Клеевая эпоксидная композиция
Владельцы патента RU 2495898:
Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) (RU)
Изобретение относится к химии полимеров, в частности к клеевым составам на основе эпоксидных смол для клеесварных соединений, применяемых в различных областях промышленности, прежде всего в авиастроении, для склеивания и коррозионной защиты панелей по периметральным зафланцовкам, а также для герметизации различных изделий. Компоненты клеевой композиции содержатся в следующем соотношении их (мас.ч.): эпоксидно-диановая смола - 100, термопластичный модификатор полисульфон - 5-20, алюмосиликатная глина - 0,5-1,0, отвердитель дициандиамид - 8-20. Изобретение обеспечивает повышение прочности, термостойкости клеевого соединения и повышение жизнеспособности клея. 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к химии полимеров, в частности к составам на основе эпоксидных смол для клеесварных соединений, применяемых в различных областях промышленности, прежде всего в авиастроении, для склеивания и коррозионной защиты панелей по периметральным зафланцовкам, а также для герметизации различных изделий.
Известна клеевая композиция, используемая, например, в автомобилестроении (авторское свидетельство СССР 1352922, МПК C09J 163/02, опубл. 10.11.95). Композиция содержит в мас.ч.: 100 эпоксидиановой смолы, 4-60 отвердителя, смесь пластификаторов -10-40 карбоксилатного бутадиенакрилонитрильного каучука и 7-20 эфира фталевой кислоты, 1,5-2,5 порошкообразного металлического наполнителя (медь, алюминий, цинк), 3-15 N,N'-дифенилгуанидина и 1,5-7,0 ортоборной кислоты. Отвержденная при комнатной температуре, композиция обладает прочностью при отслаивании 4,8-5,2 кН/м2. После выдержки клеевой композиции при 170°C в течение 30 минут прочность при отслаивании снижается до 0,6-0,9 кН/м2; а после выдержки при температуре 210°C в течение 15 минут композиция подгорает. Кроме этого композиция не является тиксотропной.
Известна клеевая композиция, предназначенная для использования в качестве универсального клея в различных областях промышленности (патент РФ 2044024, МПК C09J 163/02, опубл. 20.09.95). Композиция содержит в мас.ч.: 63-69 эпоксидной диановой смолы, 9-11 пластификатора ди-2(этилгексил)фталата, наполнитель - 3-5 порошка цинка или оксида цинка и 15-25 порошка кремния или диоксида кремния, 25-29 отвердителя соконденсата диэтилентриамина и бутилметакрилата. Клеевая композиция имеет следующие свойства: вязкость при (25,0±0,5)°C 400-450 сП (0,40-0,45 Па·с), прочность клеевого шва (сталь-сталь) при сдвиге при температуре 20-25°С 14,8-16,0 МПа. Однако эта клеевая композиция является недостаточно термостойкой: после отверждения ее при 170°С прочность при сдвиге составляет лишь 0,4-0,5 МПа. Жизнеспособность композиции - более 3 часов.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является клеевая композиция, используемая, например, при ремонте автомобилей (патент РФ 2188840, МПК C09J 163/02, опубл. 10.09.2002 - прототип). Композиция содержит в мас.ч.: 100 эпоксидной диановой смолы, 30-100 пластификатора ди-2(этилгексил)фталата, наполнитель - 15-50 оксида цинка, 9-30 диоксида кремния, 30-100 оксида кальция, 20-60 отвердителя дициандиамида. Клеевая композиция имеет следующие свойства: вязкость при (25,0±0,5)°С 400-450 сП (0,40-0,45 Па·с), прочность клеевого шва (сталь-сталь) при сдвиге при температуре 20-25°С 14,8-16,0 МПа.
Техническим результатом предлагаемого авторами изобретения является повышение прочности, термостойкости и жизнеспособности клеевой композиции.
Этот технический результат достигается клеевой эпоксидной композицией, включающей эпоксидно-диановую смолу и отвердитель дициандиамид, содержащей термопластичный модификатор полисульфон и алюмосиликатную глину при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Эпоксидно-диановая смола - 100
Термопластичный модификатор полисульфон - 5-20
Алюмосиликатная глина - 0,5-1
Дициандиамид - 8-20
Клеевая эпоксидная композиция может дополнительно содержать 0,01-0,05 мас.ч. коллоидной монтморилонитовой глины марки Halloysite.
