КОМПОЗИЦИИ КОНСТРУКЦИОННОГО КЛЕЯ Российский патент 2015 года по МПК C09J163/00 C08G59/18 F03D1/06 

Область, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к композиции конструкционного клея и более определенно к 2К композициям конструкционного клея.

Уровень техники

Ветряные двигатели привлекли повышенное внимание как экологически безопасные и относительно недорогие альтернативные источники энергии. Для разработки ветряных двигателей, которые надежны и эффективны, прилагают значительные усилия.

Обычно, ветряной двигатель включает ротор с многолопастным ветряным двигателем. Лопасти ветряного двигателя имеют форму удлиненных аэродинамических профилей, сформированных так, чтобы обеспечить вращающие силы в ответ на ветер. Эти лопасти ветряного двигателя трансформируют кинетическую энергию ветра в крутящий момент или силу, которая двигает один или больше соединенных генераторов методами, известными специалистам в технологии.

Один текущий подход к производству лопастей ветряного двигателя заключается в том, чтобы выполнить каждую лопасть либо как две половины корпуса и штанга, либо как две половины корпуса с цельной штангой. В обоих случаях две половины корпуса соединены вместе вдоль их краев адгезионнным материалом, чтобы сформировать полную лопасть. Как правило, адгезионнным материалом является двухкомпонентный (2К) конструкционный материал, который включает два компонента, которые химически взаимодействуют (то есть сшиваются), при смешивании в условиях окружающей среды или при слабом нагреве, чтобы соединить вместе половины корпуса. Альтернативно, могут быть использованы однокомпонентные (1К) клеи, которые требуют внешнего источника энергии (теплоты, излучения или влаги), чтобы облегчить химическую реакцию.

Клеи, которые используются, чтобы соединить лопасти ветряного двигателя, должны быть в состоянии противостоять центробежным силам, прикладываемым к каждой лопасти во время использования, и выдерживать прочность соединения в течение срока службы лопасти при постоянном циклическом тепловом проведении и агрессивном воздействии окружающей среды. Кроме того, эти адгезионнные материалы должны быть пригодны для относительно легкого применения.

Кроме того, для 2К клеев жизнеспособность является важным условием. Термин "жизнеспособность", как понимают специалисты в технологии клеев, может быть определен как отрезок времени для адгезионнной смеси, чтобы достигнуть 50°C, и обычно его определяют как интервал времени, в котором адгезионная композиция является достаточно жидкой, так что она может быть нанесена на материал подложки, подлежащий соединению. Адгезионнный материал с более короткой жизнеспособностью является материалом, в котором эти два компонента реагируют более быстро, и адгезионнный материал с более длинной жизнеспособностью является тем материалом, в котором эти два компонента реагируют более медленно.

Данное изобретение направлено на адгезионнные композиции, которые обеспечивают достаточную прочность связи, легки в применении и имеют достаточно долгую жизнеспособность для использования при соединении подложек, таких как лопасти ветряного двигателя.

Сущность изобретения

Один вариант осуществления данного изобретения раскрывает адгезионную композицию, включающую (a) первый компонент, включающий (i) эпоксидный аддукт, который образуется как продукт реакции реагентов, включающих первое эпоксидное соединение, полиол и ангидрид и/или дикислоту; и (b) второй компонент, который химически реагирует с первым компонентом.

В одном варианте осуществления второй компонент включает соединение амина.

Другие варианты осуществления раскрывают многокомпонентные композитные покрытия, подложки с покрытием и способы нанесения покрытия на подложку.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой перспективный вид блока тефлоновой сборки для оценки конструкционной адгезионной композиции по типичному варианту данного изобретения.

Осуществление изобретения

Для целей следующего подробного описания нужно понимать, что изобретение может допускать различные альтернативные варианты и последовательности стадий, кроме тех случаев, когда прямо указано обратное. Кроме того, за исключением любых рабочих примеров, или если указано иначе, все числа, выражающие, например, количества ингредиентов, используемых в описании и формуле изобретения, следует понимать, как изменяемые во всех случаях, с термином "приблизительно". Соответственно, если не указано иного, численные параметры, приведенные в следующем описании и приложенной формуле изобретения, являются приближениями, которые могут изменяться в зависимости от желаемых свойств, которые должны быть получены по данному изобретению. Без попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый численный параметр должен, по меньшей мере, быть рассмотрен в свете числа значащих цифр, которые определяют, применяя обычные методики округления.

Несмотря на то, что численные интервалы и параметры, раскрывающие широкий объем изобретения, являются приближениями, числовые величины, приведенные в конкретных примерах, сообщены настолько точно, насколько возможно. Любое числовое значение, однако, по существу, содержит определенные погрешности, обязательно возникающие из стандартного изменения, найденного в соответствующих тестовых измерениях.

Кроме того, следует понимать, что любой численный интервал, приведенный здесь, включает все входящие в него подинтервалы. Например, интервал "1-10" включает все подинтервалы между (и включая их) указанным минимальным значением 1 и указанным максимальным значением 10, то есть имеется минимальное значение, равное или больше, чем 1, и максимальное значение, равное или меньше, чем 10.

В этой заявке использование единственного числа включает множественное число, а множественное число охватывает единственное число, если не оговорено иное. Кроме того, в этой заявке, использование "или" означает "и/или", если не оговорено иное, даже при том, что "и/или" может явно использоваться в определенных примерах.

