Композиция для получения пенопласта
Владельцы патента RU 2477734:
Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Изобретение относится к области авиационной техники, машиностроению, а именно к легким, ударопрочным, трудносгорающим пеноматериалам, которые могут быть использованы в качестве конструкционных и теплоизоляционных заполнителей, а также для изготовления элементов «непотопляемых» конструкций с малым коэффициентом водо- и топливопоглощения, например поплавков уровнемеров топливных баков двигательных установок. Предложена композиция для получения пенопласта, имеющая следующий химический состав, мас.ч.: новолачная фенольная смола 20-40, резольная фенольная смола 60-80, нитрильный каучук 20-40, уротропин 3-10, порофор 15-20, антипирен нитрилотриметилфосфонат алюминия 3-10. Технический результат - повышенная ударная вязкость и низкая величина топливопоглощения пенопласта. Применение предлагаемого пенопласта позволит повысить надежность работы изделий авиационной техники и расширить области его использования. 2 табл., 3 пр.
Изобретение относится к области авиационной техники, машиностроению, а именно к легким, ударопрочным, трудносгорающим пеноматериалам, которые могут быть использованы в качестве конструкционных и теплоизоляционных заполнителей, а также для изготовления элементов «непотопляемых» конструкций с малым коэффициентом водо- и топливопоглощения, например поплавков уровнемеров топливных баков двигательных установок.
Известна серия легких, упругоэластичных пеноматериалов, получаемых на основе продуктов совмещения фенольных смол с эластомерами - пенопласта ФК-20 и ФК-40 (Попов В.А. Пласт. массы. - 1960, 10. - С.20-25).
Указанные пенопласты имеет величину ударной прочности 0,5-2,0 кДж/м2 и выше, рабочую температуру до 120-150°C, однако не являются («замкнуто-ячеистыми», содержат значительное количество открытых пор, что ограничивает возможность их использования в качестве водо- и особенно топливостойких пеноматериалов, и так как при большом содержании эластомера не содержат антипиренов, относятся к категории «сгораемых» пенопластатов.
Известны закрыто-ячеистые пенопласты «жесткие» (без эластомеров) с низкой величиной водо- и топливопоглощения, полученные на основе модифицированных эпоксиноволачных олигомеров (Мат-лы краткоср. науч.-техн. семинара 16-17 сент. 1988 - Л., ЛДНТП, 1988 - С.48-52, ТУ 2254-149-02068474-2005).
Известен пенопласт на основе фенольных смол, содержащий специально подготовленный наполнитель мергель, прошедший дополнительную обработку, который является одновременно и вспенивающим агентом (Патент РФ №2156781).
Известные пенопласты являются «трудносгораемыми» и характеризуются низкой плотностью и высокой теплостойкостью, однако существенным недостатком пенопластов является повышенная жесткость (величина ударной вязкости не превышает 0,4 кДж/м2).
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является композиция для получения пенопласта, имеющая следующий химический состав, мас.ч.:
| Фенольная смола | 80-120 |
| Нитрильный каучук | 10-30 |
| Уротропин | 8-12 |
| Сера | 0,2-0,5 |
| Порофор | 3-7 |
| Фосфорсодержащий антипирен | |
| в оболочке из карбамида | 12-35,5 |
(Патент РФ №2213752)
Пенопласт-прототип относится к «трудносгорающим» пенопластам, имеет недостаточно высокую ударную вязкость, повышенную величину топливопоглощения, не является замкнуто-ячеистым, и в связи с этим не может быть использован для изготовления «непотопляемых» конструкций.
Технической задачей изобретения является создание легкого теплостойкого, «трудносгорающего» пенопласта, характеризующегося повышенной ударной вязкостью и низкой величиной топливопоглощения.
Поставленная задача достигается тем, что предложена композиция для получении пенопласта, включающая фенольную смолу, нитрильный каучук, уротропин, порофор и антипирен, которая в качестве фенольной смолы содержит новолачную и резольную фенольную смолу, а в качестве антипирена - нитрилотриметилфосфонат алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Новолачная фенольная смола ГОСТ 18694-80 | 20-40 |
| Резольная фенольная смола ГОСТ 18694-80 | 60-80 |
| Нитрильный каучук ТУ 38.3013-94 | 20-40 |
| Уротропин ГОСТ 1381-73 | 3-10 |
| Порофор ТУ 113-03-365-82 | 15-20 |
| Нитрилотриметил фосфонат | |
| алюминия | 3-10 |
Антипирен - нитрилотриметилфосфонат алюминия получен в результате взаимодействия водных растворов шестиосновной нитрилотриметилфосфоновой кислоты (H6L, где L - кислотный остаток) и хлорида алюминия (AlCl3·6H2O) в соотношении из расчета равного количество молей H6L количеству молей AlCl3·6H2O в растворе хлорида алюминия.
