Связующее на основе эпоксивинилэфирной смолы и огнестойкий полимерный композиционный материал на его основе
Владельцы патента RU 2549877:
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ, ОТ ИМЕНИ КОТОРОЙ ВЫСТУПАЕТ МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТОРГОВЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)
Настоящее изобретение относится к связующему, полученному на основе фосфорсодержащей эпоксивинилэфирной смолы. Описано связующее, содержащее композицию эпоксивинилэфирной смолы, содержащую соединение формулы I
Также описан полимерный конструкционный материал, выполненный из указанного выше связующего и армирующего материала. Технический результат - получение связующего и полимерного конструкционного материала на его основе, обладающего пониженной горючестью, сниженным выделением легколетучих токсичных веществ и повышенным показателем обитаемости, при сохранении прочностных характеристик. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
Область техники
Настоящее изобретение относится к новому связующему, полученному на основе фосфорсодержащей эпоксивинилэфирной смолы, и к полимерному композиционному материалу на его основе.
Уровень техники
В настоящее время композиционные материалы находят все более широкое применение в различных отраслях техники и промышленности, в частности в таких высокотехнологичных отраслях, как авиа-, судостроение, машиностроение, строительство и т.д. Широкое распространение таких материалов обусловлено их улучшенными свойствами, в частности физико-механическими свойствами, устойчивостью к коррозии, технологичностью и стоимостью, выгодно отличающими их от традиционных материалов.
На сегодняшний день наибольшее распространение получили композиционные материалы на основе полиэфирных и эпоксивинилэфирных смол. У каждого из этих двух видов материалов есть свои достоинства и недостатки, обусловленные свойствами соответствующего вида смол. Так полиэфирные смолы уступают эпоксивинилэфирным по своим физико-механическим характеристикам, но при этом значительно дешевле эпоксивинилэфирных.
Общим же недостатком указанных видов смол является их сравнительно высокая горючесть и проблемы, связанные с выделением в окружающую среду токсичных компонентов смол, в частности стирола и других легколетучих веществ, что ограничивает их применение в композиционных материалах для гражданского строительства и обитаемых промышленных помещений.
Так проведенные исследования показали, что индекс распространения пламени - показатель, характеризующий способность веществ воспламеняться, распространять пламя по поверхности и выделять тепло - для модифицированных стеклопластиков на основе эпоксивинилэфирных смол составляет от 16 до 20, а для стеклопластиков на основе полиэфирных смол - от 10 до 12, то есть оба указанных вида материалов относятся к горючим материалам, медленно распространяющим пламя по поверхности.
С точки зрения экологичности конструкционные материалы на основе полиэфирных и эпоксивинилэфирных смол в общем случае относятся к материалам со средними значениями обитаемости - показателя, характеризующего количество синтетического полимерного материала, допускаемое на единицу объема помещения.
Поэтому с учетом все более жестких требований, предъявляемых к экологичности и безопасности конструкционных материалов, было бы желательно модифицировать свойства указанных полимерных смол таким образом, чтобы обеспечить снижение горючести и выделения легколетучих токсичных компонентов из готовых изделий на основе таких смол без ухудшения физико-механических показателей изделий.
В данной области техники предлагались различные решения указанной задачи. Так одним из предложенных ранее подходов является введение в полимерную цепь смолы галогена, например брома, в частности, путем получения тетрабромбисфенола-А и его дальнейшей полимеризации.
Одной из смол, в составе которых используется тетрабромбисфенол-А, является Dion FR 9300 от компании OY Reichhold, представляющий собой неускоренную бромированную огнестойкую эпоксивинилэфирную смолу (http://www.reichhold.com/documents/927 dionfr9300.pdf). Стеклопластик на ее основе является трудновоспламеняемым и медленно распространяет пламя по поверхности (индекс распространения пламени около 18).
