Исследование некоторых электрофизических свойств эпоксидных компаундов горячего отверждения Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМЕНИ С. М. КИРОВА

Том 267

1975

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭПОКСИДНЫХ КОМПАУНДОВ ГОРЯЧЕГО

ОТВЕРЖДЕНИЯ

Р. М. КЕССЕНИХ, Л. А. КОРШУНОВА, А. В. ПЕТРОВ

(Представлена научно-техническим семинаром кафедры электроизоляциннои

и кабельной техники)

В настоящее время эпоксидные компаунды нашли широкое применение в электротехнике в качестве изоляционного материала. Для снижения хрупкости в эпоксидные компаунды вводят пластификаторы и модификаторы, которые, как известно, изменяют электрофизические свойства полимеров, сильно снижают их температуру стеклования Т а также оказывают существенное влияние на подвижность надмолекулярных структур полимеров [1, 2]. В связи с тем, что влияние пластификации и модифицирования на электрофизические свойства термореактивных эпоксидных полимеров изучено недостаточно [3—5], а характер надмолекулярных структур пластифицированных и модифицированных эпоксидных полимеров совершенно не изучен, представляло интерес изучить влияние пластификации и модифицирования на электропроводность эпоксидных полимеров, их температуру стеклования Тс, а также на характер изменения надмолекулярных структур эпоксидных полимеров. Кроме того, представляло интерес оценить механизм пластификации эпоксидного полимера и найти корреляцию между электрофизическими свойствами эпоксидных полимеров и характером изменения их надмолекулярных структур.

Методика эксперимента

Исследования проводили на эпоксидном полимере на основе диано-вой эпоксидной смолы ЭД-6, отвержденной метилтетрагидрофталевым ангидридом (МТГФА), который вводился в количестве 62 весовых частей на 100 в. ч. ЭД-6. Отверждение образцов проводили по ступенчатому режиму при температуре 120°С в течение 2 часов и 150°С—в течение 4 часов. В качестве пластификаторов и модификаторов исполь^ зовали дибутилфталат (ДБФТ), полиэфиракрилат МГФ-9 и алифатическую эпоксидную смолу ДЭГ-1. Температуру стеклования эпоксидных полимеров определяли диэлектрическим методом. Остаточный ток измеряли по методике, описанной ранее [6].

Надмолекулярные структуры изучались при помощи электронного

о

микроскопа УЭМВ-ЮОА. Электронно-микроскопическому исследованию подвергали угольные реплики с поверхности скола, оттененные плати-г ной. Скол осуществлялся после охлаждения образцов в жидком азоте,

Инфракрасные спектры снимали на спектрофотометре ИКС-14 в области 600—4000 см~х (мелкоизмельченный порошок запрессовывали в Кв г).

Обсуждение результатов

На рис. 1 приведены зависимости от напряженности электрического поля Е для непластифицированного (сплошные линии) и пластифицированного эпоксидного полимера (пунктирные линии). Зависимости ^р от Е подчиняются закону Пуля. При введении пластификаторов и модификаторов снижается величина р^ и изменяется наклон прямых ^р =1(Е). Для всех исследуемых полимеров были рассчитаны коэффициенты Пуля по методу наименьших квадратов. Коэффициенты Пуля зависят от вида и количества вводимых пластификаторов и модификаторов, причем с увеличением содержания пластификаторов наблюдаемые максимумы на температурных зависимостях пулевского коэффициента сдвигаются в сторону пониженных температур.

Удельное объемное сопротивление р^, при температуре до 70— 80° С остается на довольно высоком уровне (порядка 10п ом.см) как для пластифицированного, так и для модифицированного (даже 40 в. ч.) эпоксидного полимера. При температуре выше 80° С наблюдается резкое снижение р^ эпоксидного полимера, особенно пластифицированного дибу-тилфталатом. Так, например, при введении 40 в. ч. ДБФТ р^ полимера при 100° С снижается до

|П

1 • 1011 ом-см, в то время как р

£ «Ум

Рис. 1. Зависимость \gpvOT напряженности электрического поля для чистого эпоксидного полимера (сплошные линии) и пластифицированного 20 в. ч. ДБФТ (пунктирные линии). « ^ непластифицированного полимера

остается на 2,5 порядка выше. У полимера, модифицированного МГФ-9,

р у на порядок выше, чем у пластифицированного ДБФТ.

Характер изменения температуры стеклования Тс от содержания пластификаторов и модификаторов представлен на рис. 2. Введение в эпоксидный полимер ДБФТ до 30 в. ч. и полиэфира МГФ-9 до 20 в. ч. сильно снижает температуру стеклования полимера, при дальнейшем увеличении содержания ДБФТ и МГФ-9 Т снижается незначительно.

