термостабилизирующий материал разового действия
Классы МПК: | C09K5/02 материалы, при использовании которых происходит изменение физического состояния |
Автор(ы): | Данилин Вадим Николаевич (RU), Шабалина Светлана Григорьевна (RU), Смирнова Лариса Сергеевна (RU), Данилин Дмитрий Вадимович (RU), Пышная Лидия Федоровна (RU), Долесов Алексей Григорьевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-09-08 публикация патента:
10.01.2010 |
Изобретение направлено на получение термостабилизирующего материала разового действия, включающего в качестве активного компонента с эндотермическим эффектом воду, в качестве связующего - полиакриловую кислоту и глину при следующем соотношении компонентов, масс.%: глина 15-50; полиакриловая кислота (ПАК) 2-3; вода - остальное; верхняя поверхность термостабилизирующего материала разового действия дополнительно содержит последовательные слои аэросила и герметика при следующем соотношении, в мм: аэросил 0,2-1; герметик 0,4-1. Изобретение обеспечивает в течение длительного времени поддержание температуры до 150°С элементов электронной аппаратуры, например модуля памяти бортового регистратора полетной информации, от теплового воздействия низкотемпературного (260°С) пламени и предотвращает дегидратацию при длительном хранении. 2 табл.
Формула изобретения
Термостабилизирующий материал разового действия, включающий активный компонент с эндотермическим эффектом, отличающийся тем, что в качестве активного компонента содержит воду, а в качестве связующего полиакриловую кислоту и глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глина | 15-50 |
Полиакриловая кислота (ПАК) | 2-3 |
Вода | Остальное, |
верхняя поверхность термостабилизирующего материала разового действия дополнительно содержит последовательные слои аэросила и герметика при следующем соотношении, мм:
Аэросил | 0,2-1 |
Герметик | 0,4-1 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к материалам, применяемым для создания тепловой защиты элементов электронной аппаратуры, и может быть использовано в электронной технике для термозащиты при длительном термовоздействиии.
Известен теплоаккмулирующий материал разового действия (а.с. 1717614, бюл. № 9, 07.03.1992 г.) на основе вещества с эндотермическим эффектом разложения полиформальдегида и полимерного связующего эпоксидной смолы.
Недостатком этого материала является быстрое разложение, выделение токсичных веществ и термодеструкция связующего.
Наиболее близким к предлагаемому является материал по патенту РФ № 2141368 бюл. № 32, 20.11.99, содержащий полимерное связующее - эпоксидную смолу и активный наполнитель кристаллогидрат - алюмокалиевые или алюмоаммонийные квасцы.
Недостатком указанного материала является то, что компонент квасцов - кристаллизационная вода - содержится в небольшом количестве. В алюмокалиевых квасцах содержится 45,5% воды, а в алюмоаммонийных квасцах - 48% воды. В связи с этим эндотермический эффект материала и длительность поддержания режима термостабилизации малы.
Техническим результатом изобретения является получение термостабилизирующего материала, обеспечивающего в течение длительного времени поддержание температуры до 150°С элементов электронной аппаратуры теплового воздействия низкотемпературного (260°С) пламени и предотвращения дегидратации при длительном хранении.
Технический результат достигается тем, что термостабилизирующий, материал разового действия, включающий в качестве активного компонента с эндотермическим эффектом воду, в качестве связующего - полиакриловую кислоту и глину при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Глина | 15-50 |
Полиакриловая кислот (ПАК) | 2-3 |
Вода | остальное, |
верхняя поверхность термостабилизирующего материала разового действия дополнительно содержит последовательные слои аэросила и герметика при следующем соотношении, в мм:
аэросил | 0,2-1 |
герметик | 0,4-1. |
Экспериментально установлено, что использование в качестве связующего глины, создающей стойкую к термическому воздействию структуру, обеспечивает длительное поддержание температуры до 150°С электронного модуля, помещенного в предлагаемый термостатирующий материал при воздействии низкотемпературного (260°С) пламени за счет дегидратации введенной с полиакриловой кислотой воды. Для предотвращения дегидратации при длительном хранении термостабилизирующего материала разового действия на верхнюю поверхность наносят последовательно слои аэросила и герметика.
Основной эффект термостабилизации создается за счет высокой теплоемкости воды, которая поглощает большое количества тепла при нагревании, а так же за счет теплового эффекта испарения воды. Полиакриловая кислота выполняет роль загустителя.
Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, позволяет достичь желаемого технического результата.
В табл.1 приведены физико-химические характеристики компонентов термостабилизирующего материала разового действия.
Термостабилизирующий материал разового действия готовят следующим образом.
