Гелькоутный состав для изделий из стеклопластика

Изобретение предназначено для изделий из полимерных композиционных материалов на основе эпоксидных смол. Может применяться при производстве конструктивных элементов различной формы летательных аппаратов малой авиации, изготавливаемых в матрице. Состав включает связующее в виде смеси эпоксидиановой смолы и активного разбавителя, отвердитель - циклоалифатический амин с Аэросилом и пигментную пасту в виде смеси двуокиси титана с активным разбавителем и добавки. 7 з.п. ф-лы., 2 табл.

 

Изобретение относится к области гелькоутных составов на основе эпоксидных смол и может быть использовано в качестве защитно-декоративных слоев для изделий из полимерных композиционных материалов на основе эпоксидных смол, изготовляемых в матрице, в частности при производстве конструктивных элементов различной формы летательных аппаратов малой авиации, а также может быть использовано при производстве деталей из таких же материалов в автомобильной промышленности, в области авиа-, ракето- и машиностроении.

Гелькоут наносится на внутреннюю поверхность матрицы и отверждается до «отлипа». Затем на него наносятся путем ручной выкладки (контактным формованием) слои из армированного композитного материала, пропитанные смолой. После отверждения и извлечения изделия из матрицы на его наружной поверхности осуществляют дизайнерский раскрас и/или наносят информативные надписи. В связи с этим к качеству гелькоутного слоя предъявляются высокие требования в отношении шероховатости, неровностей, гладкости.

Поскольку наружная поверхность таких изделий подвергается в зависимости от условий эксплуатации воздействию окружающей среды (ультрафиолета, химически активных сред, в частности воды, давлению воздуха и т.п.), то к составу гелькоута предъявляются определенные требования защитного характера.

Известен износостойкий защитный полимерный состав, включающий эпоксидную смолу, модификатор, чешуйчатый наполнитель, аминный отвердитель, Аэросил (патент РФ №2374282, МПК C09D 5/08, 2009).

Недостатком известного полимерного состава на основе эпоксидной смолы является то, что его назначение - защита металлических и бетонных конструкций.

Вследствие чего одной из задач изобретения при разработке состава являлось повышение его адгезии к металлу (стали) и бетону.

Предлагаемый состав имеет другую область применения, а именно для изделий из полимерных композиционных материалов, изготовленных методом контактного формования, предпочтительно для конструктивных элементов малой авиации.

Известна эпоксидная композиция для конструктивных элементов моделей летательных аппаратов, включающая эпоксидную диановую смолу марки ЭД-22, реакционноспособный разбавитель - смола ДЭГ-15-10 и отвердитель - триэтилентетраамин (патент РФ №2251560, МПК C08L 63/00, 2005).

Известная композиция предназначена для производства малогабаритных и имеющих сложную форму конструктивных элементов моделей летательных аппаратов, получаемых с использованием технологии контактного формования в полимерной форме.

Для изготовления указанных элементов использовали углепластик с отверждением по ступенчатому режиму.

При этом решалась задача обеспечения формоустойчивости и теплостойкости изделий на основе углепластиков.

Недостатком этой композиции является зависимость качества наружной поверхности готового изделия от качества внутренней поверхности полимерной формы, т.к. все дефекты полимерной формы автоматически переносятся на поверхность изготавливаемого изделия. Далее готовое изделие подвергают покраске. Поэтому данному этапу предшествует доведение полученной наружной поверхности изделия до хорошего качества. Для этого поверхность готового изделия зачищают вручную. Это очень длительный по времени и трудоемкий труд, вредный для здоровья. Основной причиной такого недостатка является отсутствие качественного гелькоутного слоя, предварительно наносимого на полимерную форму.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является гелькоутный состав для изделий из стеклопластика, включающий связующее, отвердитель, пигментную пасту, Аэросил и добавки (патент РФ №2350640, МПК C09D 17/00, 2009 - прототип).

Недостатком прототипа является то, что гелькоутный состав предназначен только в качестве непрозрачного декоративного слоя, преимущественно для стеклопластиковых деталей на основе полиэфирной смолы, используемых в автомобильной промышленности.

Данный гелькоутный состав не может быть использован для изготовления гелькоутного слоя для стеклопластиковых изделий на основе эпоксидных смол, поскольку при этом образуются непрочные связи гелькоутного слоя с конструкционным слоем и, как следствие, наличие низкой адгезионной прочности.

