ВИБРОПОГЛОЩАЮЩАЯ ЭПОКСИДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2005 года по МПК C08L63/02 C09D163/02 C09J163/02 C08K3/34 C08K3/36 C08K5/06 C08K7/00 

Изобретение относится к синтетическим конструкционным композициям, используемым в качестве вибропоглощающих материалов в различных отраслях промышленности, в частности для установки турбогенераторов, судовых двигателей, лебедок и другого оборудования.

Известна высоконаполненная композиция для получения композиционного материала, содержащая эпоксидную диановую смолу, активный разбавитель, минеральный наполнитель и аминный отвердитель. В качестве минерального наполнителя использована твердокаменная порода фракций 0,063-0,315 мм и 0,63-100 мм (см. авторское свидетельство СССР №1240772, кл. С 08 L 63/00).

Основными недостатками вышеописанной высоконаполненной композиции являются исключение возможности использования ее в качестве вибропоглощающей композиции вследствие отсутствия демпфирующих свойств, а также низкие характеристики прочности (порядка 30 МПа).

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технологической сущности (прототип) является вибропоглощающая эпоксидная композиция, содержащая в мас.ч. 36-40 эпоксидной диановой смолы, 7-8 аминного отвердителя, 25-27 активного разбавителя и 15-20 минерального наполнителя - асбест (патент RU 2196795 от 20.01.2003 г.).

Основными недостатками этой композиции являются низкие характеристики прочности, твердости и модуля упругости. Она как любой клей не может быть применена в толщинах порядка десятков миллиметров, что необходимо, например, при создании вибропоглащающей прокладки под судовыми и другими мощными двигателями. Кроме того, применяемый в качестве минерального наполнителя асбест обладает высокой токсичностью.

Предлагаемым изобретением решается задача получения вибропоглощающей эпоксидной композиции с повышенными характеристиками прочности, твердости, упругости, высокими демпфирующими свойствами, которую можно применять в толщинах слоя порядка нескольких десятков миллиметров.

Для достижения данного технического результата вибропоглощающая эпоксидная композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, активный разбавитель, минеральный наполнитель и аминный отвердитель, содержит в качестве минерального наполнителя волластонит при следующем соотношении компонентов, мас.%: эпоксидная диановая смола - 20,7-40,8; активный разбавитель - 5,8-10,2; волластонит - 41,8-62,4; аминный отвердитель - 7,2-11,1. Волластонит использован с содержанием не менее 30% мас. игольчатой фракции с длиной иголки не более 63 мкм и соотношении длины к толщине иголки 5:1.

Волластонит может быть использован аппретированным γ-аминопропилтриэтоксисиланом в количестве 0,2-1,0% от массы волластонита.

Получение вибропоглощающей эпоксидной композиции с повышенными характеристиками прочности, твердости, упругости, высокими демпфирующими свойствами обеспечивается, во-первых, высокой степенью наполнения материала - при отверждении композиции частицы минерального наполнителя образуют кластерную структуру, которая препятствует распространению движения микротрещин и движению дислокации в материале; во-вторых, аппретированием минерального наполнителя перед созданием материала γ-аминопропилтриэтоксисиланом, являясь поверхностно-активным веществом, γ-аминопропилтриэтоксисилан улучшает взаимодействие на границе раздела эпоксидная диановая смола - наполнитель; в-третьих, игольчатой формой частиц волластонита, которая способствует увеличению механических свойств по сравнению с частицами другой формы.

Содержание в вибропоглощающей эпоксидной композиции волластонита 41,8-62,4 мас.% является оптимальным, так как при данной степени наполнения образуется необходимая кластерная структура материала.

При содержании волластонита в вибропоглощающей эпоксидной композиции менее 41,8 мас.% частицы волластонита в материале распределяются независимо друг от друга и не образуют кластерной структуры, что снижает прочностные и деформативные характеристики материала.

При содержании волластонита в вибропоглощающей эпоксидной композиции более 62,4 мас.% эпоксидная диановая смола уже не может обеспечить смачивание всех частиц волластонита. При этом появляются частицы, не связанные граничным слоем со смолой, что существенно снижает прочностные и деформативные характеристики материала.

