!ал1 таков од1нввали по значению вели-ши q. II визначали 1з електричного сигналу, що виникае при д11 ззерного ударного опром1нення на зразок. Ударний вплив на зразки эоводили на модерн!зован!й лазерн!й установц1 на баз! оптичного вантового генератора Г0С-1001. П'езолектричний сигнал, що вини-ае в результат! ударно! д!1 реестрували за допомогога емн!сного зтчика, ув1мкненого в коло залам1ятовуючого осцилографа C8-I3.

ОброОку результат!в ексяэриментальних досл!дкень, проводили з акористанням метод!в математично! статистики.

У третьоыу розд!л! приведен! результата досл!дкень впливу ф!зи-3-xímí4hoí взаемодИ, що в!дбуваеться на меж! под1лу фаз "вяжу-э - наповнювач" на електротехн!чн! характеристики епоксидних эмпозит!в. Бм!ни електротехн!чних яараметр!в досягали шляхом ке-ування властивостями структури пэрех!дних шар1в при введенн! аповннвач!в з р!зною поверхневою активн!стю в!дносно матриц!.

Встановлено, що для епоксидних електро1золяц1йних матвр!ал!в а основ! компонент!в з р!зними електроф!зичними властивостями постер!гаеться немонотонна залежн!сть електротехн!чних характе-истик в!д концентрацП наповнювач1в у матриц!.

Досл!дкен! залекност! tgS композит!в на основ! епоксидного в'я-учого, наповненого аеросилом та у-ам!нопроп!лаеросилом, А1203 исшрсн!стю 30 1 100 мкм та Сг2°з в1д твМ1еРатУРи 1 частота елек-ричного поля. Показано, що характер залежностей пов'язаний з росторовоп будовою пол1меру, властивостями матриц! та наповнюва-а, а також надмолекулярной структурою i властивостями матер!алу твореного на мек! под!лу "наповшшач - в'яжуче".

Встановлено, що !з зб1льшенням вм!сту наповнювача рухлив!сть арамагн!тного зонда введеного у в'яжуче аникуеться до 2 раз, обто знижуеться степ1нь рухливоот! макромолекул за рахунок утво-ення ф!зитао! та ф!зико-х!м!чно1 взаемод!! м!я матрицею та активный центрами на поверхн! наповнювача. Показано, що введения невк-ивних до эпоксидно! матриц! А1£03 з дисперсн!стю 30 i 100 мкм нижуе tgS порЛвняно з ненаповненим в'яжучим при п!двищених тем-ературах. Такий характер залекност! tgS спостер1гаеться до кри-ично! мек! наповнення, яка для Al^Oj дисперсн!стю 30 мкм стано-ить 30 мае. ч., а дисперсн!стю 100 мкм - 60 мае. ч. Встановлено,

що використання др!бнодисперсного наповнивача посилюе м!жфаз: взаемод!ю, слрияючн зниженню tgS на низышх частотах (0,1, I кГ

Наповнення епоксидного в'якучого активними до матриц! вероси, 1 7-ам!нопроп!лаеросилом сприяе зниженню пор1вняно з ненапо; неним в'якучям при температурах 293-393К на во1х частотах 1 я вс!х ступенях наповнення. Встановлено, що зникення tgS зумовле] обмекенням дапольно-сегментально! та даполъно-групово! рухливос Це п!дтвердкуеться даними 1Ч-спвктроскоп!1, де спостер!гаеть< зменшення !нтенсивност! смуг поглинання, як! в1дпов1дають коливг ням С-С зв'язку в епоксшдному цикл! 1 деформац!йним коливанш групп -СН2-СН. Використання 7-аы!нопроп1лаеросилу посилюе цей п] цес. Така взаемод!я наповнзсвача 1 матриц! призводить до того, и при температурах в област1 температури склування в!дсутн1й голо! ний максимум tgB для композит!в 1з вм!стом аеросилу до 4 мае. ч. а для матер!ал!в на основ! 7-ам1нопроп!лаеросилу цей максим} взагал! не спостер!гаеться.

