Клеевая композиция холодного отверждения
Владельцы патента RU 2527787:
Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-технический университет" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области конструкционных клеев холодного отверждения, предназначенных для склеивания металлов и неметаллических материалов в изделиях автомобильной техники и различных отраслях машиностроительного комплекса. Клеевая композиция холодного отверждения включает эпоксидную диановую смолу (90-110 масс.ч.), полиамидную смолу (35-55 масс.ч.), кремнийорганический амин, выбранный из группы, включающей бис-парааминофениленаминометилентетраметилдисилоксан, γ-аминопропилтриэтоксиаминосилан, 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксиаминосилан, диэтиламинометилентриэтоксисилан или их смеси (1,15-1,30 масс.ч.), термопластичный модификатор полиэфиримид(5-25 масс.ч.), отвердитель диэтилентриаминометилфенол УП-583Д (25-35 масс.ч.) и минеральный наполнитель хризотил А-4-5 (20-30 масс.ч.). Изобретение позволяет получить клеевые соединения, обладающие высокой прочностью при сдвиге, отрыве и отслаивании, повышенной водостойкостью, трещиностойкостью, высокой эластичностью, с сохранением эластических и прочностных свойств при воздействии многократных температурных колебаний от -40°C до +120°C. 1 з.п. ф-лы, 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°C до +120°C, предназначенных для склеивания металлов и неметаллических материалов в изделиях автомобильной техники и различных отраслях машиностроительного комплекса.
Известна клеевая композиция (см. патент №2383574. Клеевая композиция, опубл. 10.03.2010, бюл. №7), содержащая эпоксидную диановую смолу ЭД-20, полиамидную смолу, отвердитель и минеральный наполнитель. При этом эпоксидная диановая смола ЭД-20 модифицирована термостойким термопластичным полимером (полисульфоном). В качестве отвердителя используется смесь аддукта фенола, этилендиамина, формальдегида (АФ-2) и кремнийорганического амина, а в качестве минерального наполнителя - шунгитовая крошка с размером частиц не более 40 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | 90-110 |
| Полиамидная смола | 35-55 |
| Полисульфон | 5-30 |
| Отвердитель: | |
| Кремнийорганический амин | 1,15-1,30 |
| Формальдегид АФ-2 | 25-35 |
| Минеральный наполнитель (шунгитовая крошка) | 20-35 |
Недостатками клеевой композиции являются длительное время отверждения (9-12 часов при температуре не ниже +18°C), низкая ударная вязкость (трещиностойкость) и эластичность (прочность при отслаивании) при воздействии многократных температурных колебаний от - 40°C до +120°C, что не позволяет использовать ее при ремонте теплонагруженных агрегатов автомобильной техники (блоки цилиндров двигателя, головки блоков цилиндров).
В основу изобретения поставлена задача изменения состава композиции для снижения длительности отверждения, повышения эластичности, прочности при отслаивании, ударной вязкости и трещиностойкости.
Поставленная задача решается тем, что в клеевой композиции холодного отверждения, включающей эпоксидную диановую смолу, полиамидную смолу, кремнийорганический амин, выбранный из группы биспарааминофениленаминометилентетра-метилдисилоксан, γ-амино-пропилтриэтоксисилан, 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксиаминосилан, диэтиламинометилентриэтоксисилан или их смеси, модификатор в виде термостойкого термопластичного полимера, отвердитель и минеральный наполнитель, эпоксидная диановая смола ЭД-20 модифицирована термоэластопластом в виде полиэфиримида, в качестве отвердителя используется диэтилентриаминометилфенол УП-583Д, а в качестве минерального наполнителя - хризотил А-4-5 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | 90-110 |
| Полиамидная смола | 35-55 |
| Кремнийорганический амин | 1,15-1,30 |
| (γ-аминопропилтриэтоксисилан) | |
| Термоэластопласт (полиэфиримид) | 5-25 |
| Диэтилентриаминометилфенол УП-583Д | 25-35 |
| Хризотил А-4-5 | 20-30 |
Поскольку эпоксидная диановая смола ЭД-20 модифицирована термоэластопластом в виде полиэфиримида, в качестве отвердителя используется диэтилентриаминометилфенол УП-583Д, а в качестве минерального наполнителя - хризотил А-4-5 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | 90-110 |
| Полиамидная смола | 35-55 |
| Кремнийорганический амин | 1,15-1,30 |
| (γ-аминопропилтриэтоксисилан) | |
| Термоэластопласт (полиэфиримид) | 5-25 |
| Диэтилентриаминометилфенол УП-583Д | 25-35 |
| Хризотил А-4-5 | 20-30 |
обеспечивается снижение длительности отверждения, повышение эластичности, прочности при отслаивании, ударной вязкости и трещиностойкости.