Как замечено выше, обычно, данное изобретение раскрывает 2К ("двухкомпонентную") конструкционную адгезионную композицию, которую используют, чтобы соединить вместе два материала подложки. Клей наносят либо на один, либо на оба соединяемых материала. Куски выравнивают и прижимают, чтобы регулировать толщину связи могут быть добавлены разделители. Для процесса отверждения может быть использовано тепловое укрытие.

Соответствующие материалы подложек, которые могут быть соединены 2К конструкционными адгезионнными компонентами, включают, но не ограничиваются материалами, такими как, металлы или сплавы металлов, природные материалы, такие как древесина, полимерные материалы, такие как твердые пластмассы или композитные материалы.

2К конструкционная адгезионная композиция включает два химических компонента, которые при смешивании до нанесения химически реагируют друг с другом и твердеют (то есть отверждаются) в условиях окружающей среды или при слабом нагреве.

2К ("двухкомпонентные") конструкционные адгезионнные композиции по данному изобретению пригодны для использования для соединения двух половин корпуса лопастей ветряных двигателей. В этом применении смешанную адгезионную композицию наносят вдоль кромок одной или обеих половин корпуса лопастей ветряного двигателя. Половины корпусов затем сжимают, и клею позволяют отверждаться в течение нескольких часов. Предпочтительно, тепловое укрытие (при приблизительно 70°C) наносят на половины корпуса, чтобы помочь в процессе отверждения. Половины корпуса, или других компонентов лопастей ветряного двигателя, могут быть сформированы из металлов, таких как алюминий, металлические сплавы, такие как сталь, древесина, такая как пробковое дерево, полимерные материалы, такие как твердые пластмассы, или композитные материалы, такие как пластмассы, армированные волокном. В одном варианте осуществления половины корпуса формируют из стекловолоконных композитов или композитов углеродного волокна.

Как замечено выше, 2К конструкционные клеи по данному изобретению образуют из двух химических компонентов, а именно первого компонента и второго компонента, которые смешивают непосредственно перед применением. Первый компонент (то есть эпоксидный компонент) предпочтительно включает эпоксидный аддукт и другое эпоксисоединение, или второе эпоксисоединение. Второй компонент предпочтительно включает отверждающий компонент, который взаимодействует с первым компонентом, чтобы образовать связь, обеспечивающую подложки, на которые их наносят требуемыми параметрами связывания. Предпочтительно, отверждающим компонентом является соединение амина, хотя другие отверждающие компоненты, такие как сульфидные отверждающие компоненты могут быть использованы альтернативно.

Эквивалентное отношение аминогруппы к эпоксигруппе в адгезионной композиции может изменяться от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 1,5:1. Предпочтительно, эквивалентное отношение аминогруппы к эпоксигруппе от 1,0:1 до 1,25:1. Наиболее предпочтительно эквивалентное отношение аминогруппы к эпоксигруппе составляет немного больше 1:1. Как описано здесь, эквиваленты эпоксигруппы, используемые в расчете эквивалентного отношения эпоксигруппы, основаны на эквивалентной массе эпоксида первого компонента, и эквиваленты амина, используемого в расчете эквивалентного отношения амина, основаны на эквивалентной массе водорода в составе амина (AHEW) второго компонента.

В одном варианте осуществления эпоксидный аддукт образуется как продукт реакции реагентов, включающих первое эпоксисоединение, полиол и ангидрид.

В другом варианте осуществления эпоксидный аддукт образуется как продукт реакции реагентов, включающих первое эпоксисоединение, полиол и дикислоту. В еще одном варианте осуществления эпоксидный аддукт образуется как продукт реакции реагентов, включающих первое эпоксисоединение, полиол, ангидрид и дикислоту.

В этих вариантах осуществления эпоксидный аддукт включает от 3 до 50 весовых процентов, и более предпочтительно от 3 до 25 весовых процентов, первого компонента, в то время как второе эпоксисоединение включает от 50 до 97 весовых процентов, и более предпочтительно от 75 до 97 весовых процентов, первого компонента.

Полезные первые эпоксисоединения, которые могут использоваться, чтобы образовать эпоксидный аддукт, включают полиэпоксиды. Соответствующие полиэпоксиды включают полиглицидильные эфиры Бисфенола A, такие как эпоксидные смолы EPON® 828 и 1001, и диэпоксиды Бисфенола F, такие как EPON® 862, которые коммерчески доступны от Hexion Specialty Chemicals, Inc. Другие полезные полиэпоксиды включают полиглицидильные эфиры многоатомных спиртов, полиглицидильные сложные эфиры поликарбоновых кислот, полиэпоксиды, которые получены эпоксидированием олефиново-ненасыщенного алициклического соединения, полиэпоксиды, содержащие оксиалкилен группы в эпоксидной молекуле и эпоксидные новолачные смолы. Другие неограничивающие первые эпоксисоединения включают эпоксидированные новолаки Бисфенола A, эпоксидированные фенольные новолаки, эпоксидированный крезильный новолак, и триглицидил-п-аминофенолбисмалеимид.

