Способ получения и переработки формовочных масс на основе эпоксидных смол

Настоящее изобретение относится к новому способу получения и переработки формовочных масс на основе эпоксидных смол. Техническим результатом настоящего изобретения является создание простого и быстрого в осуществлении способа получения стабильных при хранении формовочных масс на основе формальдегидных смол с высоким содержанием наполнителя и изготовления из них формованных изделий с исключительно высокими механическими свойствами и электрическими характеристиками. Технический результат достигается предлагаемым способом получения и переработки формовочных масс на основе эпоксидных смол. Формовочные массы помимо эпоксидных смол содержат отвердители, наполнители и добавки. При этом эпоксидные смолы смешивают с остальными компонентами формовочной массы и гранулируют в смесителе с высокоскоростными рабочими органами. Полученный сыпучий гранулят незадолго до его формования и отверждения гомогенизируют под давлением. 4 н. и 6 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к новому способу получения и переработки формовочных масс на основе эпоксидных смол.

Формовочные массы на основе эпоксидных смол представляют собой состоящие из эпоксидной смолы, отвердителя, а также наполнителей и добавок грануляты, которые без примешивания к ним соответствующей добавки можно перерабатывать в термически отверждаемые формованные детали. Изготавливаемые таким путем формованные изделия отличаются хорошими механическими свойствами и электрическими характеристиками.

Формовочные массы на основе эпоксидных смол получают различными методами (см. справочник "Kunststoff Handbuch", т.10 "Duroplaste", 2-е изд., изд-во Hanser Verlag, 1988, c.338-342).

Согласно одному из таких методов жидкую смесь из эпоксидной смолы и отвердителя смешивают с остальными наполнителями и добавками. Затем при умеренно повышенной температуре эпоксидным смолам дают предварительно прореагировать до тех пор, пока масса не потеряет клейкость и не приобретет сыпучесть при комнатной температуре. Этот метод несмотря на хорошее смачивание наполнителей обладает существенным недостатком, состоящим в невозможности обеспечить точную воспроизводимость условий протекания предварительной реакции, в результате чего реакционная способность получаемых этим методом формовочных масс варьируется от одной партии к другой. Помимо этого получаемые этим методом формовочные массы не обладают стабильностью при хранении.

В соответствии с другим так называемым методом сухого смешения твердые эпоксидные смолы и отвердители размалывают с остальными компонентами формовочной массы и тщательно перемешивают с ними при комнатной температуре. После этого полученный порошок необходимо подвергать механическому уплотнению и гранулированию. В такой массе смола и отвердитель присутствуют совместно в виде мелких частиц. За счет этого обеспечивается высокая стабильность формовочных масс при хранении. Однако в этом методе степень смачивания наполнителей остается неудовлетворительной, и поэтому таким методом можно получать только формовочные массы с относительно низким содержанием в них наполнителей, что в свою очередь приводит к получению из таких формовочных масс формованных изделий с неудовлетворительными механическими свойствами.

В связи с вышеизложенным для улучшения смачивания наполнителей был разработан так называемый метод проведения процесса в расплаве, в соответствии с которым предварительно приготовленную смесь из твердой эпоксидной смолы, отвердителя, наполнителей и добавок сначала гомогенизируют в расплавленном состоянии, а затем охлаждают и гранулируют. Однако при проведении подобного технологически трудоемкого метода, основанного на гомогенизации в расплаве, в системе вновь начинают происходить реакции отверждения, снижающие стабильность формовочной массы при хранении и исключительно быстро приводящие к образованию слоистой массы. Избежать подобной проблемы можно путем гомогенизации смолы с наполнителями и добавками в расплаве отдельно от гомогенизации наполнителя с наполнителями и добавками в расплаве и последующего их смешения между собой в виде порошков. Однако в этом случае вновь ухудшаются механические свойства получаемых из таких материалов формованных изделий.

С учетом вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача разработать простой и быстрый в осуществлении способ получения стабильных при хранении формовочных масс на основе формальдегидных смол с высоким содержанием наполнителя и изготовления из них путем их формования и отверждения формованных изделий с исключительно высокими механическими свойствами и электрическими характеристиками.

Указанная задача решается с помощью предлагаемого в изобретении способа получения и переработки формовочных масс на основе эпоксидных смол согласно пп.1-7 формулы изобретения. Получаемые предлагаемым в изобретении способом формовочные массы пригодны прежде всего для изготовления из них формованных деталей методом реактивного литья под давлением, для нанесения покрытия на электронные или электрические детали или их элементы, а также для изготовления механотронных деталей, как это представлено в пп.8-10 формулы изобретения.