Модифицирование эпоксидной диановой смолы ЭД-20 термоэластопластом в виде полиэфиримида и использование в качестве отвердителя диэтилентриаминометилфенола УП-583Д, а в качестве минерального наполнителя - хризотила А-4-5 позволяет снизить время отверждения композиции с 9-12 ч до 4-6 ч, повысить эластичность и ударную вязкость, а также сохранить прочностные и эластичные свойства при воздействии более длительных по времени многократных температурных колебаний от - 40°C до +120°C.
Для придания тиксотропности, улучшения технологичности и повышения теплопроводности предлагаемая композиция содержит в качестве минерального наполнителя хризотил А-4-5 (ГОСТ 12871-93) с размером частиц не более 30 мкм.
Результаты проведенных испытаний по составу и свойствам предлагаемой клеевой композиции и сравнительная оценка с прототипом представлены в таблицах 1 и 2.
Пример приготовления композиции
Клеевую композицию готовят путем последовательного смешения компонентов в соотношениях, указанных в таблице 1. В эпоксидную диановую смолу ЭД-20, взятой 95 мас.ч., добавляют полиамидную смолу 40 мас.ч., термоэластопласт в виде полиэфиримида 15 мас.ч. и хризотил А-4-5 25 мас.ч. Композицию тщательно перемешивают после введения каждого последующего компонента. Затем смешивают кремнийорганический амин (γ-аминопропилтриэтоксисилан) 1,2 мас. ч. с 30 мас.ч. диэтилентриаминометилфенолом УП-583Д и при дальнейшем перемешивании вводят в вышеперечисленную композицию. Таким образом, смесь отвердителей добавляют в последнюю очередь. При этом время жизнеспособности композиции составляет не более 20-30 минут после введения смеси отвердителей.
Клеевую композицию наносят на подготовленную под склеивание поверхность (зашкуренную и обезжиренную) шпателем ровным слоем на обе склеиваемые поверхности. Полимеризацию клеевой композиции проводят при температуре помещения не ниже 0°C в течение 4-6 ч.
Введение хризотила А-4-5 вместо шунгитовой крошки позволяет ускорить процесс полимеризации за счет физико-химических свойств данного вещества. Для повышения эластичности вместо полисульфона в предлагаемую композицию введен термоэластопласт в виде полиэфиримида, а аддукт фенола, этилендиамина, формальдегида АФ-2 из состава исключен, поскольку оказывает негативное влияние на организм человека, и его исключение в новой композиции не влияет на ее свойства, которые необходимо обеспечить.
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 которого предварительно была зашкурена и обезжирена.
Как видно из таблицы 2, предлагаемая клеевая композиция холодного отверждения в сравнении с прототипом обеспечивает снижение времени ее отверждения в 2…2,2 раза, позволяет увеличить на 60% количество температурных колебаний от - 40°C до +120°C, происходящих без разрушения склейки, а также сохранить эластичные и прочностные свойства, при повышении ударной вязкости (трещиностойкости) в 1,6 раза. По водостойкости предлагаемая клеевая композиция не уступает прототипу.
