Полимерная композиция
Владельцы патента RU 2277549:
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение стеклопластик" (RU)
Изобретение относится к полимерной композиции, которая предназначается для использования в качестве связующих для конструкционных стекло-, органо- и углепластиков, преимущественно изготавливаемых методом мокрой намотки или по традиционной «препреговой» технологии, а также в качестве пропиточных составов, герметиков, клеев, покрытий. Полимерная композиция содержит следующее соотношение компонентов в мас.ч.: 100 эпоксидной диановой смолы, 24-42 диглицидилового эфира диэтиленгликоля, 2-15 пластификатора, 7-17 моноциклокарбоната полиоксипропиленгликоля с массовой долей циклокарбонатных групп 25-29, 18-45 отвердителя, 0,2-6,5 алифатического амина, 0,2-5 ε-капролактама. В качестве пластификатора используют смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров. В качестве отвердителя используют эвтектическую смесь ароматических аминов, состоящую из метафенилендиамина и 4,4/-диаминодифенилметана в соотношении от 25:75 до 75:25. Изобретение позволяет снизить вязкость композиции, повысить ее жизнеспособность при температурах переработки (20-40°С), обеспечить высокие физико-механические показатели стекло-, органо- и углепластиковых изделий в условиях их отверждения при умеренных (не выше 80°С) температурах. 2 табл.
Изобретение относится к полимерным композициям на основе эпоксидных смол, предназначенным для использования в качестве связующих для конструкционных стекло-, угле- и органопластиков, преимущественно изготавливаемых методом мокрой намотки или по традиционной «препреговой» технологии, а также пропиточных составов, герметиков, клеев, покрытий.
Известна полимерная композиция, а.с. РФ №1014859, кл. С 08 L 63/02, от 26.03.81, включающая эпоксидную диановую смолу, смесь диглицидилового эфира полиэпихлоргидрина и диглицидилового эфира диэтилен гликоля, отвердитель - смесь ароматических аминов и салициловую кислоту.
Недостатком композиции является ее высокая вязкость (2500-1700 сПа*) при температурах переработки (20-40°С) и как следствие некачественная пропитка армирующего материала (ровингов, тканей, нетканых полотен, крученых нитей, лент и др.), приводящая к низким физико-механическим показателям конечных изделий.
*Вязкость полимерных композиций определялась с помощью Ротационного вискозиметра марки «РЕОТЕСТ-П» производства немецкой фирмы VEB ML WPRUFGERATE.
Известна полимерная композиция - герметик - (а.с. РФ №1199784, кл. С 09 К 3/10 от 23.12.85), включающая эпоксидную смолу, эластомер - трициклокарбонат полиоксипропилентриола, сажу, аэросил, аминный отвердитель - оксибензилтриэтилентетрамин.
Недостатками данного технического решения являются низкие прочностные показатели.
Известна полимерная композиция - а.с. РФ №767135, кл. С 08 L 59/50 от 30.09.80 г, содержащая эпоксидную фурфурилрезорциновую смолу, диглицидиловый эфир полиэпихлоргидрина и тройную эвтектическую смесь ароматических аминов (метафенилендиамина, 4,4/-диаминадифенилметана).
Недостатком указанной композиции является высокая температура отверждения (выше 140°С), низкая жизнеспособность, не обеспечивающая устойчивые технологические процессы намотки и пропитки армирующих материалов и повышенная экологическая опасность процессов переработки резорцинсодержащих композиций.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является полимерная композиция - патент РФ №2161169, кл. С 08 L 63/00, С 08 К 13/00 от 9.06.1999 г., содержащая эпоксидную диановую смолу, диглицидиловый эфир диэтиленгликоля, пластификатор - смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров и отвердитель - эвтектическую смесь ароматических аминов.
Недостатком данной композиции является ее недостаточная пригодность для изготовления армированных стекло-, угле-, органопластиков особенно в промышленном масштабе как методом мокрой намотки, так и прессованием с использованием препреговой технологии вследствие высокой вязкости при температуре 20°С (˜2000 сПа) и низкой жизнеспособности (˜2,7-3 часов) при температуре 40°С.