Кроме того, гелькоутный состав по прототипу обладает низкой тиксотропностью (способность удерживаться на вертикальных и на наклонных поверхностях) при использовании в качестве гелькоутного слоя.

Задачей настоящего изобретения является разработка гелькоутного состава, который мог бы использоваться при изготовлении покрытия (гелькоутного слоя) для изделий из стеклопластика на основе эпоксидной смолы, повышение тиксотропности состава и расширение его функциональных возможностей.

Поставленная задача решается за счет того, что гелькоутный состав для изделий из стеклопластика, включающий связующее, отвердитель, пигментную пасту, Аэросил и добавки, содержит в качестве связующего смесь эпоксидиановой смолы с активным разбавителем при их массовом соотношении 9:1, в качестве отвердителя - смесь циклоалифатического амина с Аэросилом при их массовом соотношении 9,7:0,3, в качестве пигментной пасты - смесь двуокиси титана с активным разбавителем при их массовом соотношении 1:1, в качестве добавок - Byk 530 и Byk 333, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Связующее	32-74
Отвердитель	19,5-69,0
Пигментная паста	8,5-45,0
Аэросил	0,6-5,0
Byk 530	0,2-3,5
Byk 333	0,05-0,7

В качестве эпоксидиановой смолы заявленный состав может содержать смолу «Der 330».

В качестве активного разбавителя заявленный состав может содержать алкилглицидиловый эфир «Эподил 748».

В качестве циклоалифатического амина заявленный состав может содержать «Анкамин 149» или «Анкамин 2519».

В качестве Аэросила заявленный состав может содержать диоксид кремния марки «А-200» импортного производства (Бельгия).

В заявленный состав можно дополнительно ввести оптический отбеливатель марки «Ювитекс ОВ» в количестве до 0,02 мас.ч. и/или пигмент «Ультрамарин» в количестве до 0,09 мас.ч.

В заявленный состав можно дополнительно ввести присадку Byk - S 706 в количестве до 1,2 мас.ч.

Отвердитель дополнительно может содержать 'Y-аминопропилтриметоксисилан АГМ-9 в количестве до 8,0 мас.ч.

Технический результат достигается за счет того, что гелькоутный состав в качестве связующего содержит смесь эпоксидиановой смолы с активным разбавителем, которая обеспечивает хорошую межслойную адгезию к композиционным материалам на основе эпоксидной смолы, использующихся, например, при изготовлении деталей летательных аппаратов малой авиации, автомобилей и т.д., в результате чего повышается прочность соединения гелькоутного слоя с конструкционным слоем изделия.

Кроме того, использование в качестве отвердителя смеси циклоалифатического амина с тиксотропным наполнителем Аэросилом способствует равномерному отверждению гелькоутного слоя на его основе по всей поверхности и повышению его способности удерживаться на вертикальных и наклонных поверхностях.

Пигментная паста в виде смеси двуокиси титана с активным разбавителем обладает хорошей гомогенностью, что позволяет получить поверхность изделия хорошего качества - равномерной и гладкой, не требующей трудоемкой ручной доработки перед дизайнерской покраской. При этом гелькоутный слой выполняет функцию грунта.

Добавка Byk 530 (раствор пеноразрушающих полимеров и полисилоксанов) является диаэрирующей, т.е. предотвращает образование пузырей в гелькоутном слое.

Добавка Byk 333 (полидиметилсилоксан, модифицированный простым полиэфиром) предотвращает образование так называемых «кратеров» на поверхности гелькоутного слоя.

Использование указанных добавок обеспечивает улучшение качества гелькоутного слоя и тем самым способствует повышению защитных свойств поверхности покрытия.

Дополнительное введение в гелькоутный состав оптического отбеливателя повышает стойкость гелькоутного слоя на свету, т.е. уберегает его от желтизны.

Добавление в гелькоутный состав присадки Byk S-706 (полиакрилат) способствует улучшению протекания химических процессов и лучшему удалению воздуха из вязкой системы во время формирования гелькоутного слоя.

При добавлении в отвердитель 'Y-аминопропилтриметоксиеилана «АГМ-9» повышается водостойкость гелькоутного слоя.

Таким образом, покрытие на основе заявленного состава выполняет не только декоративную функцию, но и грунтовочную, и защитную.

Примеры приготовления гелькоутного состава.