Полезные полиолы, которые могут использоваться, чтобы образовать эпоксидный аддукт, включают диолы, триолы, тетраолы и более высокофункциональные полиолы. Полиолы могут быть на основе цепи простого полиэфира, полученной из этиленгликоля, пропиленгликоля, бутиленгликоля, гексиленгликоля и т.д. и их смеси. Полиол может также быть на основе цепи сложного полиэфира, полученной полимеризацией с раскрытием кольца капролактона. Соответствующие полиолы могут также включать простой полиэфир полиол, полиуретанполиол, полимочевинаполиол, акриловый полиол, сложный полиэфирполиол, полибутадиенполиол, гидрированный полибутадиенполиол, поликарбонатполиол, полисилоксанполиол и их комбинации. Полиамины, соответствующие полиолам, могут также использоваться, и в этом случае, вместо эфиров карбоновой кислоты будут образовываться амиды с кислотами и ангидридами.

Соответствующие диолы, которые могут быть использованы для получения эпоксидного аддукта, являются диолами, имеющими эквивалентный вес гидроксила от 30 до 1000. Типичные диолы, имеющие эквивалентный вес гидроксила от 30 до 1000, включают диолы, продаваемые под торговой маркой Terathane®, включая Terathane® 250, доступный от bivista. Другие типичные диолы, имеющие эквивалентный вес гидроксила от 30 до 1000, включают этиленгликоль и его простые полиэфирдиолы, пропиленгликоль и его простые полиэфирдиолы, бутиленгликоль и его простые полиэфирдиолы, гексиленгликоль и его простые полиэфирдиолы, сложные полиэфирдиолы, синтезируемые полимеризацией с раскрытием кольца капролактона, и уретандиолы, синтезируемые реакцией циклических карбонатов с диаминами. Комбинация этих диолов и простых полиэфирдиолов, полученных комбинированием различных диолов, описанных выше, также может использоваться. Димерные диолы могут также использоваться, включая диолы, продаваемые под торговыми марками Pripol® и Solvermol®, доступные от Cognis Corporation.

Могут использоваться полиолы на основе политетрагидрофурана, продаваемые под торговой маркой Terathane®, включая Terathane® 650, доступный от Invista. Кроме того, могут также быть использованы полиолы на основе димерных диолов, продаваемых под торговыми марками Pripol® и Empol®, доступные от Cognis Corporation, или полиолы на биооснове, такой как тетрафункциональный полиол Agrol 4.0, доступный от BioBased Technologies.

Полезные ангидридные соединения для функционализации полиола кислотными группами включают гексагидрофталевый ангидрид и его производные (например, метилгексагидрофталевый ангидрид); фталевый ангидрид и его производные (например, метилфталевый ангидрид); малеиновый ангидрид; янтарный ангидрид; тримеллитовый ангидрид; пиромеллитовый диангидрид (ПМДА); 3,3',4,4'-оксидифталевый диангидрид (ОДФА); диангидрид 3,3',4,4'-бензоферонтетракарбоновой кислоты (БТДА); и 4,4'-гексафторизопропилиден-дифталевый ангидрид (6ФДА). Полезные дикислотные соединения для функционализации полиола кислотными группами включают фталевую кислоту и ее производные (например, метилфталевую кислоту), гексагидрофталевую кислоту и ее производные (например, метилгексагидрофталевую кислоту), малеиновую кислоту, янтарную кислоту, адипиновую кислоту и т.д. Любая двухосновная кислота и ангидрид могут использоваться; однако, ангидриды предпочтительны.

В одном варианте осуществления полиол включает диол, ангидрид включает моноангидрид, и первое эпоксисоединение включает диэпоксисоединение, в котором мольное отношение диола, моноангидрида и диэпоксисоединения в эпоксидном аддукте может изменяться от 0,5:0,8:1,0 до 0,5:1,0:6,0.

В другом варианте осуществления полиол включает диол, ангидрид включает моноангидрид и первое эпоксисоединение включает диэпоксисоединение, в котором мольное отношение диол, моноангидрид и диэпоксисоединение в эпоксидном аддукте могут изменяться от 0,5:0,8:0,6 до 0,5:1,0:6,0.

В другом варианте осуществления второе эпоксисоединение первого компонента является диэпоксисоединением, который имеет эпоксидный эквивалентный вес от приблизительно 150 до приблизительно 1000. Соответствующие диэпоксиды, имеющие эпоксидный эквивалентный вес от приблизительно 150 до приблизительно 1000, включают полиглцидильные простые эфиры Бисфенола A, такие как эпоксидные смолы EPON® 828 и 1001, и диэпоксиды Бисфенола F, такие как EPON® 862, которые коммерчески доступны от Hexion Specialty Chemicals, Inc.

В другом варианте осуществления вторым эпоксисоединением первого компонента является диэпоксидное соединение или более высоко функциональные эпоксиды (собирательно, "полиэпоксид"), включая полиглицидильные простые эфиры многоатомных спиртов, полиглицидильные сложные эфиры многоосновных карбоновых кислот, полиэпоксиды, которые получены эпоксидированием олефиново- ненасыщенного алициклического соединения, полиэпоксиды, содержащие группы оксиалкилен в эпоксидной молекуле, и эпоксидные новолачные смолы.

Другие неограничивающие вторые эпоксисоединения включают эпоксидированные новолаки Бисфенола A, эпоксидированные фенольные новолаки, эпоксидированный крезильный новолак, и триглицидил-п-аминофенолбисмалеимид.

В другом варианте осуществления второе эпоксисоединение первого компонента включает аддукт эпоксид-димерная кислота. Аддукт эпоксид-димерная кислота может быть получен как продукт реакции реагентов, включающих диэпоксидное соединение (такое как эпоксисоединение Бисфенола A) и димерную кислоту (такую как димерная C₁₀-C₁₂ кислота).

