Компаунды

1.      Введение

Определение

Компаунды представляют собой предварительно изготовленные сложные композиции, включающие полимерную матрицу и разнообразные добавки, такие как наполнители, пигменты и отвердители. Эти компоненты тщательно интегрированы для достижения требуемых эксплуатационных характеристик конечного продукта.

Основные функции

• Электроизоляция: предотвращение утечек тока и защита компонентов от коротких замыканий.
• Защита от внешней среды: устойчивость к влаге, химикатам, ультрафиолету.
• Виброударопрочность: поглощение механических нагрузок.
• Термостойкость: сохранение свойств при высоких температурах.

Ключевые области применения

Компаунды используются в электротехнике (трансформаторы, кабельные муфты), электронике (защита микросхем), строительстве (герметизация швов), машиностроении (уплотнение узлов), авиакосмической промышленности (термостойкие покрытия).

2.      Химический состав и классификация

По типу полимерной основы

• Эпоксидные компаунды характеризуются уникальными физико-химическими свойствами, что делает их востребованными в различных областях применения. В отверждённом состоянии они демонстрируют высокую устойчивость к механическим и химическим воздействиям, практически не подвержены усадке и не выделяют летучих компонентов в процессе эксплуатации. Эпоксидные компаунды обладают превосходными электропроводящими свойствами, что делает их незаменимыми в электротехнической промышленности, где требуется высокая надёжность и долговечность изоляционных материалов.
• Полиуретановые компаунды используются в электротехнике для изоляции и в промышленности для форм литья. Популярны компаунды для полов на разных основаниях, выдерживающие 100-110 ℃ и высокую влажность. Полиуретановые составы применяются при высоких нагрузках и особых требованиях к внешнему виду. Преимущества: высокая адгезия, прочность, устойчивость к вибрациям, отсутствие токсичных компонентов, самовыравнивание. Наполнители, такие как стекловолокно, улучшают характеристики и снижают стоимость. Двухкомпонентные полиуретановые составы используются для герметизации, заливки и изоляции электротехнических устройств, а также для формирования изделий методом свободной заливки.
• Силиконовые смазочные компаунды, обладающие вязкой консистенцией и выдающимися диэлектрическими характеристиками, представляют собой высокоэффективные материалы для герметизации электрических соединений высоковольтного оборудования. Эти компаунды обеспечивают надежную защиту от воздействия влаги, агрессивных сред и коррозионных процессов, а также минимизируют риск возникновения коротких замыканий. Дополнительным преимуществом силиконовых смазок является их высокая термостойкость, позволяющая использовать их в широком диапазоне рабочих температур от -60 °C до +250 °C.
• Полипропиленовые компаунды представляют собой композиционные материалы на основе полипропилена, модифицированные различными наполнителями. В их состав могут входить стекловолокно, минеральные добавки, антипирены и другие функциональные компоненты. Материалы демонстрируют высокую электрическую изоляцию в широком диапазоне температур, что делает их пригодными для использования в условиях повышенных или пониженных температурных режимов.  Полипропиленовые компаунды проявляют высокую устойчивость к агрессивным средам.

По способу отверждения

• Холодного отверждения. Компаунды, отверждаемые при комнатной температуре, не требуют дополнительного нагрева для перехода в твердое состояние. Применяются для защиты электротехнических устройств. При использовании этого метода процесс отверждения занимает около четырёх часов.
• Термоотверждаемые. Процесс отверждения сопровождается необратимой химической реакцией, в результате которой формируется трехмерная структура полимера. Термоотверждаемые компаунды обладают высокой механической прочностью, устойчивостью к внешним воздействиям и долговечностью.
• УФ-отверждаемые. Ультрафиолетовое отверждение представляет собой быстрый и эффективный метод полимеризации, при котором материал застывает под воздействием УФ излучения в течение нескольких секунд. Этот метод широко используется в микроэлектронике и производстве оптических элементов. Такие материалы обладают высокой степенью прозрачности и устойчивостью к химическим воздействиям.

По назначению

• Заливочные компаунды играют ключевую роль в производстве датчиков, формируя их корпуса и обеспечивая изоляцию. Это теплопроводящие материалы, защищающие от преждевременного износа и оптимизирующие эксплуатационные характеристики системы.
• Обволакивающие компаунды применяют для заполнения и пропитки схем радиоэлектронных устройств, компонентов и элементов электрооборудования, а также деталей электронных приборов. Обеспечивают их долговечность и стабильность в различных условиях эксплуатации.
• Клеевые и герметизирующие. Клеевые компаунды представляют собой многофункциональные материалы, предназначенные для соединения различных типов субстратов, включая металлы и их сплавы, керамику, стекло, бетон, древесину, а также некоторые виды полимерных материалов. Они характеризуются высокой термостойкостью и устойчивостью к воздействию агрессивных сред, таких как масло, бензин, вода, кислоты и щёлочи. Герметизирующие составы играют ключевую роль в обеспечении защиты электротехнического оборудования от проникновения влаги, воздуха, конденсата и различных химических веществ. Некоторые из этих материалов находят применение в процессе производства электротехнических компонентов (например, крышки, корпуса, разъёмы).

