КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2012 года по МПК C09K3/10 C09J163/00 C09J163/02 C09J163/10 

Изобретение относится к клеящим веществам на основе эпоксидных смол и может быть использовано для получения теплопроводного клеевого состава для склеивания и герметизации деталей из стекла, керамики и металлов, в том числе и алюминиевых сплавов.

Широко известно использование клеевых композиций на основе эпоксидных смол для склеивания различных поверхностей благодаря высокой адгезионной прочности в широком интервале температур [ Чернин И.З., Смехов Ф.М., Жердев Ю.В. Эпоксидные полимеры и композиции. М.: Химия, 1982 г., с.104-106].

Известна клеевая композиция [авторское свидетельство №1501506], которая состоит из основы, представляющей собой модифицированную эпоксидную смолу, отвердителя на основе аминоалкилимидазолина и наполнителя в следующих соотношениях, мас.ч.:

модифицированная эпоксидная смола 80-84 отвердитель 11,7-16,9 наполнитель 3,1-4,3

В качестве наполнителей могут быть использованы: аэросил, двуокись титана, нитрид бора.

Модифицированная эпоксидная смола содержит эпоксидиановую или эпоксиднокремнийорганическую смолу, в качестве модификатора - смесь низкомолекулярного диметилсилоксанового каучука с эпоксикремнийорганическим олигомером. Достоинством данного состава является низкая температура отверждения 20-25°C, однако время отверждения в этом случае составляет 24 часа.

Недостатком данного состава является малое содержание наполнителя, определяющего низкую теплопроводность клея и получаемого соединения, что снижает надежность клеевого шва.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является композиция [патент RU №2276169], включающая эпоксидную диановую смолу, эфиры, отвердитель и наполнитель. В качестве отвердителя используют алифатические амины (аминный отвердитель М-4 или Этап-45) и низкомолекулярную полиамидную смолу, в качестве теплопроводного наполнителя - нитрид бора. Соотношение компонентов данной композиции следующее, мас.ч.:

эпоксидная диановая смола 8-12 триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола   Лапроксид 603 10-12 моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва   Лапроксид 301 8-11 алифатические амины 3-12 низкомолекулярная полиамидная смола 0-7 нитрид бора 60-75

Недостатком данного состава являются низкие показатели физико-технических свойств получаемого клеевого шва, в частности низкая прочность при сдвиге, что ограничивает область применения, а именно не позволяет использовать данную клеевую композицию для склеивания элементов, подвергающихся высоким динамическим нагрузкам.

Задачей заявляемого изобретения является создание клеевой композиции, обеспечивающей высокие физико-технические свойства клеевого соединения.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что клеевая композиции содержит модифицированную эпоксидную смолу марки К-139, аминный отвердитель марки УП-0633М и в качестве наполнителя смесь нитрида бора и хром (III) оксида при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

модифицированная эпоксидная смола 594-596 аминный отвердитель 88-90 BN 296-300 Cr₂O₃ 16-20

Использование композиции заявляемого состава позволяет обеспечить высокие физико-технические свойства клеевого соединения: когезию, адгезию к склеиваемым поверхностям, стойкость к перепадам температуры и давления, беззазорность и однородность. Данный технический результат достигается за счет использования в клеевой композиции указанных веществ в заявляемых пропорциях. Заявляемая клеевая композиция прошла длительные испытания как лабораторные, так и эксплуатационные. В качестве клеевой композиции используют вещество следующего состава мас.ч.:

модифицированная эпоксидная смола 594-596 аминный отвердитель 88-90 BN 296-300 Cr₂O₃ 16-20

В качестве модифицированной эпоксидной смолы используют эпоксидно-диановую неотвержденную модифицированную смолу марки К-139, представляющую собой композицию на основе эпоксидной смолы марки ЭД-20, полиэфира марки МГФ-9 и каучука марки СКН-26-1А или СКМ 18-1А (ТУ 6-05-211-1079-85). Использование модифицированной эпоксидной смолы позволяет получить структуру, в которой в жесткой эпоксидной матрице имеются включения эластичного каучука, способствующие перераспределению и диссипации механических напряжений, возникающих при внешних воздействиях. Такая структура характеризуется повышенной стойкостью к динамическим и эрозионным воздействиям.

Отвердитель марки УП-0633М позволяет стабилизировать процесс отверждения. При его использовании существенно снижается летучесть и токсичность эпоксидных композиций, в широких пределах варьируются технологические свойства составов за счет повышения времени желатинизации композиций, пропитывающей способности и адгезии, а также за счет снижения вязкости. Отвердитель марки УП-0633М обладает высокой стойкостью к механическим нагрузкам и воздействию агрессивной среды и особенно эффективен в покрытиях, которые эксплуатируются там, где необходимы химически- и водостойкие поверхности. Этот отвердитель представляет собой низковязкую жидкость (10-100 мПа·с), которая хорошо смешивается со смолой, пластифицируя ее. Применение данного отвердителя позволяет избежать лавинообразного, с быстрым нагревом протекания реакции отверждения. Использование различных наполнителей придает клеевой композиции различные свойства. Применение в качестве наполнителя смеси нитрида бора и хром (III) оксида, в силу их морфологических особенностей, повышает динамическую прочность, обеспечивает перераспределение механических напряжений и противодействует процессу разрушения клеевого слоя при динамическом воздействии. Кроме того, нитрид бора обеспечивает необходимую теплопроводность получаемого клеевого соединения. Композиция заявляемого состава обладает хорошей адгезией к стеклянным, керамическим и металлическим поверхностям, необходимой теплопроводностью, механической прочностью, влагостойкостью, динамической устойчивостью, пригодна для эксплуатации в диапазоне температур от -60°C до +120°C и влажности 98% при температуре +35°C.