Несмотря на указанные преимущества, данная смола обладает рядом существенных недостатков, в частности повышенным содержанием токсичного компонента стирола (свыше 40%), достаточно высокой вязкостью, что затрудняет получение конструкционных материалов большой площади современными механизированными методами (инфузии и др.), а также имеет низкий показатель обитаемости, что ограничивает ее применение в обитаемых помещениях. Получение бромированного бисфенола также является весьма дорогой операцией, что многократно увеличивает стоимость смолы и, следовательно, стоимость конечного изделия из полимерного композиционного материала на ее основе.
Другой известный подход заключается в модификации композиции смолы путем введения добавки, снижающей горючесть, например соединения на основе фосфора, которая сополимеризуется с основной полимерной цепью в процессе отверждения связующего в результате взаимодействия с системой отверждения (аминами, пероксидами, ускорителями и т.д. в зависимости от типа смолы). Данный подход описан, например, в патентах РФ 2447079, 228430, где предложено использование фосфорсодержащих соединений в качестве добавок для получения композиционных материалов с пониженной горючестью. В частности, описаны различные алкилзамещенные соединения на основе фосфорной кислоты и композиционный материал (стеклопластик) на основе сополимера указанных соединений и ненасыщенной полиэфирной смолы в соотношении 30:70. Однако, несмотря на снижение горючести, в целом такие композиционные материалы имеют сравнительно высокий индекс распространения пламени, низкие экологические характеристики, даже несмотря на отсутствие стирола, и недостаточную прочность, что затрудняет их применение в качестве конструкционных материалов в обитаемых помещениях, например в судостроении, где отсутствие быстрого распространения пламени и прочность конструкции являются особенно важным требованиями согласно современным нормам безопасности. Кроме того, оказалось, что введение таких добавок также приводит к значительному повышению вязкости смол, что затрудняет формование модифицированных таким образом смол при получении изделий из них.
Таким образом, в данной области техники по-прежнему существует потребность в создании полимерных смол, полимерных связующих и полимерных конструкционных материалов на их основе, которые, наряду с высокой огнестойкостью и улучшенными экологическими характеристиками, обладали бы высокими прочностными показателями без увеличения при этом вязкости таких смол.
В настоящем изобретении указанная задача решена путем обеспечения нового связующего на основе композиции эпоксивинилэфирной смолы и полимерного композиционного материала на его основе, обладающего пониженной горючестью, сниженным выделением легколетучих токсичных веществ и повышенным показателем обитаемости при сохранении хороших прочностных характеристик. При этом полимерный композиционный материал согласно изобретению может быть получен методом вакуумного инфузионного формования благодаря сохранению значения вязкости модифицированной смолы на приемлемом уровне.
Так авторами настоящего изобретения неожиданно было обнаружено, что конкретное алкоксизамещенное соединение фосфорной кислоты - 1-метакрилокси-3-хлор-2-пропиловый эфир O,O-диметилфосфорной кислоты - при введении в композицию эпоксивинилэфирных смол обеспечивает значительное снижение горючести получаемого композиционного материала, в частности снижение индекса распространения пламени до 0, значительное улучшение экологических показателей материала, в частности повышение показателя обитаемости в 1,5-2 раза по сравнению с известными аналогами без ухудшения физико-механических показателей материала и при сохранении необходимой вязкости композиции, позволяющей применять связующее на основе предложенной композиции в методах вакуумного формования.
Краткое описание изобретения
В настоящем изобретении предложено полимерное связующее, содержащее композицию эпоксивинилэфирной смолы, содержащую фосфорхлорсодержащее реакционно-способное соединение 1-метакрилокси-3-хлор-2-пропиловый эфир O,O-диметилфосфорной кислоты формулы I (C9H16ClO6P):
а также подходящую систему отверждающих агентов и систему двух металлоорганических катализаторов. В частности, согласно изобретению в качестве системы отверждения связующее может содержать ускоритель, инициатор и металлоорганические катализаторы, в частности ацетилацетонат ванадия и ацетилацетонат марганца.
