Спосіб одержання струмопровідного гумоподібного матеріалу

Изобретение относится к технологии изготовления токопроводящих материалов, в частности эластичных резиноподобных материалов, которые могут быть использованы в радиоэлектронике в качестве замыкающих контактов различных радиосхем, в радиоизмерительной технике в качестве эластичных электродов, а также для изготовления специальных прокладок, обеспечивающих электрогерметизацию узлов радиоаппаратуры. Известен способ получения токопроводящего эластичного материала, включающий смешение вязкотекучего силиконового каучука, жидкого низкомолекулярного силоксанового каучука, органической перекиси, порошка никеля и серебра с дисперсностью 3-5 мкм и других добавок и формование смеси горячим прессованием [1]. Выполненные из материала, полученному по этому способу, специальные прокладки не обеспечивают достаточной электрогерметизации узлов радиоаппаратуры как за счет низкой и нестабильной токопроводности, так и за счет высокой остаточной деформации сжатия. Наиболее близким является способ получения токопроводящего резиноподобного материала, включающий смешение на вальцах или в лабораторном смесителе вязкотекучего силоксанового каучука с токопроводящим наполнителем (порошком никеля или серебра с дисперсностью 0,1-1,0 мкм) и вулканизующим агентом (порошком органической перекиси). Температура валков при смешении составляет (20 ±5)°С, фракция 1:1,25, зазор между валками в начале смешения (0,5 ± 0,1) мм, толщина снимаемого листа - (2 ± 0,1) мм. Время вылежки смеси не менее 6 час. После вылежки смесь вулканизуют при температуре (150-170)°С в течение 20-30 мин при давлении 100150 кГс/см 2. Композиция включает низкотекучий силоксановый каучук, органическую перекись и порошок никеля или серебра с размером частиц (0,1-1) мкм при следующем соотношении компонентов, мас. ч: силоксановый каучук - 100, перекись органическая 5-15, порошок никеля или серебра с размером частиц (0,11) мкм -100-350 [2]. Удельное объемное электрическое сопротивление материала, полученного по известному способу, составляет 2,12-4,32 · 10-4 Ом · м, остаточная деформация при сжатии (1,5-2,2)%. Недостатком этого способа получения токопроводящего эластичного материала является недостаточная степень электрогерметизации узлов радиоаппаратуры в широком диапазоне частот от 100 кГц до 100 МГц вследствие высокого электрического сопротивления и высокой остаточной деформации при сжатии прокладок. Так, при использовании в приборе "Приз-14", предназначенном для работ в высокочастотных полях, прокладок, изготовленных по известному способу, показания прибора оказались нестабильными и плохо воспроизводимыми. В основу изобретения поставлена задача создать такой способ получения токопроводящего резиноподобного материала, в котором использование указанных компонентов в заявляемом соотношении и применение холодного прессования смеси перед вулканизацией позволит уменьшить электрическое сопротивление и остаточную деформацию получаемого материала. Это позволит повысить степень электрогерметизации узлов радиоаппаратуры в широком диапазоне частот (от 100 кГц до 100 МГц) при использовании получаемого по заявляемому способу материала и добиться стабильной и воспроизводимой работы радиоизмерительной аппаратуры в сильных электромагнитных полях. Поставленная задача решается предложенным способом получения токопроводящего резиноподобного материала, включающем смешение вязкотекучего силоксанового каучука, порошка никеля и порошка органической перекиси и вулканизацию полученной смеси, в котором в качестве порошка никеля используют порошок с дисперсностью 0,1-0,5 мкм исходные компоненты для получения порошкообразной массы берут в соотношении, мас.