Эпоксидное связующее Российский патент 2019 года по МПК C08L63/00 C08J5/04 C08J5/24 

Описание патента на изобретение RU2677210C1

Изобретение относится к области создания эпоксидных связующих для полимерных композиционных материалов конструкционного назначения на основе волокнистых армирующих наполнителей, которые могут быть использованы в авиационной, ракетно-космической и машиностроительной отраслях промышленности.

Для разработки перспективных изделий необходимо повышение уровня физико-механических характеристик (ФМХ) углепластиков, изготавливаемых на основе эпоксидных связующих и волокнистых армирующих наполнителей (углеродных тканей) при межслойном сдвиге и сжатии.

Наиболее близким по технологической сути к предлагаемому изобретению, принятым за прототип, является эпоксидное связующее ЭДТ-10П (ОСТ 92-0957-74), включающее эпоксидную модифицированную смолу КДА (ТУ 2225-611-11131395-2005), поверхностно-активное вещество продукт АДЭ-3, отвердитель триэтаноламинотитанат ТЭАТ-1 (ТУ 6-09-11-2119-93), спирто-ацетоновый растворитель при следующем содержании компонентов, (мас. ч.):

1. Эпоксидная смола КДА 100 2. Отвердитель триэтаноламинотитанат (ТЭAT-1) 10 3. Поверхностно-активное вещество продукт АДЭ-3 3 4. Этиловый спирт 16.34 5. Ацетон 33.66

Связующее получают путем предварительного смешивания в реакторе или иной емкости смолы КДА (100 мас. ч.) с отвердителем ТЭАТ-1 (10 мас. ч.) в течение от 30 до 45 мин при их нагреве до температуры (50+10)°С, далее смесь смолы и отвердителя растворяется в спирто-ацетоновом растворителе (16,33 мас. ч этилового спирта и 33,66 мас. ч. ацетона) при постоянном перемешивании в течение 45 мин, затем в полученный раствор вводится поверхностно-активное вещество АДЭ-3 (3 мас. ч.) и все связующее перемешивается в течение 15 мин.

Недостатком известного эпоксидного связующего являются невысокие прочностные свойства углепластика при сжатии и межслойном сдвиге относительно прочности при растяжении.

Технической проблемой является устранение указанных недостатков, то есть создание эпоксидного связующего для углепластиков с повышенными физико-механическими характеристиками при сжатии и межслойном сдвиге при сохранении исходной прочности при растяжении, а также технологичности его применения.

Технический результат заключается в повышении качества эпоксидного связующего для углепластиков с повышенными физико-механическими характеристиками при сжатии и межслойном сдвиге.

Технический результат достигается тем, что эпоксидное связующее, содержащее эпоксидную смолу КДА, поверхностно-активное вещество продукт АДЭ-3, отвердитель триэтанолтитанат, спирто-ацетоновый растворитель, дополнительно содержит ультрадисперсный алюминий (УДА) при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

Эпоксидная смола КДА 100 Отвердитель триэтаноламинотитанат (ТЭАТ-1) 10 Поверхностно-активное вещество продукт АДЭ-3 3 Этиловый спирт 16.33 Ацетон 33.66 Ультрадисперсный алюминий 3-7

Отличительные признаки изобретения являются существенными.

Ультрадисперсный алюминий обладает в отличие от других рассматриваемых в рамках проведенных исследований неорганических наполнителей (аэросил, оксид железа, карбид кремния, карбонитрид титана) повышенной реакционной способностью.

Для определения критической концентрации УДА в составе эпоксидного связующего, положительно влияющей на физико-механические характеристики композиционного материала на основе углеродной ткани УРАЛ Т-22 Р ЭХО А, были проведены экспериментальные исследования рецептур с различными концентрациями УДА в составе эпоксидного связующего ЭДТ-10П относительно массы смолы КДА.

Результат исследований представлен в таблице 1.

Анализ результатов показал, что оптимальное повышение ФМХ углепластика, предела прочности при сжатии и предела прочности при межслойном сдвиге достигается при модификации эпоксидного связующего ЭДТ-10П ультрадисперсным алюминием при концентрации в количестве от 3 до 7 мас. ч. относительно массы смолы КДА.

Введение УДА с концентрациями в количестве от 3 до 7 мас. ч. обеспечивает повышение адгезии по всей площади границы раздела волокно-связующее, что подтверждают результаты испытаний образцов.

Эпоксидное связующее, содержащее УДА, количество концентрации которого составляет менее 3 мас. ч. относительно массы смолы КДА, приводит к резкому снижению прочности углепластика, величина которой практически равна прочности углепластика, изготовленного со связующим ЭДТ-10П без введения УДА.

