Эпоксидная композиция

 

Изобретение относится к эпоксидным композициям, предназначенным для капельной пропитки катушек якорей электродвигателей электроинструмента и других целей. Цель: эпоксидная композиция с высокой скоростью отверждения 1 - 5 мин при умеренных температурах 110 - 125^oC (не выше), высокой жизнеспособностью при 20^oC и низкой вязкостью, позволяющей осуществлять механизированную пропитку капельным методом катушек якорей электродвигателей электроинструмента, и обеспечивающая высокую прочность склейки (цементацию) проволоки в катушке и эксплуатационную надежность пропитанного изделия: устойчивость к воздействию 30000 об./мин при температуре до 130^oC. Сущность изобретения: эпоксидная композиция в составе смоляной части наряду с диановой смолой содержит алифатическую эпоксидную смолу в соотношении (94:6) - (50: 50), а в качестве отверждающей системы содержит продукт взаимодействия жидкой смеси изомерных метилтетрагидрофталевых ангидридов - технический изометилтетрагидрофталевый ангидрид (А), замещенного имидазола или имидазола (Б), ε - капролактама (В) и 4,4' бис(N,N'-диметилуреидо)дифенилметана (Г), полученный путем перемешивания при 60 - 140^oC в течение 20 - 180 мин смеси в соотношении А : Б : В : Г от 95 : 0,2 : 4,6 : 0,2 до 55 : 5 : 35 : 5, при этом композиция содержит, мас.ч.: смоляная часть 100; отверждающая система 50 - 120. 4 табл.

Изобретение относится к эпоксидным композициям на основе диановых смол и ангидридных отвердителей, предназначенных для капельной пропитки катушек якорей электродвигателей и других целей.

Известна эпоксидная композиция, содержащая 100 мас.ч. эпоксидной диановой смолы, 20 мас.ч. активного разбавителя фенилглицидилового эфира и отверждающую систему, состоящую из 91 мас.ч. жидкой смеси изомерных метилтетрагидрофталевых ангидридов технического изометилтетрагидрофталевого ангидрида и 0,25 мас. ч. ускорителя 2,4,6 трис(диметиламинометил)-фенола (Лапицкий В.А. Крицук А.А. Физико-механические свойства эпоксидных полимеров и стеклопластиков. Киев: Наукова думка, 1986, с. 30-31).

Недостатками такой композиции являются высокая температура отверждения (до 150^oC) и длительный трехступенчатый режим отверждения 11 ч, что совершенно недопустимо при капельной пропитке катушек якорей электродвигателей, так как такие режимы отверждения вызывают разрушение изоляции. Кроме того, такая композиция имеет недостаточную жизнеспособность, а отвержденный полимер низкую теплостойкость по Мартенсу.

Ближайшим прототипом предлагаемого решения является эпоксидная композиция, включающая эпоксидную диановую смолу и отверждающую систему, содержащую ангидрид и замещенный имидазол, например 2-этил-4-метилимидазол (Х. Ли, К. Невилл. Справочное руководство по эпоксидным смолам. Энергия, 1973, с. 117).

Такая композиция позволяет получать полимеры с более высокой теплостойкостью по Мартенсу, но также не обеспечивает достаточной скорости отверждения, а главное, необходимой жизнеспособности (хотя чистый имидазол обеспечивает высокую жизнеспособность при 20^oC, но также не обеспечивает нужной жизнеспособности при 70 90^oC, когда достигается приемлемая вязкость).

Целью изобретения является эпоксидная композиция с высокой скоростью отверждения 1 5 мин при умеренных температурах 110 125^oC (не выше), высокой жизнеспособностью при 20^oC и низкой вязкостью, позволяющей осуществлять механизированную пропитку капельным методом катушек якорей электродвигателей электроинструмента, и обеспечивающая высокую прочность склейки (цементацию) проволоки в катушке и эксплуатационную надежность пропитанного изделия: устойчивость к воздействию 30000 оборотов/мин при температуре до 130^oC (в двигателях мощностью до 2,5 кВт).

Цель достигается тем, что эпоксидная композиция в составе смоляной части наряду с диановой смолой содержит алифатическую эпоксидную смолу в соотношении (94 6) (50 50), а в качестве отверждающей системы содержит продукт взаимодействия жидкой смеси изомерных метилтетрагидрофталевых ангидридов - технический изометилтетрагидрофталевый ангидрид (А), замещенного имидазола или имидазола (Б), ε капролактама (В) и 4,4' бис (N, N'диметилуреидо)дифенилметана (Г), полученный путем перемешивания при 60 - 140^oC в течение 20 180 мин смеси в соотношении А:Б:В:Г от 95 0,2 4,6 0,2 до 55 5 35 5, при этом композиция содержит, мас.ч. смоляная часть 100; отверждающая система 50 120.

