Пропиточное эпоксидное связующее для низкомодульных намоточных материалов
Владельцы патента RU 2287538:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
Изобретение относится к пропиточному эпоксидному связующему, используемому для пропитки низкомодульных намоточных материалов, применяемых для изготовления подвижных частей газопроводов надземной прокладки в зонах вечной мерзлоты, в частности сильфонных компенсаторов. Связующее включает следующее соотношение компонентов, мас.%: 26,0-32,0 эпоксидной смолы - продукта конденсации этриола с эпихлоргидрином с содержанием эпоксидных групп 25%, 26,0-32,0 низкомолекулярного полиэфируретанового каучука с содержанием эпоксидных групп в пределах 6,0%-7,5%, сочетание 39,0-44,5 ангидридного отвердителя и 0,5-3,0 этилового спирта в качестве отвердителя. Изобретение позволяет получить связующее с низким модулем упругости, большой живучестью, низкой вязкостью, широким диапазоном эксплуатации. 2 табл.
Изобретение относится к области гражданской продукции и касается создания пропиточного эпоксидного связующего, используемого при создании намоточных элементов различного назначения, в частности цилиндрических емкостей, труб и других фасонных изделий.
Для обеспечения надежной эксплуатации подвижных частей газопроводов надземной прокладки в зонах вечной мерзлоты требуется применение армированных пластиков, для изготовления которых в качестве матрицы используется пропиточное эпоксидное связующее, которое придает пластику эластические свойства, обеспечивая тем самым подвижность элементов газопровода.
Предлагаемое пропиточное эпоксидное связующее необходимо при изготовлении сильфонных компенсаторов для газопроводов.
Известно множество эпоксидных композиций на основе различных эпоксидно-диановых или алифатических смол в сочетании с различными отвердителями и пластификаторами, но все они не обеспечивают требуемых эластических, адгезионных, физико-механических характеристик, особенно по модулю упругости в диапазоне низких температур.
Известна эпоксидная композиция (авторское свидетельство №2576261 от 31.01.78 г.; кл. C 08 L 63/02) на основе эпоксидно-диановой смолы, карбоксилатного каучука, дивинилпипериленового каучука, отвержденная полиэтиленполиамином. Данная композиция, обладая высокими механическими и эластическими характеристиками, имеет высокий свыше ˜30000 кгс/см модуль упругости при растяжении при температуре минус 50°С.
Наиболее близким аналогом (авторское свидетельство SU 703552 А1, 15.12.1979 - прототип) является эпоксидная композиция на основе эпоксидной смолы, отверждаемая ангидридным отвердителем в сочетании с катализатором отверждения - трибензилгексагидротриазоном. Данная композиция перерабатывается при высоких температурах 120-200°С и, кроме того, не обеспечивает комплекса требуемых характеристик, необходимых для изготовления и использования сильфонных компенсаторов для газопроводов надземных прокладок в районах холодного Севера. Для решения данной проблемы необходим состав с приемлемой вязкостью и живучестью не менее 8 часов при температурах от 20 до 60°С для пропитки стеклоорганоармировки и низким уровнем модуля упругости (не более 25000 кгс/см2) в зонах низких температур - до минус 60°С.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка пропиточного эпоксидного связующего, обеспечивающего получение матрицы армированного пластика с низким модулем упругости и предназначенного для использования в качестве пропиточного состава при изготовлении сильфонных компенсаторов для газопроводов надземной прокладки в зонах вечной мерзлоты.
Пропиточное эпоксидное связующее готовят в обычном мешателе. Продукт конденсации этриола с эпихлоргидрином с содержанием эпоксидных групп 25 мас.% и низкомолекулярный полиэфируретановый каучук перемешивают при температуре (80±5)°С в течение 90 минут при остаточном давлении не более 20 мм рт.ст., затем вводят изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (изо-МТГФА) с этиловым спиртом и перемешивают в течение 30 минут при температуре (80±5)°С при остаточном давлении не более 20 мм рт.ст.
