Клеевая композиция
Владельцы патента RU 2383574:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "РЯЗАНСКИЙ ВОЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ ГЕНЕРАЛА АРМИИ В.П. ДУБЫНИНА" (RU)
Изобретение относится к области конструкционных клеев холодного отверждения, обладающих высокой прочностью клеевых соединений при сдвиге, отрыве и отслаивании, повышенной водостойкостью, высокой эластичностью, с сохранением эластических и прочностных свойств при воздействии многократных температурных колебаний от -40°С до +120°С. Клеевая композиция включает эпоксидную диановую смолу ЭД-20, полиамидную смолу, отвердитель, кремнийорганический амин. Кремнийорганический амин выбран из группы, включающей биспарааминофениленаминометилентстра-метилдисилоксан, γ-аминопропилтриэтоксисилан, 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксиаминосилан, диэтиламинометилентриэтоксисилан или их смеси. Композиция содержит также модификатор - полисульфон (термостойкий термопластичный полимер) и наполнитель. В качестве отвердителя - аддукт фенола, этилендиамина, формальдегида АФ-2. В качестве минерального наполнителя - шунгитовая крошка с размером частиц не более 40 мкм. Клеевую композицию готовят путем последовательного смешения компонентов. Использование клеевой композиции позволяет снизить длительность отверждения, повысить эластичность (прочность при отслаивании), ударную вязкость (трещиностойкость) при воздействии многократных температурных колебаний от -40°С до +120°С. 2 табл.
Изобретение относится к области конструкционных клеев холодного отверждения, обладающих высокой прочностью клеевых соединений при сдвиге, отрыве и отслаивании, повышенной водостойкостью, высокой эластичностью, с сохранением эластических и прочностных свойств при воздействии многократных температурных колебаний от -40°С до +120°С, предназначенных для склеивания металлов и неметаллических материалов в изделиях автомобильной техники и различных отраслях машиностроения.
Известна клеевая композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, полиамидную смолу, кремнийорганический амин, хлорсодержащую смолу с массовой долей хлора 2,5-22,0% и алифатический ди- или полиамин [1], следующего состава, мас.ч.:
| эпоксидная диановая смола | 100 |
| полиамидная смола | 65-90 |
| кремнийорганический амин | 1,15-1,30 |
| хлорсодержащая смола | 14-30 |
| алифатический ди- и полиамин | 0,6-1,8 |
В качестве полиамидной смолы она содержит продукты конденсации полиэтиленполиамина с метиловыми эфирами димеризованных жирных кислот растительных масел.
В качестве кремнийорганического амина она содержит биспарааминофениленаминометилентетраметилдисилоксан, γ-аминопропилтриэтоксисилан, 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксиаминосилан, диэтиламинометилентриэтоксисилан или их смеси.
В качестве хлорсодержащей смолы с массовой долей хлора 2,5-22,0% она содержит N,N,N',N'-тетраглицидилпроизводное 3,3-дихлор-4,4-диаминодифенилметана, продукт конденсации эпихлоргидрина с дифенилолпропаном, смолу реакционноспособную хлорсодержащую и продукт взаимодействия эпихлоргидрина с водой.
В качестве алифатического ди - или полиамина она содержит дицианэтилэтилендиамин, гексаметилендиамин, N,N,N',N'-тетраметилгексаметилендиамин и полиэтиленполиамин.
В качестве минерального наполнителя она содержит асбест, двуокись титана или электрокорунд в количестве 5-20 мас.ч.
Недостатками данной клеевой композиции являются длительное время отверждения (до 3 суток при температуре не ниже +18°С), низкая ударная вязкость (трещиностойкость) и эластичность (прочность при отслаивании) при воздействии многократных температурных колебаний от -40°С до +120°С, что не позволяет использовать ее при ремонте теплонагруженных агрегатов автомобильной техники (блоки цилиндров двигателя, головки блоков цилиндров) [2].
Технический результат изобретения направлен на снижение длительности отверждения, повышение эластичности (прочности при отслаивании), ударной вязкости (трещиностойкости) при воздействии многократных температурных колебаний от -40°С до +120°С.