3.      Основные свойства и характеристики

• Физико-механические. Повышенная стойкость к ударным нагрузкам и высокие прочностные характеристиками. Мягкие компаунды (твёрдость по Шору А от 10 единиц) создают эластичные матрицы для отливки изделий из литьевых компаундов. Более твердые компаунды (твёрдость по Шору В до 75 единиц) устойчивы к истиранию и влаге.
• Электроизоляционные. Компаунды обладают диэлектрическими свойствами и высоким электрическим сопротивлением.
• Термические. Обладают высоким коэффициентом теплопроводности.
• Химические. Устойчивы к воздействию агрессивных сред (масла, кислоты, некоторым растворителям). Обладают химической стойкостью и устойчивы к гидролизу.

4. Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Универсальность (адаптация под любые задачи).
• Отличная замена металлам.
• Высокая адгезия.
• Долговечность и минимальное обслуживание.
• Возможность заполнения сложных форм.

Недостатки:

• Высокая стоимость некоторых типов (например, силиконовых).
• Необходимость точного соблюдения технологии нанесения.
• Ограниченная ремонтопригодность после отверждения.

4.      Современные разработки и перспективы

Перспективы развития рынка полимерных компаундов в значительной степени определяются потенциалом импортозамещения, основанным на достижениях российских научных исследований.

В данном контексте особое внимание следует уделить инновационным разработкам отечественных ученых, которые способствуют не только замещению импортных материалов, но и формированию конкурентоспособной отечественной продукции.

Примером передовых инноваций в области разработок является продукт, созданный коллективом российских ученых под названием «ТРОСЛОК».
Компаунд создан на основе отечественного сырья, предназначен для надёжной фиксации стальных канатов в муфтах с помощью холодной заливки и превосходит по своим потребительским характеристикам известные зарубежные аналоги, обеспечивая исключительную прочность соединения, долговечность и устойчивость к нагрузкам, что делает его идеальным выбором для промышленного использования.

Кроме того, компания из Томска разработала новые термопластичные безгалогенные компаунды на основе простых полиэфиров полиуретана. Компаунд ТПУ МК 3092(01) устойчив к гидролизу и подходит для оболочки лифтового кабеля, а ТПУ МК 3092(02) обладает высокой прочностью и кислородным индексом 35–40%. Негорючие компаунды востребованы в кабельной и других отраслях, где важна пожарная безопасность.

5.      Заключение

Полимерные компаунды, пройдя путь от простых изоляционных материалов до высокотехнологичных решений, стали неотъемлемой частью современной индустрии. Их уникальная способность сочетать электроизоляционные свойства, термостойкость и механическую прочность позволяет решать задачи в самых требовательных отраслях — от микроэлектроники до аэрокосмических систем. 

В настоящее время рынок полимерных компаундов развивается с большой скоростью. Для массового внедрения прорывных решений необходимы дальнейшие исследования в области полимерных материалов, а также сотрудничество науки и промышленности. Так как, современные разработки, открывают новые горизонты и расширяют области применения материалов.

Список использованных источников

1. Ошмян, В. Г. Полимерные композиционные материалы / В. Г. Ошмян, А. А. Кульков, А. А. Берлин. - Москва. : Интеллект, 2010. - 352 с. - ISBN 978-5-9155-9045-7.
2. ГОСТ Р 51330.17-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 18. Взрывозащита вида "герметизация компаундом (m)" : введен впервые : дата введения 2001-01-01. - Москва : Госстандарт России, 1999. - 19 с.
3. Кербер, М. Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: Уч. пос. / М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин; Под ред. А.А. Берлина. - 3 изд., испр. - Санкт-Петербург :Профессия,2011-560с.: ил.; . ISBN 978-5-93913-130-8.
4. Кудинов, В. В. Влияние компонентов на свойства полимерных композиционных материалов : монография-справочник / В. В. Кудинов, Н. В. Корнеева, И. К. Крылов. - Москва : Наука, 2021. - 134 с. - ISBN 978-5-02-040865-4.