ЭПОКСИДНАЯ КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2009 года по МПК C09J163/10 C09J163/02 

Изобретение относится к области эпоксидных клеевых композиций холодного отверждения, обладающих повышенной жизнеспособностью и обеспечивающих высокий уровень начальной (через 3 ч) и конечной прочности клеевых соединений. Изобретение может быть использовано при склеивании и ремонте деталей и агрегатов изделий, в том числе авиационной техники.

Известен клей, включающий эпоксидную смолу (1,2-эпоксипропоксидифениловый эфир этиленгликоля или диглицидиловый эфир м-аминобензойной кислоты) и отвердитель аминного типа (диэтилентриаминометилфенол), продукт взаимодействия диглицидилового эфира резорцина с карбоксилатным бутадиен-акрилонитрильным каучуком (авт. свид. СССР №1164252).

Недостатком известного клея является крайне низкая жизнеспособность, составляющая 7-8 мин при 20°C, что исключает возможность его применения для склеивания и ремонта изделий авиационной техники.

Известна клеевая композиция, содержащая продукт сополимеризации эпоксидиановой смолы с карбоксилированным каучуком, аминный отвердитель, крезилглицидный эфир, глицидиловый эфир N-глицидил-N-(β-карбоксиэтил) анилина (патент РФ №2068438).

Недостатком известной клеевой композиции является длительность процесса полного отверждения клея (не менее 168 ч), невысокий уровень начальной и конечной прочности клеевых соединений.

Известна клеевая композиция, включающая продукт взаимодействия эпоксидной диановой смолы и низкомолекулярного карбоксилированного каучука в массовом соотношении 80:20, полиэтиленполиамин, химически осажденный мел (авт. свид. СССР №1571056).

Недостатком известной клеевой композиции является невысокая жизнеспособность, длительность процесса полного отверждения клея (не менее 72 ч), невысокий уровень начальной и конечной прочности клеевых соединений.

Известен смываемый водой эпоксидный клей, включающий жидкую эпоксидную смолу, моноглицидиловый эфир, полиамидный отвердитель, водорастворимую добавку (патент США №3649583).

Недостатком известного смываемого водой эпоксидного клея является длительность процесса отверждения клея, невысокий уровень прочности клеевых соединений.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является клеевая композиция следующего состава, мас.ч.:

Продукт взаимодействия эпоксидной   диановой смолы и низкомолекулярного   карбоксилированного бутадиенового каучука   при их массовом соотношении 60:80-20:40 100 Аминный отвердитель по стехиометрии Разбавитель - крезилглицидный эфир или продукт   дегидрохлорирования дихлоргидринов 7-20 Продукт взаимодействия моноэтаноламина   и тетраэтоксисилана при мольном   соотношении (1-3):1 3-5

Композиция может содержать дополнительно олигоуретанэпоксид на основе сложного эфира в количестве 7-40 мас.ч. и/или наполнитель в количестве 60-100 мас.ч. (патент РФ №2076130).

Недостатками клеевой композиции-прототипа являются ограниченная жизнеспособность, длительность процесса полного отверждения клея (не менее 72 ч), невысокий уровень начальной и конечной прочности клеевых соединений.

Технической задачей изобретения является увеличение жизнеспособности клеевой композиции, снижение продолжительности процесса полного ее отверждения при достижении более высокого уровня начальной и конечной прочности клеевых соединений.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что предлагается эпоксидная клеевая композиция, включающая эпоксидную смолу, карбоксилированный каучук, отвердитель и минеральный наполнитель, которая в качестве эпоксидной смолы содержит диановую или эпоксикремнийорганическую смолу, в качестве отвердителя - сочетание олигоамида, продукта конденсации формальдегида и фенола с диэтилентриамином и трис-2,4,6-(диметиламинометил)фенола или продукта взаимодействия диэтиламинометилтриэтоксисилана с 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисиланом при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная смола 100,0 Карбоксилированный каучук 10,0-20,0 Олигоамид 15,0-40,0 Продукт конденсации формальдегида   и фенола с диэтилентриамином 15,0-40,0 Трис-2,4,6-(диметиламинометил)фенол   или продукт взаимодействия   диэтиламинометилтриэтоксисилана   с 1-аминогексаметилен-6-аминометилен-   триэтоксисиланом 2,0-5,5 Минеральный наполнитель 5,0-10,0

В качестве олигоамида композиция содержит продукт конденсации полиэтиленполиамина с димеризованными метиловыми эфирами жирных кислот соевого масла или продукт конденсации метиловых эфиров высших ненасыщенных дикарбоновых кислот электрохимического синтеза с полиэтиленполиамином.

