Исследование физико-химических свойств электроизоляционного лака на основе полиорганосилоксана

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1.  Физико-химические свойства олигомеров, состоящих из Q- и M - структурных звеньев

Глава 2. Механизм действия QM-силоксанов в полиорганосилоксанах

Глава 3.  Исследование новых структурирующих агентов полимеров и полимерных композиций

Глава 4. Выбор основы и модифицирующих компонентов кремнийорганических композиций

4.1.  Разработка рецептуры лаковых композиций и клеев на основе полиорганосилоксанов

4.2. Исследование электроизоляционных, физико-механических свойств полиорганосилоксановых лаковых композиций

4.3. Влияние QM-смол на физико-механические характеристики кремнийорганических эластомеров

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Для изделий оборонной техники, ранее, существовала широкая номенклатура защитных материалов, которые по своим свойствам превосходили зарубежные аналоги известных фирм, таких как "Dow Corning" (США), "Toshiba Silicone Corp." (Япония), и имели широкое внедрение в изделиях полупроводниковой промышленности. В настоящее время, многие разработки композиционных материалов поставлены на грань остановки из-за спада производства изделий и прекращения выпуска ряда химических материалов, являющихся исходными компонентами. Наблюдается также интенсивное заполнение отечественного рынка зарубежной продукцией, аналогичной по свойствам и по назначению, таких фирм как "Dow Corning"(США),"MCM Трейдинг"(Объединяющая фирмы "Bauer" (Германия) и "General Electric" (США)).

Применение кремнийорганических композиционных материалов для защиты и герметизации приборов и устройств в электро- и радиотехнике, в электронике, для изготовления волоконно-оптических материалов, изделий медицинского назначения, послужило основанием того, что объектом наших исследований были выбраны силоксаны.

Согласно анализу литературных данных наибольший интерес при создании кремнийорганических композиционных материалов нового поколения представляют олиготриметилсилоксисилоксаны для модификации кремнийорганических смол. В зарубежной литературе такие соединения называют QM-силоксанами. Благодаря своему усиливающему эффекту QM-силоксаны широко используются для улучшения эксплуатационных и прежде всего физико-механических свойств материалов и изделий. Поэтому исследования по созданию новых кремнийорганических композиций, содержащих в качестве модификаторов  QM-смолы, являются актуальными и перспективными.

Термическая и термоокислительная стабильность, низкие значения поверхностного натяжения QM-смол позволило предположить, что кремнийорганические каучуки, модифицированные QM-силиконами, покажут положительные результаты при разработке нового лака, сочетающего свойства кремнийорганического и полиамидного лака по твердости (0,6-1) и температуре отверждения (70-100⁰С).

Глава 1.  Физико-химические свойства олигомеров, состоящих из Q- и M - структурных звеньев

Большое различие в свойствах полиорганослоксанов и диоксида кремния обусловило начатые в ГНИИХТЭОС работы по синтезу олиготриметилсилоксисилоксанов - кремнийорганических соединений нового класса, их отличает специфическая структура молекул, основные цепи которых содержат звенья SiO_4/(Q), в обрамлении же находятся (CH₃)₃SiO_1/2(M)-звенья.

Основные методы получения QM-силоксанов, подробно описанные ранее, включают гидролитическую и гетерофункциональную поликонденсацию кремнийорганических мономеров, а также триметилсилилирование кремниевых кислот и силикатов. Работы последних лет были посвящены, в основном, совершенствованию этих процессов с целью получения конечных продуктов с заданными свойствами [1, 2].

В наибольшей степени изучены физико-химические свойства олигомеров, состоящих из Q и M структурных звеньев. Эти фрагменты могут быть соединены между собой в различных соотношениях, давая большой набор всевозможных соединений.

Если тетраксис-(триметилсилокси)-силан (QM₄)представляет собой жидкость, замерзающую при -60⁰С, то другие члены гомологического ряда Q_nM_2n+2 уже при комнатной температуре - твердые продукты.

В отличие от a,w-гексакистриметилсилоксиолигодиметилсилоксанов линейной структуры (полиметилсилоксанов - ПМС) продукты триметилсилилирования этиловых эфиров ортокремниевой кислоты не кристализуются и обладают низкими температурами стеклования (до -149⁰С)[3].

С ростом звеньев Q в триметилсилилированных силоксанах плотность, показатель преломления и вязкость увеличиваются, а коэффицент объемного расширения уменьшается.

По сравнению с ПМС триметилсилилированные этилсиликаты имеют более низкие значения и более высокие энергии активации вязкого течения.