Технический результат достигается путем использования в качестве эпоксидной смолы продукта конденсации этриола с эпихлоргидрином с содержанием эпоксидных групп 25 мас.%, в качестве ангидридного отвердителя сочетания изо-метилтетрагидрофталевого ангидрида с этиловым спиртом и дополнительно низкомолекулярного полиэфируретанового каучука с содержанием эпоксидных групп в пределах 6,0-7,5 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| продукт конденсации этриола | |
| с эпихлоргидрином с содержанием | |
| эпоксидных групп 25 мас.% | |
| (ТУ 2225-027-00203306-97) | 26,0-32,0 |
| низкомолекулярный полиэфируретановый | |
| каучук с содержанием эпоксидных | |
| групп в пределах 6,0-7,5 мас.% | |
| (ТУ 103466-80) | 26,0-32,0 |
| изо-метилтетрафталевый ангидрид | |
| (ТУ 38103149-85) | 39,0-44,5 |
| спирт этиловый (ГОСТ 18300-87) | 0,5-3,0 |
Использование в рецептуре пропиточного эпоксидного связующего продукта конденации этриола с эпихлоргидрином с содержанием эпоксидных групп 25 мас.% марки ЭЭТ-1 и низкомолекулярного полиэфируретанового каучука марки ПЭФ-ЗА улучшает его эластические и адгезионные характеристики. Низкомолекулярный полиэфируретановый каучук ПЭФ-ЗА представляет собой продукт конденсации полиоксибутиленгликоля (полифурита), толуилендиизоцианата и глицидола. Массовая доля эпоксидных групп по требованиям ТУ 103466-80 находится в пределах 6,0-7,5 мас.%.
Сочетание изо-метилтетрагидрофталевого ангидрида с этиловым спиртом, помимо катализирующего эффекта, улучшает технологические характеристики пропиточного эпоксидного связующего, необходимые на стадии изготовления силовой оболочки сильфонных компенсаторов, и обеспечивает требуемые механические характеристики армированного пластика в процессе эксплуатации сильфонных компенсаторов.
В таблице 1 приведена рецептура предлагаемого пропиточного эпоксидного связующего в сравнении с ранее описанным прототипом.
| Таблица 1 | ||||||
| Рецептура предлагаемого пропиточного эпоксидного связующего и прототипа | ||||||
| Наименование компонента | Содержание компонентов, мас.% | |||||
| Прототип | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | Пример 5 | |
| Эпоксидная смола | 59,6 | - | - | - | - | - |
| Продукт конденсации этриола с эпихлоргидрином с содержанием эпоксидных групп 25 мас.%-ЭЭТ-1 | - | 26,0 | 27,5 | 28,9 | 30,0 | 32,0 |
| Низкомолекулярный полиэфируретановый каучук с содержанием эпоксидных групп 7,0 мас.%-марки ПЭФ-3А | - | 32,0 | 27,5 | 28,9 | 28,0 | 26,0 |
| Ангидридный отвердитель | 40 | - | - | - | - | - |
| Изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид | - | 39,5 | 44,5 | 40,5 | 41,0 | 39,0 |
| Этиловый спирт | - | 2,5 | 0,5 | 1,7 | 1,0 | 3,0 |
| Трибензилгексагидротриазин | 0,4 | - | - | - | - | - |
В таблице 2 приведены свойства предлагаемого пропиточного эпоксидного связующего в сравнении с прототипом.
| Таблица 2 | ||||||
| Свойства пропиточного эпоксидного связующего и прототипа | ||||||
| Наименование показателя | Свойства пропиточного эпоксидного связующего и прототипа | |||||
| Прототип | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | Пример 5 | |
| 1. Внешний вид | Однородная вязкая жидкость от светло-желтого до оранжевого цвета без инородных включений | |||||
| 2. Вязкость, Па·с | ||||||
| исходная при Т=20°С | - | 16,2 | 16,1 | 16,5 | 16,4 | 16,3 |
| исходная при Т=60°С | - | 8,60 | 8,63 | 8,62 | 8,6 | 8,61 |
| через 16 час при Т=20°С | - | 59,0 | 58,0 | 60,0 | 56,5 | 56,0 |
| через 16 час при Т=60°С | - | 14,1 | 14,2 | 14,6 | 14,3 | 14,0 |
| исходная при Т=120°С | 130,0 | - | - | - | - | - |
| исходная при Т=200°С | 85,0 | - | - | - | - | - |
| через 2,5 часа при Т=120°С | 230,0 | - | - | - | - | - |