Введения у впоксидне в'яжуче Сгг03, який адатний утворювати ним ф!зичн! вузли йдвщуе на вс!х частотах ! при вс1х ступе нях наповнення пор!вкяно з ненаповненим матер!алом. Разом з те» при введенн! Сг203 в к1лькост! 10 мае. ч. гдЭ практично не зм1нк еться ! при температурах 313-380К в!н нихчий н!ж в ненаповненом в'якучому. Методом ЕПР-спектроскопИ встановлено, що така зале» н!сть tgO викликана зб!льшенням степей! ф1зичного зшивання, як супроводкуеться зростанням к1лькост! ф!зичних вузл1в в одиниц об'ему матер!алу. Такий матер!ал не схильний до теплового пробо 1 може використовуватись як !золятор при п!двищвних температурах

Виникнення ф!зично! ! ф1зико-х!м!чно1 взаемодН, а також виб! кова адсорбц!я компонент!в в'яжучого на тверд!й поверхн! надавит вача, призводять до утворения перех1дних зон м!ж наповнювачем в'яжучим, як! мають покращен1 електротехн1чн! властивост!. Ц спричинюе екстремальний характер зм!ни и^ композит1в в!д вм!ст наповнивача ! його активност! стосовно матриц1. Конкурупчий вне сок вказаних процео1в призводить до утворення максимум!в и^ дл композита на основ! Сг203 при концентраЩях 10 1 30 мае. ч.

Введения наповнювачХв, яким властива ф!зико-х!м1чна взаемод! з матрицею призводить до зб1льшення и^ композиту при 1х вм!ст! , 3 мае. ч. Для матер!ал!в на основ! аеросисилу ! 7-ам!нопроп!лае

гасилу спостер1гаються два максимуми и^ при 113 мас.ч. Макси-гальна и матвр1алу, цо м1стить аеросил, знаходаться при концен-:рад!ях 3 мае- ч., а 1з введеням в матрицю 7-ам1нопроп1лавросилу - при I мае. ч. 1 становлять в1дпов1дна 62 1 55 кВ/мм. Електрична ¿1цн1сть не вакуумованих кошгозит1в авросилу 1 т-ам!нопроп1лаеро-зилу знижуеться. Наявн1сть пов1тряних включень н1велюе ефекти ош-заних мехая1зм!в п!двищення и^. Причому для 7-ам1нопроп1лаероси-иу це зниження б1льш суттеве, що пояснюеться 1нтенсивн1шою адсорб-Д1его пов1тря його модиф!каваною поверхнею. Вакуумування композиту теред атвердненням призводигь до п1двщення и^, особливо для ма-гер1ал1в, наповнених т-ам1нояроп1лаеросилом (рис.1). Нвобх1дно з1дм1тити, що в цьому випадку, при концентрацП ншовнзовача бЗлыае

Рис. I. Залехн1сть електрично! м1цкост1 композит1в в1д концентрат! аеросилу (I, 2) 1 7-ам1-нопроп!лаеросилу (3, 4) вакуумо-ваного (I, 3) 1 не вакуумовано-го(2, 4) перед затвердненням матер!ал1в.

3 мас.ч., переважае ефект зниження ип, яов'язаний з наявн!с-тй газових включень, ввдалення яких з модиф1ковано! поверхн1 7~ам1нопроп1лаеросилу ускладено нав1ть при вакуумуванн1. Де п!д-твердауеться досл1даеннями оптично! м1кроскоп11. Видалення газових включень з поверхн! таких наповнювач1в досягали 1х обробкою ацетоном, що розчиняе адсорбований газ. У цьойу випадку споотер1-гаетьоя п!двщення и^ кошозит!в у 2-2,5 рази при вс!х степенях нвповнення.

Таким чином, при концентрац1ях до 3 мае. ч. досл1джэн1 аероси-ли виступають як модиф!катори, що зм1нюють структуру в'яжучого 1 сприяють п1двщенет и^ композиту. Використання методу ЕПР-епек-гроскопП показало корвляд1ю м!ж к!льк1стю парамагн!тних центр!в 1 и в!д кощвнтрацИ вказаних напвнювач1в в магер1ал1. Цей вза-емозв'язок дозволяв прогнозувати елвктричну м!дн1сть композиПв.

Електрична м1цн1сть композита на ochobí використаних нагговнк вач!в аалекить в1д Ах активност! до пол1мэрно! матриц!. Вплив да тарсност! на електротвхн!чн! характеристики оц!нювали для матер! ал!в на основ! AigO^. Встановлено, що зы!на дисперсвост! AlgO^ г 100 до 30 мкм (рис 2), майже не вшшвае на характер крившс 1 при водить до зм!щення координат екстремум1в по концентрац!йн1й ocl.