Технический результат достигается тем, что предлагается клеевая композиция, включающая эпоксидную диановую смолу, полиамидную смолу (продукты конденсации полиэтиленполиамина с метиловыми эфирами димеризованных жирных кислот растительных масел), кремнийорганический амин (биспарааминофениленаминометилентетра-метилдисилоксан, γ-аминопропилтриэтоксисилан, 1-аминогексаметилен-6-аминометилентри-этоксиаминосилан, диэтиламинометилентриэтоксисилан или их смеси), хлорсодержащую смолу с массовой долей хлора 2,5-22,0% (N,N,N',N'-тетраглицидилпроизводное 3,3-дихлор-4,4-диаминодифенил-метана, продукт конденсации эпихлоргидрина с дифенилолпропаном, смолу реакционноспособную хлорсодержащую и продукт взаимодействи эпихлоргидрина с водой) и алифатический ди- или полиамин (дицианэтилэтилендиамин, гексаметилендиамин, N,N,N',N'-тетраметилгексаметилендиамин и полиэтиленполиамин), минеральный наполнитель (асбест, двуокись титана или электрокорунд), при этом эпоксидная диановая смола ЭД-20 модифицирована термостойким термопластичным полимером (полисульфоном), в качестве отвердителя используется аддукт фенола, этилендиамина, формальдегида АФ-2, а в качестве наполнителя - шунгитовая крошка с размером частиц не более 40 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| эпоксидная диановая смола ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) | 90-110 |
| полиамидная смола | 35-55 |
| кремнийорганический амин | 1,15-1,30 |
| АФ-2 (ТУ № П-264-70) | 25-35 |
| полисульфон | 5-30 |
| шунгитовая крошка | 20-35 |
Отличительными признаками от прототипа является то, что эпоксидная диановая смола ЭД-20 модифицирована термостойким термопластичным полимером (полисульфоном), в качестве отвердителя используется аддукт фенола, этилендиамина, формальдегида АФ-2, а в качестве наполнителя - шунгитовая крошка с размером частиц не более 40 мкм при определенном соотношении компонентов.
Заявленная композиция соответствует категории «новизна» и позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенное отличие».
Использование в эпоксидной композиции модификатора - термостойкого термопластичного полимера (полисульфона) и аддукта фенола, этилендиамина, формальдегида АФ-2 в качестве отвердителя позволяет снизить время отверждения композиции с 72 ч до 8-12 ч (таблица 2), повысить эластичность и ударную вязкость, сохранить прочностные и эластичные свойства при воздействии многократных температурных колебаний от -40°С до +120°С.
Во время отверждения полисульфон, выделяясь в отдельную фазу внутри клеевой прослойки, способствует снижению внутренних напряжений и позволяет отвержденной композиции выдерживать многократные знакопеременные напряжения, возникающие при воздействии температурных колебаний от -40°С до +120°С, а так же повысить эластичность и ударную вязкость. Применение аддукта фенола, этилендиамина, формальдегида АФ-2 в качестве отвердителя позволяет сохранить высокую теплостойкость в сочетании с уменьшением времени отверждения.
Для придания тиксотропности, улучшения технологичности и повышения теплопроводности предлагаемая композиция содержит в качестве наполнителя шунгитовую крошку с размером частиц не более 40 мкм.
Результаты проведенных испытаний по составу и свойствами предлагаемой клеевой композиции и сравнительная оценка с прототипом представлена в таблице 1 и таблице 2.
Пример приготовления композиции.
Клеевую композицию готовят путем смешивания компонентов в соотношениях, указанных в таблице 1, в последовательности описанной далее.
В эпоксидную диановую смолу ЭД-20 добавляют полисульфон и перемешивают до получения однородной массы, затем вводят наполнитель - шунгит и также перемешивают до равномерного распределения его в объеме композиции. Непосредственно перед применением клеевой композиции в ранее полученную смесь (ЭД-20 + полисульфон + шунгит) добавляют полиамидную смолу, тщательно перемешивают и только после этого последовательно добавляют кремнийорганический амин и отвердитель АФ-2. Полученную композицию еще раз перемешивают в течение 5 минут. Время жизнеспособности композиции не более 20 мин после введения отвердителя.
Клеевую композицию наносят на подготовленную под склеивание поверхность (зашкуренную и обезжиренную) шпателем ровным слоем на обе склеиваемые поверхности. Склеивание проводят при температуре помещения не ниже 18°С в течение 8-12 ч.
Прочность на сдвиг клеевых соединений оценивали по ГОСТ 14759-69, на отслаивание - РТМ 1.2.015-81, на отрыв - ГОСТ 14760-69.
Свойства предлагаемой клеевой композиции представлены в таблице 2.
Испытания проводили на образцах из алюминиевого сплава АЛ4, поверхность предварительно была зашкурена и обезжирена.