Пример 1. В реактор, снабженный обогревом и мешалкой, загружают последовательно жидкую смесь изомерных метилтетрагидрофталевых ангидридов - технический изометилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 38 103149-78) 75 мас.ч. 2-метилимидазол 2,6 мас.ч. (ТУ 7510501.54-91), e капролактам 20 мас.ч. (ГОСТ 7850-86) 4,4' бис(N, N'диметилуреидо)дифенилметан 2,6 мас.ч. (ТУ 6-14-22-159-81), после чего при постоянном перемешивании поднимают температуру массы до 100^oC и выдерживают 100 мин. В процессе перемешивания изменяется цвет и вязкость получаемого продукта взаимодействия, а также молекулярная масса.

Физико-химическая характеристика продукта следующая: цвет темно-вишневый; вязкость по ВЗ-4 при 20^oC 50 c; молекулярная масса 230.

Полученный продукт используют в качестве отверждающей системы эпоксидной композиции в количестве 85 мас.ч. на 100 мас.ч. смоляной части, состоящей из 72 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) и 28 мас.ч. алифатической эпоксидной смолы диглицидилового эфира диэтиленгликоля марки ДЭГ-1 (ТУ 6-05-18-23-77).

Приготовленную композицию заливают в металлические формы для стандартных образцов и одновременно применяют для капельной пропитки катушек якорей электродвигателей, используемых в электроинструменте. Отверждение осуществляют по режиму: прогрев до желатинизации 2 мин при 120^oC, дополнительная термообработка 125^oC в течение 60 мин.

Примеры 2 10 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров в соответствии с табл. 1.

Свойства композиций по примерам 1 10 приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, предлагаемое техническое решение позволяет снизить время желатинизации по сравнению с аналогом в 90 раз, по сравнению с прототипом в 30 раз.

Время дополнительной термообработки снижается в 10 раз по сравнению с аналогом и в 3 раза по сравнению с прототипом.

Предлагаемая композиция имеет определенные преимущества по физико-механическим и технологическим свойствам.

Предлагаемое решение обеспечивает более высокое относительное удлинение, что предотвращает растрескивание отвержденной композиции при форсированном режиме отверждения.

Разработанная эпоксидная композиция, не содержащая растворителей, предназначенная для заливки и пропитки, обладает уникальным сочетанием технологических свойств.

Ни в одном известном литературном источнике или патенте нет информации о таком сочетании высокой скорости отверждения при сравнительно низкой температуре (110 125^oC/1 5 мин) с исключительно высокой жизнеспособностью (3 4 сут).

В настоящее время в России для капельной пропитки катушек якорей электроинструментов применяют эпоксидный компаунд фирмы Циба-Гейги. В проспектах фирмы на эпоксидный компаунд, состоящий из эпоксидной части Аралдит СУ-236 и отвердителя НУ-983 или 984 приводятся данные по его технологическим свойствам: время желатинизации составляет при 130^oC 1 3 мин, а жизнеспособность 25 60 мин, т.е. при одинаковой скорости желатинизации время жизни у компаунда фирмы Циба-Гейги в 70 раз ниже.

Кроме того, указанный эпоксидный компаунд в отвержденном состоянии имеет теплостойкость по Мартенсу 75 90^oC, в то время как предлагаемая композиция 130 135^oC.

Применение эпоксидной композиции фирмы Циба-Гейги вызывает необходимость использования сложных установок, которые окупаются лишь при очень крупном серийном производстве электроинструментов (свыше 300 500 тыс. изделий в год). Более простые установки не применимы из-за низкой жизнеспособности и повышенной вязкости компаунда.

В то же время многие Российские заводы электроинструментов выпускают 70 200 тыс. изделий в год и применение указанных выше установок убыточно для предприятий.

Для многих изделий не допустимо также использование композиций с теплостойкостью по Мартенсу на уровне фирмы Циба-гейги.

Примеры 11 20 осуществляют аналогично примеру 1, но используют соотношения компонентов в количествах, взятых сверх заявляемых пределов (табл. 3).

Свойства композиций, получаемых по примерам 11 20, приведены в табл. 4.

Как видно из табл. 4, использование компонентов сверх заявляемых пределов приводит к ухудшению свойств эпоксидных композиций и эксплуатационных характеристик электродвигателей, в которых катушки пропитаны указанными композициями.

Формула изобретения

Эпоксидная композиция, состоящая из смоляной части, включающей эпоксидную диановую смолу, и отверждающей системы на основе жидкого ангидрида и имидазола или его замещенного, отличающаяся тем, что смоляная часть дополнительно содержит алифатическую эпоксидную смолу при массовом соотношении эпоксидной диановой смолы и алифатической эпоксидной смолы от 94 6 до 50 50, в качестве отверждающей системы композиция содержит продукт взаимодействия технического изометилтетрагидрофталевого ангидрида, представляющего собой жидкую смесь изомерных метилтетрагидрофталевых ангидридов, имидазола или его замещенного, ε капролактама и 4,4'-бис(N, N'-диметилуреидо)дифенилметана, полученный путем перемешивания при 60 140^oС в течение 20 180 мин смеси при их массовом соотношении от 95 0,2 4,6 0,2 до 55 5 35 5 и соотношении компонентов композиции, мас.ч.

Смоляная часть 100 Отверждающая система 50 120о

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5