Использование предлагаемой клеевой композиции с указанными высокими прочностными характеристиками повышает прочность клеевых соединений при воздействии многократных температурных колебаний от - 40°C до +120°C и тем самым обеспечивает повышение надежности и ресурса изделий и агрегатов автомобильной техники.
| Таблица 1 | |||
| Составы предлагаемой клеевой композиции холодного отверждения и прототипа | |||
| Состав композиции, мас.ч. | |||
| Наименование компонентов | |||
| Предлагаемая | Прототип | ||
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | |||
| 90-100 | 90-100 | ||
| Основа состава | Полиамидная смола (продукт конденсации полиэтиленполиамина с метиловыми эфирами димеризованных жирных кислот льняного масла) | ||
| 35-55 | 35-55 | ||
| Кремнийорганический амин (γ-аминопропилтриэтоксисилан) | |||
| 1,15-1,30 | 1,15-1,30 | ||
| Отвердитель | Аддукт фенола, этилендиамина, формальдегида (АФ-2) | ||
| - | 25-35 | ||
| Диэтилентриаминометилфенол УП-583Д | |||
| 25-35 | - | ||
| Полисульфон | - | 5-30 | |
| Модификатор | |||
| Термоэластопласт (полиэфиримид) | 5-25 | - | |
| Минеральный наполнитель | Хризотил А-4-5 | 20-30 | - |
| Шунгитовая крошка | - | 20-35 |
| Таблица 2 | ||
| Свойства предлагаемой клеевой композиции холодного отверждения и композиции-прототипа | ||
| Свойства | Предлагаемая композиции | Прототип |
| Прочность при сдвиге, кгс/см2, клеевых соединений при температуре испытания, °C: | ||
| -40 | 420 | 325 |
| 20 | 310 | 280 |
| 120 | 125 | 114 |
| Прочность при отслаивании (эластичность), кгс/см2, клеевых соединений при температуре испытания, °C: | ||
| -40 | 5,8 | 5,5 |
| 20 | 6,1 | 5,9 |
| 120 | 4,9 | 4,4 |
| Прочность при равномерном отрыве, кгс/см2, при температуре испытания, °C: | ||
| -40 | 430 | 420 |
| 20 | 450 | 445 |
| 120 | 165 | 150 |
| Прочность на сдвиг, кгс/см2, клеевых соединений после воздействия воды в течение 3 месяцев при температуре испытания, °C: | ||
| -40 | 285 | 274 |
| 20 | 305 | 298 |
| 120 | 145 | 130 |
| Ударная вязкость, кДж/м2 | 38 | 24 |
| Количество температурных колебаний от - 40°C до -120°C, происходящих без разрушения склейки | ||
| 2026 | 1350 | |
| Время достижения наибольшей прочности соединения, ч | 4…6 | 9…12 |
1. Клеевая композиция холодного отверждения, включающая эпоксидную диановую смолу, полиамидную смолу, кремнийорганический амин, выбранный из группы, включающей бис-пара-аминофениленаминометилентетра-метилдисилоксан, γ-амино-пропилтриэтоксисилан, 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксиаминосилан, диэтиламинометилентриэтоксисилан или их смеси, модификатор - в виде термостойкого термопластичного полимера, отвердитель и минеральный наполнитель, характеризующаяся тем, что содержит термоэластопласт в виде полиэфиримида, в качестве отвердителя используется диэтилентриаминометилфенол УП-583Д, а в качестве минерального наполнителя - хризотил А-4-5 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | 90,0-110,0 |
| Полиамидная смола | 35,0-55,0 |
| Кремнийорганический амин | 1,15-1,30 |
| Термоэластопласт полиэфиримид | 5,0 -25,0 |
| Диэтилентриаминометиплфенол УП-583Д | 25,0-35,0 |
| Хризотил А-4-5 | 20,0-30,0. |
2. Клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве кремнийорганического амина содержит γ-аминопропилтриэтоксисилан.