Вшшв структурних зм1н на елекгротехн1чн! властивост! компо вит!в також оц!нювали по smIhI п' езоелектричноJ стало! t вважаочи що вбШьшэння ступеяя вшив&ння матер!алу п1двищус його електричн, м!цн1сть. Макромолекула епшсидно! матриц! являв собою диполь Лазврна ударна д1я на зравок приаводить до переор!ентац!1 диполе! ! виннкненню п'езоалектричного сигналу. Введения надавнювач!в :

Риа. 2. Залекн!оть електрично! м1цноот! композитов в1д концен-храц1Х оксид1в алш!в!ю (I, 2) 1 хрому (3, 4) вакуумованого (I, 3) i не вакуумованого (2, 4] ыатер!ая!в перед затвврднанням <1, 2 - дасшрон1оть 100 мкм, Б - даопароиЮгь 30 мкм).

plBHO» ыодаф1кувчою д1ею по выношены» до епоксидно! матриц1, оупроводвуетьоя bmIhod рухливос-т! макромолекул i ступеней прояву п'езоефекту. 1нтенсивн!сть прая ву п'езоефекту в композит! оц!нювали по величин! q. Бона е комплексам фактором i враховуе зм1лу конформац1йного набору макромолекул. Встановлено, що аалежност! i q в!д вм!сту наповяювача в матриц! корелююгь м!ж собою.

Таким чином, вб1льшення U^ досягали шляхом введення наповню-вача в пол1мерну матрицю в концентрац1ях, як! забезпечують м1н1-мальну к1льк!сть паршагн1тних центр1в i м1я!мальну величину q. Встановлено, щр найб1льш! значения Ü сшстер1гаються при тих se концентрац!йних координатах, що 1 м1н!муш на кривих залвжностей к1лькост1 парамагн1тних центр!в ! q. Зменшення q !а збЗлыпенням к1лькост1 удар!в вказуе на здатн1сть структурування матер1алу в'яжучого.

Встановлено ефект структурування в'яжучого композиту п1д д!ею електричного шля нижчого за пробивне. Витримка зравк1в п!д нал-ругою 0,611^ призводить до п!двищення II меж!, що покращуе еко-плуатац1йн1 властивост! матвр!алу. Якщо розгляяутий механ!зм зм1-ш електрично! м!цност! композиту пов'язаний !з етруктуруючим впливом наповнювач!в справедливий, то введения невелико! к!лькос-т! нав1ть електропров!дного наповнивача, алв з високов иодиф!кую-чою д!ею в1дносно епоксидного в'яжучого, призведе до п1двищання ипр епоксидао! матриц!. досл!джено, що введения порошку КШ" марки ПТ-НА-01 (ТУ 48-12-06-156-82), в концентрац!ях до' 10 мас.ч., призводить до п1двищ9ння и^р епоксидного композиту в 2,5-3 рази пор1вняно в ненаповненою впоксидною матрицею. Сл1д в!дм!тити, що введения дисперсиях матер1вл1в, що мають висок1 елвктро1воляц1й-н1 властивоот! 1 низьку модиф!куниою д1ю в1дносно матриц!, нагг-риклад слюда, призводить до зникэння и шл1марно1 матриц!.

Вивчено вплшз ступеня зшивання матер!ал1в, що наносились методом газотерм1чного напилення, на 1х елактричну м1цн1сть. Ступ1нь зшивання матер!алу покркття нанесенного газот9рм!чним напиленням оц1нювали методом ДГА. Для газотерм!чних покрить, нанесених р1з-ними методами, на вс1х кривих ДГА спостер1гаються п!ки, що вказу-ють на незав0ршвн1сть процес1в тверд 1ння. Ступ1нь зшивання покрить залехить в!д температурно-часових режим1в нанесения 1 стано-вить 12,6% - 84%. Зб1льшення ступеня отверд1ння впоксиднЕХ пок-рить в прочее! газотэрм!чного напилення корелюе з пЛдвшценням 1х електро!золяц1йних властивостей (табл. I). Встановлено зниження (в 1,1-5,6 рази) шгазмонапиленого пол1мерного покриття п1д д1ею п1двищено! вологост!. Не пов'язано 8 нвзаверш9ян1стю проце-о!в шл1меривац11 1 дефектами структури в об'ем1 пол1мера, що сприяе виникненню пор. Термообробка емалей при температур! 453К протягом 2 года, п!сля д!1 п1дшищено1 вологост!, знижуе дефвк-тн!сть структури 1 п!деищуе и^.