Снижение прочности углепластика (σсжатия и σ межслойного сдвига) при концентрации УДА в количестве более 7 мас. ч. относительно массы смолы КДА обусловлено тем, что при повышении концентрации УДА в связующем происходит повышение жесткости полимерной сетки.

Варианты испытанных рецептур составов эпоксидного связующего с добавкой ультрадисперсного алюминия приведены в таблице 2.

Далее приведен пример приготовления эпоксидного связующего с добавлением УДА в количестве 5 мас. ч.

Модифицированное связующее получают путем предварительного смешивания смолы КДА (95 мас. ч) с отвердителем ТЭАТ-1 (10 мас. ч.) в течение от 30 до 45 мин при нагреве до (50+10)°С, далее в полученную смесь вводится предварительно диспергированная в малом объеме эпоксидной смолы КДА (5 мас. ч.) необходимая масса УДА (5 мас. ч.) и перемешивается в течение 30 мин. Далее смесь смолы, отвердителя и УДА растворяется в спирто-ацетоновом растворителе (16,33 мас. ч этилового спирта и 33,66 мас. ч. ацетона) при постоянном перемешивании в течение 45 мин, затем в полученный раствор вводится поверхностно-активное вещество АДЭ-3 (3 мас. ч.) и все связующее перемешивается в течение 15 мин.

Для определения влияния концентраций УДА в составе связующего ЭДТ-10П на физико-механические характеристики композиционного материала на основе угольной ткани Урал Т-22 Р ЭХО А были изготовлены плиты углепластика размером 250×250×10 мм методом закрытого прессования пакета из слоев пропитанной углеткани (препрега).

Из полученных плит изготовлены (вырезаны) образцы для определения предела прочности при растяжении (235×15×4 мм) по ОСТ 92-1459-77, при межслойном сдвиге (сколе, 80×8×8 мм) по ОСТ 92-1472-78, при сжатии (15×10×10 мм) по ОСТ 92-1460-77. Результаты испытаний образцов представлены в таблице 1.

С целью оценки технологичности применения связующего ЭДТ-10П с введенным УДА (3-7 мас. ч.), была определена его вязкость по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 6 мм в течение всей жизнеспособности (3 суток согласно ОСТ 92-0957). Результаты определения вязкости модифицированного связующего в сравнении со связующим ЭДТ-10П занесены в таблицу 3.

Анализ таблицы 3 показал, что введение УДА в состав эпоксидного связующего практически не изменяет величину вязкости связующего во всем периоде его жизнеспособности и не оказывает влияния на технологию пропитки армирующего волокнистого наполнителя.

Сравнительные данные таблиц 1 и 3 показывают, что разработанное связующее обеспечивает по сравнению с прототипом повышение предела прочности углепластика при сжатии до 50% и межслойном сдвиге до 12% при сохранении предела прочности при растяжении и технологических свойств связующего (вязкости) на штатном уровне.

Изобретение позволяет создать эпоксидное связующее для изготовления углепластиков с повышенными ФМХ при сжатии и межслойном сдвиге при сохранении предела прочности углепластика при растяжении.

Похожие патенты RU2677210C1

название год авторы номер документа
АНТИФРИКЦИОННАЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2008
  • Кирик Евгения Валериевна
  • Лобынцева Ирина Владимировна
  • Анисимов Андрей Валентинович
  • Бахарева Виктория Ефимовна
  • Блышко Ирина Валентиновна
  • Савелов Александр Сергеевич
RU2395534C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА 1994
  • Асеев А.В.
  • Зайцев Б.А.
  • Костецкая В.В.
  • Никитин А.А.
  • Татаринов Н.И.
RU2063079C1
Замасливатель для непрерывного базальтового волокна 2021
  • Ганиев Заур Магомед-Ганиевич
  • Гуринович Валерий Сергеевич
  • Орлов Максим Андреевич
  • Сторожук Иван Павлович
RU2790641C2
Способ изготовления толстостенных оболочек из углепластика 1989
  • Олейник Борис Дмитриевич
  • Пайвин Сергей Алексеевич
  • Рапопорт Анатолий Цезаревич
  • Савенкова Светлана Васильевна
SU1705112A1
Препрег для шликерных покрытий, наносимых методом лазерной наплавки 2020
  • Сычев Александр Павлович
  • Колесников Владимир Иванович
  • Лапицкий Валентин Александрович
  • Бардушкин Владимир Валентинович
  • Сычева Марина Александровна
  • Колесников Игорь Владимирович
  • Лавров Игорь Викторович
RU2737104C1
Эпоксидная композиция 1982
  • Назарова Зинаида Федоровна
  • Палагушкина Любовь Александровна
  • Житарь Борис Емельянович
  • Артемова Валентина Васильевна
  • Баева Изабелла Георгиевна
SU1073264A1
СПОСОБ РЕМОНТА ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА 2013
  • Шатров Владимир Борисович
  • Мелехин Александр Григорьевич
  • Минченков Александр Михайлович
RU2553315C1
ПОЛИМЕРНОЕ СВЯЗУЮЩЕЕ И ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ЕГО ОСНОВЕ 2002
  • Муханова Е.Е.
  • Каблов Е.Н.
  • Минаков В.Т.
  • Лямина И.Н.
  • Деев И.С.
  • Засыпкин В.В.
  • Крутий В.Н.
  • Бакина Е.А.
  • Маленков А.В.
RU2237688C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ ПЛАСТИКОВ 1991
  • Вербицкая Н.А.
  • Аминджанов А.А.
  • Бондарь В.Г.
  • Стариков Л.М.
  • Юсупова Л.С.
  • Апполонов К.Н.
  • Билюкова Г.В.
RU2028214C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕПРЕГА ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2012
  • Кудинов Владимир Владимирович
  • Бузник Вячеслав Михайлович
  • Харитонов Александр Павлович
  • Корнеева Наталья Витальевна
  • Крылов Игорь Константинович
RU2516526C2