Содержание в композиции эпоксидной диановой смолы зависит от содержания минерального наполнителя. При увеличении содержания волластонита содержание эпоксидной диановой смолы уменьшается, а при уменьшении содержания волластонита содержание эпоксидной диановой смолы увеличивается.

Содержание аминного отвердителя в количестве 7,2-11,1 мас.% к общей массе композиции является оптимальным и рассчитывается в зависимости от количества эпоксидной диановой смолы (см. Кардашов Д.А. Конструкционные клеи. - М., Химия, 1980).

Оптимальное содержание активного разбавителя составляет 5,8-10,2 мас.% и рассчитывается в зависимости от количества эпоксидной диановой смолы и содержания волластонита (см. Кардашов Д.А. Конструкционные клеи. - М., Химия, 1980).

Аппретированние волластонита γ-аминопропилтриэтоксисиланом позволяет улучшить взаимодействие на границе раздела эпоксидная диановая смола - минеральный наполнитель. Аппрет создает на поверхности минерального наполнителя оболочку, содержащую активные группы, которые при взаимодействии с активными группами эпоксидной диановой смолы образуют прочные связи.

Количество γ-аминопропилтриэтоксисилана, составляющее 0,2-1,0% от массы волластонита, является оптимальным, что подтверждается литературными данными (см. Принципы создания композиционных материалов / А.А.Берлин, С.А.Вольфсон, Н.С.Еникополов - М., Химия, 1990. - 240 с.).

При содержании в композиции γ-аминопропилтриэтоксисилана менее 0,2% от массы волластонита не обеспечиваются условия для образования достаточного количества активных групп на поверхности минерального наполнителя, что снижает прочность связи по границе раздела.

При использовании γ-аминопропилтриэтоксисилана в количестве более 1,0% от массы волластонита сокращается время отверждения композиции, что исключает возможность ее хранения.

Предлагаемое изобретение поясняется таблицей 1, в которой приведены составы образцов из вибропоглощающей эпоксидной композиции, и таблицей 2, в которой приведены показатели механических характеристик образцов из вибропоглощающей композиции.

В таблицу 1 внесены следующие дополнительные обозначения:

"Вол" - волластонит непрокаленный, неаппретированный;

"Вол а" - волластонит непрокаленный, аппретированный γ-аминопропилтриэтоксисиланом;

"Вол с" - волластонит прокаленный при 300°С в течение трех часов, аппретированный γ-аминопропилтриэтоксисиланом;

активный разбавитель №1 - фенилглицидиловый эфир;

активный разбавитель №2 - бутилглицидиловый эфир;

активный разбавитель №3 - крезилглицидиловый эфир;

ТЭТА - триэтилентетраамин;

ДЭТА - диэтилентриамин.

Пример. В качестве исходных компонентов вибропоглощающей эпосидной композиции использовали эпоксидные диановые смолы типов ЭД-16, ЭД-20 и активные разбавители: бутилглицидиловый эфир, крезилглицидиловый эфир, фенилглицидиловый эфир; волластонит с содержанием игольчатой фракции не менее 30 мас.% при соотношении длины к толщине иголки 5:1 и длине иголки не более 63 мкм, причем содержание волластонита составило 41,8-62,4 мас.%; аминный отвердитель - алифатические амины этиленового ряда типа диэтилентриамина (ДЭТА), триэтилентетраамина (ТЭТА), причем содержание аминного отвердителя составило 7,2-11,1 мас.%. Использовали волластонит неаппретированный и аппретированный γ-аминопропилтриэтоксисиланом в количестве 0,2-1,0% от массы волластонита.

Вибропоглощающую эпоксидную композицию приготовляли следующим образом. Сначала 70 мас.% эпоксидной диановой смолы разбавляли 100% активного разбавителя. Затем разбавленную эпоксидную диановую смолу перетирали с волластонитом. После этого добавляли оставшиеся 30 мас.% эпоксидной диановой смолы и производили дальнейшее перемешивание. Далее добавляли аминный отвердитель и перемешивали полученную массу.

Отверждение происходило в течение 12 часов при нормальных условиях. Полученную композицию можно использовать через 28 часов.