Гааотерм!чне напилення е перспективною технолог! ею отримання матер1ал!в 1 покрить на основ! епоксидних в'яжучих !з спец!альни-ми електротвхн!чшми властивостями. Електрична м!ця!сть таких ма-тер!ал!в заложить в!д стеган! зшивання пол!мврно1 матриц!.

Встановлено, що И^ композит1в на основ1 ЕД-20, як1 йддавались вшшву навколишнъого сервдовища (атмосферн! опади, перепад темпе-

ратур I т.■1нш.) 1 випробуваних через 380 д!б, практично не змО ..нюеться 1 лэяить в межах похябки експэрименту. Досл!дкена елел

Таблиця I.

Електрична м!цн!сть (кВ/мм) епоксидних композит1в отринаних газотерм1чним нашленням 1 в!льною заливкои

Разотерм!чне напшгення В1льна заливка

Композит Електрична м!ц-н!сть п1сля фор-мування Композит * Електрична м!цн!сть п!сля формування

П-ЗП-91 50,2 ЭД-20+15 А1г03 33,9

П-ЭП-134 42,6 ЭД-20+10 Сг203 53,1

П-ЭЛ-185 30,0 ЭД-20 4 I А 60,0

П-ЭП-177 64,7 ЭД-20 + 3 Аи 62,5

, Прт.*Вм1ст шпобнюдаш бназаний в лас.и., ш 100 мае.я. в'яхучог

трична м!цн!сть ыатер!ал!в, наповнешх А1£03 1 п!дцаних стар!нни „л!д д!ею 7-випром1швашш в середовшД вода. Встановлено що и^ композит!в знижуеться на 15-25?. Значения и^ опром1неного мате-р!алу корелюе !з значениями и не опром!неного. Тобто характер механ!зм!в, що сприякть п!двищвншз електрично! м!цност! в!даосно гол!мерно! матриц! не зм!нюеться при опром1ненн!. Це дозволить забезпачити стаб!льну роботу матер!алу в реальних експлуатацИйшх умовах про тягом тривалого часу.

Виявлено, що наявн1сть в об'ем! композиту незначно! к!лькост! епоксидних грул, зцо не прореагували, перешкодаае м1грац!1 влек-тричыюс заряд!в в об'ем! композиту. В цьому випадку епоксидн! групи, як! не прореагували а такок ф!зичн! вуз ли, що руйнуються п1д дЗею електричного поля, виконувть роль "аловлювач!в" нос!!в заряд!в. Це сприяе упов!льненню процео!в електростар1ння матвр!а-лу ! також п!двищуе

Максимальну електричну м!цн!сгь мають комггозити, стеШяь на-давнення яких на ЮТ мае. ч, в'якучого в1даов!дае: 15 мас.ч. оксиду алш1н1ю; 5, 10, 30 мае. оксиду хрому; I, 3 мас.ч. аеросилу ,1 7-ам±нопроп1лаеросилу. Вказан! матер!али характвризуютьоя виоо-

кими значениями U^ (35 - 62 кВ/мм), технолог1чн!стю при перероб-ц1 i формуванн! 1з них вироб!в. Сл!д в1дм!тити, що обробка наповнювача ацетоном п1двищуе U^ в 2-2,5 рази.

Четвертей розд!л м!стить результата досл1джень впливу оксидо-MicTKtK наговнювач!в з р!зноп активн!стю по в!дношенню до эпоксидно! матриц! на к1нетяку зм1ни теплопров!даост! сформованих на !х основ! композит1в.