Реферат патента 2019 года Эпоксидное связующее

Изобретение относится к области создания эпоксидных связующих для полимерных композиционных материалов конструкционного назначения на основе волокнистых армирующих наполнителей, которые могут быть использованы в авиационной, ракетно-космической и машиностроительной отраслях промышленности. Эпоксидное связующее содержит ультрадисперсный алюминий при следующем соотношении всех компонентов (мас.ч.): эпоксидная смола КДА - 100, отвердитель триэтаноламинотитанат (ТЭАТ-1) - 10, поверхностно-активное вещество продукт АДЭ-3 - 3, этиловый спирт – 16,34, ацетон – 33,66, ультрадисперсный алюминий - 3-7. Изобретение позволяет создать эпоксидное связующее для изготовления углепластиков с повышенными физико-механическими характеристиками при сжатии и межслойном сдвиге при сохранении предела прочности углепластика при растяжении. 3 табл.

Формула изобретения RU 2 677 210 C1

Эпоксидное связующее, содержащее эпоксидную смолу КДА, поверхностно-активное вещество продукт АДЭ-3, отвердитель триэтанолтитанат, спиртоацетоновый растворитель, отличающееся тем, что связующее дополнительно содержит ультрадисперсный алюминий при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

Эпоксидная смола КДА 100 Отвердитель триэтаноламинотитанат (ТЭАТ-1) 10 Поверхностно-активное вещество продукт АДЭ-3 3 Этиловый спирт 16.34 Ацетон 33.66 Ультрадисперсный алюминий 3-7.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2677210C1

Способ изготовления изделия из полимерного композиционного материала 1990
  • Пономарев Виталий Александрович
  • Коваленко Виктор Александрович
  • Галимов Геннадий Михайлович
SU1816701A1
СТЕКЛОПЛАСТИКИ КОНСТРУКЦИОННЫЕ, ОТРАСЛЕВОЙ СТАНДАРТ ОСТ 92-0957-74, связующее ЭДТ-10, с.6,9-10
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНОГО КОМПОЗИТНОГО БАКА 2002
  • Покатаев К.А.
  • Ломаев В.И.
  • Сироткин А.К.
  • Захаров Г.Я.
RU2233744C2
СОСТАВ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ 2005
  • Кузнецова Вера Аркадьевна
  • Кузнецов Георгий Владимирович
  • Кондрашов Эдуард Константинович
  • Владимирский Виктор Николаевич
  • Иванникова Нина Николаевна
RU2290421C1
WO 2014165434 A2, (BASF SE) 09.10.2014
В.В.МЕДВЕДЕВ И ДР
Зажигание пиротехнического состава (перхлорат аммония+ультрадисперсный алюминий) лазерными импульсами
Известия Томского политехнического университета
Способ обработки целлюлозных материалов, с целью тонкого измельчения или переведения в коллоидальный раствор 1923
  • Петров Г.С.
SU2005A1
Распределительный механизм для паровых машин 1921
  • Спивак Л.К.
SU308A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1

RU 2 677 210 C1

Авторы

Шайдурова Галина Ивановна

Васильев Игорь Львович

Ощепкова Марина Юрьевна

Павловец Георгий Яковлевич

Зубарев Сергей Александрович

Даты

2019-01-15Публикация

2018-01-10Подача