Задачей настоящего изобретения является создание полимерной композиции, которая обеспечивала бы получение высокопрочных стекло-, угле- и органопластиков известными методами, включая мокрую намотку и прессование заготовок, изготовленных по традиционной препреговой технологии в условиях отверждения при умеренных температурах (60-80°С).
Технический результат от использования изобретения заключается в значительном снижении вязкости композиции и повышении ее жизнеспособности при температурах переработки (20-40°С), обеспечении высоких физико-механических показателей стекло-, органо- и углепластиковых изделий в условиях их (утверждения при умеренных (не выше 80°С) температурах.
Этот результат достигается тем, что полимерная композиция для пропитки при получении стекло-, органо- и углепластиков, включающая эпоксидную диановую смолу, диглицидиловый эфир диэтиленгликоля, пластификатор - смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, отвердитель - эвтектическую смесь ароматических аминов, состоящую из метафенилендиамина и 4,4/-диаминодифенилметана, имеет соотношение метафенилендиамина и 4,4/-диаминодифенилметана от 25:75 до 75:25, и дополнительно композиция содержит моноциклокарбонат полиоксипропиленгликоля с массовой долей циклокарбонатных групп 25-29, алифатический амин, ε-капролактам при следующем содержании компонентов, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола | 100 |
| Диглицидиловый эфир диэтиленгликоля | 24-42 |
| Вышеуказанный моноциклокарбонат | |
| полиоксипропиленгликоля | 7-17 |
| Пластификатор - смесь диоксановых | |
| спиртов и их высококипящих эфиров | 2-15 |
| Вышеуказанная смесь ароматических | |
| Аминов | 18-45 |
| Алифатический амин | 0,2-6,5 |
| ε-капролактам | 0,2-5 |
Сущность изобретения поясняется примерам
Пример 1
В реактор, снабженный механической мешалкой, обогревом и охлаждением, последовательно при постоянном перемешивании загружается 100 мас.ч. предварительно подогретой до 55-60°С эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-90), 30 мас.ч. диглицидилового эфира диэтиленгликоля марки ДЭГ-1 (ТУ 2225-027-002203306-97), 10 мас.ч. моноциклокарбоната полиоксипропиленгликоля с массовой долей циклокарбонатных групп 25-29 марки «Лапролат 301» (ТУ 2226-303-10488057-94) и 8 мас.ч. пластификатора - смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров марки «Пластификатор ЭДОС» (ГОСТ 2493-003-13004749-93). Смесь доводят до температуры 35-40°С и перемешивают 25-30 мин.
Затем вводят 37 мас.ч. расплава эвтектической смеси ароматических аминов метафенилендиамина (ГОСТ 5826-68) и 4,4/-диаминдифенилметана (ТУ 6-14-415-70) в соотношении 50:50, полученный состав охлаждают до температуры 25-30°С, вводят 3,5 мас.ч. этилендиамина (ТУ 6-02-433-67), 2,6 мас.ч. ε-капролактама (ГОСТ 7850-86); смесь тщательно перемешивают, вакуумируют при давлении [-0,9-(-1,2)] кгс/см2 в течение 10 мин, после чего заливают в металлические формы и отверждают при температуре 80°С в течение 8 часов.
Пример 2-4 осуществляют аналогично примеру 1, но при соотношении компонентов, температур и времени отверждения, указанных в табл. 1 и 2. Кроме того, в табл. 1 приведены полностью рецептуры заявляемой полимерной композиции по всем примерам.
При использовании заявляемой полимерной композиции для изготовления стекло-, органо- и углепластиков по традиционной препреговой технологии (при пропитке рулонных армирующих материалов на пропитмашинах) допускается использование органического растворителя.
Свойства полимерной композиции (ПК) по примерам 1-4 в сравнении с известными представлены в табл. 2.
Как видно из табл. 2, предлагаемая полимерная композиция обладает более высокими физико-механическими и технологическими показателями в сравнении с известными, а именно в 3-8 раз возросла жизнеспособность ПК при сохранении низких температур отверждения и резком сокращении времени отверждения, что повышает технологический и экологический показатели процесса изготовления соответствующих изделий.