В качестве эпоксидно-диановой смолы клеевая композиция содержит смолу марок ЭД-20 или ЭД-16 ГОСТ 10587-84, в качестве термопластичного модификатора-полисульфон марки ПСК-1 (ТУ 6-06-46-90) или марки Ultrason S 2010, алюмосиликатную глину Cloisite 30В, отвердитель - дициандиамид (ДЦЦА) ГОСТ 6988-73.
Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемая клеевая эпоксидная композиция отличается от известной использованием в ее составе в качестве модификатора полисульфона. Кроме этого предлагаемая клеевая эпоксидная композиция дополнительно содержит алюмосиликатнуюсиликатную глину. Это позволяет сделать вывод о новизне предлагаемой клеевой эпоксидной композиции.
Использование в составе предлагаемой клеевой эпоксидной композиции термопластичного модификатора полисульфона привело к одновременному увеличению тиксотропности, термостойкости и прочности клеевой композиции, а использование алюмосиликатнуюсиликатной глины привело к увеличению адгезионного взаимодействия на границе адгезив-субстрат. В этом авторы усматривают изобретательский уровень предлагаемого ими технического решения.
Пример 1
В реактор, снабженный обогревом и мешалкой, загружают последовательно эпоксидную диановую смолу марки ЭД-20 и алюмосиликатную глину Cloisite 30В в соотношении 100:1. При непрерывном перемешивании поднимают температуру до 120°С и перемешивают 40 мин. Затем в реактор при работающей мешалке загружают порошкообразный полисульфон марки ПСК-1 (соотношение ЭД-20 и ПСК-1 100:10). Перемешивание при 120°С длится 60 мин, после чего температура снижается до 80°С и вводится дициандиамид (соотношение ЭД-20 и дициандиамида 100:10). Температуру снижают до 50°С и перемешивают еще 60 мин. Готовую клеевую композицию упаковывают в герметичную тару.
Композиция, подогретая до 50°С, наносится на подготовленную металлическую поверхность вручную или механизированным способом, после чего склеиваемые поверхности прижимаются друг к другу с усилием 0,01 МПа. Далее следует термообработка клеевого соединения при 160°С в течение 4 часов.
Примеры 2-4 осуществляют аналогично примеру 1 с использованием соотношений и параметров, представленных в табл.1.
Свойства клеевой композиции по примерам 1-5 в сравнении с прототипом и аналогом приведены в табл.2. Условия получение клеевых соединений аналогичны примеру 1.
| Таблица 1 | |||||
| Соотношение компонентов и параметры приготовления заявляемой эпоксидной композиции по примерам 2-5 | |||||
| № | Наименование показателя по примерам | Величина показателя по примерам | |||
| 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| 1 | Соотношение эпоксидного олигомера и полисульфона | 100:5 | 100:20 | 100:10 | 100:10 |
| 2 | Соотношение эпоксидного олигомера и алюмосиликатной глины | 100:1 | 100:1 | 100:0,5 | 100:1 |
| 3 | Соотношение эпоксидного олигомера и отвердителя | 100:10 | 100:10 | 100:10 | 100:20 |
| Таблица 2 | ||||||||
| Свойства заявляемой эпоксидной композиции по примерам 1-4 в сравнении с аналогом и прототипом | ||||||||
| № | Наименование показателя | Величина показателя по примерам | Величина показателя | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Аналог | Прототип (Патент №2188840) | ||
| 1 | Жизнеспособность композиции при комнатной температуре, сут | Не менее 1 года | 24 часа | Не менее 1 года | ||||
| 2 | Жизнеспособность композиции при 100°С, ч | Не менее 12 | 0,5 | 3 | ||||
| 3 | Прочность клеевого соединения на сдвиг, МПа | 24-25 | 23-25 | 23-25 | 23-24 | 23-24 | 14-18 | 18-20 |
| 4 | Прочность клеевого соединения на сдвиг после 12 часов при 200°С, МПа | 7-12 | 6-9 | 7-11 | 6-10 | 7-9 | 0,1-0,2 | 1-3 |
Клеевая эпоксидная композиция, включающая эпоксидно-диановую смолу и отвердитель дициандиамид, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полисульфон и алюмосиликатную глину при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксидно-диановая смола | 100 |
| Термопластичный модификатор | 5-20 |
| Алюмосиликатная глина | 0,5-1,0 |
| Дициандиамид | 8-20 |