Образование антипирена Al3H3L2·9H2O описывается следующим химическим уравнением:
2H6L+3AlCl3+9H2O→Al3H3L2·9H2O↓+9H+↑+9C-↑
Резольную фенольную смолу вводят для повышения теплостойкости, т.к. в сочетании с новолачной фенольной смолой она повышает ударную вязкость и способствует повышению теплостойкости.
Установлено, что в результате присутствия в композиции для пенопласта аминного модификатора-уротропина, химически активного к фенолу, и повышенного количества газообразователя - порофора создается определенный синергетический эффект, действие которого приводит к повышению ударной вязкости и созданию замкнуто-ячеистого пенопласта.
В процессе термообработки аминный модификатор (уротропин) повышает вязкость расплава вспениваемой композиции и упрочняет поверхностные слои образующегося блок-сополимера, а увеличенное количество газообразователя (порофора) способствует равномерному вспениванию всей массы и снижению объемной плотности пенопласта.
В результате многократно улучшается «вспениваемость» смесей, что приводит к получению легких, ударопрочных пенопластов, характеризующихся замкнуто-ячеистой структурой.
В качестве фенольной смолы в заявляемом изобретении используют фенолформальдегидные смолы по ГОСТ 18694-40, получаемые в результате поликонденсации фенолов с формальдегидом. При поликонденсации в кислой среде при молярном избытке фенола получают новолачные смолы таких марок, как СФ-010, СФ-0122, СФ-121 с температурой каплепадения 95-105°C и с динамической вязкостью 90-180 МПа·с.
При поликонденсации в щелочной среде при молярном избытке фенола получают резольные смолы таких марок, как СФ-340, СФ-342, СФ-381, с временем желатинизации в пределах 75-125 с и с содержанием массовой доли воды не более 2%.
Другим основным компонентом композиции для получения пенопласта является нитрильный каучук. В качестве этого каучука используют бутадиеннитрильные каучуки с массовым содержанием нитрила акриловой кислоты от 18 до 40% с показателем жесткости по Дефо не менее 800 Гс.
Примеры осуществления
Пример 1
Композицию, содержащую, мас.ч.: новолачной фенольной смолы СФ-010 - 30, резольной фенольной смолы СФ-340 - 70, порофора - 15, уротропина - 3, смешивают в шаровой мельнице в течение 2-3 час, после чего полученную смесь совмещают на охлаждаемых фрикционных вальцах с 20 мас.ч. нитрильного каучука СКН-18.
После вальцевания полученную вальцованную пленку каландрируют. Из полученного листа вырезают «заготовку», на которую наносят антипирен - нитрилотриметилфосфонат алюминия, полученный указанным в описании способом.
Полученную «заготовку» помещают в пресс-форму и проводят термический режим вспенивания при температуре 155-160°C.
Аналогичным способом получают композиции по примерам 2 и 3.
Составы композиций предлагаемого пенопласта и пенопласта - прототипа приведены в таблице 1, сравнительные свойства - в таблице 2.
Предлагаемый пенопласт по сравнению с прототипом является более легким - плотность ниже в 1,2-2 раза, теплостойким - рабочая температура 150°C, ударопрочным - ударная вязкость выше в 1,2-2,7 раз, «трудносгорающим» пеноматериалом с замкнуто-ячеистой структурой, с величиной топливопоглощения более чем в 10 раз ниже прототипа.
Применение предлагаемого пенопласта позволит повысить надежность работы изделий авиационной техники и расширить области его использования.
| Таблица 1 | ||||
| Составы по примерам | Прототип | |||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Фенольная новолачная смола | 20 | 30 | 40 | 100 |
| Фенольная резольная смола | 80 | 70 | 60 | - |
| Нитрильный каучук | 20 | 30 | 40 | 20 |
| Порофор | 15 | 18 | 20 | 5 |
| Сера | - | - | - | 0,3 |
| Уротропин | 3 | 7 | 10 | 10 |
| Антипирен нитрилотриметилфосфонат алюминия (покрытие) | 3 | 7 | 10 | - |
| Антипирен фосфорсодержащий в оболочке из карбамида | 20 |
| Таблица 2 | ||||
| Примеры по изобретению | Прототип | |||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Плотность, кг/м3 | 50 | 80 | 90 | 100 |
| Ударная вязкость, кДж/м2 | 2 | 3 | 4 | 1,5 |
| Пористость | замкнуто-ячеистый | пористый | ||
| Топливопоглощение за 3 мес, мас.% | до 3 | до 2,5 | до 1,5 | 40 |
| Горючесть (время остаточного горения, сек) | 0 | 0 | 0 | <1 |
Композиция для получения пенопласта, включающая фенольную смолу, нитрильный каучук, уротропин, порофор и антипирен, отличающаяся тем, что в качестве фенольной смолы содержит новолачную и резольную фенольную смолу, а в качестве антипирена - нитрилотриметилфосфонат алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Новолачная фенольная смола | 20-40 |
| Резольная фенольная смола | 60-80 |
| Нитрильный каучук | 20-40 |
| Уротропин | 3-10 |
| Порофор | 15-20 |
| Нитрилотриметилфосфонат алюминия | 3-10 |
