Клеевая композиция
Владельцы патента RU 2590559:
Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") (RU)
Изобретение относится к области конструкционных клеев холодного отверждения с высокой прочностью клеевых соединений при сдвиге и отрыве и минимальными показателями газовыделения в условиях воздействия высокого вакуума, определяющих возможность применения клеевых соединений на космических аппаратах (КА). Клеевая композиция содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:
Техническим результатом композиции является получение высокопрочных соединений элементов конструкций КА из алюминиевых сплавов, углепластиков, работоспособных в вакууме, в температурном интервале ±150°C. 1 табл.
Настоящее изобретение относится к области конструкционных клеев холодного отверждения с высокой прочностью клеевых соединений при сдвиге и отрыве и минимальными показателями газовыделения в условиях воздействия высокого вакуума и температуры 125°C, определяющих возможность применения клеевых соединений на космических аппаратах (КА) в условиях открытого космического пространства (КП).
Клеевая композиция, предназначенная для сборки узлов КП из алюминиевых сплавов и конструкционных пластиков, работоспособных в температурном интервале ±150°C, в вакууме, должна обеспечивать прочность склеивания алюминиевых сплавов не менее 15,0 МПа при температуре 25±5°C, не менее 5,0 МПа при температуре 150°C, должна иметь следующие показатели газовыделения в вакууме, определенные по методике СТП 154-188-2008:
- легкоконденсируемые вещества (ЛКВ) - не более 0,1%;
- общая потеря массы (ПМ) за вычетом воды (РВП) - РПМ≤1,0%.
Известны клеевые композиции по патенту РФ №2266942, обладающие повышенной прочностью клеевых соединений на сдвиг, отрыв, в том числе при температурах 20 и 150°C, имеющие однако повышенные показатели газовыделения: легкоконденсируемые вещества (ЛКВ) - значительно выше 0,1%, общая потеря массы без воды (РПМ) более 1,0%, в первую очередь, из-за содержания в них кремнийорганических продуктов.
Минимальные показатели газовыделения имеют клеевые композиции, соответствующие патенту РФ 2196795, включающие эпоксидную диановую смолу, олигоэфирэпоксиды, низкомолекулярную полиамидную смолу с аминным числом 300 и наполнитель, обеспечивающие однако невысокую прочность - 1,8 МПа при температуре 150°C соединений алюминиевого сплава.
Более высокие прочности (2,7-3,1) МПа при температуре 150°C обеспечивает клеевая композиция по патенту РФ 2494134, принятая за прототип, имеющая следующий состав, масс. ч.:
| Эпоксидная диановая смола | 25-40 |
| Дифункциональный олигооэфирэпоксид | 10-15 |
| Трифункциональный олигооэфирэпоксид | 10-20 |
| Низкомолекулярная полиамидная смола | 40-60 |
| Наполнитель | 0-90 |
Основные недостатки клеевой композиции прототипа: недостаточно высокая прочность при температуре при 150°C и повышенные показатели газовыделения.
Задача изобретения - разработка эпоксидной клеевой композиции холодного отверждения с прочностью склеивания алюминиевых сплавов не менее 15,0 МПа при температуре 25±5°C, не менее 5,0 МПа при температуре 150°C, минимальными показателями газовыделения в вакууме.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение высокопрочных соединений элементов конструкций КА из алюминиевых сплавов, углепластиков, работоспособных в вакууме, в температурном интервале ±150°C.
Поставленная цель достигается тем, что клеевая композиция, содержащая эпоксидную смолу, дифункциональный олигооэфирэпоксид, низкомолекулярную полиамидную смолу и наполнитель, в соответствии с изобретением в качестве эпоксидной смолы содержит хлорсодержащую эпоксидную смолу - продукт взаимодействия хлорсодержащего ароматического диамина с эпихлоргидрином, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:
| Хлорсодержащая эпоксидная смола | 40-52 |
| Дифункциональный олигооэфирэпоксид | 8-20 |
| Низкомолекулярная полиамидная смола | 40-60 |
| Наполнитель | 60-90 |
Используемые компоненты имеют следующие характеристики. В качестве продукта взаимодействия хлорсодержащего ароматического диамина с эпихлоргидрином использовали эпоксидные смолы марки ЭХД (ТУ 6-05-1725-75 или ТУ 2225-607-11131395-2003, или 2225-003-46931577-2005). В качестве дифункционального олигоэфирэпоксида применяли смолу Э-181 (ТУ 2225-459-04872688-2004), или Лапроксиды марок Э-181 (ТУ 2225-058-10488057-2010), или БД (ТУ 2225-046-10488057-2009). В качестве отвердителя применяли низкомолекулярную полиамидную смолу на основе соевого масла - марки ПО-300 (ТУ 2224-092-05034239-96), или на основе льняного масла - Л-20 (ТУ 6-05-1123-85, или 2433-360-09201208-96, или 2224-092-05034239-96, или ТУ 2224-485-56897835-2010). В качестве наполнителя применяли нитрид бора марки «C» (ТУ 2112-003-49534204-2002), асбест, двуокись титана, алюминиевую пудру марки ПАД-6 и др.
Для экспериментальной проверки механических характеристик клеевой композиции были изготовлены 8 клеевых рецептур, на которых получены оптимальные результаты (см. таблицу), а также композицию-прототип. Предлагаемые клеевые композиции готовили и испытывали следующим образом.
В фарфоровой чашке смешивали навески эпоксидных смол ЭХД (предварительно разогретой) Лапроксида Э-181 (или Лапроксида БД) или смолы марки Э-181 в течение 10-15 мин. Затем к смеси добавляли навески полиамидной смолы ПО-300 или Л-20, перемешивали до получения равномерно окрашенной смеси, затем добавляли навеску наполнителя: гексагонального нитрида бора (ГНБ), асбеста диоксида титана, или пудры алюминиевой ПАД-6, все снова тщательно перемешивали.
Для изготовления образцов клеевых соединений пластинки или бобышки из алюминиевого сплава обрабатывали шлифовальной шкуркой, дважды обезжиривали ацетоном ГОСТ 2768 или нефрасом ГОСТ 8505 и просушивали. С приготовленными клеевыми композициями (№1 - №8) были склеены образцы-пластинки и образцы-бобышки из алюминиевого сплава АМг6 для испытаний на сдвиг и отрыв.
Приготовленный клей наносили на обе склеиваемые поверхности, склеиваемые поверхности соединяли. Образцы клеевых соединений отверждали при температуре 20-25°C, удельном давлении 0,02-0,05 МПа в течение 3-5 суток. Через 3-5 суток после склеивания образцы клеевых соединений испытывали на сдвиг и отрыв при температурах 20°C, 150°C по ГОСТ 14759-69 и ГОСТ 14760-69, соответственно
Прочности образцов клеевых соединений на сдвиг (τсдв) и отрыв (σотр) и показатели газовыделения для заявленных композиций №1 - №6 и прототипа представлены в таблице.
Клеевая композиция, содержащая эпоксидную смолу, дисфункциональный олигооэфирэпоксид, низкомолекулярную полиамидную смолу и наполнитель, отличающаяся тем, что дополнительно содержит хлорсодержащую эпоксидную смолу - продукт взаимодействия хлорсодержащего ароматического диамина с эпихлоргидрином, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
| Хлорсодержащая эпоксидная смола | 40-52 |
| Дисфункциональный олигооэфирэпоксид | 8-20 |
| Низкомолекулярная полиамидная смола | 40-60 |
| Наполнитель | 60-90 |
