Клеевая композиция

Изобретение относится к эпоксидным конструкционным клеевым композициям холодного отверждения с повышенной эластичностью и прочностью, обеспечивающим работоспособность клеевых соединений с высокой прочностью как на сдвиг и отрыв, так и на отслаивание и расслаивание. Клеевая композиция включает эпоксидную диановую смолу, трифункциональный олигооэфирэпоксид, низкомолекулярную полиамидную смолу, наполнитель и дифункциональный олигоэфирэпоксид. Изобретение позволяет повысить ресурс работоспособности склеенных узлов в условиях воздействия высоких вибрационных и ударных нагрузок при температурах до 150°C. 1 табл.

 

Изобретение относится к эпоксидным конструкционным клеевым композициям холодного отверждения с повышенной эластичностью и прочностью, обеспечивающим работоспособность клеевых соединений с высокой прочностью как на сдвиг и отрыв, так и на отслаивание и расслаивание.

Устойчивость клеевых соединений к воздействию вибрационных, ударных нагрузок, перепада температур от криогенных до повышенных можно обеспечить, создавая клеевые прослойки, сочетающие высокую механическую прочность с повышенной эластичностью. Повышенная эластичность позволяет нивелировать напряжения в клеевом шве, возникающие при изменениях температуры в соединениях материалов с различающимися температурными коэффициентами линейного расширения.

Только конструкционные клеи с повышенной эластичностью (показателем относительного удлинения при растяжении более 10%) и достаточной адгезией могут обеспечить одновременно устойчивость к деформациям на отслаивание, расслаивание, на сдвиг и отрыв.

Так как прочность на сдвиг соединений на эластичных клеях практически не зависит от толщины клеевого шва (в пределах 0,1-2,0 мм), такие клеи могут обеспечить надежное приклеивание различных деталей и элементов на круглые и цилиндрические поверхности.

Известна герметичная клеевая композиция по патенту РФ №2275405, обладающая повышенной эластичностью (относительным удлинением при растяжении более 10%) в сочетании с высокой конструкционной прочностью при сдвиге, состоящая из эпоксидной диановой смолы, монофункционального и трифункционального олигоэфирэпоксидов, содержащих 1 и 3 эпоксидных группы, соответственно, и трициклокарбонатполиоксипропилентриола, полиамидной смолы, амина и наполнителя. Однако эта композиция обладает недостаточной прочностью (до 1,0 МПа) клеевых соединений при повышенной температуре 150°C.

Прототипом предлагаемой конструкционной клеевой композиции по составу, отверждению при комнатной температуре является патент РФ №2196795, включающий эпоксидную диановую смолу, олигоэфирэпоксиды (монофункциональный и трифункциональный), низкомолекулярную полиамидную смолу с аминным числом 300 и наполнитель. Однако эта композиция обладает недостаточно высокой эластичностью и прочностью при повышенных температурах, в частности при 150°C.

Задачей данного изобретения является разработка состава клеевой композиции с повышенной эластичностью (с относительным удлинением при растяжении не менее 10% в сочетании с повышенной прочностью при сдвиге при температурах до 150°C - верхнем температурном пределе работоспособности клеевых соединений на космических аппаратах).

Технический результат - повышение ресурса работоспособности склеенных узлов в условиях воздействия высоких вибрационных и ударных нагрузок при температурах до 150°C.

Эта задача решается тем, что клеевая композиция включающая, эпоксидную диановую смолу, трифункциональный олигооэфирэпоксид, низкомолекулярную полиамидную смолу и наполнитель, в соответствии с изобретением содержит дифункциональный олигоэфирэпоксид при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:

Эпоксидная диановая смола	25-40
Дифункциональный олигооэфирэпоксид	10-15
Трифункциональный олигооэфирэпоксид	10-20
Низкомолекулярная полиамидная смола	40-60
Наполнитель	0-90.

Используемые компоненты имеют следующие характеристики. В качестве эпоксидной диановой смолы используют смолы марки ЭД-20, ЭД-16, ЭД-22 (ГОСТ 10587-84). В качестве дифункционального олигоэфирэпоксида применяют один из продуктов взаимодействия эпихлоргидрина с водой - смолу Э-181 (ТУ 2225-606-11131395-2003), или Лапроксид Э-181 (ТУ 2225-058-10488057-2010) или Лапроксид БД (ТУ 2225-046-10488057-2009). В качестве трифункциональных олигооэфирэпоксидов используют продукты Лапроксид 703 (ТУ 2226-029-10488057-98) или Лапроксид 603 (ТУ 2226-322-10488057-94). В качестве низкомолекулярной полиамидной смолы используют продукты поликонденсации полиэтиленполиамина с метиловыми эфирами соевого масла - ПО-300 (ТУ 2224-092-05034239-96) или льняного масла - Л-20 (ТУ 6-05-1123-85 или ТУ 2224-485-56897835-2010). В качестве наполнителей применяют нитрид бора марки «С» (ТУ 2112-003-49534204-2002, ТУ 2112-011-49534204-2011), асбест (ТУ 6-05-1379-86), двуокись титана (ГОСТ 9808-75), электрокорунд (ТУ 6-02-05-68) и др. Однако клеевые композиции могут готовиться и без наполнителей, когда требуется обеспечить тонкий клеевой шов.