Согласно еще одному аспекту изобретения предложен полимерный композиционный материал (ПКМ), полученный из полимерного связующего согласно изобретению и подходящего армирующего материала, например стекловолокна, углеволокна, арамидного волокна и т.п.
Техническим результатом настоящего изобретения является сохранение физико-механических характеристик полимерного композиционного материала (ПКМ), полученного из связующего на основе композиции эпоксивинилэфирной смолы согласно изобретению, по существу на уровне физико-механических характеристик немодифицированного ПКМ, т.е. ПКМ, полученного из связующего на основе смолы, не содержащей антипиреновых добавок.
Еще одним техническим результатом настоящего изобретения является сохранение вязкости предложенного связующего на основе эпоксивинилэфирной смолы по существу неизменной, т.е. без повышения вязкости связующего, характерного для введения традиционных антипиреновых добавок.
Дополнительным техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение особенно незначительного изменения физико-механических характеристик ПКМ, полученного из связующего на основе смолы, состоящей из звеньев бисфенола А и метакриловой кислоты, по сравнению с традиционными ПКМ на основе модифицированных смол.
Еще одним техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение короткого времени гелеобразования связующего согласно изобретению, что позволяет применять такое связующее для изготовления малогабаритных изделий.
Подробное описание изобретения
Согласно другому аспекту, в настоящем изобретении предложено полимерное связующее на основе композиции эпоксивинилэфирной смолы, содержащей в качестве антипиреновой добавки конкретное фосфорхлорсодержащее соединение - 1-метакрилокси-3-хлор-2-пропиловый эфир O,O-диметилфосфорной кислоты соединение формулы I:
и
ускоритель, инициатор и систему металлорганических катализаторов.
Способ получения связующего согласно изобретению может включать следующие стадии:
1) обеспечение олигоэфиракрилата, либо получение олигоэфиракрилата посредством взаимодействия эпоксидной смолы и непредельной карбоновой кислоты в присутствии ингибитора полимеризации, например гидрохинона и хлорида тетраметиламмония;
2) получение композиции фосфорсодержащей эпоксивинилэфирной смолы (ВЭ-ФАС) посредством взаимодействия указанного олигоэфиракрилата с соединением формулы I при температуре 30-80°C в течение 2-4 часов до получения однородной массы; и
3) смешение полученной композиции с подходящей системой отверждения, включающей инициатор, систему металлоорганических катализаторов и, необязательно, ускоритель.
Согласно одному из вариантов реализации указанная эпоксивинилэфирная смола представляет собой смолу, состоящую из звеньев эпоксидной смолы, выбранной из группы, включающей эпоксидную смолу на основе бисфенола А, бисфенола F, бисфенола S, новолачную эпоксидную смолу, алифатическую эпоксидную смолу, а также смеси любых указанных выше смол, и звеньев непредельной карбоновой кислоты.
Согласно одному из вариантов реализации указанная эпоксивинилэфирная смола представляет собой смолу, состоящую из звеньев бисфенола А и метакриловой кислоты.
Согласно предпочтительному варианту реализации эпоксидная смола представляет собой смолу марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84).
Согласно одному из вариантов реализации указанная непредельная карбоновая кислота выбрана из группы, включающей метакриловую кислоту и акриловую кислоту.
Согласно одному из вариантов реализации указанная композиция смолы может содержать от 10 до 70% масс. эпоксивинилэфирной смолы, от 20 до 70% масс. соединения формулы I и от 10 до 50% масс. стирола.
Согласно одному из вариантов реализации указанная композиция смолы может содержать от 40 до 49% масс. эпоксивинилэфирной смолы, от 21 до 32% масс. фосакрилата согласно изобретению и от 26 до 30% масс. стирола.
Согласно предпочтительному варианту реализации указанная композиция смолы может содержать 46% масс. эпоксивинилэфирной смолы, 23% масс. фосакрилата согласно изобретению и 30% масс. стирола.