В другом варианте осуществления второе эпоксисоединение первого компонента включает сополимер бутадиена и акрилонитрила с концевой карбоксильной группой, модифицированный эпоксисоединением.

Полезные аминосоединения, которые могут использоваться, включают первичные амины, вторичные амины, третичные амины и их комбинации. Полезные аминосоединения, которые могут использоваться, включают диамины, триамины, тетрамины и более высоко функциональные полиамины.

Соответствующие первичные амины включают алкилдиамины, такие как 1,2-диаминоэтан, 1,3-диаминопропан, 1,4-диаминобутан, неопентилдиамин, 1,8-диаминооктан, 1,10-диаминодекан, 1,12-диаминододекан и т.д.; 1,5-диамино-3-оксапентан, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин и т.д.; циклоалифатические диамины, такие как 1,2-бис(аминометил)-циклогексан, 1,3-бис(аминометил)циклогексан, 1,4-бис(аминометил)-циклогексан, бис(аминометил)норборнан и т.д.; ароматические алкилдиамины, такие как 1,3-бис(аминометил)бензол (м-ксилолдиамин) и 1,4-бис(аминометил)бензол (п-ксилолдиамин) и продукты их реакции с эпихлоргидрином, такие как Gaskamine 328 и т.д.; заканчивающийся аминогруппой полиэтиленгликоль, такой как Джеффамин ряда ЭД (Jeffamine ED series) от Huntsman Corporation и заканчивающийся аминогруппой полипропиленгликоль, Джеффамин ряда Д (Jeffamine D series) от Huntsman Corporation; и заканчивающийся аминогруппой политетрагидрофуран, такой как Джеффамин ряда EDR (Jeffamine EDR series) от Huntsman Corporation. Первичные амины, имеющие функциональность выше чем 2, включают, например, Джеффамин ряда Т (Jeffamine Т series), доступный от Huntsman Corporation, такие как заканчивающийся аминогруппой пропоксилированный триметилолпропан или глицерин и аминированный пропоксилированный пентаэритрит.

Другие амины, которые могут быть использованы, включают изофорондиамин, метандиамин, 4,8-диаминотрицикло-[5.2.1.0]декан и N-аминоэтилпиперазин.

Предпочтительные аминосоединения включают триэтилентетрамин (ТЭТА), изофорондиамин, 1,3-бис(аминометил)циклогексан и простой полиэфироамин на основе полипропиленоксида.

Предпочтительный простой полиэфироамин на основе полипропиленоксида включает продукт ряда Джеффамина (Jeffamine) от Huntsman Chemical, Houston, Texas. Продуктами ряда Джеффамина (Jeffamine) являются простые полиэфироамины, характеризующиеся повторяющимися звеньями оксипропилена в соответствующих структурах.

Один типичный класс продуктов Джеффамин, так называемые продукты ряда Джеффамин D ("Jeffamine D") являются заканчивающийся аминогруппой ППГ (пропиленгликоли), заканчивающиеся аминогруппой, следующей структуры (формула (I)):

где х=2-70.

Джеффамин D-230 (Jeffamine D-230) является одним из продуктов ряда D, который предпочтительно используется. Джеффамин D-230 имеет средний молекулярный вес приблизительно 230 (в котором х=2,5), и эквивалентный вес водорода в составе амина (ЭВВА) приблизительно 60. Другие типичные продукты ряда Джеффамина D, которые могут использоваться в соответствии с формуле (I), включают соединения, которые имеют х от 2,5 до 68.

Другой ряд простых полиэфироаминов на основе полипропиленоксида, которые предпочтительно используются, являются преимущественно тетрафункциональными, первичными аминами со среднечисловым молекулярным весом от 200 до 2000, и более предпочтительно от 600 до 700, и имеющими ЭВВА больше, чем 60, и более предпочтительно от 70 до 90. Джеффамин XTJ-616 (Jeffamine XTJ-616) является одним из предпочтительных простых полиэфироаминов на основе полипропиленоксида, которые могут быть использованы в данном изобретении. Джеффамин XTJ-616 имеет среднечисловой молекулярный вес приблизительно 660 и ЭВВА 83.

Более высокие ЭВВА аминосоединений, таких как Джеффамин XTJ-616 и Джеффамин D-230, могут быть особенно полезными в 2К адгезионной композиции, в которой желательна более длительная жизнеспособность. Обычные тетрамины, такие как триэтилентетрамин, с более низким ЭВВА имеют, в основном, при сравнении более короткую жизнеспособность. Данное изобретение, таким образом, позволяет манипулировать жизнеспособностью тетрафункциональных аминов, таких как Джеффамин XTJ-616.

В еще одном варианте осуществления к антиадгезионной композиции могут быть добавлены наполнители, как часть первого компонента и/или как часть второго компонента.

Полезные армирующие наполнители, которые могут быть введены в адгезионную композицию, чтобы придать улучшенные механические свойства, включают волокнистые материалы, такие как стекловолокно, волокнистый диоксид титана, нитевидный карбонат кальция (арагонит) и углеродное волокно (многослойная углеродная нанотрубка). Кроме того, стекловолокно, измельченное до 5 мкм или шире и до 50 мкм или длиннее, может также обеспечить дополнительную прочность при растяжении. Более предпочтительно, применяют стекловолокно, измельченное до 5 мкм или шире и до 100-300 мкм в длину. Предпочтительно, такие армирующие наполнители, если используются, включают от 2 до 20 весовых процентов адгезионной композиции.