Образцы из вибропоглощающей эпоксидной композиции заявляемого состава, как следует из приведенных в таблицах 1 и 2 данных, имеют повышенные механические характеристики: предел прочности при сжатии от 108 до 156 МПа, модуль упругости при сжатии от 2240 до 3790 МПа, коэффициент вибропоглощения η от 0,35 до 0,44, твердость НВ 27-35.

Увеличение содержания волластонита от 41,8 до 62,4 мас.% приводит к увеличению механических характеристик композиции.

Применение волластонита с содержанием игольчатой фракции менее 30% приводит к тому, что прочность композиции становится равной прочности ненаполненного полимера, то есть прочности матрицы, в результате чего пропадает смысл наполнения с целью упрочнения. Применение волластонита с длиной игл более 63 мкм вызывает возникновение масштабного фактора, который заключается в росте дисперсии прочности по длине иглы, в результате чего увеличивается доля дефектных областей, что приводит к снижению прочности композиционного материала. При применении волластонита с соотношением длины игл к их толщине менее чем 5:1 эффект упрочнения не возникнет, так как форма частицы становится близкой к округлой, что снижает ее упрочняющую способность. При больше чем 5:1 напряжение в волокне превышают предел его прочности, что приведет к динамическому разрушению материала.

Таким образом, использование волластонита в качестве минерального наполнителя в совокупности с остальными компонентами композиции позволяет ее использовать в качестве вибропоглощающего материала с повышенными механическими характеристиками.

Вибропоглощающая эпоксидная композиция

Таблица 1
Составы образцов из вибропоглощающей эпоксидной композиции№ составаЭпоксидиановая смолаМинеральный наполнительАминный отвердительАктивный разбавительтипмасс.
%типмас.%типмас.%типмас.%1ЭД-2040,8Вол41,8ТЭТА7,2№210,22ЭД-2040,8Вол а41,8ДЭТА7,2№110,23ЭД-2036,4Вол а45,4ДЭТА9,1№29,14ЭД-2036,6Вол с45,7ДЭТА8,6№19,15ЭД-1636,5Вол с45,6ТЭТА8,8№19,16ЭД-1637,1Вол46,4ТЭТА7,2№19,37ЭД-2033,4Вол с51,0ТЭТА7,2№18,48ЭД-2033,4Вол с51,0ДЭТА7,2№28,49ЭД-2031,0Вол с54,6ДЭТА8,9№25,510ЭД-2031,0Вол с54,6ДЭТА8,9№15,511ЭД-2031,0Вол с54,6ДЭТА8,9№25,512ЭД-2020,7Вол с62,4ДЭТА11,1№15,813ЭД-2020,7Вол с62,4ДЭТА11,1№25,8

Таблица 2
Показатели механических характеристик образцов из вибропоглощающей эпоксидной композиции№ составаПредел прочности при сжатии, МПаПредел прочности при сдвиге, МПаМодуль упругости, МПаТвердость НВ1132312280312132312900333108252660334125292240275119283080276138322270327141332390358138322270329128303060291015035360033111303031003512156373790331315035357035Прототип(σ_отр=25)15-17--

Изобретение относится к способу получения вибропоглощающей эпоксидной композиции, которая может быть использована в различных отраслях промышленности, в частности для установки турбогенераторов, судовых двигателей, лебедок и другого оборудования. Композиция содержит следующее соотношение компонентов, мас.%: 20,7-40,8 эпоксидной диановой смолы, 5,8-10,2 активного разбавителя, 41,8-62,4 минерального наполнителя, 7,2-11,1 аминного отвердителя. В качестве минерального наполнителя используют волластонит с содержанием игольчатой фракции не менее 30% при соотношении длины к толщине иголки 5:1 и длине иголки не более 63 мкм. Изобретение позволяет получать композицию с повышенными механическими характеристиками и высокими демпфирующими свойствами. 2 табл.

1. Вибропоглощающая эпоксидная композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, активный разбавитель, минеральный наполнитель и аминный отвердитель, отличающаяся тем, что в качестве минерального наполнителя содержит волластонит с содержанием игольчатой фракции не менее 30% при соотношении длины к толщине иголки 5:1 и длине иголки не более 63 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Эпоксидная диановая смола20,7-40,8Активный разбавитель5,8-10,2Вышеуказанный волластонит41,8-62,4Аминный отвердитель7,2-11,1