Способ получения эпоксидных связующих

 

Изобретение относится к получению эпоксидных композиций, используемых при изготовлении композиционных материалов для высоконагруженных элементов конструкции в химическом аппаратостроении, самолетостроении , судостроении, в частности для изготовления баллонов высокого давления . Изобретение позволяет повысить физико-механические , технологические характеристики и ускорить процесс. Согласно способу получения эпоксидных связующих смешивают эпоксидную смолу с отвердителем, затем поток этой смеси одновременно дегазируют и подвергают кавитационной обработке в режиме развитой гидродинамической кавитации в диапазоне чисел кавитации 0,1-1,5 при отношении длины осесимметричной каверны к ее диаметрам (1.5-2.5):1 с последующим перемешиванием 8 режиме развитой кавитации при скорости 5-15 м/с, давлении 0,2- 0.8 кг/см , отношении длины геликоидальных суперкаверн к диаметру потока

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4380883/05 . (22) 12.02,88 (46) 07,05,91. Бюл. N. 17 (71) Киевский политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) А.Е. Колосов. А.Ф. Немчин, В.В. Клявлин, Н.Г. Мороз, Е.А. Бурдин, В.Е, Колосов, В.А. Полевой, B,В. Воробей. В.Л. Кравченок и А.Г. Шевченко (53) 678.686(088.8) (56) Кестельман В.Н. Физические методы модификации полимерных материалов.—

M.: Химия, 1980, с. 148 — 152. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПОКСИДНЫХ

СВЯЗУЮЩИХ (57) Изобретение относится к получению эпоксидных композиций, используемых при изготовлении композиционных материалов для высоконагруженных элементов конструкции в химическом аппаратостроении, саИзобретение относится к получению эпоксидных композиций, которые могут. быть использованы в качестве связующих при изготовлении конструкционных композиционных материалов для высоконагруженных элементов конструкций в химическом аппаратостроении, самолетостроении, судостроении, в частности для изготовления баллонов высокого давления.

Цель изобретения — повышение физикомеханических и технологических характеристик и ускорение процесса.

На фиг. 1 представлена технологическая схема обработки эпоксидных связую„,5U „„1647009 Al

<ям С 08 J 3/28. С 08 L 63/02 молетостроении. судостроении, в частности для изготовления баллонов высокого давления. Изобретение позволяет повысить физико-механические, технологические характеристики и ускорить процесс. Согласно способу получения эпоксидных связующих смешивают эпоксидную смолу с отвердителем. затем поток этой смеси одновременно дегазируют и подвергают кавитационной обработке в режиме развитой гидродинамической кавитации в диапазоне чисел кавитации 0,1-1,5 при отношении длины осесимметричной каверны к ее диаметрам (1,5--2,5):1 с последующим перемешиванием в режиме развитой кавитации при скорости 5-15 м/с, давлении 0,2—

0.8 кг/см2, отношении длины геликоидальных суперкаверн к диаметру потока (1,0-1,5);1 в течение 15-75 с при 2.5-6,0кратной непрерывной рециркуляции при

50 — 60 С. 3 ил., 2 табл, щих; на фиг. 2 — узел! на фиг. 1; на фиг. 3— узел Н на фиг, 1.

Технологическая схема включает емкость 1. где размещают компоненты связующего, центробежный насос 2, предназначенный для рециркуляции потока связующего, устройство 3, служащее для дегазации связующего в режиме развитой кавитации с длиной осесимметричной каверны 4, равной 1,5-2,5 ее диаметра, соединенной с вакуумной системой 5, предназначенной для отсасывания газов из полости каверны 4, устройство б предназначено для смешения и обработки связующего.в режиме развитой кавитации с длиной геликои1647009

1 дальных каверн 7, равной 1 — 1,5 диаметра потока контура 8 рециркуляции, соединяющего устройство 6 с емкостью 1, патрубки подачи 9 и отбора 10 связующего.