Показано, що введения наповнювач1в, яким властива х1м!чна i хемосорбц!йна взаемод!я з епоксидаою матрицею призводать до зб!ль-шення X при малих степенях наповнення (композити на основ! аеро-силу 1 7-ам1нопроп1лавросялу в1дпов1дно I и 3 мас.ч.). Це пов'я-зано з х!м!чною взаемод1ею на меж1 под!лу фаз, що п1дтвердкуеться результатами 1Ч-спектроскоп1чного анал!зу (гоява смуги поглинан-ня, яка характерна для шл!органосилаксан!в). Така взаемод!я м!к наповнювачем i в'яжучим эначно знижуе дефекгя!сть граничних шар!в ! зменшуе тепловий oalp меж1 под1лу фаз. Всгановлено, що додатко-ва активац!я поверхн! наповнхшача супроводжуеться зб!льшенням X композиту. На приклад! 7-ам1нопроп1лаеросилу показано, що поси-лення м!жфззно! взаемодИ на мая! шд!лу "матриця-наповнювач" супроводжуеться п1двищенням X композиту.

1з зб!льшенням вм!сту авросилу (б1льше 3 мае. ч.) спостер1га-еться зниження X матвр!алу, головням чином, через"р1зке зростая-ня протяжност! меж! под1лу ! послабления ф!зично! взаемод!! м!ж наповнювачем ! в'яжучим, що, в свою чвргу, зб!льшуе Д9фэктн!сть граничного шару. Разом з тим, зб!льшення х!м!чно! активност! наповнювача стаб!л!зуе значения Л. матер!алу при б!льшому вм!сту 7-ам!нопроп1лаеросилу в композит1 пор1вняно з менш активним, сто-совно матриц!, авросшзом. Введения неактивних наповтовач!в у в'я-зкуче (оксид!в алюм1н!ю дисперсн!стю 30 i 100 мкм) зб1льшуе К композиту, головним чином, завдяки впливу твплопров!дност1 самого наповнювача на т9шгапров1дн1сть иатер1алу в ц!лому. В таких композитах в!дсутн!й х1м!чний зв'язок м!ж матрицею i наповнювачем, а ф!зичний слабо виражений, При цьому введения наповнювача з мешою дисперсн1стю супроводжуеться зб!льшенням X магер!алу. Це пов'язано 1з зростанням протяжност! меж! под!лу фаз i утворенням кращого пи-томого механ!чного контакту поверхн! наповнювача з матрицею. Вста-новлено, що 1з ростом температури цей контакт торушуеться i суп-

роводжуеться р!зким зменшенням А. композиту. Порушення ф!зико- ме-хан!чноХ взаемодП на меж1 под1лу фаз пов'язане з великою р!зни-цею в коэф!ц!ентах температурного розширення матриц! 1 наповнювача. Це сприяе зростанню розтягуючих налружень !, як наел!док, зб!лыпенню теплового опору на меж! под!лу, що призводить до змэн-шення теплопров!дноот! матер!алу 1 31 цикл1чно! зм1ни.

Введения в матрицю наповнюввч!в що эдатн! отворюввти ф!зичн! вузли призводить до немонотонно! зм!ш геплопров!даост! композиту в!д температури. Для композиту, наповненого Сг203 характерний про-яв механ1зм!в, властивих як х!м!чно активним наповнювачам - 7-ам1нопроп!лаеросилу ! аеросилу, так 1 неактивним - А1г°3* цьо~ го типу наповнювач!в значения Я визначаеться конкуруючим внеском опиоаних механ1зм!в II зм1ни. Утворення ф!зичних вузл!в м!ж матрицею 1 активними центрами на ловерхн! частинок наповнввача призводить до зб!льшення А, композиту при низьких температурах (173 -248К ) через зм!цнення зв'язк1в на меж! под!лу фаз. При 248-273К, 298-328К - теплопров!дн!сть знижуеться через зростання дефектнос-т! граничного шару ! зб!лыпення тврм!чного опору !з зроотанням температури. В той же час зб!льшеняя вм!сту наповнювача зб!льшуе X матриц! в основному за рахунок тешгапров1дност! наповнювача. Сл!д в1дзначити, що цикл!чн1сть в зм!н! теплопров1дност! !з зм!-ною температури для композиту, наповненого Сг203 менш виражена пор!вняно !з композитом, що м!стить А1203.

Таким чином, к!нетика процэс1в твшюпереносу в гетерогенн1й систем! композиту залекить в!д виду ! ступеню взаемодП компоненте на меж! под1лу "надавнювач-в'яжуче".

