Многослойный самоклеящийся материал
Владельцы патента RU 2628786:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Группа изобретений относится к области многослойных материалов в виде пакета из листов алюминиевой фольги или из основы в виде тонкого алюминиевого листа и листов алюминиевой фольги и к эпоксидной клеевой композиции. Листы в многослойном пакете склеены между собой эпоксидной клеевой композицией. Многослойный материал предназначен в качестве прокладки для компенсации зазоров, которые возникают между отдельными элементами в процессе изготовления конструкций сложной конфигурации и может применяться в авиационной промышленности, машиностроении и других областях техники. Эпоксидная клеевая композиция включает эпоксидно-диановую смолу, диглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля или триглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля, жидкий бутадиен-нитрильный карбоксилатный каучук, изометилтетрагидрофталевый ангидрид, трис-2,4,6-(диметиламинометил) фенол или бис-(N,N'-диметилкарбамид)-дифенилметан и органический растворитель, например этиловый эфир уксусной кислоты, или бутиловый эфир уксусной кислоты, или ацетон. Многослойный материал представляет собой пакет из листов алюминиевой фольги или тонкого алюминиевого листа и листов алюминиевой фольги, которые склеены между собой эпоксидной клеевой композицией указанного состава. Клеевая композиция в составе многослойного материала склеивает отдельные листы с прочностью, с одной стороны, способной предотвратить самопроизвольное расслоение пакета, с другой стороны, эта прочность является меньшей, чем усилие отслаивания при отделении лишних слоев от пакета с целью достижения требуемой толщины многослойной компенсационной прокладки. Технический результат, достигаемый при использовании группы изобретений, заключается в достижении прочности клеевых соединений, которая предотвращает самопроизвольное расслоение пакета, а с другой стороны, обеспечивает отделение лишних листов от пакета вручную. 3 н.п. ф-лы, 2 табл., 7 пр.
Изобретение относится к области многослойных материалов в виде пакета из листов алюминиевой фольги или из основы в виде тонкого алюминиевого листа и листов алюминиевой фольги. Многослойный материал предназначен в качестве прокладки для компенсации зазоров, которые возникают между отдельными элементами в процессе изготовления конструкций сложной конфигурации. Листы в многослойном пакете склеены между собой эпоксидной клеевой композицией. Клеевая композиция в составе многослойного материала склеивает отдельные листы с прочностью, с одной стороны, способной предотвратить самопроизвольное расслоение пакета, с другой стороны, эта прочность является меньшей, чем усилие отслаивания при отделении лишних листов от пакета. За счет этого свойства листы алюминиевой фольги могут быть отделены вручную без усилий и повреждений пакета для достижения требуемой толщины, сопоставимой с толщиной зазоров в конструкции. Многослойный материал может применяться в авиационной промышленности, машиностроении и других областях техники.
Известно техническое решение (FR 20120054561 A1, B32B 15/092, опубл. 22.11.2013 г.), в котором рассмотрена многослойная компенсирующая прокладка, сформированная из листов нержавеющей стали или алюминия, покрытых с одной стороны каждого листа тонкой пленкой клея. Клей представляет собой состав на основе 20-40%-ного раствора термореактивной смолы. Сформированный пакет листов отверждают под давлением при температуре (170-180°C) в течение (1-7) ч. Для облегчения отслаивания удаляемых листов от многослойного пакета проводится его дополнительная термообработка при температурах от 260 до 300°C. После термообработки лишние листы можно отделить без усилий и повреждений пакета для достижения нужной толщины прокладки. Однако недостатком предложенного технического решения является продолжительный и энергозатратный процесс отверждения с дополнительной термообработкой клеевых соединений в составе многослойного пакета.
