СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПАУНДА НА АЛЮМОФОСФАТНОМ СВЯЗУЮЩЕМ Российский патент 2003 года по МПК C09J1/00 C09J11/04 

Изобретение относится к высокотемпературному составу холодного отверждения, используемого в изделиях космической техники для устранения дефектов, ремонта теплозащитных покрытий, заделки стыков, установки деталей из теплозащитных материалов в неметаллические и металлические конструкции.

Известны термостойкие (до 1000^oС) шпатлевки холодного отверждения на основе фенолформальдегидных смол и тугоплавких наполнителей карбида бора и карбида кремния (см. ОСТ 92-1155-75. Шпатлевки термостойкие. Типовые технологические процессы).

Однако эти шпатлевки не удовлетворяют санитарно-химическим и токсикологическим требованиям из-за наличия токсичных фенолформальдегидных смол.

Известные высокотемпературные компаунды на основе фосфатных связующих и оксидных наполнителей (см. Сычев М.М. Неорганические клеи. М.: Химия, 1986, с.72, 117) требуют термообработки при температурах 200-600^oС для их необратимого отверждения.

Материалам холодного отверждения на основе фосфатных связующих посвящены в основном исследования цементов, применяемых в зубоврачебной практике. Многокомпонентность зубных цементов не может обеспечить требуемую для нашего случая огнеупорность (до 1200^oС), кроме того, зубные цементы отличаются очень малым временем твердения (2-3 мин), что также делает их непригодными для использования в ремонтно-восстановительных работах системы теплозащиты космических аппаратов (см. Копейкин В.А. и др. Материалы на основе металлофосфатов. М.: Химия, 1976, с.134).

В качестве прототипа принят состав для изготовления компаунда на основе алюмофосфатного связующего (молярное соотношение Р₂О₅/Аl₂О₃=1-1,5) 20-25 мас. %, порошка оксида алюминия 100-120 мас.% и воды 5-25 мас.% (см. Третье всесоюзное совещание по фосфатам, т.II. Рига: Зинатне, 1971, с.249-250).

Недостатком указанного состава является высокая температура отверждения 300-500^oС, что не представляет возможным его использование в ряде случаев, так как нельзя обеспечить необходимую термообработку в составе конструктивных элементов изделия. Связующее, используемое в данном составе, содержит большое количество фосфата алюминия, неустойчиво при хранении. При хранении более 7 суток в связующем появляется осадок.

Техническим результатом предложенного изобретения является получение высокотемпературного (до 1200^oС) компаунда холодного отверждения с повышенной механической прочностью.

Сущность изобретения заключается в том, что состав для изготовления компаунда на основе алюмофосфатного связующего и порошкообразного наполнителя оксида алюминия дополнительно содержит нитевидные кристаллы (НК) оксида цинка и нитевидные кристаллы (НК) муллита, а в качестве связующего используют алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р₂О₅/Аl₂О₃=2,3-2,5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Порошок оксида алюминия - 31-35
НК оксида цинка - 10-12
НК муллита - 8-9
Алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р₂О₅/Аl₂О₃=2,3-2,5 - Остальное
Высокая температура плавления составляющих компонентов позволяет получить достаточно высокоогнеупорный (до 1200^oС) материал, а использование слабоосновных и амфотерных наполнителей позволяет получить составы, твердеющие при комнатной температуре.

Увеличение времени схватывания состава до 50 мин (жизнеспособности) обеспечивается использованием НК оксида цинка, представляющих собой совершенные монокристаллы и вследствие этого реагирующие существенно медленнее с кислыми фосфатами алюминия связующего, чем обычный промышленный рентгеноаморфный оксид цинка.

Наполнители пломбировочных составов (зубных цементов) представляют собой аморфные стекловидные тонкодисперсные порошки. Они чрезвычайно реакционноспособны, что и обуславливает быстрое схватывание и твердение (в течение 2-3 мин) смесей для пломбировочных работ.

НК муллита, являясь инертными по отношению к кислым фосфатам алюминия, служат в качестве армирующего упрочняющего компонента.

Пример 1. Для получения алюмофосфатного связующего в смеси, содержащей 52 мл 86%-ной ортофосфорной кислоты и 64 мл дистиллированной воды, растворяют при непрерывном перемешивании и кипячении с обратным холодильником 24 г гидроксида алюминия. Полученную смесь нагревают до получения прозрачного раствора (соотношение Р₂О₅/Аl₂О₃=2,5).

Сухие компоненты в мас.ч.: порошок оксида алюминия 75, НК оксида цинка 25, НК муллита 20 перемешивают в фарфоровом барабане.

Смесь сухих компонентов тщательно смешивают со связующим в соотношении 1:1. Полученную массу 240 мас.ч. принимаем за 100% и переводим в мас.% следующим образом:
Порошок оксида алюминия - 75 мас.ч.