Согласно одному из вариантов реализации содержание фосфора в материале на основе указанной композиции смолы может составлять от 1 до 5%.
Согласно одному из вариантов реализации содержание фосфора в указанной смоле составляет 0,5-13% от массы смолы.
Вязкость полученной композиции смолы составляет от 100 до 600 сПз. Такая пониженная вязкость облегчает пропитку армирующего материала и позволяет избежать нежелательных пустот (воздушных включений) и неравномерностей при получении армированных пластиков. При необходимости вязкость может быть изменена в зависимости от методики нанесения. Например, при получении препрегов, вязкость может быть увеличена для предотвращения липкости. Напротив, при применении путем вакуумного или инжекционного формования, вязкость смолы должна быть минимальна для обеспечения полной и равномерной пропитки армирующего материала. В целом, специалисту в данной области будет понятно, что в зависимости от конкретной области применения в смолу можно вносить дополнительные добавки и наполнители, в частности неорганические наполнители, нуклеирующие агенты, поглотители УФ, антиоксиданты, дезодоранты, пластификаторы, смазывающие вещества, красители, вспенивающие агенты, противовспенивающие агенты и т.д.
Согласно одному из вариантов реализации вязкость композиции смолы составляет от 250 до 400 сПз.
Согласно одному из вариантов реализации изобретения ускоритель может представлять собой ускоритель НК-2 с содержанием кобальта от 1,2 до 1,5% (ТУ 6-05-1075-76) или ускоритель ОК-1 с содержанием кобальта от 1,2 до 1,3% (ТУ 2494-130-05015213-2006).
Согласно одному из вариантов реализации изобретения указанный отверждающий агент (инициатор) выбран из группы, включающей пероксид метилэтилкетона, бензоил пероксид, гидропероксид изопропилбензола (гипериз), пероксид циклогексанона или трет-бутилпербензоат. В целом, может быть использован любой подходящий инициатор свободно-радикальной полимеризации.
Согласно предпочтительному варианту реализации отверждающий агент представляет собой гидропероксид изопропилбензола.
Согласно одному из вариантов реализации изобретения указанный катализатор представляет собой металлоорганический катализатор ацетилацетонат ванадия. Применение катализатора на основе ацетилацетоната ванадия позволяет обеспечить требуемое время гелеобразования (от 1 до 3 ч), позволяя изготавливать конструкции больших размеров при комнатной температуре (от 18 до 24°C) без поверхностной липкости.
Согласно одному из вариантов реализации содержание ускорителя в связующем может составлять от 1 до 15 массовых частей (м.ч.).
Согласно одному из вариантов реализации содержание инициатора в связующем может составлять от 1 до 15 м.ч.
Согласно одному из вариантов реализации содержание катализатора ацетилацетоната марганца в связующем может составлять от 0,1 до 5 м.ч.
Согласно одному из вариантов реализации содержание катализатора ацетилацетоната ванадия в связующем может составлять от 0,015 до 5 м.ч.
Согласно одному из вариантов реализации указанное полимерное связующее может иметь следующий состав:
| Композиция эпоксивинилэфирной смолы | 100 м.ч. |
| Ускоритель НК-2 или ускоритель ОК-1 | 5 м.ч. |
| Гидроперекись изопропилбензола | 4 м.ч. |
| Ацетила цетонат марганца | 1-2 м.ч. |
| Ацетила цетонат ванадия | 0,015-0,020 м.ч. |
Согласно одному из вариантов реализации время гелеобразования указанного полимерного связующего составляет от 1 до 3 часов.
Использование металлоорганического катализатора ацетилацетата ванадия совместно с ацетилацетатом марганца позволяет лучше контролировать параметры отверждения связующего, в том числе время гелеобразование и время отверждения. За счет низкого значения времени гелеобразования связующее согласно изобретению лучше подходит для применения в технологии вакуумного формования, особенно для изготовления изделий небольшого размера.