QМ-силоксаны имеют более высокую термическую и термоокислительную стабильность, чем диметилсилоксаны. Кроме того, введение олиготриметилсилоксисилоксанов в состав линейных диметилсилоксанов оказывает термостабилизирующее действие, что уменьшает деполимеризацию последних.

Известно, что диметилсилоксаны линейной структуры, несмотря на низкие температуры стеклования (-123⁰), проявляют склонность к кристаллизации уже при -25⁰С. Введение же некристаллизирующихся QМ - олигомеров в диметилсилоксаны с концевыми гидрокси- и триметилсилилильными звеньями в количестве 50% и выше позволяет полностью устранить кристаллизацию последних при низких температурах. Помимо этого было установлено, что с помощью триметилсилилированных силоксанов можно регулировать вязкость олиго- и полиметилсилоксанов.

Кроме того, было обнаружено, что у полидиметилсилоксана, модифицированного QM-олигомерами, в отличие от полидиметилсилоксанов, наполненных высокодисперсными кремнеземными наполнителями, в момент действия повышенных температур механические характеристики не ухудшаются.

В результате проведенных исследований была показана принципиальная возможность повышения качества серийно выпускаемых кремнийорганических продуктов с одновременным расширением температурного интервала их использования путем их модификации олигоорганосилоксанами, содержащими структурные фрагменты диоксида кремния. Были разработаны оптимальные рецептуры и методы получения ряда QM-силоксанов и опробована технология их получения в опытно-промышленных условиях. На основе QM-силоксанов был разработан и внедрен в народное хозяйство ряд композиционных материалов.

Глава 2. Механизм действия QM-силоксанов в

полиорганосилоксанах

Большое разнообразие кремнийорганических композиций с участием QM-силоксанов не позволяет пока однозначно определить их роль или механизм действия в том или ином случае. Не менее трудно установить связь между качеством материалов с участием QM-олигомеров и химическим составом и структурой последних.[4].

Но мы считаем, что исследования вышеуказанных связей являются актуальными и перспективными, т.к. они создадут фундамент, который позволит создать широкий ассортимент герметиков, компаундов, клеев, покрытий и других композиций на основе низкомолекулярных полиорганосилоксановых каучуков.

Попытки разобраться в названных выше вопросах носят единичный характер. Например, Коплей [5] установил, что смеси QM-силоксанов и высокомолекулярных силоксановых каучуков образуют двухфазную систему, причем, непрерывная фаза обогащена каучуком, а дискретная - смолой. Эти две фазы, по мнению автора, взаимодействуют между собой за счет ковалентных связей по поверхности раздела. Такая структура образует составы с уникальными реологическими характеристиками.

Усиливающее действие QM-силоксанов в композициях на основе жидких ПДМС связывается в работах Молчанова Б.В. и др.[1] с их влиянием на межмолекулярные взаимодействия, мерой которого, по мнению авторов, служит энергия активации вязкого течения. Так, у жидкого полидиметилсилоксанового каучука с пониженным молекулярным взаимодействием, за счет экранирования полярных силоксановых групп (неполярными метильными радикалами) энергия активации вязкого течения составляет 3,8 ккал/моль. Поэтому полидиметилсилоксановые каучуки, несмотря на высокие технологические характеристики, уступают органическим полимерам общего назначения по механическим свойствам. Введение в ПДМС QM-олигомеров с энергией активации вязкого течения, равной 33 ккал/моль, позволяет получить вулканизаты, прочность которых превышает прочность вулканизатов исходного каучука больше, чем на порядок.

Иногда для понимания роли QM-смол в кремнийорганических композициях проводят аналогично со смесями органических каучуков и низкомолекулярных углеводородных смол [1, 10, 15].

Глава 3.  Исследование новых структурирующих агентов полимеров и полимерных композиций

Сотрудниками ГНИИХТЭОС проведены работы по синтезу полиметилдемитилсилоксанового олигомера (продукт в зарубежной литературе называют QМ – смолами), обладающего достаточно высокой молекулярной массой (по сравнению с ТЭС) и не высокой функциональностью (по сравнению с К-101). Этот продукт используется в качестве структурирующего агента при холодной вулканизации жидких кремнийорганических полимеров. В процессе эксплуатации для полимерных материалов важна не столько высокая прочность сама по себе, сколько сочетание оптимальной упругости и способности рассеивать энергию при пластической деформации. Поэтому, целесообразно проводить изучение изменения физико-механических свойств композиций путем измерения энергии разрушения стандартных образцов при растяжении (dS). QМ – силоксаны (продукт МКС) представляет собой кремнийорганическое полифункциональное соединение состава:

[CH₃ SiO_1,5]_m[(CH₃)₂ SiO]_n

где m ³ 18, n ³ 9, содержащие до 1,5% оксигрупп и до 2% алкоксигрупп

При совместной вулканизации полиметисилоксан - a, w -диола (СКТН) с МКС удается повысить физико-механические свойства до следующих величин:

-   относительное удлинение при разрыве           210 – 310%

-   предел прочности при разрыве                         10 – 12 кгс/см²

-   твердость по ТИР                                               18 – 20

-   работа разрушения                                             38 – 56 кДж

По изменению работы разрушения физико-механические свойства вулканизатов повышаются по сравнению с композициями, в которых использовался в качестве структурирующего агента ТЭС в 6 раз, а олигометоксисилан – в 2 – 3 раза. Это является качественным подтверждением изменения структуры полимерной сетки.

Изучено влияние количества МКС на изменение физико-механических свойств вулканизатов. На рис.1. показано изменение работы разрушения вулканизата при нормальной температуре и после прогрева до 150⁰С в течение 100 часов. Оптимальное количество МКС на 100г СКТН  составляет 40 – 75 г [6-9].

Так же, изучено влияние общей функциональности, использующихся при синтезе продуктов (мономеров), и типа алкоксигрупп (метокси-,  этокси-, бутокси-, и некоторые другие) при применении в продукте МКС на физико-механические свойства вулканизатов на основе СКТН с оптимальным количеством МКС.

Как видно из рисунка 2. оптимальная функциональность, используемых при синтезе МКС мономеров, должна составлять 2,3 – 2,4.

Вулканизация полидиметилсилоксана  - a, w -диола (СКТН) продуктом МКС в присутствии ДЭДКО является довольно длительным процессом, поэтому для ускорения этого процесса по литературным данным, используются ТЭС и продукт К-101. Использование продукта К-101 позволяет ускорить процесс вулканизации и дополнительно увеличить прочностные свойства, сохранив при этом эластичность вулканизатов.

В таблице 1 показано влияние различных ингредиентов на физико-механические свойства вулканизатов на основе полиметилсилоксан - a, w -диола, отвержденного ТЭС, продуктами К-101 и МКС, в присутствии ДЭДКО.

Рис. 1. Влияние количества МКС на физико-механические свойства

кремнийорганических композиций:

1 – при 20⁰С;

2 – после воздействия 150⁰С в течение 100 часов.

Рис. 2. Влияние функциональности МКС на физико-механические

свойства композиций на основе СКТН:

1 – при 20⁰С;

2 – после воздействия 150⁰С в течение 100 часов.

Таблица 1.

ВЛИЯНИЕ КОЛИЧЕСТВА МКС НА ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВУЛКАНИЗАТОВ

№	Компоненты	Кол-во в г на 100г СКТН	При температуре 200С			После воздействия 1500С в течение 100 часов
			Е, %	a, кгс/см2	dS, кДж	Е, %	a, кгс/см2	dS, кДж
1	ТЭС	2,5	120-250	2-4	3,7-15,5	хрупкие
2	К-101	40	87	22,7	30,3	хрупкие
3	МКС	40	170	30-34	77,5-95	100	41-45	62-76
4	МКС	50	180-200	40-44	110-140	112	49	85
5	МКС	66,6	160	37	98	130-160	48-58	96-144
6	МКС	75	200-220	39	135	90-100	56-58	80-90
7	МКС(2,4)	66,6	220	39,5	136	180	48	133
8	МКС К-101	66,6 4,0	320	37,5	186	180	48	133
9	МКС К-101	66,6 7,5	112	39	67	45	47	33
10	МКС К-101 TiO2	66,6 4,0 30,0	260-280	23-32	93-140	180-200	40-45	112-143
11	МКС К-101 SiO2	66,6 4,0 20,0	600	18	130	520-580	25-30	220-250

Таблица 2.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИЙ С НОВЫМ СТРУКТУРИРУЮЩИМ АГЕНТОМ (QM-СИЛОКСАН)

Условия испытания	Относительное удлинение при разрыве, %	Предел прочности при разрыве, кгс/см2	Работа разрушения образца, кДж	Прочность на отрыв, кгс/см2
При 20 0С	280-320	23-32	100-150	42-47
В момент действия +80 0С	300	23-27	110-130	-
В момент действия -60 0С	180	32	100	-

В таблице 2 показано влияние положительной (+80⁰С) и отрицательной (-60⁰С) температур на физико-механические свойства вулканизатов, содержащих в своем составе МКС.