Поставленная в изобретении задача решается, в частности, благодаря тому, что все компоненты формовочной массы совместно перемешивают в высокоскоростном смесителе и перерабатывают в рыхлый, сыпучий гранулят. Однако последующее непосредственное использование этого гранулята в виде формовочной массы для изготовления формованных деталей по известной технологии, состоящей в ее прессовании в соответствующей форме, не позволяет получать высококачественные формованные изделия из-за недостаточной степени гомогенизации. Вместе с тем, было установлено, что подобный гранулят обладает свойством образовывать при приложении к нему давления текучую массу. Такое свойство гранулята используется согласно изобретению для его гомогенизации под давлением незадолго до его формования и отверждения. При практической реализации гранулят, который еще не обладает достаточной для его дальнейшей переработки степенью гомогенности, незадолго до его подачи в пресс-форму пропускают через установленный перед ней проточный смеситель, где он с приложением к нему давления и при необходимости при нагревании подвергается прессованию и одновременной гомогенизации. Подобный подход, как неожиданно было установлено, оказывается эффективным и при обработке формовочных масс, содержание наполнителя в которых достигает 95 мас.% в пересчете на всю ее массу.

Предлагаемый в изобретении способ позволяет исключительно быстро и простым путем получать гранулят, используемый в качестве формовочной массы. Получаемый предлагаемым в изобретении способом гранулят обладает стабильностью при хранении в бочках в нормальных условиях, не проявляя склонности к комкованию и оставаясь сыпучим. Подобные смеси лишь при приложении к ним давления свыше 5 бар, характерного при их прохождении через транспортировочные устройства, такие как шнековые экструдеры или поршневые насосы, подвергаются пластикации и допускают их гомогенизацию в проточных смесителях. После этого полученную гомогенную формовочную массу непосредственно подают в пресс-форму. Еще одно достигаемое при этом преимущество предлагаемого в изобретении способа состоит в возможности беспроблемной установки перед пресс-формой смесителей, а также различных агрегатов и узлов технологического оборудования, таких как необходимые для создания давления устройства и проточные смесители, являющиеся широко используемым в промышленности по переработке пластмасс оборудованием. Дооснащение традиционных линий по производству формованных изделий подобным дополнительным оборудованием не требует внесения существенных изменений в технологический процесс.

Получаемые предлагаемым в изобретении способом формовочные массы на основе эпоксидных смол по своему составу в основном соответствуют традиционным на сегодняшний день формовочным массам на той же основе.

В качестве эпоксидных смол могут использоваться все эпоксидные соединения по меньшей мере с двумя эпоксидными группами на одну молекулу и с температурой плавления ниже 70°С. Предпочтительно, однако, использовать эпоксидные соединения, которые при комнатной температуре имеют жидкую консистенцию, такие как диглицидиловые эфиры бисфенолов или смолы с предварительно удлиненной цепью на основе диглицидиловых эфиров бисфенола А. Наиболее предпочтительно использовать смолы с малой вязкостью, такие как эпоксидные смолы на основе циклоолефинов или тетраглицидилдианилина, или же смеси твердых эпоксидных смол, такие, например, как эпоксидированные новолаки с так называемыми реакционноспособными разбавителями. Эпоксидные смолы при необходимости могут быть модифицированы другими полимерами, такими, например, как сложные полиэфиры, акрилаты, кремнийорганические полимеры или поливинильные производные.

В качестве отвердителей можно использовать известные скрытые (латентные) отвердители, такие, например, как алкилзамещенные ароматические амины, поликарбоновые кислоты и их ангидриды, BCl₃- или BF₃-комплексы, скрытые гетеросоединения на основе азота или фосфора либо комплексные соединения металлов. К скрытым отвердителям относятся также микрокапсулированные отвердители. При этом отвердители, которые в свободной форме уже при комнатной температуре способствуют отверждению эпоксидных смол, такие, например, как алифатические или ароматические амины либо полиамины, новолаки или имидазольные производные, используют в капсулированном в инертный материал виде. В условиях переработки гранулята стенки таких капсул разрушаются либо под действием подводимой в систему тепловой энергии, либо под действием возникающих при гомогенизации сдвиговых усилий, высвобождая в результате отвердитель, который гомогенизируется с остальной частью смеси, из которой изготавливается формовочная масса. Количество используемых отвердителей подбирается известным образом с таким расчетом, чтобы его хватило для полного отверждения эпоксидных соединений.

В качестве наполнителей могут использоваться все обычно применяемые в составе подобных формовочных масс органические и/или неорганические наполнители с общепринятой крупностью зерен. В качестве примера таких наполнителей можно назвать гидрофобизированный или необработанный мел, доломит, осажденную или размолотую кремниевую кислоту, волластонит, слюду, тальк, силикаты, глины, диоксид титана, литопоны, гидрат оксида алюминия, триоксид сурьмы, а также порошковую целлюлозу либо порошковый полиамид. В качестве наполнителей с наиболее эффективными армирующими свойствами можно применять также волокна, прежде всего короткие волокна со средней длиной от 0,5 до 4 мм. В качестве примера подобных волокон можно назвать стеклянные, керамические, арамидные, целлюлозные, полиэфирные, полиамидные или углеродные волокна. Содержание наполнителей, используемых в формовочных массах, достигает 95 мас.%, предпочтительно 85 мас.%, в пересчете на всю формовочную массу.