Пример 1

Брали 32 мас.ч. связующего в виде смеси эпоксидиановой смолы марки «Der 330» с алкилглицидилового эфира «Эподил 748» в соотношении 9:1 и добавляли к нему при перемешивании 0,3 мас.ч Byk 530 и 0,06 мас.ч. Byk 333, затем вводили в смесь также при перемешивании 0,7 мас.ч. Аэросила в виде диоксида кремния марки «А-200» (Бельгия). Полученную смесь выдерживали при комнатной температуре в течение 24 часов для лучшего диспергирования. Затем вводили 9,0 мас.ч. пигментной пасты в виде смеси двуокиси титана с алкилглицидиловым эфиром «Эподил 748» в соотношении 1:1 и тщательно перемешивали. Непосредственно перед применением в полученную систему вводили 20,7 мас.ч. отвердителя в виде «Анкамина 149» в сочетании с диоксидом кремния марки «А-200» (Бельгия) в соотношении 9,7:0,3 и перемешивали.

Примеры 2-4 приведены в таблице 1, свойства гелькоутного слоя по примерам - в таблице 2.

Таблица 1
№ п/п	Компоненты	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4
1	Связующее	32,0	37,0	50,0	71,0
2	Отвердитель	20,7	25,2	42.3	65,0
3	Паста TiO2	9,0	11,0	19,0	43,0
4	Аэросил	0,7	1,2	2,8	4,5
5	Byk 530	0,3	0,7	1,6	3,1
6	Bek 333	0,06	0,1	0,2	0,65
7	"Ювитекс"	-	-	0,017	-
8	Ультрамарин	-	-	0,06	-
9	АГМ-9	-	4,0	-	-
10	Byk S-706	-	-	-	0,7

Таблица 2
№ п/п	Наименование показателей	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4
1	Плотность при 20°С, г/см3	1,06	1,1	1,2	1,5
2	Вязкость по Брукфилду при 20°С, мПа·сек	1900	2100	2800	3400
3	Содержание летучих	отсутствует	отсутствует	отсутствует	отсутствует
4	Устойчивость против образования потеков на вертикальных поверхностях при 20°С	240	290	380	550
5	Прочность при растяжении отвержденной системы, МПА	68	69	70	65
6	Относительное удлинение при растяжении, %	6	5,4	5	7
7	Водопоглощение за 24 часа, %	0,037	0,028	0,04	0,045
8	Степень белизны	84	87	98	90

Использование состава, компоненты которого взяты ниже нижних пределов, приводит к снижению устойчивости против образования потеков на вертикальных поверхностях и к понижению физико-механических показателей. Если компоненты состава взяты выше верхних пределов, то это приводит к снижению его технологичности в связи с увеличением вязкости и плотности.

Таким образом, сочетание представленных компонентов в определенном соотношении в заявляемом гелькоутном составе обеспечивает при его реализации в качестве гелькоутного слоя для изделий из стеклопластика на основе эпоксидной смолы, повышает его тиксотропность, расширяет функциональные возможности гелькоутного слоя на его основе (защитные, грунтовочные) при сохранении высоких физико-механических показателей.

1. Гелькоутный состав для изделий из стеклопластика, включающий связующее, отвердитель, пигментную пасту, Аэросил и добавки, отличающийся тем, что он содержит в качестве связующего смесь эпоксидиановой смолы с активным разбавителем при их массовом соотношении 9:1, в качестве отвердителя - смесь циклоалифатического амина с Аэросилом при их массовом соотношении 9,7:0,3, в качестве пигментной пасты - смесь двуокиси титана с активным разбавителем при их массовом соотношении 1:1, в качестве добавок - Byk 530 и Byk 333 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

связующее	32-74
отвердитель	19,5-69,0
пигментная паста	8,5-45,0
Аэросил	0,6-5,0
Byk 530	0,2-3,5
Byk 333	0,05-0,7

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве эпоксидиановой смолы он содержит смолу марки «Der 330».

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного разбавителя он содержит алкилглицидиловый эфир «Эподил 748».

4. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве циклоалифатического амина он содержит «Анкамин 149» или «Анкамин 2519».

5. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве Аэросила он содержит диоксид кремния марки «А-200».

6. Состав по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит оптический отбеливатель марки «Ювитекс OB» в количестве до 0,02 мас.ч. и/или пигмент «Ультрамарин» в количестве до 0,09 мас.ч.

7. Состав по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит присадку Byk - S 706 в количестве до 1,2 мас.ч.

8. Состав по п.1, отличающийся тем, что отвердитель дополнительно содержит Y-аминопропилтриметоксисилан марки «АГМ-9» в количестве до 8,0 мас.ч.