В качестве минерального наполнителя композиция содержит асбест, диоксид титана или электрокорунд.

Необходимым условием для проведения работ по склеиванию деталей и агрегатов авиационной техники (в т.ч. при оперативном ремонте) является повышенная жизнеспособность в сочетании с высокой скоростью начального отверждения (не более 3 ч), а также сокращение времени продолжительности полного отверждения клеевой композиции с достижением высокого уровня начальной и конечной прочности клеевых соединений.

Использование сочетания компонентов отвердителя в определенных соотношениях, а именно олигоамида, продукта конденсации формальдегида и фенола с диэтилентриамином и трис-2,4,6-(диметиламинометил)фенола или продукта взаимодействия диэтиламинометилтриэтоксисилана с 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисиланом дает синергический эффект - позволяет повысить жизнеспособность клеевой композиции, сократить продолжительность полного ее отверждения и достичь более высокого уровня начальной и конечной прочности клеевых соединений.

В качестве эпоксидной смолы заявляемая клеевая композиция содержит эпоксидную диановую смолу ЭД-20 по ГОСТ 10587-84 с массовой долей эпоксидных групп в пределах 19,9-22,0%, массовой долей летучих веществ не более 0,5%, динамической вязкостью при 25°C 12-18 Па·с, или эпоксидную диановую смолу ЭД-22 по ГОСТ 10587-84 с массовой долей эпоксидных групп в пределах 22,1-23,6%, массовой долей летучих веществ не более 0,1%, динамической вязкостью при 25°C 8-12 Па·с, или эпоксикремнийорганическую смолу СЭДМ-3 по ОСТ 6-06-448-95 с массовой долей нелетучих веществ (сухого остатка) не менее 99,0%, массовой долей эпоксидных групп не менее 15,5%.

В качестве карбоксилированного каучука заявляемая композиция может содержать различные карбоксилированные каучуки, но наилучший технический результат достигается при использовании каучука с функциональными группами СКН-30КТР «А» по ТУ 38.103474-86 с динамической вязкостью при 50°C в пределах 65-115 Па·с и массовой долей связанного нитрила акриловой кислоты 25-30%, или СКН-30КТР по ТУ 38.103474-86 с динамической вязкостью при 50°C 68,4 Па·с и массовой долей карбоксильных групп 2,92%, или СКН-10КТР по ТУ 2294-099-00151963-2005 с динамической вязкостью при 50°C 9,2 Па·с, массовой долей карбоксильных групп 2,8% и массовой долей связанного нитрила акриловой кислоты 9,9%, или СКД-0 по ТУ 38.103570-84 с динамической вязкостью при 25°C 2,8 Па·с, содержанием летучих веществ 0,28% и содержанием золы 0,013% по массе.

В качестве олигоамида композиция содержит продукт конденсации полиэтиленполиамина с димеризованными метиловыми эфирами жирных кислот соевого масла марки ПО-300 по ТУ 2224-092-05034239-96 с аминным числом в пределах 280-310 мг КОН/г вещества, массовой долей свободного амина в пределах 1-4% и условной вязкостью по вискозиметру ВЗ-246 60%-ного раствора смолы в ксилоле при 20°C в пределах 20-30 с или продукт конденсации метиловых эфиров высших ненасыщенных дикарбоновых кислот электрохимического синтеза (ВНДК C_15-20) с полиэтиленполиамином марки ПО-500 по ТУ 6-10-11-569-22-87 с аминным числом в пределах 480-510 мг КОН/г, массовой долей свободного амина в пределах 4,8-6,7%, вязкостью 50%-ного раствора в ксилоле по ВЗ-4 при 20°C в пределах 13,5-14 с.