Согласно еще одному аспекту изобретения предложен полимерный композиционный материал (далее по тексту - ПКМ), полученный из полимерного связующего согласно изобретению и подходящего армирующего материала.
Согласно одному из вариантов реализации изобретения армирующий материал может представлять собой стекловолокно, углеродное волокно, арамидное волокно, борное волокно, высокопрочное полиэтиленовое волокно, карбидокремниевое волокно или гибридное волокно.
Согласно одному из вариантов реализации изобретения указанный армирующий материал может быть в форме тканого материала, в том числе однонаправленной ткани, или двунаправленной ткани, или нетканого материала.
Согласно одному из вариантов реализации указанный ПКМ может представлять собой многослойный композиционный материал.
Согласно одному из вариантов реализации указанный ПКМ может содержать средний слой.
Согласно одному из вариантов реализации один из слоев многослойного композиционного материала представляет собой вспененный полимер, выбранный из группы, состоящей из вспененного поливинилхлорида, полиуретана, полиэтилена или полистирола.
Согласно одному из вариантов реализации плотность вспененного полимерного материала составляет от примерно 10 кг/м3 до примерно 250 кг/м3, более предпочтительно от примерно 30 кг/м3 до 200 кг/м3. Согласно одному из предпочтительных вариантов реализации изобретения плотность вспененного полимерного материала составляет примерно 38 или 200 кг/м3.
Согласно другому варианту реализации один из слоев многослойного композиционного материала представляет собой бальзу, синтактные пенопласты или соты, выполненные из полимеров или металла.
Предложенный композиционный материал обладает неожиданно высокой огнестойкостью. В частности, благодаря применению фосакрилата согласно изобретению, который участвует в реакции полимеризации в процессе отверждения эпоксивинилэфирной смолы в присутствии предложенной системы отверждения, достигаются нехарактерно высокие для данного типа смол огнестойкость и трудногорючесть. Так в результате испытаний ПКМ согласно изобретению, полученного из связующего на основе предложенной композиции эпоксивинилэфирной смолы, проведенных в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89 (Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения), индекс распространения пламени, характеризующий способность веществ воспламеняться, распространять пламя по поверхности и выделять тепло, у материалов согласно изобретению был равен нулю.
Принимая во внимание низкое содержание стирола в смоле и в конечном композиционном материале, а также отсутствие распространения пламени по поверхности, ПКМ согласно изобретению можно применять в качестве конструкционных материалов для помещений с высокими требованиями по экологической и пожарной безопасности. В частности, у предложенных материалов значение обитаемости, характеризующее отношение площади поверхности конструкционных материалов, выполненных из таких ПКМ, к объему помещения, составляет примерно 6 м2/м3 (ГОСТ Р ИСО 16000-6-2007), что значительно выше, чем у традиционных ПКМ на основе галогенсодержащих полиэфирных и эпоксивинилэфирных смол.
Помимо огнестойкости и экологичности, ПКМ для использования в качестве конструкционного материала должен обладать высокими механическими характеристиками. Известно, что включение в состав смолы функциональных добавок, таких как антипирены, может привести к существенному ухудшению прочности материала. Как правило, состав смолы представляет собой компромисс между функциональными свойствами, например огнестойкостью, водостойкостью и т.п., и механическими характеристиками, такими как прочность на сдвиг и др. Чем выше содержание добавок, тем ниже конструкционные свойства, и наоборот.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что использование реакционно-способного фосфорхлорсодержащего соединения формулы I согласно изобретению в составе эпоксивинилэфирной смолы не приводит к ухудшению свойств готового ПКМ даже при применении указанного соединения в широком диапазоне концентраций. В частности, прочность на сдвиг у ПКМ согласно настоящему изобретению не только превышает соответствующий показатель у ПКМ на основе модифицированных полиэфирных смол с добавлением галоген- и фосфорсодержащих антипиренов, но и не ниже прочности на сдвиг у ПКМ на основе эпоксивинилэфирных смол, не содержащих огнестойких добавок.