ч.: и перед вулканизацией проводят холодное прессование смеси до уменьшения ее объема в 1,5-4,0 раза. В предложенном способе используют порошкообразную прессовочную массу и ее холодное прессование, что позволяет за счет удаления газообразных веществ из пор сблизить токопроводящие частицы металла, уменьшить толщину воздушных и полимерных прослоек между ними, благодаря чему и при дальнейшей вулканизации образуется структура с высокой токопроводностью, высокой степенью сшивки и малой пористости. В способе по изобретению используют: 1) силоксановые каучуки метилвинилсилоксановый каучук СКТВ-1. СКТВ-1Щ, силоксановый каучук СКТ (ОСТ 38-03-19-72), фенилметилсилоксановый каучук СКТФ, трифторпропилсилоксановый каучук СКТФТ (ОСТ 38-03-10-72. ТУ 38-103675-89); 2) перекиси: дикумилпероксид (ПДК) МРТУ 6-09-6273-69, дибензоилпероксид (ПБ) ГОСТ 14888-79, 3) дисперсный никель. Порошок дисперсного никеля готовят путем термического разложения в инертной среде (аргон, гелий, азот) органической соли никеля (формиата, оксалата) или комплексного соединения никеля (моноэтаноламинный комплекс) Свежеполученную органическую или комплексную соль никеля загружают в специальную ампулу, подсоединяют к току инертного газа и помещают в печь с регулируемым нагревом. Температуру повышают ступенчато от 100 до 250-600°С. После завершения процесса разложения образовавшийся тонкодисперсный порошок металла пассируют - печь охлаждают до комнатной температуры, продолжая пропускать через ампулу в течение одного часа инертный газ, содержащий 1-5 об.% кислорода Получают порошки, состоящие из частиц размера 0,1-5 мкм, которые разделяют методом седиментации на три фракции: 0,1-1 мкм, 1-3 мкм, 3-5 мкм. Композицию для изготовления токопроводящего резиноподобного материала получают путем смешения в смесителе, последовательно добавляя к каучуку порошкообразный металл и перекись равномерными порциями в 3-5 этапов. Время смешения после каждого этапа составляет 5-8 мин, окончательно смешение длится 10-15 мин. Массовый состав композиции зависит от степени дисперсности применяемого порошка никеля. При дисперсности никеля 0,1-1 мкм на 100 мас.ч. каучука необходимо взять 360-380 мас.ч, никеля и 1,08-1,14 мас.ч. органической перекиси. При дисперсности никеля 1-3 и 3-5 мкм на 100 мас.ч. каучука следует взять соответственно 400-420 и 450-480 мас.ч. порошка никеля и 1,20-1,26 и 1,35-1,44 мас.ч. органической перекиси. Во всех случаях количество перекиси составит 0,3% от количества добавляемого металла. Удельное объемное электрическое сопротивление определяют согласно ГОСТ 20214-74 и выражают в Ом · м. Плотность определяют пикнометрическим методом согласно ГОСТ 17310-81 и выражают в г/см 3. Определение относительной остаточной деформации сжатия проводят согласно ГОСТ 265-84 и выражают в процентах согласно формуле где h0 - первоначальная высота образца, м(см). h1 - высота образца через 60 с после снятия сжимающей силы, м(см). Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. В лабораторном смесителе смешивают 10 г метилвинилсилоксанового каучука СКТВ-1 с 0,113 г дикумилпироксида (ПДК) и 37,5 г порошка никеля с размером частиц 0,1-1 мкм. Смешение производят в 5 этапов, последовательно добавляя к каучук у по ~7,5 г порошка никеля и по ~0,023 г порошка пироксида. Время смешения после каждого этапа составляет 8 мин, окончательное смешение длится 15 мин. Полученную порошкообразную массу помещают в пресс-форму и подвергают холодному прессованию под давлением 3 МПа в течение 1 мин, при этом объем массы уменьшился в 3,5 раза. Затем проводят вулканизацию. Свойства материала приведены в таблице. Пример 2. В лабораторном смесителе смешивают 10 г силоксанового каучука СКТ с 0,125 г бензоилпероксида (ПБ) и с 41,5 г порошка никеля с размером частиц 1-3 мкм. Смешение производят в четыре этапа, последовательно добавляя к каучуку по ~10,4 г порошка никеля и по ~0,03 г порошка пероксида. Время смешения после каждого этапа составляет 12 мин, окончательное смешение длится 10 мин. Полученную порошкообразную массу помещают в пресс-форму и подвергают холодному прессованию под давлением 2 МПа в течение 1 мин, происходит уменьшение объема массы в 3,70 раза. Вулканизацию проводят в гидравлическом вулканизационном прессе при 165°С и при давлении 35 МПа в течение 10 мин. Свойства материала приведены в таблице. Пример 3. В лабораторном смесителе смешивают 10 г силоксанового каучука СКТВ-1 с 0,143 г ПД и 47,5 порошка никеля с размером частиц 3-5 мкм. Смешение производят в три этапа. Время смешения после каждого этапа составляет 5 мин, окончательное смешение длится 10 мин. Давление при холодном прессовании составляет 1 МПа, время - 0,5 мин, происходит уменьшение объема в 4 раза. Вулканизацию проводят в гидравлическом вулканизационном прессе при 170°С и давлении 30 МПа в течении 15 мин. Свойства материала приведены в таблице. Примеры 4-25. Материалы по примерам получают как в примерах 1-3. Составы исходных композиций и свойства материалов на их основе приведены в таблице. При сопоставлении примеров 1-3 (дисперсность никеля 0,1-1 мкм), добавляемое на 100 мас.