Как видно из таблицы 2, вулканизаты на основе СКТН, отвержденные МКС, в диапазоне температур от –60⁰С до +80⁰С, практически сохраняют свои свойства без изменения. Этот факт может служить подтверждением, что в процессе вулканизации СКТН продуктом МКС образуется более регулярная трехмерная структура, чем при вулканизации ТЭС и продуктом К-101.

Таким образом, применение нового структурирующего агента QМ – силоксана – позволяет получать жидкотекучие в исходном состоянии композиции, обладающие в вулканизованном состоянии прозрачностью, высокой прочностью и эластичностью. На основе СКТН, модифицированного QМ – силоксанами (полиметилдиметилсилоксановый олигомер), можно получать жидкотекучие композиции, по физико-механическим свойствам не уступающих композициям, содержащих различные минеральные наполнители, и превосходящие при этом в 5 – 10 раз по механическим свойствам ранее известные жидкотекучие кремнйорганические составы.

Глава 4. Выбор основы и модифицирующих компонентов кремнийорганических композиций

Низкомолекулярные каучуки представляют собой жидкие полимеры различной вязкости, не содержащие растворителей и отверждающиеся при комнатной температуре после введения в них соответствующих полифункциональных регентов. Свои ценные технические свойства, главным образом, эластические, жидкие каучуки приобретают в диапазоне определенных молекулярных масс (15000 - 80000). Так как вулканизация жидких каучуков протекает по концевым группам, то величина молекулярной массы определяет разветвленность вулканизационной сетки, а следовательно свойства материала.

Объектом нашего исследования являлись органосилоксановые эластомерные композиции, разработанные на основе линейных низкомолекулярных кремнийорганических каучуков и полициклических органосилоксановых QM - смол.

Цель работы - изучение роли молекулярно-структурных факторов полициклических органосилоксанов, как модифицирующих компонентов, на физико-механические свойства эластомеров на основе низкомолекулярных диорганосилоксановых каучуков (СКТН-Б) и установление основных закономерностей, а также разработка заливочного кремнийорганического компаунда для герметизации изделий электронной техники.

Модуль упругости (Е), как интегральная характеристика упругой деформации, является важным критерием при создании материалов с заданным комплексом физико-механических свойств [10, 16].

Большое влияние на модуль упругости эластомерных композиций оказывают органосилоксановые QM-смолы. Причем модифицирующее действие оказывает не только их количественное содержание, но и структурный состав, обусловленный преимущественным соотношением исходных мономерных

R₃ SiO_0,5 -  (M)  и SiO₂ - (Q) - звеньев.

В публикациях [10-15] в качестве модификаторов QM- смолы, содержащие звенья SiO₂(CH₃)₃SiO_0,5,CH₂ =CH(CН₃)₂ SiO_0,5;[PhSiO_0,5][(CН₃)₂ SiO_0,5] SiO_2.

В качестве основы полимерного компаундов возможно использование низкомолекулярного кремнийорганического каучука СКТН-Б. Для повышения прочностных характеристик, аналогично выше приведенной рецептуре, предлагается использовать QM-смолы, со звеньями CH₃=CH(CH₃)₂ SiO₂. При введении QM - силоксана в композицию, содержащую винильные и гидридные группы, получаются вулканизаты с прочностью на разрыв 7,1 МПа при относительном удлинении 220%. Широко используют QM-смолы для повышения адгезии к субстратам. Различаясь молекулярной массой и составом звеньев цепи, QM - силоксаны могут одновременно выполнять несколько функций:

 -  регулировать вязкость клея;

 - расширять диапазон рабочих температур от -140⁰до 300⁰С;

 - увеличивать плотность, показатель преломления;

 - снижать коэффициент объемного расширения.

Важную роль в составе кремнийорганических компаундов играют пластификаторы - вещество, способствующее изменению вязкости, увеличивающее гибкость молекул полимера.  Применение пластификаторов приводит к изменению механической и адгезионной прочности, морозостойкости, снижению внутренних напряжений. В качестве пластификаторов используются опытные образцы полиметилсилоксановых жидкостей.

В качестве ингибиторов отверждения предлагается использовать кремнийорганические диолы, а в качестве катализаторов отверждения оловоорганические соединения - соль этилгексановой кислоты (октоат олова), а также винилоксим (119-54).