| через 4 мин при Т=200°С | 180,0 | - | - | - | - | - |
| 3. Живучесть, час | - | |||||
| при температуре 20°С | - | 26,5 | 26,2 | 26,0 | 26,1 | 26,3 |
| при температуре 60°С | - | 18,0 | 17,5 | 16,0 | 17,5 | 18,5 |
| при температуре 120°С | 0,2-25 | - | - | - | - | - |
| при температуре 200°С, мин | 0,5-4,0 | - | - | - | - | - |
| 4. Предел прочности при | ||||||
| растяжении, кгс/см2 | ||||||
| при температуре 20°С | 510,0 | 32,0 | 31,9 | 32,5 | 30,1 | 32,3 |
| при температуре 50°С | - | 4,01 | 3,95 | 4,07 | 3,90 | 3,70 |
| при тем-ре минус 60°С | - | 283,5 | 280,7 | 284,6 | 257,6 | 279,1 |
| 5. Относительная деформация, % | ||||||
| при температуре 20°С | 2-3 | 134,0 | 133,0 | 130,7 | 135,0 | 133,0 |
| при температуре 50°С | 4-5 | 30,9 | 31,6 | 32,6 | 31,5 | 32,3 |
| при тем-ре минус 60°С | 0,25 | 2,54 | 2,30 | 2,60 | 2,58 | 2,45 |
| Продолжение таблицы 2 | ||||||
| Наименование показателя | Свойства пропиточного эпоксидного связующего и прототипа | |||||
| Прототип | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | Пример 5 | |
| 6. Модуль упругости при | ||||||
| растяжении, кгс/см2 | ||||||
| при Т=плюс 20°С | 9650 | 108,0 | 106,5 | 108,6 | 105,0 | 107,0 |
| при Т=плюс 50°С | 5580 | 16,1 | 17,6 | 16,7 | 17,0 | 18,0 |
| при Т=минус 60°С | 38000 | 13680 | 13700 | 13860 | 13900 | 13800 |
Из данных, представленных в таблице 2, видно, что предлагаемое пропиточное эпоксидное связующее значительно отличается по своим свойствам от прототипа. Прототип, обладая высоким разрушающим напряжением, при растяжении обладает высокой вязкостью 230 Па·с и высоким модулем упругости 38000 кгс/см2 в зоне низких температур, что недопустимо в нашем случае при изготовлении сильфонных компенсаторов для подвижных частей газопроводов надземной прокладки в зонах вечной мерзлоты. Предлагаемое пропиточное эпоксидное связующее обладает модулем упругости при температуре минус 60°С от 13680 до 13900 кгс/см2, что почти с двойным запасом удовлетворяет заданным требованиям, предъявляемым к отвержденному пропиточному эпоксидному связующему заказчика (не более 25000 кгс/см2).
Предлагаемое пропиточное эпоксидное связующее имеет следующие преимущества:
1. Обладает приемлемыми технологическими свойствами, позволяющими изготавливать качественные силовые оболочки для сильфонных компенсаторов:
- большой живучестью (от 26 до 26,5 часов при температуре 20°С);
- низкой вязкостью (от 16,2 до 16,5 Па·с при температуре 20°С);
- широким диапазоном эксплуатации (от минус 60 до плюс 50°С);
- низким модулем упругости (от 13680 до 13900 кгс/см2 при температуре минус 60°С).
2. Обеспечивает высокую эксплуатационную надежность при низких температурах.
Предлагаемое пропиточное эпоксидное связующее изготовлено в условиях опытного производства ФГУП «НИИПМ» и испытано с положительным результатом в научно-производственном предприятии «АМТ».
Пропиточное эпоксидное связующее для низкомодульных намоточных материалов, включающее эпоксидную смолу, ангидридный отвердитель, отличающееся тем, что оно в качестве эпоксидной смолы содержит продукт конденсации этриола с эпихлоргидрином с содержанием эпоксидных групп 25%, в качестве ангидридного отвердителя содержит сочетание изо-метилтетрагидрофталевого ангидрида с этиловым спиртом и дополнительно низкомолекулярный полиэфируретановый каучук с содержанием эпоксидных групп в пределах 6,0-7,5% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Продукт конденсации этриола с эпихлоргидрином с | |
| содержанием эпоксидных групп 25% | 26,0-32,0 |
| Низкомолекулярный полиэфируретановый каучук с | |
| содержанием эпоксидных групп в пределах 6,0-7,5% | 26,0-32,0 |
| Изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид | 39,0-44,5 |
| Спирт этиловый | 0,5-3,0 |