П'ятий розд1д приев'ячений розробц!, на баз! виконаних досл!д-жень, конструкц!й покрить !з створених ыатер1ал!в 1 досл!джекшо 1х експлуатац1йних характеристик. Запролонован! кодаозитн! мате-р!али елвктрогехн!чного призначання. Розроблене багатошарове шк-риття електротехн!чного та теплоф!зичного призначення з низькими внутр1шн1ми напружвннями. Застосування розробленого покриття ! способу його отримання дозволяе створювати ефективн! повэрхнево-розпод!лен!_нагр!вн! елементи що здатн! працшати при температурах 223-323К в умовах Лнтенсивних атмосферних опад1в ! мокуть бути використан! в р!зних пристроях ! вузлах. Покриття формуеться шляхом почергового нанесения на метал!чну п!дкладку адгез!йного

шару на ochobi епоксидно! комиозяцП i 1золяц1йних роботах шар1в s наступним пресування i тверд!нням. Зниження внутр1шн1х налру-жэнь у вироб! при формуванн1 покриття i його експлуатацН при не-стац!онарному терм!чному вшшвов1 досягали нанесениям компенса-ц1йного шару.

Вилробування покриття огриманого даним способом i сформованого на секторах оболонни зеркально! система парабол1чно! антенн д!а-метром 12 м, показали його ефэктивн!сть при температур! оточуючо-го середовща 223К 1 товщин1 льоду 20-30 мм на поверхн! в!дбиття. Повне розмерзання поверхн! об!гр1ву досягаеться через 18 - 20 хви-лин п1сля початку об1гр!ву, що становить 60-70% в1д часу обумов-леного технХчшш завданням.

0CH0BHI шсновки

1. Роароблено методолог!чн! п!дходи для створвння композиц1йних матер!ал!в елэктро- та тэплоф!зичного призначення на основ! епок-смднох матриц! 1 дисперсиях наповнювач!в.

2. На основ! досл1дкення ф!зичноХ, ф1зико-х1м!чно2 та хемосорб-ц!йно1 вааемод!! м!я наповнювачем ! в'яжучим встановлено покра-¡цення д!електричних (3-6 рази) та електротехн!чних (2-3 рази) властивостей. При цьому максимальн! значения електрично! м1цност! (Ujjp) наповнених епокоидних матер!ал1в шостер!гаються при вм!ст! аеросилу 3 мае. ч. на 100 мас.ч. в'яжучого (11^=62,5 kB/мм), 7-ам1нопроп1лаеросилу I мае. ч. (11^=55 кВ/мм), оксиду влш!н1ю - 5, 15 мас.ч. (Ujjp-^33,9 - 34,7 кВ/мм), оксиду хрому - 10 мас.ч.

53 кВ/мм). Для розроблених композит!в характерн! ста01льн! значения U_ в умовах кл1матичного вшшву протягом 380 д!б 1 зниження на 15-25% п!сля 7-опром1нювання (доза 30 МРад) в водному середовищ!.

3. Встановлено, що попередня обробка поверхн1 наловнювачв ацетоном, п!двищуе електричну м!цн!сть композиту, в 2-2,5 рази, а д1я електричного шля величиною 0,617^ п!двищуе напругу пробою внас-л!док додаткового 1нтенсиф!кування процвсу структурування.

4. Показано, що введения аеросилу та 7-вм!нолроп!лаеросилу,

зб1льшуе теплопров!дн!сть композиту (в 2-3 рази) за рахунок ф!зи-

ко-х!м!чно1 взаемодП м1ж наповнювачем 1 в'яжучим. Введения А1203, Сг203 п!дршцуе його теплопров!дн!сть (в 3-4 рази) в основ-

ному за рахунок зростання ступени ф!зично! взвемодН.

5. Розроблвний метод досл1дження структура кошоз2д1йних мате р!ал!в за догомогою ударного впливу лазерного опром!нення. Прз цьому встановлано кореляц!» м1ж напругою пробою i величиною п'е-эо&лектрично! поот!йно1, що дозволяв прогнозувати влектротехн!чн. характеристики епоксидних композит!в.

Б. На ochobI отриманих результат1в розроблен! нов! композиц!й-н! матер!али s п1двшценими електро1золяд!йними властивостями як; можуть прадювати в несприятливих кл1матичних уновах (а.е., Ш795Е

7. Розроблено ! впроваджено конструкц!ю багатошарового пол!мб| кого яокриття з нивькими внугр!ш!ми напруженнями, для систеш об1гр!ву парабол!чних антен великого д!аметра, з економ1чним ефвктом 1,5 млн. крб. в ц!нах 1993 року.