В предложенной композиции использованы продукт конденсации формальдегида и фенола с диэтилентриамином по ТУ 2257-475-18826195-02 с вязкостью по вискозиметру типа ВЗ-4 при температуре (20±1)°C не более 120 с, коэффициентом стехиометрии 1,12 и временем жизни в массе 50 г при температуре (30±2)°C не менее 60 минут и трис-2,4,6-(диметиламинометил)фенол (УП-606/2) по ТУ 6-00209817.035-96 с массовой долей основного вещества не менее 95,5%, показателем преломления в пределах 1,5160-1,5200 или продукт взаимодействия диэтиламинометилтриэтоксисилана (АДЭ-3 по ТУ 6-02-573-87) с массовой долей основного вещества не менее 70%, массовой долей осадка не более 0,5%, и 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисилана (АГМ-3 по ТУ 6-02-586-86) с массовой долей азота 8,5-10,0%, который получают путем последовательного введения указанных компонентов в соотношении 2:98 и тщательного их перемешивания в течение 2-3 мин при комнатной температуре. Полученный продукт взаимодействия имеет плотность 0,953-0,967 г/см³, содержание SiO₂ 20-24 мас.% и содержание азота 9-11 мас.%.

В качестве минерального наполнителя наиболее предпочтительно использовать асбест по ТУ 6-05-1379-86, диоксид титана по ГОСТ 9808 или электрокорунд по ТУ 6-02-05-68.

Примеры осуществления

Эпоксидные клеевые композиции по примерам 1-6 готовили путем смешения всех компонентов в указанной последовательности, перемешивая композицию после введения каждого из компонентов в течение 2-3 мин при температуре 20±5°C.

Составы эпоксидных клеевых композиций по примерам 1-6 представлены в таблице 1.

Клеевые композиции по примерам 1-6 наносили шпателем на подготовленную под склеивание (зашкуренную, одробеструенную) поверхность образцов из углеродистой стали 30ХГСА.

Склеивание проводили при температуре (20±5)°C в течение 3 (начальная прочность) и 24 часов (до полного отверждения) при удельном давлении (0,1-0,5) кгс/см².

Прочностные характеристики клеевых соединений определяли по ГОСТ 14759-69.

Свойства клеевых композиций по примерам 1-6 и прототипа приведены в таблице 2.

Таблица 1 Наименование компонентов Состав, мас.ч., по примерам Прототип 1 2 3 4 5 6 7 Эпоксидная диановая смола ЭД-20 100,0 100,0 - - - - 80,0 Эпоксидная диановая смола ЭД-22 - - 100,0 100,0 - - - Эпоксикремнийорганическая смола СЭДМ-3 - - - - 100,0 100,0 - Карбоксилированный каучук:               СКН-30КТР 20,0 10,0 - - 15,0 - - СКД-КТР «А» - - - - - - 20,0 СКН-30КТР «А» - - 20,0 - - - - СКД-0 - - - 10,0 - - - СКН-10КТР - - - - - 10,0 - Олигоамид ПО-300 15,0 - - 40,0 - 30,0 - Олигоамид ПО-500 - 25,0 35,0 - 30,0 - - Отвердитель УП-583 - - - - - - 18,0 Отвердитель УП-0633 - - - - - - 22,0 Продукт конденсации формальдегида и фенола с диэтилентриамином 40,0 25,0 20,0 15,0 15,0 20,0 - Трис-2,4,6 -(диметиламинометил)фенол 2,0 - 5,5 - - 4,5 - Продукт взаимодействия диэтиламинометилтриэтоксисилана с
1 -аминогексаметилен-6-амино-
метилентриэтоксисилана - 3,0 - 4,0 4,5 - - Разбавитель Э-181 - - - - - - 20,0 Модификатор ПЭФ-3А - - - - - - 40,0 Целевая добавка (продукт взаимодействия моноэтаноламина и тетраэтоксисилана) - - - - - - 5,0 Минеральный наполнитель:               Асбест - 10,0 10,0 - - 5,0 - Диоксид титана 5,0 - - - 7,5 - - Электрокорунд - - - 7,5 - - -

Таблица 2 Показатели Предлагаемая эпоксидная клеевая композиция по примерам Прототип 1 2 3 4 5 6 7 Прочность при сдвиге τ_сдв., МПа, клеевых соединений (Ст.3-Ст.3) при температуре испытания 20°C, после отверждения в течение времени, ч:               3 12,7 13,8 13,5 13,7 12,8 12,9 9,1 24 28,4 29,3 29,3 29,2 28,8 28,8 15,5 72 28,5 29,3 29,4 29,4 28,8 28,9 25,4 при температуре испытания 100°C, отвержденных в течение времени, ч:               3 9,8 10,2 10,3 10,2 9,9 9,9 8,0 24 12,4 13,0 12,8 12,8 12,5 12,6 12,6 Водостойкость, τ_сдв., МПа, при 20°C после выдержки клеевых соединений в воде в течение 30 дней, отверждение в течение времени, ч:               3 26,8 27,0 27,1 26,8 26,5 26,4 24,0 24 29,3 29,7 29,5 29,3 29,0 28,9 26,0 Жизнеспособность, мин 65 70 70 70 70 65 50