Высокие показатели прочности при растяжении в сочетании с повышенными в 2-3,5 раза показателями относительного удлинения при растяжении предлагаемой полимерной композиции обеспечивают не только улучшенные свойства покрытий и клеев, но и главное обеспечивают получение удельных прочностных характеристик наполненных композитов, в частности композитов на основе высокомодульного и высокопрочного полиэтиленового волокна, превышающих показатели всех известных композитов, причем температура отверждения указанных композитов не может превышать 80-85°С.
Все вышеизложенное позволяет использовать предложенную ПК для организации технологичного и экономичного процесса изготовления стекло-, угле- и органопластиковых изделий, необходимых, в частности, для оснащения объектов космической техники.
| Таблица 1 Составы предлагаемой полимерной композиции, мас.ч. | |||||
| № | Наименование компонентов | Марка компонентов и их соотношение по примерам | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| 1 | Эпоксидная диановая смола, мас.ч. | ЭД-20 100 | ЭД-22 100 | Shell-828 100 | ЭД-20 100 |
| 2 | Диглицидиловый эфир диэтиленгликоля (ДЭГ-1), мас.ч. | 30 | 30 | 42 | 24 |
| 3 | Моноциклокарбонат полиоксипропиленгликоля (Лапролат-301), мас.ч. | 10 | 12 | 7 | 17 |
| 4 | Пластификатор - смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров (пластификатор ЭДОС), мас.ч. | 8 | 2 | 15 | 10 |
| 5 | Эвтектическая смесь метафенилендиамина и 4,4/-диаминодифенилметана, мас.ч. | 37 | 25 | 45 | 40 |
| б | Соотношение метафенилендиамина: 4,4/-диаминадифенилметана | 50:50 | 75:25 | 50:50 | 25:75 |
| 7 | Алифатический амин, мас.ч. | ЭДА 3,5 | ЭДА 6,5 | ЭДА 0,2 | ПЭПА ТУ 6-02-594-70 2,0 |
| 8 | ε-капролактам, мас.ч. | 2,6 | 2,6 | 5 | 0,2 |
| Таблица 2 Физико-механические и технологические свойства полимерной композиции по примерам 1-4 в сравнении с известными техническими решениями | ||||||||
| № | Технологические и физико-механические показатели | Величина по примерам | Аналог 1014859 | Аналог 767135 | Прототип 2161169 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |||||
| 1 | Температура отверждения, °С | 60 | 80 | 70 | 65 | 120 | 150 | 65-70 |
| 2 | Время отверждения, час | 7,0 | 5,0 | 6,0 | 6,5 | 4-8 | 6,0 | 12-17 |
| 3 | Эксплуатационная жизнеспособность, час (время, в течение которого вязкость композиции при температуре 40°С не превышает 1000 сПа) | 8,5 | 9,5 | 10,5 | 7,5 | 1,0-1,5* | 1,5 | 2,75-3 |
| 4 | Прочность при растяжении, МПа | 120 | 125 | 118 | 120 | 85-90 | 110-115 | 105-110 |
| 5 | Относительное удлинение при растяжении, % | 12,5 | 10,8 | 11,6 | 12 | 4-6 | 3,5 | 5,9-6,0 |
| * Воспроизведено авторами |
Полимерная композиция для пропитки при получении стекло-, органо- и углепластиков, включающая эпоксидную диановую смолу, диглицидиловый эфир диэтиленгликоля, пластификатор - смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, отвердитель - эвтектическую смесь ароматических аминов, состоящую из метафенилендиамина и 4,4/-диаминодифенилметана, отличающаяся тем, что соотношение метафенилендиамина и 4,4/-диаминодифенилметана составляет от 25:75 до 75:25, и дополнительно композиция содержит моноциклокарбонат полиоксипропиленгликоля с массовой долей циклокарбонатных групп 25-29, алифатический амин, ε-капролактам, при следующем содержании компонентов, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола | 100 |
| Диглицидиловый эфир диэтиленгликоля | 24-42 |
| Вышеуказанный моноциклокарбонат | |
| полиоксипропиленгликоля | 7-17 |
| Пластификатор - смесь диоксановых | |
| спиртов и их высококипящих эфиров | 2-15 |
| Вышеуказанная смесь ароматических аминов | 18-45 |
| Алифатический амин | 0,2-6,5 |
| ε-капролактам | 0,2-5 |