В еще одном варианте осуществления наполнители, тиксотропные вещества, пигменты, оттенки и другие материалы могут быть добавлены к первому или второму компоненту адгезионной композиции.

Полезные тиксотропные средства, которые могут использоваться, включают необработанный коллоидный диоксид кремния и обработанный коллоидный диоксид кремния, воск Кэстора, глину, и органическую глину. Кроме того, волокна, такие как синтетические волокна, такие как волокно Арамид (Aramid®) и волокно Кевлар (Kevlar®), акриловые волокна и сконструированное целлюлозное волокно могут также быть использованы.

Полезные пигменты или оттенки могут включать красный железный пигмент, диоксид титана, карбонат кальция и фталоцианиновый синий.

Полезные наполнители, которые могут быть использованы в смеси с тиксотропными средствами, могут включать неорганические наполнители, такие как неорганическая глина или диоксид кремния.

В еще одном варианте осуществления, при необходимости, в адгезионную композицию может быть введен катализатор, предпочтительно как часть второго компонента, чтобы промотировать реакцию эпоксидных групп первого компонента и аминогрупп второго компонента.

Полезные катализаторы, которые могут быть введены в адгезионную композицию, включают продукты Ancamide®, доступные от Air Products и продукты, продаваемые как «Акселераторы» («Accelerators») доступные от Huntsman Corporation, Одним типичным катализатором является Акселератор 399 (Accelerator 399) на основе пиперазина (ЭВВА: 145), доступные от Huntsman Corporation. Когда используют, такие катализаторы включают от 0 до приблизительно 10 весовых процентов от веса полной адгезионной композиции.

Кроме того, каталитический эффект может ожидаться от продукта реакции эпихлоргидрина из первого компонента и аминосоединения из второго компонента в эквивалентном отношении 1:1. Примером такого продукта является Tetrad® и Tetrad®C, доступные от Mitsubishi Gas Chemical Corporation.

Иллюстрацией изобретения являются следующие примеры, которые нельзя рассматривать как ограничивающие изобретения в его деталях. Все части и проценты в примерах, так же как всюду по описанию, являются весовыми, если не указано иного.

Примеры

Синтез эпоксидной смолы, модифицированной простым полиэфиром - сложным полиэфиром

В четырехгорлую колбу, снабженную холодильником, термометром, мешалкой и вводом азота, добавляют 304,6 грамма гексагидрофталевого ангидрида и 248,1 грамма Terathane® 250. Нагревают смесь до 100°C при перемешивании в атмосфере азота и выдерживают реакционную смесь при 100°C в течение 155 минут. Охлаждают реакционную смесь до 60°C и затем добавляют 1431,6 грамма ЭПОН 828 (EPON 828) и 15,0 граммов трифенилфосфина. Нагревают реакционную смесь до 110°C и выдерживают при этой температуре в течение 150 минут. Затем, охлаждают смесь до комнатной температуры. Конечное соединение имеет 99,89% твердого вещества, кислотное число 0,2, и эквивалентный вес эпоксида 380,7. Конечное соединение является эпоксидным аддуктом первого компонента 2К адгезионного материала, приведенным в части 1 таблицы 1 ниже.

Оценка клеев с и без эпоксидного аддукта. Оценка адгезионнных систем с изменяющимися эквивалентными весами аминного гидроксила

Следующие примеры сравнивают 2К адгезионнные композиции без эпоксидного аддукта (пример 1) с 2К адгезионнными композициями с эпоксидным аддуктом (примеры 2-4). Составы первого компонента (часть 1) и второго компонента (часть 2) 2К адгезионнных композиций показаны в таблице 1.

Таблица 1 Формула Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4 Часть 1 Epon 828¹ 46 41 40,5 43 Epon 828/Terathane 250/ННРА² - 12 12 6 Microglass 9132³ 6 2 - 4 Hakuenka CCR-S⁴ - - - 1,5 Wacker HDK H17⁵ 3,5 3,25 3,5 3 Краска AYD ST 8454⁶ 0,02 0,02 0,02 0,01   Часть 2 Jeffamine D-230⁷ 11,5 12 12 11,6 Jeffamine XTJ-616⁸ 5 5 - 2,5 Триэтилентетрамин (TETA)⁹ - - 2,3 - Изофорондиамин (ИФДА)¹⁰ - - - 1,35 Accelerator 399¹¹ 2,2 2,2 2,2 0,5 Microglass 9132³ 1,5 6 8 4 Hakuenka CCR-S⁴ 1 1,5 6 2 Wacker HDK H17⁵ 2,75 2,5 2 2,5 Краска AYD PC 9298¹² 0,01 0,01 0,01 0,01 Результаты   Отношение аминосоединение/эпоксисоединение 1,030 1,032 1,033 1,036 Прочность сдвига при склеивании внахлест (МПа) 24,5 26,7 25,5 31,4 Удлинение(%) 3,5 3,4 3,7 3,5 Прочность при растяжении (МПа) 65 61 68 55 Модуль(МПА) 3185 3127 3473 2931 (Диапазон данных) (3025-3300) (2974-3274) (3233-3671) (2733-3218) Тест на усталость (нагрузка 8 МПа)   Циклы до выхода из строя 173532 >432000 337062 329371 Циклы до выхода из строя 219062 >432000 >432000 >432000 В среднем 196297 >432000 337062 329371 1. Смола бисфенрл-α-эпихлоргидрин, доступная от Huntsman Advanced Materials. 2. Пример синтеза; 3. Измельченное стекловолокно, обработанное силаном, от Fibertec. 4. Осажденный карбонат кальция, доступный от Shiraishi Kogyo Kaisha. 5. Гидрофобный коллоидный диоксид кремния, доступный от Wacker Chemie AG. 6. Красящее основание Орг желтый, доступный от Elementis Specialties. 7. Полиоксиалкиленамин, доступный от Huntsman. 8. Полиоксиалкиленамин, доступный от Huntsman. 9. Триэтилентетрамин, доступный от Dow Chemical Co. 10. Изофорондиамин, доступный от Evonik AG. 11. Смесь алканоламин/производное пиперазина, доступная от Huntsman. 12. Дисперсия пигмента Фтало Синий, доступная от Elementis Specialties.