На механические характеристики ПКМ также непосредственно влияет содержание армирующего материала относительно связующего, то есть при заданном количестве армирующего материала (например, волокна), применение меньшего количества связующего позволяет получить готовый композиционный продукт с меньшей массой при тех же значениях механических характеристик.
Соответственно, согласно одному из вариантов реализации содержание армирующего материала в ПКМ предпочтительно составляет от 30 до 65% по массе композиционного материала, более предпочтительно от 33 до 50%.
ПКМ согласно изобретению можно получать любым способом формования в зависимости от назначения и области применения ПКМ. Такие способы включают ручное формование, напыление, намотку, вакуумную инфузию, метод RTM и пултрузию, предпочтительно вакуумную инфузию.
Примеры реализации изобретения
Ниже приведены иллюстративные примеры, поясняющие настоящее изобретение. Приведенные примеры никоим образом не ограничивают настоящее изобретение, а лишь иллюстрируют некоторые предпочтительные варианты реализации изобретения.
Пример 1. Получение композиции фосфорсодержащей эпоксивинилэфирной смолы ВЭ-ФАС
В реактор, снабженный мешалкой, при температуре 80°C загружали олигоэфиракрилат на основе смолы ЭД-20 и метакриловой кислоты, соединение формулы I согласно изобретению (предварительно нагретое до 50-60°C) и стирол. Смесь перемешивали при температуре 30-50°C в течение 2-4 часов до получения однородной массы.
По окончании процесса отбирали пробу для анализа на соответствие показателей качества смолы следующим установленным нормам:
- вязкость динамическая при 25°C: 250-400 сПз
- плотность при 25°C: 1,0-1,15 г/см3
- массовая доля стирола: 25-30%
- массовая доля фосфора: 2,5-3,5%
- кислотное число: не более 10 мг КОН/г
Результаты проведенных анализов показали соответствие полученной смолы приведенным выше значениям показателей.
Пример 1.1. Получение связующего (связующее 1) согласно изобретению
На основе полученной композиции эпоксивинилэфирной смолы ВЭ-ФАС (ВЭ-ФАС 1) было получено связующее (связующее 1) следующего состава:
| Композиция смола ВЭ-ФАС 1 | 100 м.ч. |
| Ускоритель НК-2 или ускоритель ОК-1 | 5 м.ч. |
| Гидроперекись изопропилбензола | 4 м.ч. |
| Ацетилацетонат марганца | 1-2 м.ч. |
| Ацетилацетонат ванадия | 0,015-0,020 м.ч. |
На основе полученного связующего и стекловолокна методом контактного формования изготавливали ПКМ. В качестве армирующего материала стекловолокна использовали стеклоткань марки 9677-125-100 R3-290. Содержание стекла в ПКМ составляло 45%.
Пример 2. Получение композиции фосфорсодержащей эпоксивинилэфирной смолы ВЭ-ФАС 2
В реактор, снабженный мешалкой, при температуре 70°C загружали олигоэфиракрилат на основе эпоксидной ЭД-22 и метакриловой кислоты, соединение формулы I согласно изобретению (предварительно нагретое до °C) и стирол. Смесь перемешивали при температуре 60°C в течение 2 часов до получения однородной массы.
По окончании процесса отбирали пробу для анализа на соответствие показателей качества смолы.
Пример 2.1. Получение связующего (связующее 2) согласно изобретению
На основе полученной композиции эпоксивинилэфирной смолы ВЭ-ФАС (ВЭ-ФАС 2) было получено связующее (связующее 2) следующего состава:
| Смола ВЭ-ФАС 2 | 100 м.ч. |
| Ускоритель НК-2 или ускоритель ОК-1 | 6 м.ч. |
| Гидроперекись изопропилбензола | 5 м.ч. |
| Ацетилацетонат марганца | 1-2 м.ч. |
| Ацетилацетонат ванадия | 0,015-0,020 м.ч. |
На основе полученного связующего и углеволокна методом контактного формования изготавливали ПКМ.