4.1.  Разработка рецептуры лаковых композиций и клеев на основе полиорганосилоксанов

Учитывая литературные данные [11-15], содержание QM – смол в компаунде варьируется в пределах  25 ÷ 38% от массы связующего. Во все композиции вводится активный разбавитель в количестве 43-50% от массы связующего. Составы разработанных композиций приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Составы кремнийорганических компаундов

№	Состав,мас.ч.
	СКТН-Г	ЭК-1	131-184	КТГЭ	МКС-2-0	Октоат олова	Октоат олова: винилоксим	НД-8	ДФСД в ЭС-1	ПМС
1	33,3	16,7	-	-	50	1	-	-	2	-
2	25	25	-	-	50	1	-	-	2	-
3	16,7	33,3	-	-	50	1	-	-	-	-
4	16,7	33,3	-	-	50	2	-	-	-
5	19	38	-	-	43	2	-	-	-	-
6	33,3	-	16.7	-	50	1	-	4	-	-
7	33,3	-	16,7	-	50	1	-	-	2	-
8	33,3	-	16,7	-	50	-	1:1:1	-	2	-
9	33,3	-	16,7	10	50	1	-	5	-	-
10	47,5	-	-	2,5	50	1	-	4	-	-
11	43,5	-	-	6,5	50	1	-	4	-	-
12	43,5	-	-	6,5	50	1	-	6	-	-
13	43,5	-	-	6,5	50	1	-	-	2	-

При разработке рецептуры композиции, в качестве контролируемых параметров, были выбраны жизнеспособность, предел прочности при разрыве и относительное удлинение образцов.

Жизнеспособность характеризуется временем, в течение которого композиция сохраняет свои технологические свойства.

Прочность при разрыве и относительное удлинение определяли по ГОСТ 14236 -81.

Температура отверждения композиций составляет 150⁰С.

4.2. Исследование электроизоляционных, физико-механических свойств полиорганосилоксановых лаковых композиций

Результаты исследования физико-механических и диэлектрических характеристик  композиций, изготовленных разным способом и с применением различных катализаторов приведены в таблице 4. Для сравнения приведены характеристики лака ЭКТ-аналога исследуемого материала.

Таблица 4

Физико-механические свойства композиций, содержащих смолу МФК

№	Наименование характеристик	Показатели
		Лак ЭКТ	МФК в растворе		МФК в сухом виде
			ТБС	119-54	ТБС	119-54
1	Условная прочность при  растяжении, МПа	3,3	3,0	4,5	4,0	4,9
2	Относительное удлинение, %	202	200	310	220	220
3	Твердость по маятниковому прибору у.е.	0,4	0,31	0,28	0,3	0,38
4	Тангенс угла диэлектрических потерь на 106 Гц при 20°С	1,4.10-3	2.10-3	1,3.10-3	2.10-3	1,3.10-3
5	Диэлектрическая прони­цаемость на 10 Гц при 20°С	3,2	3,0	2,9	3,0	3,0
6	Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом•см	9.I015	I.IO15	7.1015	5.I015	I.I016
7	Электрическая прочность,  кВ/мин	52-58	45	50	47	50-56

Как видно из таблицы 4 композиции, содержащие смолу МФК, имеют повышенную прочность и более высокую эластичность, чем аналог (лак "ЭКТ").

Метод введения смолы в композицию влияет на значения термомеханических параметров: они выше при введении смолы в композицию в сухом виде.

При использовании для отверждения продукта 119-54, получены более высокие значения диэлектрических и механических характеристик.

Значения твердости получены несколько меньше, чем у лака ЭКТ.

Методом термогравиметрического анализа (ТГА) исследовано влияние смолы QM-МФК на термостойкость отвержденных лаковых пленок. Дериватограммы образцов снимали в интервале от 20 до 400⁰С со скоростью температуры 5⁰С/ мин. (рис. 3.). Как видно из рис. 3. потери в массе 3% наблюдаются у обоих образцов при температурах выше 350⁰С, причем они несколько выше у композиции, содержащей МФК. Однако, анализ дифференциальных кривых потерь массы показывает, что пленки на основе чистого каучука "Лестосил" имеют намного больший пик дифференциальных потерь при температуре 380⁰С, чем композиция «Летосил» + МФК, т.е. можно предположить, что при длительном термостарении последняя композиция покажет лучшие результаты.

Увеличение количества смолы МФК в композиции до 20% к сухому остатку приводит к увеличению твердости до 0,4.