Освоений зыДсг диовртацП викладений в 20 роботах основами з якже с:

1. а. с. 1795588 СССР, МКИ В 05 D 3/10; 7/14, 009 DI63/02. Способ получения покрытия /Стухляк П.Д., Шкодзинокий O.K., Коржик В.Н., Мытник Н.М. - Заявлено 19.03.1990.

2. Электроизоляционные свойства композиционных материалов и покрытий на основе епоксидных связующих и проблемы их создания / П.Д.Стухляк, Н.М.Мытник, О.К.Шкодзинский, В.Н.Коркик, Ю.С.Борисов Н.С.Свиридова. - Киев, 1995, - 40 с. - (ГГрепр. / HAH Украины. Ин-1 электросварки им. Е.О.Патона; ИЭС-95-2).

3. Ыеталлополимерше газотермические покрытия: получение и свойства. /Ю.С.Борисов, Н.С. Свиридова, А.З. Скороход, В.Н. Кор-кик, П.Д.Стухляк, А.П.Мурашов, Н.М.Мытник. - Киев, 1995, - 46 с. - (Препр. / HAH Украины. Ин-т электросварки им. Е.О.Патона; ИЭС-95-1).

4. Мытник Н.М. Пьезоэффект в епоксидных оксидосодержащих композитах // Физика и механика композиционных материалов на основе полимеров: Тез. докл. XX юбилейной научн.-техн. конф.-школы. -Гомель. - 1Э91. - С. 48-49.

5 Стухляк Н.Д., Мытник Н.М. Особенности создания композиционных полимерных материалов электротехнического назначения // Применение композиционных материалов ' в народном хозяйстве: Тез.

докл. научн.-техн. конф. Солигорск, 1992. - С. 7-8.

6. Стухляк П.Д., Мытник Н.М., Ярема И.Т. Методы регулирования тепло-, электротехнических свойств и формирование покрытий из эпоксидных композитов // Конструирование и производство изделий из полимерных и металлических композиционных материалов (Евпатория, 1993): Тез. докл. конф., Киев, 1993. - С. 62-63.

АННОТАЦИЯ

Мытник Н.М. Разработка эпоксидных композиционных материалов электротехнического и теплофизического назначения для узлов антенной техники.

Диссертация на соискание учЗной степени кандидата технических наук по специальности - 05.02.01 - материаловедение в машиностроении (рукопись).

Физико-механический ин-т HAH Украины, Львов 1995.

Исследовано влияние физико-химического взаимодействия на границе раздела фаз на электро- и тешгофнзические характеристики композитов, при введении в эпоксидную матрицу дисперсных наполнителей с различной активностью.

Установлено повышение электро- и теплофизических характеристик в 2-6 раз при оптимальном содержании в полимерной матрице аэросила, 7-аминопропилаэросила, Cr20j и A120j. Разработаны композиты устойчивые к климатическим воздействиям и 7-облучению. Сконструированы материалы и покрытия для систем обогрева параболических антенн. Предложена методика прогнозирования электротехнических свойств при помощи лазерного ударного воздействия.

ABSTRACT

Mytnyk M.M. The working out of epoxy composite materials of electrical and therrooflslcal purpose for aerial technique nodes.

Thesis for A Candidate's Degree (Engineering) In Specialities 05.02.01 - materials science In mechanical engineering (manuscript).

Phlslko-Mechanlcal Institute of the National Academy of Science of Ukraine, Lviv, 1995.

The influence of physical and chamlcal Interaction on the boandary of a phase division for electric and thermophyslcal characteristics of composites at the injection of dispersion fillers with a different activity in the epoxy matrix is investigated.

The rasing in 2-6 times of elecrical and thermofisical characteristics in the optimum content of aerosil, garam-aminopropilae-rosil, Cr203 and A1203 in polymer matrix Is determined.

Composites resistant to climatic influence and gamma-ray-ra-dlation are worked out. Materials and coating for heating systems of paraboloids are created. The prediction method of electrotec-nical properties using laser impact influence Is proposed.

Клвчов! слова:

епокоидн! композита, ф1зико-х!м1чна взаемод1я, електрична м1ц-н1сть, д1електричн! втрати, теплопров1дн1сть, межа под!лу фаз, шкриття, наповнювач.