В каждом из примеров сырьевой материал, перечисленный в таблице 1, смешивали, используя миксер Speedmixer DAC 600 FVZ (коммерчески доступный от FlackTek, Inc.). Ингредиенты 1 и 2 смешивали в течение 2 минут при 2350 оборотах в минуту (об/мин) в части 1. Затем добавляли пункты 3-6 и перемешивали в течение одной минуты при 2350 об/мин. Пункты 7-11 смешивали в течение 1 минуты в части 2 и затем остальные ингредиенты добавляли и смешивали в течение одной минуты в части 2. Во время процесса смешивания смесь проверяли шпателем и давали дополнительное время на смешивание, если необходимо, чтобы гарантировать однородность. Конечная стадия процесса смешивания включала смешивание смеси воздушным двигателем в вакууме герметизированного аппарата в течение 5 минут при 28-30 дюймах вакуумного давления. После конечной стадии смешивания воздушным двигателем адгезионнные композиции были готовы к испытанию.

Часть 1 и часть 2 смешивают в объемном отношении 2:1. В некоторых случаях соответствующие весовые соотношения определяли, чтобы проверить свойства. Отношение аминогрупп к эпоксигруппам поддерживают немного больше единицы во всех примерах, чтобы обеспечить полную реакцию эпоксигрупп, как показано в разделе результатов таблицы 1. Соответствующее весовое соотношение части 1 и части 2 отвешивали и смешивали в миксере DAC в течение одной минуты при 2350 об/мин и немедленно смешивали под вакуумом как описано в предыдущем параграфе. Смешанный образец затем подвергали следующим испытаниям.

Испытание на сдвиг при склеивании внахлестку: Образцы для испытания 25 мм ×100 мм вырезали из однонаправленных 6-слойных стекло/эпоксидных ламинатов, поставляемых MFG, Inc., с удаленным поверхностным слоем. На образцах для испытания отмечали 12,5 мм на одном конце. Клей наносили равномерно на один из образцов для испытания в пределах отмеченной области для каждой соединительной склейки. Однородность толщины связи обеспечивают добавлением 1,0±0,5 мм стеклянных разделительных шариков. Разделительные шарики должны быть разбросаны равномерно по материалу, покрывая не больше, чем 5% полной площади контакта. Другой тестируемый образец размещают на область соединения и накладывают подпружиненные зажимы, такие как соединительные скрепки (Binder Clips от Office Мах) или мини-пружинные зажимы (Mini Spring Clamp от Home Depot), один на каждую сторону соединения, чтобы скрепить склейку во время термической обработки. Уделяют внимание тому, чтобы выровнять параллельные края. Избыток клея, который выжимается, удаляют шпателем перед спеканием. Соединительной сборке дают время открытой выдержки клея 15-30 минут и подвергают термической обработке при 70 градусах Цельсия в течение шести часов, и последующему охлаждению, остающийся излишек посыпают песком. Соединения кондиционируют при комнатной температуре в течение, по меньшей мере, 24 часов. Соединения вставляли в захваты клинового действия и разрывали со скоростью 10 мм в минуту, используя модель 5567 разрывной машины Инстрон (Instron model 5567) в режиме растяжения. Прочность сдвига при склеивании внахлестку рассчитывали с помощью пакета программ Инстрон (Instron's Blue Hill software package).

Механические свойства свободной пленки: Ту же самую адгезионную смесь использовали, чтобы получить плотную свободную пленку в форме гантели разрезанием материала осторожно, чтобы избежать любых воздушных карманов. Фиг.1 является примером тефлонового шаблона, чтобы изготовить пять полостей в форме гантели. Шаблон наклеивают на твердый кусок тефлона двухсторонней клейкой лентой до вырезания адгезива в полости. Этой сборке дают время открытой выдержки на воздухе 15-30 минут и затем подвергают термической обработке при 70°C в течение 6 часов. Кондиционируют, по меньшей мере, 24 часа, и затем свободная пленка в форме гантели выталкивается из шаблона. Фактическая толщина и ширина регистрировалась программным обеспечением в разрывной машине марки "Инстрон" 5567. Затем, гантель вставляли в зажим клинового действия и вытягивали со скоростью 50 мм в минуту. Процент удлинения, прочность при растяжении и модуль определяют с помощью пакета программ Инстрон (Instron's Blue Hill software package).