Известно техническое решение (FR 2716138 A1, B32B 7/06, опубл. 18.08.1995), в котором рассмотрен многослойный материал гибридного состава, содержащий листы поликарбоната или полиэтилентерефталата, дополнительно включенных в состав многослойного пакета. Кроме этих полимерных материалов пакет содержит листы, в качестве которых могут быть использованы различные металлы: алюминий, углеродистая или нержавеющая сталь, латунь, титановый сплав. Металлические и полимерные листы имеют одинаковую толщину. Клей, которым листы соединены между собой, состоит из эпоксидного олигомера, отвердителя и растворителя в количестве 40% на 100% композиции. Клей наносят на листы пульверизатором тонким слоем (~0,001 мм). Растворитель удаляют потоком горячего воздуха. Отдельные листы с нанесенным слоем клея собирают в пакет, который отверждают в прессе сначала при температуре (90-100)°C, а затем выдерживают при температуре от 130 до 200°C. Общее время термообработки многослойного пакета может составлять до 20 часов. За счет длительной термообработки достигается определенная прочность клеевого соединения, способная предотвратить самопроизвольное расслоение пакета и обеспечивающая возможность отделения удаляемых листов от многослойного пакета без усилия и деформации. Недостатком предложенного технического решения является продолжительный процесс отверждения и термообработки клея в составе многослойного пакета. Кроме того, клеевая композиция, которая используется для склеивания листов, не содержит в своем составе эластификатора, поэтому многослойный материал может иметь ограниченный ресурс работы при воздействии циклического перепада температур, что происходит в процессе эксплуатации авиационной техники. В связи с этим в составе многослойных компенсаторов целесообразно использовать клеевые композиции с повышенными деформационными и прочностными характеристиками за счет наличия в их составе эластомерных модификаторов. Также, клеевые композиции для изготовления многослойных компенсаторов должны обладать исходной вязкостью не более 40 с. После введения растворителя в состав клеевой композиции она должна иметь рабочую вязкость не более 5 с, за счет чего достигается нанесение клея на склеиваемые поверхности тонким слоем (не более 10 мкм). За счет сочетания вышеуказанных физико-механических характеристик достигается свойство клеевой композиции, заключающееся в способности, с одной стороны, предотвращать самопроизвольное расслоение пакета, с другой стороны, обеспечивать возможность отделения слоев от многослойного пакета без усилия и деформации.
Известна клеевая композиция (RU 2012103961 A, C09J 163/00, опубл. 20.08.2013), включающая эпоксидную диановую смолу, дифункциональный олигоэфирэпоксид, трифункциональный олигоэфирэпоксид, низкомолекулярную полиамидную смолу и наполнитель. Однако данная композиция отверждается при комнатной температуре, в связи с чем не может использоваться для изготовления многослойных материалов, так как имеет ограниченную жизнеспособность - не более 40 мин. Также существенным недостатком клеевой композиции является высокая вязкость из-за содержания наполнителя в составе.
Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является композиция (RU 2011108896 А, C09K 3/10, опубл. 20.09.2012), включающая, мас.ч: олигодиенуретанэпоксид (каучук низкомолекулярный марки ПДИ-ЗАК) 90-110, моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва марки лапроксид 10-20, нитрид бора гексагональный 50-60 и изометилтетрагидрофталевый ангидрид, который определяется по формуле:
,
где A - мас. ч. изометилтетрагидрофталевого ангидрида;
3,86 - расчетный коэффициент;
K1, K2 - содержание эпоксидных групп в олигодиенуретанэпоксиде (каучуке низкомолекулярном марки ПДИ-ЗАК) и моноглицидиловом эфире бутилцеллозольва марки лапроксид 301Б соответственно;
С1, С2 - мас. ч. олигодиенуретанэпоксида (каучука низкомолекулярного марки ПДИ-3АК) и моноглицидилового эфира бутилцеллозольва марки лапроксид 301Б соответственно.