Одновременно сильно увеличивается условная прочность до 6,0 МПа, при сохранении высокой эластичности - 120%.

температура, ^оС

Рис. 3. Данные ТГА кремнийорганических композиций

1-     «Лестосил»;

2-     «Лестосил» + МФК

Физико-механические свойства разработанной композиции лака "ЭКП", в сравнении со свойствами отечественных и зарубежных кремнийорганических лаков приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Свойства отечественных кремнийорганических лаков  в сравнении с зарубежными аналогами и исследуемой композицией лака (ЭКП”)

№	Наименование параметров	Значения параметров
		Лак ЭКТ (отеч.)	ПАИ-М (отеч.)	DCR-4-3117 («Dow Corning»)	IR-500 NITO (Jap.)	Лак ЭКП
						Комп.А АКМ 9-100%	Комп.А АКМ 5+Со	Комп.А АКМ 9-25%
1	Удельное объемное электрическое сопротив., rv,Ом•см при 20оС после воздействия отн.влажн. 98% в течение 56 сут.	1.1016 7.1015	1.1015 1.1014	1.1015 5.1015	4.1016	2.1016 >1015	9.1015 >1015	1.1016 >1015
2	Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 10 6 Гц -при 20оС -после воздействия отн. влажн. 98% в течение 56 сут.	1.210-3 5.10-3	2.10-2 3.10-3	1.810-3 2.810-3	4.10-3	2.10-3 3.10-3	1.510-3 2.710-3	1.310-3 3.10-3
3	Диэлектрическая проницаемость на 106 Гц -при 20оС -после воздействия отн. влажн. 98% в течение 56 сут.	3,3 3,5	4,0 4,5	2,7 2,7	3,3	2,8	2,6	3,0
4	Условная прочность при растяж., МПа, 20оС	3	110	2,0	112,3	5,7	6,6	5,0
5	Относительное удлинение при разрыве,%, 20оС	180	2-6	28	9,7	120	203	277
6	Твердость лаковой пленки (по маятн. прибору)	0,4	0,62	-	-	0,67	0,52	0,63
7	Режим отверждения, оС/ч	70/5	150/1 200/1	20/18 20-150/1-2	150/1 200/18	25/1-3 100/5	25/1-3 100/5	25/1-3 100/5
8	Диапазон раб. темпер., оС	-65¸250	-60¸200	- 65¸200	-60¸200	-70¸200	-70¸200	-70¸200

Исследование свойств кремнийорганических лаковых композиций проводили в нормальных климатических условиях (температура 25±10⁰С, относительная влажность воздуха 45-80%, температуры (40±2)⁰С и влажности (95±3)% и выдержки образцов при высоких температурах (200-300)⁰С по ГОСТ 16962-71, методы 201-1, 203-1, 205-1, 206-1, 207-2, 208-2, 215-1.

Условная прочность при разрыве и относительное удлинение определяли по ГОСТ 14235-81.

Предел прочности при сдвиге компаунда с алюминиевой подложкой определяли по ГОСТ 14759-69 на пяти образцах.

Удельное объемное электрическое сопротивление определяли по ГОСТ 6433.2-71 при постоянном напряжении (100±5)В. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 10 Гц определяли по ГОСТ 2232-77. Электрическую прочность определяли по ГОСТ 6433.2-71.

Результаты испытаний опытных образцов композиций приводятся в таблицах 6. и 7.

Как следует из данных таблицы 6, разрабатываемая композиция имеет повышенные прочностные характеристики и высокие электроизоляционные свойства при испытаниях в нормальных климатических условиях.

Данные таблицы 7. свидетельствуют о высокостойкости лаковой композиции к воздействию различных климатических факторов. Несомненно, это важное достоинство, в плане повышения надежности изделий.

Таблица 6.

Физико-механические свойства лаковых композиций

№	Наименование показателей и единицы измерения	Фактические данные
1	Прочность при разрыве, МПа	5,0
2	Относительное удлинение при разрыве,%	168
3	Предел прочности при сдвиге с алюминиевой подложкой, МПа -          при температуре (20±10)°С -          после выдержки при температуре: 200°С – 1000ч. 300°С – 10ч. -          после выдержки при повышенной влажности воздуха (95±3)% при температуре (40±2)°С в течение 48 ч. 100 ч. -          устойчивость к термоциклам от -60°С до 85° в количестве 10 циклов (по 0,5 ч. цикл)	1,0 1,1 1,2 1,0 0,9
4	Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 10 Гц		2,10
5	Удельное объемное электрическое сопротивление (r), Ом.·см		1,10
6	Электрическая прочность (Е ), кВ/мм		25
7	Диапазон рабочих температур,°С		-75¸+200

Таблица 7.