Как видно из таблицы 2, предложенная эпоксидная клеевая композиция в сравнении с композицией-прототипом обеспечивает увеличение жизнеспособности клея на 40%, сокращение продолжительности процесса полного отверждения клея с 72 до 24 ч, увеличение прочности при сдвиге клеевых соединений на стали 30ХГСА: начальной после отверждения в течение 3 ч при (20±5)°C на 50%, конечной после 24 ч на 85%, при сохранении теплостойкости клеевых соединений на уровне клеевой композиции-прототипа. Кроме того, клеевые соединения на основе заявляемой эпоксидной клеевой композиции отличаются повышенной водостойкостью.

Предложенная клеевая композиция обладает повышенной адгезией к металлическим (алюминиевый сплав, сталь, титан) и неметаллическим поверхностям (полимерные композиционные материалы) и работоспособна в интервале температур от -60 до +100°C.

Заявляемая эпоксидная клеевая композиция, обладая повышенной жизнеспособностью и высокой начальной и конечной прочностью при сдвиге, обеспечивает надежность клеевых соединений при склеивании и ремонте (в том числе и оперативном) деталей и агрегатов изделий, в том числе авиационной техники.

Изобретение относится к эпоксидной клеевой композиции холодного отверждения. Композиция, включает, мас.ч.: эпоксидную диановую или эпоксикремнийорганическую смолу 100,0, карбоксилированный каучук 10,0-20,0, отвердитель - олигоамид 15,0-40,0, продукт конденсации формальдегида и фенола с диэтилентриамином 15,0-40,0 и трис-2,4,6-(диметиламинометил)фенол или продукт взаимодействия диэтиламинометилтриэтоксисилана с 1-аминогексаметилен-6-

аминометилентриэтоксисиланом 2,0-5,5, минеральный наполнитель 5,0-10,0. В качестве олигоамида композиция содержит продукт конденсации полиэтиленполиамина с димеризованными метиловыми эфирами жирных кислот соевого масла или продукт конденсации метиловых эфиров высших ненасыщенных дикарбоновых кислот электрохимического синтеза с полиэтиленполиамином. В качестве минерального наполнителя используется асбест, диоксид титана или электрокорунд. Полученная клеевая композиция обладает увеличенной жизнеспособностью, сниженной продолжительностью процесса полного ее отверждения при достижении более высокого уровня начальной и конечной прочности клеевых соединений. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Эпоксидная клеевая композиция, включающая эпоксидную смолу, карбоксилированный каучук, отвердитель и минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве эпоксидной смолы она содержит диановую или эпоксикремнийорганическую эпоксидную смолу, в качестве отвердителя - сочетание олигоамида, продукта конденсации формальдегида и фенола с диэтилентриамином и трис-2,4,6-(диметиламинометил)фенола или продукта взаимодействия диэтиламинометилтриэтоксисилана с 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисиланом при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Вышеуказанная эпоксидная смола 100,0 Карбоксилированный каучук 10,0-20,0 Олигоамид 15,0-40,0 Продукт конденсации формальдегида   и фенола с диэтилентриамином 15,0-40,0 трис-2,4,6-(диметиламинометил)фенол   или продукт взаимодействия   диэтиламинометилтриэтоксисилана   с 1-аминогексаметилен-6-аминометилен-   триэтоксисиланом 2,0-5,5 Минеральный наполнитель 5,0-10,0

2. Эпоксидная клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве олигоамида она содержит продукт конденсации полиэтиленполиамина с димеризованными метиловыми эфирами жирных кислот соевого масла или продукт конденсации метиловых эфиров высших ненасыщенных дикарбоновых кислот электрохимического синтеза с полиэтиленполиамином.

3. Эпоксидная клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве минерального наполнителя она содержит асбест, диоксид титана или электрокорунд.