Тест на усталость соединения при склеивании внахлестку с регулируемой нагрузкой, был сделан, используя тот же самый ламинат и конструкцию образца для испытания такую, как описана в предыдущем параграфе. Автоматизированная система, использующая "Инстрон", сервоуправление, с гидравлическим приводом, испытательным оборудованием замкнутой системы, и персональным компьютером с программным обеспечением, разработанным Westmoreland Mechanical Testing and Research, Inc., представляет средства для машинного управления. Каждый образец для испытания вставляли в захваты клинового действия наряду с фрикционно удерживаемыми прокладками толщиной, равной толщине стекловолоконных подложек, и клеевым швом, гарантирующим осевую нагрузку. Тест проводили при комнатной температуре с R-отношением 0,1 при 5 Гц синусоидальной форме волны и приложением нагрузки 8 МПа. Испытание продолжали до 432000 циклов или отказа.

Оценка жизнеспособности клеев, имеющих изменяющиеся эквивалентные веса аминосоединения гидроксисоединения:

Таблица 2 показывает сравнение жизнеспособности простого полиэфиротетрамина на основе пропиленоксида, Джеффамина XTJ-616 (Jeffamine XTJ-616) и триэтилентетрамина на основе этиленоксида в подобных составах, в которых отношение аминосоединение/эпоксисоединение поддерживали от 1,03 до 1,05. Составы и результаты показаны в таблице 2.

Таблица 2 Сравнение жизнеспособности Формула Пример 5 Пример 6 Часть 1 Epon 828¹ 44 43,5 Epon 828/Terathane 250/ННРА² 6 6 Microglass 9132³ 2 1 Wacker HDK 3.5 3 Краска AYD ST 8454⁶ 0,01 0,01   Часть 2 Jeffamine D-230⁷ 12 12 Jeffamine XTJ-616⁸ 5   Триэтилентетрамин (ТЭТА) - 2,3 Accelerator 399¹¹ 0,5 0,5 Microglass 9132³ 5 7 Hakuenka CCR-S⁴ 3 6,64 Wacker HDK 2,25 2,36 Краска AYD PC 9298 0,01 0,01   Отношение аминосоединение/эпоксисоединение (объемная смесь 2:1) 1.033 1.0464 Жизнеспособность, минуты 174 63 Пиковая температура (°C) 73 150 Минуты, чтобы достигнуть пика 239 83 1. Смола бисфенол-α-эпихлоргидрин, доступная от Huntsman Advanced Materials. 2. Пример синтеза. 3. Измельченное стекловолокно, обработанное силаном, oTFibertec. 4. Осажденный карбонат кальция, доступный от Shiraishi Kogyo Kaisha. 5. Гидрофобный коллоидный диоксид кремния, доступный от Wacker Chemie AG. 6. Красящее основание Орг желтый, доступный от Elementis Specialties. 7. Полиоксиалкиленамин, доступный от Huntsman. 8. Полиоксиалкиленамин, доступный от Huntsman. 9. Триэтилентетрамин, доступный от Dow Chemical Co. 10. Изофорондиамин, доступный от Evonik AG. 11. Смесь алканоламин/производное пиперазина, доступная от Huntsman. 12. Дисперсия пигмента Фтало Синий, доступная от Elementis Specialties.

В этом эксперименте оба состава (примеры 5 и 6) использовали то же самое количество Акселератора 399, который также имеет значительное влияние на жизнеспособность. Если Акселератор 399 отсутствовал, жизнеспособность, как найдено, была значительно более высокой.

Жизнеспособность определяют как интервал времени от времени, когда часть 1 (эпоксидный компонент) и часть 2 (аминный компонент) смешивали, до времени, когда внутренняя температура клея достигала 50°C в массе 415 мл. Часть 1 и часть 2 смешивали в объемном отношении от 2 до 1, используя статический миксер: пневматический двойной аппликатор P C COX распределял смешанный клей в бумажную чашку с отмеченным уровнем 415 мл, и отмечали начальное время. Чашку немедленно размещали в водяной бане при 25°C с термопарой, вставленной в центр смешанной клеевой массы. Регистратор на базе ПК использовали, чтобы записать температуру каждую минуту, чтобы определить жизнеспособность, фактическое время, требуемое, чтобы достигнуть 50°C, пиковую температуру и время, требуемое, чтобы достигнуть пиковой температуры.

Оценка клеев с армирующим наполнителем и без него

В этом эксперименте эффект добавления стекловолокна в качестве армирующего наполнителя сравнивали с составом образца, как описано в таблице 3.

Примеры 7 и 8 в таблице 3 являются сравнительным изучением без микростекла 9132 (нити стекловолокна средней длины 220 мкм) и с ним. Результаты указывают значительное увеличение модуля, когда присутствует микростекло 9132.