Недостатком композиции является повышенная вязкость за счет содержания в составе композиции наполнителя - нитрида бора гексагонального. После введения в состав композиции растворителя ее вязкость превышает более 10 с, в связи с чем в многослойном материале, изготовленном на основе композиции указанного состава, толщина клеевого слоя составляет более 10 мкм, в связи с чем удаление листов алюминиевой фольги от пакета происходит с усилием, сопровождается разрывом фольги и деформацией многослойного материала. Кроме того, композиция указанного состава требует сложной технологии совмещения компонентов и длительного отверждения в течение 18 ч.
Технической задачей данного изобретения является получение многослойного самоклеящегося материала и эпоксидной клеевой композиции.
Техническим результатом изобретения является получение эпоксидной клеевой композиции, а также многослойного материала, листы которого склеены между собой заявляемой клеевой композицией с достижением прочности клеевых соединений, с одной стороны, способной предотвратить самопроизвольное расслоение пакета, а с другой стороны, обеспечить отделение лишних листов от пакета вручную без усилий и повреждений пакета.
Для решения поставленного технического результата предложена эпоксидная клеевая композиция, включающая лапроксид и изометилтетрагидрофталевый ангидрид, при этом в качестве лапроксида она содержит диглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля или триглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля и дополнительно содержит эпоксидную диановую смолу, жидкий бутадиен-нитрильный карбоксилатный каучук, трис-2,4,6-(диметиламинометил) фенол или бис-(N,N'-диметилкарбамид)-дифенилметан и органический растворитель, при этом указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас. ч.:
| эпоксидная диановая смола | 60-90 |
| диглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля или | |
| триглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля | 10-40 |
| жидкий бутадиен-нитрильный карбоксилатный каучук | 1-3 |
| изометилтетрагидрофталевый ангидрид | 50-80 |
| трис-2,4,6-(диметиламинометил) фенол или | |
| бис-N,N'-диметилкарбамид)-дифенилметан | 0,5-10 |
| органический растворитель | 50-150 |
Многослойный материал изготовлен из листов алюминиевой фольги, склеенных между собой вышеупомянутой эпоксидной клеевой композицией.
Многослойный материал изготовлен из основы в виде тонкого алюминиевого листа и листов алюминиевой фольги, которые склеиваются между собой вышеупомянутой эпоксидной клеевой композицией.
Эпоксидная клеевая композиция указанного состава обладает вязкостью не более 10 с по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 5 мм, при этом достигается толщина клеевого слоя в многослойном материале не более 0,010 мм.
Эпоксидная диановая смола марки ЭД-20 в составе эпоксидной клеевой композиции обеспечивает прочность клеевых соединений при температурах до 80°С.
Диглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля (лапроксид 702) или триглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля (лапроксид 703) используется в составе эпоксидной клеевой композиции в качестве активных разбавителей для снижения вязкости состава. Также лапроксид 702 или лапроксид 703 в сочетании с бутадиен-нитрильным каучуком СКН-30КТРА используется в составе эпоксидной клеевой композиции в качестве эластифицирующих модификаторов.
Изометилтетрагидрофталевый ангидрид в сочетании с ускорителями трис-2,4,6-(диметиламинометил) фенолом или бис-(N,N'-диметилкарбамид)-дифенилметаном используется в составе эпоксидной клеевой композиции в качестве отверждающей системы.
В качестве органического отвердителя в составе эпоксидной клеевой композиции может быть использован этиловый эфир уксусной кислоты, или бутиловый эфир уксусной кислоты, или ацетон. Применение органического растворителя в составе эпоксидной клеевой композиции способствует достижению вязкости не более 10 с и толщины клеевого слоя не более 0,010 мм в составе многослойного пакета.
Сочетанием вязкостных характеристик эпоксидной клеевой композиции и механических характеристик клеевых соединений на ее основе достигается изготовление многослойного материала в виде пакета из листов алюминиевой фольги или из основы в виде тонкого алюминиевого листа и листов алюминиевой фольги без самопроизвольного расслоения пакета с возможностью отделения лишних листов от многослойного пакета вручную без усилий и повреждений.