Таблица 1. | ||||
Наименование вещества | Температура плавления, °С | Температура дегидратации, °С | Тепловой эффект дегидратации, Дж/г | Воздействие температуры |
Глина | 100 | Устойчивая структура | ||
Вода(Н2О) | 0 | 100 | 2440 | |
Полиакриловая кислота (ПАК) в сухом состоянии белый порошок | Температура стеклования 106°С при нагревании выше 250°С происходит декарбоксилирование и сшивка | 100 | ||
Аэросил А-300, диоксид кремния, белый порошок рыхлой структуры, удельная поверхность 300 м2/г | 1610 | |||
Герметик компаунд КЛТ-30 однокомпонентный, плотность 1,115 | Температурный режим эксплуатации от -60 до 300°С |
Пример 1. Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают 15 г глины и вводят 85 г предварительно приготовленного гидрогеля, содержащего 3 г ПАК и 82 г воды. В результате перемешивания образуется паста. Полученной смесью заполняют термостойкий контейнер, в центре которого расположен модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на поверхность наносят слой аэросила 0.5 мм и герметика 0,4 мм.
Пример 2. Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают 30 г глины и вводят 70 г предварительно приготовленного гидрогеля, содержащего 3 г ПАК и 67 г воды. В результате перемешивания образуется паста. Полученной смесью заполняют термостойкий контейнер, в центре которого расположен модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на поверхность наносят слой аэросила 0.5 мм и герметика 0,4 мм.
Пример 3. Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают 50 г глины и вводят 50 г предварительно приготовленного гидрогеля, содержащего 3 г ПАК и 47 г воды. В результате перемешивания образуется паста. Полученной смесью заполняют термостойкий контейнер, в центре которого расположен модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на поверхность наносят слой аэросила 0.5 мм и герметика 0,4 мм.
Пример 4. Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают 30 г глины и вводят 85 г предварительно приготовленного гидрогеля, содержащего 2 г ПАК и 83 г воды. В результате перемешивания образуется паста. Полученной смесью заполняют термостойкий контейнер, в центре которого расположен модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на поверхность наносят слой аэросила 0.5 мм и герметика 0,4 мм.
Пример 5. Для приготовления 100 г материала на технических весах взвешивают 30 г глины и вводят 85 г предварительно приготовленного гидрогеля, содержащего 5 г ПАК и 80 г воды. В результате перемешивания образуется паста. Полученной смесью заполняют термостойкий контейнер, в центре которого расположен модуль памяти с термопарой в качестве датчика температуры. Затем на поверхность наносят слой аэросила 0.5 мм и герметика 0,4 мм.
Результаты испытаний приведены в табл.2.
Определение тепловых эффектов
Определение тепловых эффектов проводилось на приборе дериватограф фирмы "Паулик, Паулик и Эрдей" методом сравнения площадей, ограниченных показаниями кривой дифференциальной термопары для образца и эталона. В качестве эталона брался бикарбонат натрия, тепловой эффект которого равен 765 Дж/г.
Определение длительности термостабилизации материалов.
Определение термической стойкости проводилось помещением образцов в термостат при температуре 260°С. Температура контролировалась ХА термопарой в качестве датчика и регистрирующего прибора Н 307/1.
Приведенный в табл.2 образец № 2 является оптимальным: количество глины достаточно для образования устойчивой структуры и в то же время содержание активного компонента - воды - достаточно для обеспечения длительной термостабилизации. В образце № 1 большое количество активного компонента - воды, однако мало структурообразователя - глины. Поэтому тепловой эффект достаточно велик, но не образуется устойчивая структура. В образце № 3 глины достаточно для образования устойчивой структуры, но при этом мало содержание активного вещества - воды, поэтому время термостабилизации меньше оптимального. В образце № 4 слишком маленькое содержание полиакриловая кислоты, структура образца не обладает достаточной прочностью и не образует устойчивую форму после нагрева. Образец № 5 не обладает достаточным временем термостабилизации из-за большого количества комплексного загустителя.
Таблица 2 | ||||
№ пп | Состав, масс.% | Эндотермический эффект, Дж/г | Время поддержания температуры, часы и минуты | Состояние образца после испытаний |
1 | Глина - 15 Полиакриловая кислота (ПАК) - 3 Вода - остальное Аэросил - 0,5 мм Герметик - 0,4 мм | 3594 | 3 ч 20 мин | рыхлая твердообразная структура |
2 | Глина - 30 Полиакриловая кислота (ПАК) - 3 Вода - остальное Аэросил - 0,5 мм Герметик - 0,4 мм | 1530 | 3 ч 5 мин | Устойчивая форма |
3 | Глина - 50 Полиакриловая кислота (ПАК) - 3 Вода - остальное Аэросил - 0,5 мм Герметик - 0,4 мм | 1365 | 1 ч 50 мин | Устойчивая форма |
4 | Глина - 30 Полиакриловая кислота (ПАК) - 2 Вода - остальное Аэросил - 0,5 мм Герметик - 0,4 мм | 990 | 1 ч 30 мин | Неустойчивая форма |
5 | Глина - 30 | 1892 | 1 час | Устойчивая |
Полиакриловая кисло- | форма | |||
та (ПАК) - 5 | ||||
Вода - остальное | ||||
Аэросил - 0,5 мм | ||||
Герметик - 0,4 мм |
Класс C09K5/02 материалы, при использовании которых происходит изменение физического состояния