Электроизоляционные характеристики кремнийорганической лаковой композиции после воздействия климатических факторов

№	Условия проведения климатических испытаний	Параметры
		tgd при частоте 106 Гц	Е (кВ/мм)	r(Ом.см)
1	Термостарение 200°С – 1000 ч. 250°С – 100 ч. 300°С – 10 ч.	2.10 2,5.10 4,5.10	28 28,7 28	1.10 1,1.10 1,4.10
2	Повышенная влажность воздуха (95±3)%, температура (40±2)°С в течение 48 ч. 500 ч.	2,8.10 4,2.10	28,3 20,1	2,5.10 1,1.10
3	Устойчивость к термоциклам от -60°С до +85°С, в количестве 10 циклов (по 0,5ч цикл)	3.10	25	1.10

4.3. Влияние QM-смол на физико-механические характеристики

кремнийорганических эластомеров

С целью снижения температуры отверждения по реакции полиприсоединения, кремнийорганические лаковые композиции (условно обозначенные как - КТГЭ и ЭК-1) модифицируются QM-силоксанами, содержащие звенья SiO₂(CH₃)₃Si_0,5 (КТГЭ) и CH₂=CH(CH₃)₂SiO_0,5(ЭК-1). Температура отверждения при этом понижается до 75⁰С. Для композиции на основе блоксополимера "Лестосил", содержащего 25 мас.частей QM-смолы, имеющей состав: [(CH₃)₃Si_0,5]-M, [C₆H₅SiO_1,5] –Ф, SiO₂- Q, температура отверждения составляла 120⁰С.

Составы лаковых композиций, содержащих в качестве модификаторов QM-силоксаны – КТГЭ и ЭК-1 и значения их жизнеспособности приведены в таблице 8 и 9.

Таблица 8.

Состав лаковых композиций, с использованием в качестве модификатора

QM-смолы -КТГЭ

Состав основы	Количество компонентов (м.ч. на 100 мас.частей композиции)	Жизнеспособность, мин.
1. СКТН "Б"; КТГЭ; МКС - 2 - 0 Октоат олова	25 4 29 2,2	25
2. СКТН "Б";; КТГЭ; МКС - 2 - 0 Октоат олова	25 7,5 32,5 2,8	35
3. СКТН "Б"; КТГЭ; МКС - 2 - 0 Октоат олова	25 12,5 37,5 3,2	40

Таблица 9.

Состав лаковых композиций, с использованием в качестве

модификатора QM – смолы – ЭК-1

Состав основы	Количество компонентов (м.ч. на 100 мас.частей композиции)	Жизнеспособность, мин.
1. СКТН "Б"; ЭК - 1; МКС - 2 - 0 Октоат олова	25 4 29 2,2	25
2. СКТН "Б"; ЭК - 1; МКС - 2 - 0 Октоат олова	25 7,5 32,5 2,8	35
3. СКТН "Б"; ЭК - 1; МКС - 2 - 0 Октоат олова	25 12,5 37,5 3,2	40

Из данных таблиц 8, 9 следует, что при увеличении содержания QM-cмолы от 4 мас.ч. до 12,5 мас.ч., увеличивается жизнеспособность композиций на основе полидиметилсилоксана. Эти величины соответственно равны 25 мин. и 40 мин.

Для выявления влияния модифицирующей добавки (QM-смолы) на физико-механические свойства композиций определены предел прочности при разрыве (σ_р) и относительное удлинение при растяжении для составленных образцов. На основе полученных данных построены графики зависимости σ_р и ε от состава и количества QM-силоксана, которые представлены на рисунках 4 и 5.

Рис. 4. Зависимость физико-механических свойств кремнийорганической композиции  (модифицированной QM-смолой – КТГЭ) от состава и количества QM-смолы

Рис.5. Зависимость физико-механических свойств кремнийорганической композиции  (модифицированной QM-смолой – ЭК-1) от состава и количества QM-смолы

Из графиков видно, что увеличение содержания модифицирующей добавки (QM-силоксана) в композиции приводит к увеличению условной прочности при разрыве, и относительного удлинения при растяжении. Причем, наиболее высокие значения этих величин получаются при содержании 12,5 % QM-смолы, содержащей звенья SiO₂(CH₃)₃Si_0,5 (КТГЭ), что хорошо согласуется с имеющимися литературными данными. Эти значения составляют: (σ_р)=0,5 Мпа; ε= 75 %.