Клеевую композицию готовят следующим образом. В тару из стекла, полиэтилена или другого инертного материала добавляют смолу и наполнитель в указанных соотношениях и тщательно перемешивают шпателем до получения однородной массы. Тару со смесью помещают в вакуумный шкаф и производят вакуумирование при давлении 9,0-9,8 кПа в течение 30-60 мин в зависимости от количества смеси до исчезновения пузырей. Шкаф отключают и плавно повышают давление до атмосферного. Тару вынимают, вливают в нее необходимое количество отвердителя и тщательно перемешивают до однородной массы. Тару со смесью снова помещают в вакуумный шкаф и производят вакуумирование при давлении 9,0-9,8 кПа в течение 6-10 мин. Полученную таким образом клеевую композицию необходимо использовать сразу, не позднее 20 мин после приготовления, в течение которых она сохраняет свою текучесть.

Усредненные результаты испытаний предлагаемой клеевой композиции представлены в таблице 1.

Таблица 1 Свойство Показатель Плотность, г/см³   1,29 Предел прочности при сдвиге на паре Д16-Д16, МПа (кгс/см³) после воздействия повышенной температурой 120°C в течение 1000 ч 11,9 (122)   после воздействия повышенной температурой 200°C в течение 6 ч 9,4 (96)   после воздействия относительной влажности 98±2%, 56 сут 9,4 (96) Предел прочности при сдвиге на паре анодированной сплав Д16-Д16, МПа (кгс/см³)   11,0 (113) Предел прочности при сдвиге на паре сплав Д16-Д16 с покрытием олово-висмут, МПа (кгс/см³)   11,7 (120) Грибостойкость   +

Усредненный показатель прочности при сдвиге для наиболее близкого аналога составляет 3,48 МПа, что в два раза ниже, чем показатель для заявляемой композиции. Для проведения испытаний изготавливают пластины из алюминиевого сплава Д16 по ГОСТ 14759-69. Поверхность пластин, подлежащих склеиванию, равномерно зачищают шлифовальной шкуркой, обезжиривают хладоном с помощью ткани и выдерживают на воздухе 10-15 мин. На подготовленную поверхность пластин наносят равномерный слой приготовленной композиции. Склеиваемые поверхности пластин соединяют внахлест между собой, излишки клея удаляют с краев образца скальпелем, а затем тканью, смоченной в ацетоне. Размер нахлеста составляет 15±0,5 мм. Образец помещают под пресс, оказывающий давление 14-20 кПа, и выдерживают в соответствии с одним из режимов, указанных в таблице 2.

Таблица 2 Режимы полимеризации Номер режима Температура, °C Продолжительность, ч 1 18-25 24-36 2 18-25 не менее 2 и   75±5 4-5 3 18-25 не менее 2 и   100±10 2-2,5

По окончанию полимеризации образец вынимают из приспособления и определяют предел прочности на сдвиг по ГОСТ 14759-69.

Заявляемая композиция может использоваться для склеивания различных поверхностей из стекла, керамики и металлов, в том числе алюминиевых сплавов. Может также применяться в радиоэлектронике для герметизации корпусов радиоэлектронных приборов, обеспечивая прочное, беззазорное, теплопроводное соединение в течение 20 лет при хранении в хранилище с регулируемыми параметрами или 10 лет при хранении в закрытом помещении.

Изобретение относится к клеящим веществам на основе эпоксидных смол и может быть использовано для получения теплопроводного клеевого состава для склеивания и герметизации деталей из стекла, керамики и металлов, в том числе и алюминиевых сплавов. Клеевая композиция состоит в мас.ч.: из модифицированной эпоксидной смолы марки К-139 - 594-596, аминного отвердителя марки УП-0633М - 88-90, нитрида бора - 296-300 и хром (III) оксида - 16-20. Техническим результатом является получение клеевого соединения с высокими физико-техническими свойствами. 2 табл.

Клеевая композиция, включающая модифицированную эпоксидную смолу, аминный отвердитель и наполнитель - нитрид бора, отличающаяся тем, что она в качестве модифицированной смолы содержит смолу марки К-139, в качестве отвердителя - отвердитель марки УП-0633М и дополнительно содержит в качестве наполнителя хром (III) оксид при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
модифицированная эпоксидная смола 594-596 аминный отвердитель 88-90 BN 296-300 Сr₂O₃ 16-20