Процесс получения зпоксидных композиций и удаления газа из связующего осуществляют следующим образом.

Из емкости 1 насосом 2 поток связующего подается в устройство 3 для дегазации в режиме развитой кавитации. В качестве кавитатора может быть использован, нап ример, конус, а также другие тела (диски, пластины и т,д.), при обтекании которых потоком связующего образуется суперкаверна, В данном случае поверхность супаркаверны 4 является поверхностью дегазации, а полость суперкаверны связана с вакуумной системой 5, при помощи которой газ, выделяющийся из связующего в суперкаверну 4 за счет разности парциальных давлений, удаляется в атмосферу, В зоне замыкания суперкаверны 4 при этом происходит образование множества кавитационных микропузырьков, которые схлопываются при повышении давления

-вниз по потоку с образованием сверхскоростных (1000 — 1500 м/с) кумулятивных микроструек. Воздействие кумулятивных микроструек на связующее приводит к разрыву межмолекулярных связей и изменению физических свойств связующего (модификации); увеличению адгезии, пояллению свободных радикалов, ионизации и т.д, При этом дегазация связующего. в суперкаверне позволяет значительно увеличить степень кавитационно-кумулятивного воздействия (скорость кумулятивных струй), поскольку уменьшается демпфирующее действие газа из-за уменьшения его содержания в кавитационных пузырьках при их схлопывэни Наиболее оптимальными, с точки зрения,,егазации с одновременной гидродинамической кавитационной обработкой являются режимы развитой кавитации при длин ° осесимметричной каверны, равной 1,ь — 2,5 ее диаметра. Хотя поверхность дегазации при этом не велика. однако скорость удаления газа достаточно высока, а степень кавитационно-кумулятивного воздействия максимальна. Эти режимы могут осуществляться при различных степенях загромождения потока кавитатором от 0.2 до

0,8 отношения диаметра (или площади) кавитатора к диаметру (или площади) сечения потока в диапазоне чисел кавитации от 0.1 до 1,5. Причем меньшему загромождению соответствует меньшее число кавитации.

Если первоначальное газосодержэние в связующем велико (>5,), то для получения достаточной поверхности дегазации используют большие загромождения потока, т.е. большие числа кавитации.

Предварительно обработанное в устройстве 3 связующее подается в устройство

6, предназначенное для кавитационного смешения компонентов связующего и дополнительной более интенсивной модификации.

В устройстве 6 поток связующего разгоняется, например, при помощи конфузора до скорости 5-15 м/с при одновременном снижении статического давления до 0.2—

0,8 кг/см и натекает на кавитатор, в каг честве которого может, например. использоваться суперкавитирующая (СК) крыльчатка с клиновидным сечением винтовых лопастей с острой передней кромкой, неподвижно укрепленная в узкой части конфуэора. При этом на лопастях СК крыльчатки образуются геликоидальные суперкаверны, хвостовая часть которых распадается нэ кавитационные пузырьки, которые при повышении давления вниз по потоку (расширение потока) схлопываются, подвергая связующее "жесткой" кавитационно-кумулятивной обработке. Таким образом, на процесс мэкровихревого смешения за счет закрутки потока винтовыми лопастями нэкладь:вается процесс микровихревого интенсивного воздействия кумулятивных струй. При этом "жесткие" режимы кавитационной обработки позволяют интенсивно модифицировать связующее, Оптимальными режимами кавитационного перемешивания являются режимы при длине геликоидальных суперкаверн, равной

1-1,5 диаметра потока. Эти режимы могут быть получены на СК хрыльчатках, имеющих различный угол р наклона лопастей относительно продольной оси. При малом угле (5" < p < 30") наклона лопастей {малом гидравлическом сопротивлении СК крыльчатки) и небольшой степени макровихревого смешения, когда компоненты связующего перемешиваются предварительно в какомлибо смесителе, для получения указанной оптимальной длины каверн необходимо связу>ощее разогнать до скорости порядка

15 м/с и снизить статическое давление в зоне перемешивания до 0,2 кг/см . При г большом угле наклона лопастей

30 < p < 80" (большом гидравлическом сопротивлении СК крыльчатки) и нтенсивном макросмешении компонентов для получения укаэанной оптимальной длины каверн достаточно невысокой скорости связующего (порядка 5 м/с) и снижения давления до

0,8 кг/см .