Таким образом, химическое наполнение линейных низкомолекулярных диметилсилоксановых каучуков полициклическими QM-смолами, позволяет существенно модифицировать кремнийорганические эластомеры в широком диапазоне физико-механических свойств. При этом, количественный состав и характер QM - смолы может, определенным образом, регулировать модуль упругости эластомера, что в свою очередь, позволяет целенаправленно создавать  полимерные композиции с заранее заданными свойствами [10-16].

В заключении можно сказать, что в ходе выполнения курсовой работы, анализа отечественной и зарубежной литературы, нами найдены новые кремнийорганические композиции, содержащие в качестве модификаторов QM-смолы, которые улучшают эксплуатационные и прежде всего физико-механические свойства материалов и изделий.

Композиционные кремнийорганические лаковые материалы на основе полидиметилсилоксана, содержащие новые модифицирующие добавки - QM-силоксаны – могут быть рекомендованы для защиты и герметизации приборов и устройств в электро- и радиотехнике, в электронике, для изготовления волоконно-оптических материалов.

ВЫВОДЫ

1.      Анализ патентных и литературных  данных о свойствах, областях применения и способах получения кремнийорганических лаковых композиций позволил определить основные направления в разработке новых конкурентно-способных материалов для изделий электронной техники.

2.      Химическое наполнение линейных низкомолекулярных диметилсилоксановых каучуков полициклическими QM-смолами, позволяет существенно модифицировать кремнийорганические эластомеры в широком диапазоне физико-механических свойств. Количественный состав и характер QM-смолы позволяет целенаправленно создавать материалы с комплексом заданных свойств.

3.      QM-силоксаны – новый тип структурирующего агента, позволяющего получать жидкотекучие в исходном состоянии композиции, обладающие в вулканизированном состоянии прозрачностью, высокой прочностью и эластичностью.

4.      Оптимальное количество QM-смолы на 100 г полиметилсилоксанового каучука (СКТН-Б) составляет 40-75 г, при этом в процессе вулканизации образуется более регулярная трехмерная сетка.

5.      Органосилоксановые композиции, структурированные QM-смолами, могут быть рекомендованы для герметизации интегральных схем для радио- и электронной техники.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Молчанов Б.В. и др. Органосилоксаны, содержащие в основной цепи структурные фрагменты диоксила кремния. //Обз. инф. Сер. - Элементоорганические соединения и их применение. - М.:НИИТЭХИМ. - 2001

2. Нанумьян С.Р., Алексеева Е.И. Свойства и области применения кремнийорганических композиций ускоренной вулканизации. - М.: НИИТЭХИМ. -2005

3. Олейник Н.В., Северный В.В. Полиорганосилоксаны для терморегулирующих покрытий космических аппаратов. // Тез. док. Всероссийской конференции "Кремнийорганические соединения: синтез, свойства, применение" - М. - 2000

9. Северный В.В., Миносьян Р.М., Макаренко И.А., Бизюков Н.М. Механизм "холодной" вулканизации низкомолекулярных полиорганосилоксановых каучуков. - ВМС. - №6. - Т.А. - 2006. - с.1276 -1281

10. Бритов В.П., Юрханов В.Б., Николаев О.О., Богданов В.В. Изделия из полисилоксана с градиентом свойств. - Каучук и резина. - №6. -2009.- с.8-11

11. Gurrell B.R., Parsonage J.R. - J.Macromol. Sci - Chem. - 2005. - v.A16. - p.141

14. Патент 627136 (Англия). //Пат. США 2857356, 2458944. – 2000.

15. Хорошавина Ю.В., Николаев Г.А., Курлянд С.К. Полиметил-(гексафторалкил)силоксановые каучуки, их получение и теплофизические свойства. // ЖПХ. -  Т. 86. - № 4. - С. 663. - 2013

16. L.A.Miagkova, S.V.Kononova. New composite film complex morphology based on polyimide PM and hybrid MQ-copolymers. // // Book of abstracts 8^th International Symposium "Molecular Order and Mobility in Polymer Systems". – St. Petersburg – Institution of Russian Academy of Sciences, Institute of Macromolecular Compounds RAS. – ISBN 978-5-98340-329-1. – P. 264-266. – 2014.

Студентки 3 курса

Балаевой Мадина Вячеславовна

Научный руководитель:

Чигорина Татьяна Михайловна

кандидат хим. наук,  доцент

Владикавказ - 2014 г.