Как видно из таблицы 2 предлагаемая клеевая композиция холодного отверждения в сравнении с клеевой композицией-прототипом обеспечивает снижение времени ее отверждения в 6 раз, позволяет увеличить на 40% количество температурных колебаний от -40°С до +120°С, происходящих без разрушения склейки, а так же сохранить эластичные и прочностные свойства, при повышении ударной вязкости (трещиностойкости) в 2 раза. По водостойкости предлагаемая клеевая композиция не уступает прототипу.
Использование предлагаемой клеевой композиции с указанными высокими прочностными характеристиками повысит прочность клеевых соединений при воздействии многократных температурных колебаний от -40°С до +120°С и тем самым обеспечит повышение надежности и ресурса изделий автомобильной техники.
Источники информации
1. Пат. 2266942 Российская Федерация, МПК7 C09J 163/02. Клеевая композиция / Углова Г.Н. и др.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов". - №2003134174/04; заявл. 26.11.03; опубл. 27.12.05, Бюл. №36 (II ч.). - 7 с.: ил.
2. Ковачич, Л. Склеивание металлов и пластмасс / Леонид Ковачич; перевод со словац. / Под ред. А.С.Фрейдина. - М.: Химия, 1985 г. - 240 с.: ил. - Библиогр.: с.229-231.
| Таблица 1 | ||||
| Состав предлагаемой клеевой композиции холодного отверждения и клеевой композиции-прототипа | ||||
| Наименование компонентов | Состав, мас.ч. | |||
| Предлагаемая клеевая композиция | Клеевая композиция-прототип | |||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 ЭД-22 | 100 | 100 | 100 | - |
| 100 | ||||
| Полиамидная смола (продукт конденсации полиэтиленполиамина с метиловыми эфирами димеризованных жирных кислот льняного масла) | 30 | 45 | 60 | 80 |
| Кремнийорганический амин (γ-аминопропилтриэтоксисилан) | 1,3 | 1,2 | 1,1 | 1,185 |
| Полисульфон | 5 | 15 | 30 | - |
| Аддукт фенола, этилендиамина, формальдегида (АФ-2) | 20 | 30 | 40 | - |
| Шунгитовая крошка | 15 | 25 | 40 | - |
| Таблица 2 | ||||
| Свойства предлагаемой клеевой композиции холодного отверждения и композиции-прототипа | ||||
| Свойства | Предлагаемая композиция по примерам | Прототип | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Прочность при сдвиге, кгс/см2, клеевых соединений при температуре испытания, °С: | - | |||
| -40 | 305 | 330 | 325 | - |
| 20 | 250 | 290 | 280 | 280 |
| 120 | 105 | 120 | 114 | 115 |
| Прочность при отслаивании (эластичность), кгс/см2, клеевых соединений при температуре испытания, °С: | ||||
| -40 | 4,8 | 5,5 | 5,2 | - |
| 20 | 5,6 | 5,9 | 5,4 | 5,0 |
| 120 | 3,9 | 4,4 | 3,9 | 3,0 |
| Прочность при равномерном отрыве, кгс/см2, при температуре испытания, °С: | ||||
| -40 | 405 | 420 | 390 | - |
| 20 | 438 | 445 | 430 | 420 |
| 120 | 130 | 150 | 115 | 110 |
| Прочность на сдвиг, кгс/см2, клеевых соединений после воздействия воды в течение 3 месяцев при температуре испытания, °С: | - | |||
| -40 | 260 | 274 | 265 | - |
| 20 | 290 | 298 | 285 | 280 |
| 120 | 122 | 130 | 125 | 115 |
| Ударная вязкость, кДж/м2 | 17 | 26 | 30 | 10,8 |
| Количество температурных колебаний от -40°С до +120°С происходящих без разрушения склейки | 1350 | 1500 | 1150 | 850 |
| Время достижения наибольшей прочности соединения, ч | 12 | 12 | 9 | 72 |
Клеевая композиция холодного отверждения, включающая эпоксидную диановую смолу, полиамидную смолу, кремнийорганический амин, выбранный из группы, включающей биспарааминофениленаминометилентетра-метилдисилоксан, γ-амино-пропилтриэтоксисилан, 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксиаминосилан, диэтиламинометилентриэтоксисилан или их смеси, модификатор - полисульфон (термостойкиц термопластичный полимер), отвердитель - аддукт фенола, этилендиамина, формальдегида АФ-2, а в качестве минерального наполнителя - шунгитовая крошка с размером частиц не более 40 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| эпоксидная диановая смола марки ЭД-20 | 90-110 |
| полиамидная смола | 35-55 |
| кремнийорганический амин | 1,15-1,30 |
| АФ-2 | 25-35 |
| полисульфон | 5-30 |
| шунгитоовая крошка | 20-35 |