Пример 3. Получение композиции фосфорсодержащей эпоксивинилэфирной смолы ВЭ-ФАС 3
В реактор, снабженный мешалкой, при температуре 50°C загружали олигоэфиракрилат на основе эпоксидной смолы на основе бисфенола f YDF-165 фирмы KUKDO и метакриловой кислоты, соединение формулы I согласно изобретению (предварительно нагретое до 40°C) и стирол. Смесь перемешивали при температуре 50°C в течение 2 часов до получения однородной массы.
По окончании процесса отбирали пробу для анализа на соответствие показателей качества смолы.
Пример 3.1. Получение связующего (связующее 3) согласно изобретению
На основе полученной композиции эпоксивинилэфирной смолы ВЭ-ФАС (ВЭ-ФАС 3) было получено связующее (связующее 3) следующего состава:
| Смола ВЭ-ФАС 3 | 100 м.ч. |
| Ускоритель НК-2 или ускоритель ОК-1 | 3 м.ч. |
| Гидроперекись изопропилбензола | 3 м.ч. |
| Ацетилацетонат марганца | 1-2 м.ч. |
| Ацетилацетонат ванадия | 0,015-0,020 м.ч. |
На основе полученного связующего и стекловолокна методом контактного формования изготавливали ПКМ. В качестве армирующего стекловолокна использовали стеклоткань марки 9677-125-100 R3-290. Содержание стекла в ПКМ составляло 45%.
Испытания полимерных композиционных материалов согласно изобретению
Испытания на огнестойкость проводили согласно ГОСТ 12.1.044-89. Испытания на эмиссию стирола проводили согласно ГОСТ Р ИСО 16000-6-2007.
Испытания на механические характеристики, в частности прочность при сдвиге, проводили согласно методике, приведенной в ГОСТ 23804-79.
Для сравнения использовали стеклопластики, полученные аналогичным образом, но с использованием бромсодержащей эпоксивинилэфирной смолы марки DION FR 9300 и полиэфирной смолы марки ПН-609-21 М (ГОСТ 27952-88) с добавлением фосфорсодержащего метакрилата марки ФОМ-И (1-метиакрилокси-3-хлор-2-пропиловый эфир метилфосфоновой кислоты по ТУ 2435-029-82006400-2009).
Результаты проведенных испытаний приведены в таблице 1 ниже.
| Таблица 1 | |||
| Сравнительные характеристики смол и стеклопластика на их основе | |||
| Показатель | Эпоксивинилэфирная смола ВЭ-ФАС 1 | Эпоксивинилэфирная смола Dion FR 9300 | Полиэфирная смола марки ПН-609-21М+ФОМ-II |
| Содержание стирола, % | 25-30 | 41-42 | 0 |
| Вязкость смолы, сПз | 250-400 | 400-600 | 530-600 |
| Содержание антипирена в фосфорсодержащем мономере, % | Р=9,5-11,0 01=8,5-11,0 | Бисфенольная бромсодержащая | Р=6,5-7,5 С1=17 |
| Содержание фосфора в стеклопластике, % | 2,5 -3,5 | Отсутствует | 2,1 |
| Горючесть стеклопластика |
Трудногорючий, не распространяет пламя по поверхности, J=0 |
Горючий, трудновоспламеняемый, медленно распространяющий пламя по поверхности, J=18 |
Горючий, трудновоспламеняемый, медленно распространяющий пламя по поверхности, J=12 |
| Обитаемость, максимальная насыщенность стеклопластиком, м2/м3 | 6,0 | 2,85 | 4,8 |
| Разрушающее напряжение при сдвиге стеклопластика, МПа | 47 | 45 | 30 |
Из Таблицы 1 видно, что ПКМ, выполненный на основе эпоксивинилэфирной смолы ВЭ-ФАС 1 согласно изобретению, обладает существенно лучшими огнестойкими и экологическими свойствами относительно ПКМ на основе традиционных смол, при этом обладая лучшими или близкими прочностными свойствами.