В состав получаемых предлагаемым в изобретении способом формовочных масс на основе эпоксидных смол можно также в обычных количествах включать другие традиционные добавки, такие как смазки или антиадгезивы, например воск, металлические мыла либо замещенные амиды жирных кислот, пигменты, пластификаторы, аппреты, ускорители или антипирены.

Все компоненты формовочных масс на основе эпоксидных смол по возможности одновременно смешивают между собой. При этом с практической точки зрения в смеситель предпочтительно загружать сначала жидкие компоненты смеси, а затем в любой последовательности добавлять твердые ингредиенты.

Процесс смешения компонентов формовочных масс проводят в смесителе с высокоскоростными рабочими органами, например в многовальном диссольвере, смесителе с псевдоожиженным слоем, закрытом смесителе с турбинной мешалкой или высокопроизводительном центробежном смесителе. Предпочтительно использовать высокоскоростные смесители, которые позволяют также термостатировать смешиваемый материал с целью ограничить обусловленное подводом в систему энергии увеличение температуры таким образом, чтобы температуру смеси можно было поддерживать ниже температуры, при которой начинается реакция отверждения эпоксидной смолы. После смесителя при необходимости можно установить холодильник-смеситель. В результате непродолжительного процесса смешения, длительность которого при использовании смесителей с псевдоожиженным слоем или высокопроизводительных центробежных смесителей составляет менее одной минуты, образуется еще негомогенная формовочная масса в виде рыхлого, обладающего достаточной для оперирования с ним невосприимчивостью к давлению гранулята, который в таком виде может храниться при комнатной температуре в течение нескольких месяцев. Процесс смешения следует заканчивать в момент образования гранулята, поскольку при более продолжительном смешении происходит комкование смеси.

Теоретически такой гранулят можно непосредственно использовать в качестве формовочной массы для изготовления формованных деталей. Поскольку, однако, в процессе смешения не обеспечивается интенсивное смачивание наполнителей, а получаемая смесь не обладает достаточной гомогенностью, изготавливаемые из нее формованные изделия обладают неудовлетворительными механическими свойствами. По этой причине гранулят согласно изобретению незадолго до его формования и отверждения гомогенизируют под давлением. С этой целью гранулят, при необходимости при его нагревании до температуры, которая лежит ниже температуры начала отверждения эпоксидной смолы, соответственно ниже температуры плавления материала стенок капсул, в которые возможно заключен используемый отвердитель, прессуют в установленном перед пресс-формой проточном смесителе под действием давления, создаваемого соответствующим транспортирующим устройством, например поршневым насосом или шнеком. Проточные смесители со встроенными в них шнеками представляют собой одно- или многовальные смесители непрерывного действия либо шнековые месильные машины. Упростить процесс гомогенизации при сохранении неизменной ее эффективности можно, если в качестве устанавливаемого перед пресс-формой проточного смесителя использовать статический смеситель, перед которым в свою очередь установлено создающее давление транспортирующее устройство, с помощью которого гранулят подвергается пластикации и продавливается через статический смеситель.

Получаемые предлагаемым в изобретении способом формовочные массы могут использоваться во всех тех областях, где требуется применение формовочных масс на основе эпоксидных смол. Однако такие формовочные массы пригодны прежде всего для изготовления из них формованных деталей методом реактивного литья под давлением, для нанесения покрытий на электронные или электрические детали или их элементы, а также для изготовления механотронных деталей.

1. Способ получения и переработки формовочных масс на основе эпоксидных смол, содержащих помимо эпоксидных смол отвердители, наполнители и добавки, отличающийся тем, что эпоксидные смолы смешивают с остальными компонентами формовочной массы и гранулируют в смесителе с высокоскоростными рабочими органами и полученный сыпучий гранулят незадолго до его формования и отверждения гомогенизируют под давлением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют эпоксидные смолы, которые имеют жидкую консистенцию при комнатной температуре.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве отвердителей используют скрытые отвердители для эпоксидных смол.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что компоненты формовочной массы смешивают в смесителе с псевдоожиженным слоем, в закрытом смесителе с турбинной мешалкой или в высокопроизводительном центробежном смесителе.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что формовочную массу гомогенизируют в проточном смесителе, установленном перед пресс-формой.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что формовочную массу гомогенизируют в статическом смесителе, установленном перед пресс-формой.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что перед проточным смесителем установлен шнек или поршневой насос, с помощью которого гранулят уплотняют и продавливают через проточный смеситель.

8. Применение получаемых способом по одному из пп.1-7 формовочных масс для изготовления формованных деталей методом реактивного литья под давлением.

9. Применение получаемых способом по одному из пп.1-7 формовочных масс для нанесения покрытий на электрические или электронные детали либо их элементы.

10. Применение получаемых способом по одному из пп.1-7 формовочных масс для изготовления механотронных деталей.