Для экспериментальной проверки механических характеристик клеевой композиции готовили 11 клеевых рецептур, имеющих существенные преимущества перед прототипом (см. таблицу), а также прототип. Композиции предлагаемого состава готовили и испытывали следующим образом. В фарфоровой чашке смешивали навески эпоксидных диановых смол ЭД-16 (предварительно разогретой) или ЭД-20 или ЭД-22, Лапроксидов марки Э-181 или БД или смолы Э-181, Лапроксидов 603, или 703. Компоненты перемешивали в течение 10-15 мин. Затем к смеси добавляли навески полиамидной смолы ПО-300 или Л-20, перемешивали и добавляли наполнитель в количестве, необходимом для достижения технологичной вязкости и тиксотропных свойств.

С приготовленными клеевыми композициями готовили соответствующие образцы и проводили механические испытания.

Определение предела прочности клеевых соединений при температуре 20°C при сдвиге производили в соответствии с ГОСТ 14759-69 на образцах из алюминиевого сплава АМг6.

Для изготовления образцов клеевых соединений пластинки из алюминиевого сплава обрабатывали шлифовальной шкуркой, дважды обезжиривали ацетоном ГОСТ 2768 или нефрасом ГОСТ 8505 и просушивали. Приготовленный клей наносили на обе склеиваемые поверхности, которые затем соединяли. Образцы клеевых соединений отверждали при температуре 20-25°C, удельном давлении 0,02-0,05 МПа в течение не менее 5 суток, затем проводили испытания (не менее 5 образцов) при температуре 15-35°C в соответствии ГОСТ 14759-69. Определение разрушающего напряжения и относительного удлинения при растяжении проводили в соответствии с ГОСТ 14236 на образцах из приготовленных клеевых рецептур в виде пленок - полосок толщиной 0,10-0,15 мм. Результаты механических испытаний на сдвиг (при температурах 20, 150°C) и на растяжение при температуре 20°C представлены в таблице.

Таблица
Составы, прочность при сдвиге (τсдв) и относительное удлинение при растяжении (εраст) клеевых композиций
Рецептура, масс.ч.	τсдв, МПа,	εраст, %, при 20°C
при 20°C	при 150°C
1	2	3	4
№1	16,0	2,7	14,3
ЭД-16-25; Лапроксид Э-181 - 15; Лапроксид 603 - 20, ПО-300 - 50; асбест - 25
№2	19,5	3,0	15,9
ЭД-16-30; Лапроксид Э-181 - 10; Лапроксид 603 - 20, ПО-300 - 45; двуокись титана - 90
№3	15,5	2,8	25,3
ЭД-16-40; Лапроксид Э-181 - 10; Лапроксид 703 - 10, ПО-300 - 50; нитрид бора - 20
№4	15,5	3,7	12,0
ЭД-20-30; Лапроксид Э-181 - 10; Лапроксид 603 - 20, Л-20 - 45; нитрид бора - 40
№5	16,1	2,9	21,6
ЭД-16-30; Лапроксид Э-181 - 10; Лапроксид 603 - 20, ПО-300 - 45; нитрид бора - 20
№6	18,5	2,7	10,8
ЭД-20-30; Лапроксид Э-181 - 10; Лапроксид 603 - 20, ПО-300 - 50
№7	16,0	2,7	10,7
ЭД-16-35; Лапроксид Э-181 - 10; Лапроксид 703 - 15, ПО-300 - 42; нитрид бора - 20
№8	16,8	3,0	9,5
ЭД-16-32; Лапроксид Э-181 - 15; Лапроксид 703-15, ПО-300 - 50; нитрид бора - 25
№9	15,4	2,8	12,8
ЭД-16-30; Смола Э-181 - 10; Лапроксид 703 - 20, ПО-300 - 42; нитрид бора - 20
№10	16,4	2,8	11,4
ЭД-22-30; Смола Э-181 - 10; Лапроксид 603 - 20, ПО-300 - 50; асбест - 25
№11	16,0	2,9	20,1
ЭД-16-30; Лапроксид БД - 15; Лапроксид 603 - 15, ПО-300 - 50; двуокись титана - 70
Прототип	15,5÷17,5	1,8	4,2÷6,6
ЭД-20 (ЭД-16, ЭД-22) - 36÷40; Лапроксид 301 - 8÷10, Лапроксид 603 - 15÷18; ПО-300 - 38÷36; наполнитель - 10÷15

Из результатов механических испытаний образцов клеевых композиций видно достижение положительного результата в части повышения эластичности (в 1,5-4 раза), при этом прочности склеивания на сдвиг не менее чем в 1,5 раза при температуре 150°C по сравнению с прототипом.

Использование предлагаемой клеевой композиции с указанными повышенной эластичностью и прочностью при температурах до 150°C позволит создать новые конструкции и узлы, в которых клеевые соединения работоспособны как на сдвиг, так и отслаивание, наклеивать плоские детали на криволинейные поверхности (в т.ч. круглые и цилиндрические). Применение композиции в изделиях космической и авиационной техники обеспечит повышение ресурса работоспособности склеенных узлов в условиях воздействия высоких вибрационных и ударных нагрузок, температур до 150°C.

Клеевая композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, трифункциональный олигооэфирэпоксид, низкомолекулярную полиамидную смолу и наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит дифункциональный олигооэфирэпоксид при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола	25-40
Дифункциональный олигооэфирэпоксид	10-15
Трифункциональный олигооэфирэпоксид	10-20
Низкомолекулярная полиамидная смола	40-60
Наполнитель	0-90