240 мас.ч. - 100%
75 мас.ч. - x%; x=31%
Таким же образом получаем, мас.%:
НК оксида цинка - 10
НК муллита - 8
Полученная масса сохраняет подвижную консистенцию (жизнеспособность), удобную для нанесения на поверхности и заполнения зазоров, полостей в течение 50 мин после смешивания компонентов.

Полученным составом заполняют форму для изготовления образцов на сжатие.

Время отверждения состава оценивалось по времени, необходимому для приобретения образцом состояния твердости, когда острый стальной нож не оставляет вмятин при нажатии.

Полученный состав, отвержденный при комнатной температуре, имел следующие характеристики:
Время отверждения, ч - 24
Температура отверждения, ^oС - 20-22
Прочность на сжатие, кгс/см² - 1500
Жизнеспособность массы, мин - 50
Пример 2. То же, что и в примере 1, за исключением того, что соотношение связующего и наполнителя было 0,8:1, т.е. сухие компоненты были взяты в следующем соотношении, мас.%:
Оксид алюминия - 35
НК оксида цинка - 12
НК муллита - 9
Алюмофосфатное связующее - Остальное
Полученный состав имел характеристики, аналогичные примеру 1, за исключением прочности при сжатии, которая составляла 1600 кгс/см², а жизнеспособность массы - 40 мин.

Пример 3. То же, что и в примере 1, в отличие от которого компоненты были взяты в следующем соотношении, мас.%:
Порошок оксида алюминия - 33
НК оксида цинка - 11
НК муллита - 8,5
Алюмофосфатное связующее - Остальное
Полученный состав имел характеристики, аналогичные примеру 1.

Пример 4. То же, что и в примере 1, в отличие от которого компоненты были взяты в следующем соотношении, мас.%:
Порошок оксида алюминия - 30
НК оксида цинка - 9
НК муллита - 7
Алюмофосфатное связующее - Остальное
Время отверждения полученного состава составляло 5 суток, т.е. на время отверждения значительное влияние оказывает консистенция состава - для литьевой консистенции время отверждения увеличивается.

Пример 5. То же, что и в примере 1, в отличие от которого компоненты были взяты в следующем соотношении, мас.%:
Порошок оксида алюминия - 36
НК оксида цинка - 13
НК муллита - 10
Алюмофосфатное связующее - Остальное
Жизнеспособность полученной массы составляла 10 мин.

Пример 6. То же, что и в примере 1, в отличие от которого использовали алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р₂О₅/Аl₂О₃=2,3.

Полученный состав имел характеристики, аналогичные примеру 1.

Пример 7. То же, что и в примере 1, в отличие от которого использовали алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р₂О₅/Аl₂О₃=2,5.

Полученный состав имел характеристики, аналогичные примеру 1.

Пример 8. То же, что и в примере 1, в отличие от которого использовали алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р₂О₅/Аl₂О₃=2.

Полученный состав имел прочность при сжатии на 20% ниже, чем в примере 1, а используемое связующее было неустойчиво в хранении.

При хранении более 30 дней в связующем появляется осадок, что приводит к ухудшению технологических характеристик связующего.

Пример 9. То же, что и в примере 1, в отличие от которого использовали алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р₂О₅/Аl₂О₃=3. Время отверждения полученного состава составляло 3 суток, т.е. на время отверждения значительное влияние оказывает молярное соотношение Р₂О₅/Аl₂О₃ в используемом связующем, чем оно больше, тем больше время отверждения.

Таким образом состав, полученный по приведенной рецептуре, имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом, что подтверждается приведенными данными таблицы.

Изобретение относится к высокотемпературному составу холодного отверждения и может быть использовано в изделиях космической техники для устранения дефектов, ремонта теплозащитных покрытий, заделки стыков. Состав помимо связующего и порошкообразного наполнителя - оксида алюминия дополнительно содержит нитевидные кристаллы (НК) оксида цинка и нитевидные кристаллы (НК) муллита, а в качестве связующего используют алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р₂О₅/А1₂О₃=2,3-2,5. Сочетание компонентов в определенном соотношении позволяет увеличить жизнеспособность массы и снизить время и температуру отверждения. 1 табл.

Состав для изготовления компаунда на основе алюмофосфатного связующего и порошкообразного наполнителя - оксида алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит нитевидные кристаллы (НК) оксида цинка и нитевидные кристаллы (НК) муллита, а в качестве связующего используют алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р₂О₅/Аl₂О₃=2,3-2,5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Порошок оксида алюминия - 31-35
НК оксида цинка - 10-12
НК муллита - 8-9
Алюмофосфатное связующее с молярным соотношением Р₂О₅/Аl₂О₃=2,3-2,5 - Остальное5