Температура стеклования эпоксидного полимера, модифицированного ДЭГ-1, монотонно снижается с ростом содержания алифатической смолы.

В настоящее время считается, что ДБФТ не реагирует ни со смолой, ни с отвердителем, а полиэфир МГФ-9 ограниченно взаимодейству ет с отвердителем. При совместном отверждении эпоксидных диановой и алифатической смол образуются сшитые полимеры с чередующимися ароматическими и алифатическими звеньями. Для того, чтобы оценить

юо

80

60

14»

*о

&о

К

V \

\ V

!2 > ч^/

«

20 4.0 60 г0 (00 бесобые части

Рис. 2. Зависимость температуры стеклования Т с эпоксидного полимера от содержания пластификаторов и модификаторов 1-ДЭГ-1; 2-МГФ-9; 3-ДБФТ.

то

2№

2000

/600

/200

800

Д слг*

Рис. 3. ИК-спектры поглощения «чистого» эпоксидного полимера [1], модифицированного 40 в. ч. ДЭГ-1 [2] и алифатической эпоксидной смолы ДЭГ-1 [3].

структурные изменения, происходящие при полимеризации эпоксидной смолы в присутствии пластификаторов и модификаторов, были сняты ИК-спектры непластифицированного, пластифицированного эпоксидного полимера, а также спектры пластификаторов и модификаторов. Введение в эпоксидный полимер ДБФТ совершенно не изменило его спектр, так как все основные полосы поглощения ДБФТ и смолы, отвержден-ной МТГФА, совпадают. На спектре полимера, модифицированного полиэфиром МГФ-9, появляются небольшие новые полосы 1148 и 1087 см~1 за счет колебания эфирных групп, полоса 880 смгх— за счет колебания группы -С-СН2 и увеличивается полоса 753 сж-1 за счет колебания этиленовых групп. С помощью ИК-спектров взаимодействия ДБФТ и МГФ-9 с ангидридом обнаружить не удалось. На спектре эпоксидного полимера, модифицированного алифатической эпоксидной смолой ДЭГ-1 (рис. 3), не содержится полос поглощения 917 и 866 см~\ ответственных за колебание эпоксидных групп, и резко увеличилась полоса поглощения 1730 см"1, соответствующая колебанию карбонильных групп, что говорит о взаимодействии алифатической смолы с ангидридом. Кроме того, увеличились интенсивность поглощения полос 1270 и 1316 см~1, ответственных за колебания гидроксильных групп, полос 1052 и 1190 см~\ ответственных за колебание этиленовых групп.

Пластификация оказывает влияние на характер надмолекулярных структур. У непластифицированного эпоксидного полимера просматривается явно выраженная глобулярная надмолекулярная структура. Размеры глобул довольно крупны, порядка 300—1000А, все вещество находится в глобулярной форме, глобулы расположены близко друг к другу.

Введение ДБФТ сильно изменяет морфологию надмолекулярной структуры. Происходит агрегирование глобул в более крупные образо-

о

вания, достигающие порядка 5000—10000А.

Выводы

Таким образом, изучение влияния пластификаторов и модификаторов на свойства эпоксидного полимера горячего отверждения позволяет сделать вывод о наличии корреляции между свойствами и структурой изученных пластифицированных и модифицированных систем, причем закономерности, наблюдаемые при пластификации термопластичных полимеров, имеют место и для термореактивных полимеров [7—9].

ЛИТЕРАТУРА

1. В. А. К а р г и н, Г. М. Слонимский. Краткие очерки по физико-химии полимеров. Изд-во «Химия», 1967.

2. А. А. Таге р. Физико-химия полимеров. Изд-во «Химия», 1968.

3. И. М. Г у р м а н, Т. С. X р а м о в а, М. С. А к у т и н и др. «Пластические массы»,

№ 5, 24, 1968.

*

4. С. Н. Антонов, И. М. Гурман, В. В. Коврига. «Пластические массы», № 2, 37, 1967.

5. Р. М. Кессених, Л. А. Коршунова, А. Ф. Калганов. «Пластические массы», № 10, 46, 1969.

6. Р. М. Кессених, Л. А. Коршунова, А. Ф. Калганов. Изв. вузов, «Физика», № 11, 129, 1967.

7. Р. М. А с и м о в а, П. В. Козлов, В. А. К а р г и н, С. М. В т о р ы г и н. Высокомолекулярные соединения. Изд-во «Наука», 4, 554, 1962.

8. И. Н. Р а з и н с к а я, П. В. Козлов, Б. П. Ш т а р к м а н, Л. П. И г н а т ь е-в а. Высокомолекулярные соединения. 5, 1850, изд-во «Наука», 1963.

9. А. А. Аскадский. Физико-химия полиарилатов. Изд-во «Химия», 1968.