Таблица 3 Влияние стекловолокна на свойства модуля Формула Пример 7 Пример 8 Часть 1 Epon 828¹ 41 41 Epon 828/Terathane 250/HHPA² 12 12 Microglass 9132³ - 6 Wacker HDK H17⁵ 3,25 2 Краска AYD ST 8454⁶ 0,02 0,02   Часть 2 Jeffamine D-230⁷ 12 12 Jeffamine XTJ-616⁸ 5 5 Accelerator 399¹¹ 2,2 2,2 Microglass 9132³ - 6 Hakuenka CCR-S⁴ 1,5 1,5 Wacker HDK H17⁵ 2,5 2,5 Краска AYD PC 9298¹² 0,01 0,01   Отношение аминосоединение/эпоксисоединение 1,032 1,032 Прочность сдвига при склеивании внахлестку (МПА) 27,7 24,4 Удлинение(%) 4,8 3,5 Прочность при растяжении (МПа) 66 61 Модуль (МПа) 2444 3211 (Диапазон данных) (2246-2673) (3160-3269) 1) Смола бисфенол-α-эпихлоргидрин, доступная от Huntsman Advanced Materials. 2) Пример синтеза. 3) Измельченное стекловолокно, обработанное силаном, от Fibertec. 4) Осажденный карбонат кальция, доступный от Shiraisbi Kogyo Kaisha. 5) Гидрофобный коллоидный диоксид кремния, доступный от Wacker Chemie AG. 6) Красящее основание Орг желтый, доступное от Elementis Specialties. 7) Полиоксиалкиленамин, доступный от Huntsman. 8) Полиоксиалкиленамин, доступный от Huntsman. 9) Триэтилентетрамин, доступный от Dow Chemical Co. 10) Изофорондиамин, доступный от Evonik AG. 11) Смесь алканоламин/производное пиперазина, доступная от Huntsman. 12) Дисперсия пигмента Фтало Синий, доступная от Elementis Specialties

В то время как определенные варианты осуществления этого изобретения описаны выше с целью иллюстрации, то будет очевидно специалистам в технологии, что многочисленные изменения деталей данного изобретения могут быть сделаны, не отступая от изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения.

Изобретение относится к композициям конструкционного клея, и более конкретно к 2К композициям конструкционного клея. Адгезионнные композиции включают (a) первый компонент, содержащий (i) эпоксидный аддукт, который получен как продукт реакции реагентов, включающих первое эпоксисоединение, полиол, и ангидрид и/или дикислоту; и (ii) второе эпоксисоединение; и (b) второй компонент, который реагирует с первым компонентом, содержащим аминосоединение. Аминосоединение охватывает полифункциональный простой полиэфироамин на основе полипропиленоксида. Эти клеи могут быть использованы, чтобы соединить вместе субстратные материалы, такие как две половины корпуса лопастей ветряного двигателя. Изобретение позволяет получить адгезионные композиции с повышенной жизнеспособностью и обеспечивающие достаточную прочность связи. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 8 пр.

1. Композиция, которая включает:
(a) первый компонент, содержащий:
(1) эпоксидный аддукт, который является продуктом реакции реагентов, включающих первое эпоксисоединение, полиол и ангидрид и/или дикислоту; и
(2) второе эпоксисоединение; и
(b) второй компонент, который химически реагирует с указанным первым компонентом, содержащий аминосоединение, которое охватывает полифункциональный простой полиэфироамин на основе полипропиленоксида.

2. Композиция по п.1, в которой указанный ангидрид включает по меньшей мере один из гексагидрофталевого ангидрида, фталевого ангидрида, метилгексагидрофталевого ангидрида, метилфталевого ангидрида, малеинового ангидрида и янтарного ангидрида, предпочтительно гексагидрофталевый ангидрид.

3. Композиция по п. 1, в которой указанная дикислота включает гексагидрофталевую кислоту, фталевую кислоту, метилгексагидрофталевую кислоту, метилфталевую кислоту, малеиновую кислоту, янтарную кислоту и/или адипиновую кислоту.

4. Композиция по п. 2, в которой указанное аминосоединение дополнительно содержит триэтилентетрамин, изофорондиамин или 1,3-бис(аминометил)-циклогексан.

5. Композиция по п.1, в которой указанный полифункциональный простой полиэфироамин на основе полипропиленоксида включает:
a) производное полипропилена с концевыми аминогруппами формулы I:

где x=2-70;
b) тетрафункциональный первичный амин, имеющий средний молекулярный вес от 200 до 2000 и эквивалентный вес водорода в составе амина больше, чем 60; или
c) преимущественно тетрафункциональный первичный амин, имеющий средний молекулярный вес от 600 до 700 и эквивалентный вес водорода в составе амина от 70 до 90.

6. Композиция по п.1, в которой указанный первый компонент дополнительно включает армирующий наполнитель, такой как стекловолокно, волокнистый диоксид титана, нитевидный карбонат кальция и/или углеродное волокно.

7. Композиция по п.1, в которой указанное второе эпоксисоединение включает: a) диэпоксид, имеющий эквивалентный вес эпоксида от 150 до 1000;
b) аддукт эпоксисоединение-димерная кислота; или
c) бутадиен-акрилонитрильный сополимер с концевыми карбоксильными группами, модифицированный эпоксисоединением.

8. Композиция по п.1, в которой указанный полиол включает:
a) диол, имеющий эквивалентный вес гидроксила от 30 до 1000;
b) полиол на основе политетрагидрофурана; или
c) полиол на биологической основе.

9. Композиция по п.1, в которой указанный эпоксидный аддукт включает от 3 до 50 вес.% указанного первого компонента.

10. Композиция по п.1, в которой эквивалентное отношение аминосоединения к эпоксисоединению в адгезионной композиции составляет от 1,0:1 до 1,25:1.

11. Способ изготовления лопасти ветряного двигателя, включающий:
(a) нанесение композиции по п.1 на первую часть лопасти ветряного двигателя;
(b) соединение указанной первой части лопасти ветряного двигателя со второй частью лопасти ветряного двигателя, контактированием указанной второй части с адгезионной композицией; и
(c) отверждение указанной адгезионной композиции.

12. Лопасть ветряного двигателя, включающая отвержденную композицию по п.1.