Кроме того, было показано, что при применении соединения формулы (I) в композиции смолы согласно изобретению не происходило увеличения вязкости смолы, что обеспечивает значительное преимущество по сравнению с известными аналогами, где применяли, например, ФОМ II, использование которого, как видно из таблицы 1, значительно увеличивало вязкость низковязкой полиэфирной смолы. Указанное преимущество позволяет применять связующее на основе смолы согласно изобретению в методах контактного, вакуумного и инжекционного формования.
1. Связующее, содержащее
- композицию эпоксивинилэфирной смолы, содержащую соединение формулы I
| 100 м.ч. | |
| - ускоритель НК-2 или ОК-1 | 1-15 м.ч. |
| - гидропероксид изопропилбензола | 1-15 м.ч. |
| - ацетилацетонат марганца | 1-2 м.ч. |
| - ацетилацетонат ванадия | 0,015-0,020 м.ч. |
2. Связующее по п.1, отличающееся тем, что количество указанного ускорителя, гидропероксида изопропилбензола, ацетилацетоната марганца и ацетилацетоната ванадия составляет соответственно:
| ускоритель НК-2 или ОК-1 | 5 м.ч. |
| гидропероксид изопропилбензола | 4 м.ч. |
| ацетилацетонат марганца | 1-2 м.ч. |
| ацетилацетонат ванадия | 0,015-0,020 м.ч. |
3. Связующее по любому из пп.1-2, отличающееся тем, что время гелеобразования указанного связующего составляет от 1 до 3 часов.
4. Связующее по любому из пп.1-2, отличающееся тем, что указанная эпоксивинилэфирная смола представляет собой смолу, состоящую из звеньев эпоксидной смолы, выбранной из группы, включающей эпоксидную смолу на основе бисфенола А, бисфенола F, бисфенола S, новолачную эпоксидную смолу, алифатическую эпоксидную смолу; а также смеси любых указанных выше смол, и звеньев непредельной карбоновой кислоты.
5. Связующее по любому из пп.1-2, отличающееся тем, что указанная эпоксивинилэфирная смола представляет собой смолу, состоящую из звеньев бисфенола А и метакриловой кислоты.
6. Связующее по любому из пп.1-2, отличающееся тем, что указанная композиция эпоксивинилэфирной смолы содержит от 10 до 70% масс. эпоксивинилэфирной смолы, от 20 до 70% масс. ссоединения формулы I и от 10 до 50% масс. стирола.
7. Связующее по любому из пп.1-2, отличающееся тем, что содержание фосфора в указанной смоле составляет 0,5-13% от массы смолы.
8. Связующее по любому из пп.1-2, отличающееся тем, что вязкость указанной композиции составляет от 100 до 600 сПз.
9. Связующее по п.8, отличающееся тем, что вязкость указанной композиции составляет от 250 до 400 сПз.
10. Полимерный конструкционный материал, выполненный из связующего по любому из пп.1-9 и армирующего материала.
11. Полимерный конструкционный материал по п.10, отличающийся тем, что указанный армирующий материал выбран из группы, включающей стекловолокно, углеродное волокно, арамидное волокно, борное волокно, высокопрочное полиэтиленовое волокно, карбидокремниевое волокно или гибридное волокно.
12. Полимерный конструкционный материал по п.10, представляющий собой многослойный полимерный конструкционный материал.
13. Полимерный конструкционный материал по п.12, отличающийся тем, что один из слоев многослойного полимерного конструкционного материала представляет собой вспененный полимер, выбранный из группы, состоящей из вспененного поливинилхлорида, полиуретана, полиэтилена или полистирола.
14. Полимерный конструкционный материал по п.10, отличающийся тем, что индекс распространения пламени для указанного материала равен 0.