ч. каучука количество - 360-380 мас.ч. с примерами 4-6 (дисперсность никеля 1-3 мкм, добавляемое количество - 400420 мас.ч.) и примерами 7-9 (дисперсность 3-5 мкм, добавляемое количество 450-480 мас.ч.) прослеживается влияние степени дисперсности никеля на состав массы для получения в порошкообразном виде и на величину необходимого уменьшения массы при ее холодном прессовании. Так, чем мельче частицы порошка, тем меньше нужно ввести никеля для получения порошкообразной массы и, в свою очередь, из-за большей насыпной массы мелкого порошка на большую величину необходимо уменьшить объем массы, чтобы при вулканизации сформировался резиноподобный материал с нужными параметрами. При введении в каучук никеля дисперсностью 0,1-1 мкм в количествах меньших, чем это указано в примерах 1,10, например 350 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука масса еще остается вязкотекучей и перерабатывать ее по способу по изобретению не представляется возможным (пример 18). Аналогичная ситуация возникает при введении в каучук никеля дисперсностью 1-3 в меньших количествах, чем это указано в примере 4, например в количестве 390 мас.ч. (пример 20) и при введении в каучук никеля дисперсностью 35 мкм в меньших количествах, чем это указано в примерах 7 и 13, например, в количестве 440 мас.ч. (пример 22). При введении в каучук никеля каждой определенной дисперсности в количествах, больших, чем это указано в примерах 3, 6, 9, 11, 13, 17 (см. пример 19, 21 и 23) масса получается порошкообразной, но перерабатывать ее в резиноподобный материал с нужными параметрами по способу по изобретению не удается, так как из-за избыточного количества дисперсного никеля вулканизация не происходит и масса рассыпается в порошок. Нижний предел уменьшения объема массы при холодном прессовании ограничен высокими значениями удельного объемного электрического сопротивления и относительной остаточной деформации. Верхний предел уменьшения объема массы при холодном прессовании ограничен возможностью ее дальнейшей вулканизации с получением резиноподобного материала. Использовать дисперсный никель с размером частиц менее 0,1 мкм (например 0,1-0,05 мкм) не следует, так как, хотя порошкообразная масса формируется при введении его в меньшем количестве (340 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука), однако это количество уже недостаточно для получения материала с нужными значениями электропроводности. Использование никеля с дисперсностью более 5 мкм также неприемлемо, т.к. в этом случае для получения порошкообразной массы необходимо на 100 вес.ч. каучука ввести более 480 мас.ч, никеля, что приводит к получению материала с меньшей эластичностью и большей остаточной деформацией сжатия. Преимущества способа по изобретению по сравнению с известным подтверждается данными, представленными в таблице. Удельное объемное электрическое сопротивление материала, полученного по способу по изобретению в 2,5-2,7 раза меньше по сравнению с известным и также в 1,4 раза меньше остаточная деформация при сжатии. Все это вместе позволяет с помощью материала, полученного по способу по изобретению, повысить степень электрогерметизации узлов радиоаппаратуры в широком диапазоне частот от 100 кГц до 100 МГц и добиться стабильной и воспроизводимой работы радиоизмерительной аппаратуры в сильных электромагнитных полях. Следует также отметить, что материал, полученный по способу по изобретению, не теряет своих свойств при хранении при 20°С более года и может эксплуатироваться при перепадах температуры от минус 60 до плюс 150°С.