1647009

Для доведения степени обработки до необходимой величины поток связующего подается по контуру 8 рециркуляции в емкость 1 и затем процесс вновь повторяется.

Пример 1. Из емкости 1, имеющей нагреватель, связующее. эпоксидная смола

ЭД-20, отвердитель (ДЭТА). подогретые до

50 С подаются под давлением 5 Kc/ñì центробежным насосом 2, имеющим производительность 30 м /ч, в устройство 3, При этом загромождение потока кавитатором (конусом) по диаметрам составляет 0.8, а число кавитации перед кэвитатором 1.5. длина осесимметричной каверны равняется

1,5 ее диаметра. Выделяющийся из связующего газ отсасывается при помощи, ротационного вакуум-насоса 5, имеющего производительность 1,5 нм /м по газу. Из устройства 3 связующее попадает в устройство 6 для каеитационного смешения и модификации связующего. В конфузоре этого устройства поток связующего разгоняется до скорости 6 м/с, а давление в зоне перемешивания снижается зэ счет этого до

0,8 кг/см . При этом угол наклона лопастей неподвижной СК крыльчатки относительно оси составляет 75О. Длина геликоидальных суперкаеерн равна одному диаметру потока. Кратность рециркуляции потока составляет 2,5. а длительность, всего процесса модицикэции 30 с.

Пример 2. Поток связующего аналогично примеру 1 подается в устройство 3 при 55 С. Загромождение потока кавитатором в устройстве 3 составляет 0.6, число кавйтации перед кавитатором 1, относительная длина осесимметричной каверны

1» = 1,8. Так же, как и е примере 1, удаляется гаэ из суперкаверны. Затем связующее разгоняется до скорости 8 м/с в конфуэоре устройства 6, а давление в зоне перемешивэния снижается до 0.6 кг/см . Угол наклона лопастей неподвижной СК крыльчаткл относительно оси составляет 60 и длина геликоидальных суперкаверн равна 1.2 диаметра потока. Кратность рециркуляции составляет

4. а длительность всего процесса модификации 15 с.

Пример 3. Поток связующего аналогично примеру 1 подается в устройство 3 при 55ОС. загромождение потока кааитатором в устройстве 3 составляет 0.4, число кавитации перед кавитатором 0,6. относительная длина осесимметричной суперкаверны 1, = 2,2. Так же, как и в примере 1, удаляется гаэ иэ суперкаверны. Затем связующее разгоняется до скорости 12 м/с в конфузоре устройства 6, а давление в зоне перемешивания снижается до 0.4 кг/см .

Угол наклона лопастей неподвижной СК крыльчатки относительно оси сосгаааяет

45", а длина геликоидальных суперкаверн равна 1,3 диаметра потока. Кратность рециркуляции потока составляет 6. а длительность всего процесса модификации 60 с, Пример 4. Поток связующего акалагично примеру 1. подают в устройство 3 при

60 С. Загромождение потока кэвитатором в устройстве 3 составляет 0,2, число кавитации перед кавитатором О,1. относительная длина осесимметричной суперкаверны 1» - 2,5. Так ке, как и в примере 1, удаляется гаэ из суперкэьерны. Затем связующее разгоняется до скорости

Способ получения эпоксидных связующих путем смешения эпоксидной смолы с отвердителем с последующим кавитэцион ньпл воздействием, отличающийся тем, что, с целью повышения физико-механических и технологических характеристик и ускорения процесса. поток смеси смолы с отвердителем одновременно дегазируют и

15 15 м/с в конфуэоре устройства 6, а давление в зоне перемешивания снижается до

0,2 кг/см, Угол наклона лопастей неподг вижной СК крыл ьчатки относительно оси составляет ЗОО, а длина геликоидальных

20 суперкаверн равна 1,5 диаметра потока.