Примеры осуществления изобретения
Клеевые композиции по примерам 1-7 готовили путем смешения всех компонентов в следующей последовательности. В эпоксидную диановую смолу вводили диглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля (лапроксид 702) или триглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля (лапроксид 703), затем жидкий бутадиен-нитрильный карбоксилатный каучук, изометилтетрагидрофталевый ангидрид и трис-2,4,6-(диметиламинометил) фенол или бис-N,N'-диметилкарбамид)-дифенилметан, при этом после введения каждого из компонентов композицию перемешивали до получения однородной консистенции. Для достижения толщины клеевого слоя в составе многослойного пакета в клеевые композиции вводили органический растворитель, например бутиловый эфир уксусной кислоты, или этиловый эфир уксусной кислоты, или ацетон, после чего композиции также тщательно перемешивали.
Клеевые композиции по примерам 1-7 наносили путем распыления из пульверизатора или кистью.
Склеивание проводили при температуре 180°C в течение 3 ч. Дополнительная термообработка клея не требуется.
Прочностные характеристики клеевых соединений при температурах испытания 20 и 80°C определяли по ГОСТ 14759-69.
Прочность при отслаивании алюминиевой фольги при температуре испытания 20°C определяли по ГОСТ 411-77.
Составы заявленных клеевых композиций приведены в таблице 1. Механические характеристики клеевых соединений стали 30ХГСА, выполненные с использованием клеевых композиций, приведены в таблице 2.
Предложенная эпоксидная клеевая композиция обладает вязкостью не более 10 с по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 5 мм, тогда как композиция-прототип имеет высокую вязкость из-за наличия наполнителя в составе. При использовании клеевой композиции с вязкостью не более 10 с достигается толщина клеевого слоя в многослойном материале не более 0,010 мм. Клеевая композиция-прототип не может быть использована для изготовления многослойного материала из-за высокой вязкости.
Сочетанием вязкостных характеристик предлагаемой композиции и механических характеристик клеевых соединений на ее основе достигается изготовление многослойного материала из листов алюминиевой фольги или из основы в виде тонкого алюминиевого листа и листов алюминиевой фольги без самопроизвольного расслоения пакета с возможностью отделения лишних листов от многослойного пакета вручную без усилий и повреждений, при этом не требуется дополнительная длительная термообработка пакета. Композиция-прототип не обладает совокупностью требуемых свойств и не может быть использована для изготовления многослойного материала, используемого в качестве компенсирующей прокладки для устранения зазоров между элементами конструкций авиационной техники.
1. Эпоксидная клеевая композиция, включающая лапроксид и изометилтетрагидрофталевый ангидрид, отличающаяся тем, что в качестве лапроксида она содержит диглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля или триглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля и дополнительно содержит эпоксидную диановую смолу, жидкий бутадиен-нитрильный карбоксилатный каучук, трис-2,4,6-(диметиламинометил) фенол или бис-(N,N'-диметилкарбамид)-дифенилметан и органический растворитель, при этом указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас. ч.:
| эпоксидная диановая смола | 60-90 |
диглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля или
| триглицидиловый эфир полиоксипропиленгликоля | 10-40 |
| жидкий бутадиен-нитрильный карбоксилатный каучук | 1-3 |
| изометилтетрагидрофталевый ангидрид | 50-80 |
трис-2,4,6-(диметиламинометил) фенол или
| бис-(N,N'-диметилкарбамид)-дифенилметан | 0,5-10 |
| органический растворитель | 50-150 |
2. Многослойный материал из листов алюминиевой фольги, склеенных между собой эпоксидной клеевой композицией по п. 1.
3. Многослойный материал из основы в виде тонкого алюминиевого листа и листов алюминиевой фольги, склеенных между собой эпоксидной клеевой композицией по п. 1.