Кратность рециркуляции потока составляет

5, а длительность всего процесса модификации 75 с.

По указанным режимам производят об25 работку композиций на основе смолы ЭДТ (отвердитель-ТЭАТ-1) и ЭКД (отвердитель— изометилтетрагидрофталевый ангидрид), при этом параметры обработки в опытах 5 и

9 соответствуют примеру 1; в опытах 6 и 1030 примеру 2, а опытах 7 и 11 — примеру 3 и в опытах 8 и 12 — примеру 4, После обработки эпоксидной композиции проводят измерения вязкости, степени дегазации саяэук>щего, краевого угла сма35 чивания и высоты подьема связующего по органическому волокну СВМ:, Кроме этого производят отверждение олигомероа и измерение адгеэионной прочности, прочности на растяжение, сжатие и

40 изгиб.

Полученные результаты приведены в табл. 1.

В табл. 2 приведены,свойства композиций, полученных с отступлением от опти45 мальных режимов обработки 1при варьировании исследуемого параметра кавитационной обработки экачения для остальных параметров выбирают усредненными).

Формула изобретения

1647009 подвергают кавитационной обработке в режиме развитой гидродинамической кавитации в диапазоне чисел кавитации 0,1-1,5 при соотношении длины осесимметричной каверны к ее диаметрам (1,5-2 5):1 с последующим перемешиванием в режиме развитой кавитации при скорости 5-15 м/с, давлении 0.2-0,8 кг/см и соотношении длины г геликоидальных суперкаверн к диаметру потока (1,0-1,5):1 в течение 15-75 с при 2.55 6,0 кратной непрерывной рециркуляции при

50-б0 С, Таблица 1 анные свяэуюьвего и

Характери

1О

В язкост

50" С. сп

630

57 г7

654

617 603

22

15 13,85

О.87

0.83 0.85

0.86 0.85

0,52

О.гз зтг ггА

257 24 !

1г7

136

1Зб

141 137

Мг гсж., МТ1а

139 144

1З!

136

143

143 гграст, М

129

136

t35

143

1ЗО

141 1З7

56

54 ггадп, МПа

75 68

70 82

84

69

85 86 Верхнее значение дано для связующего ЭД-20. среднее-для ЭДТ-10. нижнее — для ЭКД.

Таблица 2 пз амет ы кавита ионной об аботки

Варьиоуемые

Длина осесиметрической каве ны р

Давление в зоне перемещивания, кгс/см

Р..

Скорость связующего. м/с прочно. Исхс аное число кавистные харак-! тации теристики

Температура обработки, С

Время обработки, с

40

8О

1.0

18 з,о

1.О ггчтi, Мпа (1pacr . МПз

62

65 гтад, MDa

Верхнее значение дано для связующего ЭД-.20, среднее — для ЭДТ-10, нижнее — для ЭКД

Краевой смачнее град

Коэффиц однородн

Высота ма по во мм

Содерж включе мг/л

<г„ы, МПа

118

47

»о

47

124

119

122

124

62

118

119

123

t17

127

57

6З 57

116

121

126

122

124

126

54

59

123

123

«! 24

124

126

124

52

64

119

119

123

123

127

59

62

121

119

119

129

57

67

124

122 !

22

121

124

122

62

58

117

123

118

128

124

56

52

122

126

122

124 . !26

126

63

56

t19

119

124

1tg

124

127

59

59

t23

124 !

122

129

62

1647009

Составитель А,Акимов

Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк

Редактор. И.Дербак

Производственно-издательский комбинат " Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1378 Тираж 327 Подписнбе

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5