Клейкое эпоксидное покрытие, слоистая структура металлопласта и способ армирования металлической фольги

Изобретение относится к клейкому эпоксидному покрытию металлических субстратов, к слоистой структуре, содержащей такое покрытие, и к способу армирования металлической фольги. Покрытие выполнено из двухкомпонентной эпоксидной композиции. Композиция содержит эпоксидный материал, содержащий 25 мас.% твердых веществ и отверждающий материал, содержащий 32 мас.% твердых веществ. Эпоксидный материал содержит следующие компоненты: 3-35% жидкого диглицидилового эфира бисфенола-А, 35-60% твердого диглицидилового эфира бисфенола-А, 10-30% эпоксидной новолачной смолы и 5-18% твердого бутадиен-акрилонитрилового каучука с концевой карбокси-группой. Отверждающий материал выбран из группы, включающей до 0,2% октоата хрома и 4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3'-диаминодифенилсульфон или их смесь. Вышеуказанную композицию используют в качестве адгезива при получении слоистой структуры типа металлический элемент/волокно. Клейкое покрытие в слоистой структуре имеет толщину 0,00254 см. Способ армирования металлического элемента заключается в подготовке поверхности металлического элемента и нанесении вышеуказанной эпоксидной композиции. Изобретение позволяет получить тонкое клейкое покрытие и разработать экономичный способ прочного склеивания. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Родственные патенты

Родственными патентами являются US 5814137 от 29 сентября 1998 г., US 5849110 от 15 декабря 1998 г., US 5869141 от 9 февраля 1999 г., US 5939197 от 17 августа 1999 г., US 5958578 и US 6037060 от 14 марта 2000 г., на которые ссылаются в настоящей заявке.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композиции на основе эпоксидных смол, более конкретно к клейким покрытиям металлических субстратов на основе эпоксидных смол.

Описание уровня техники

Обычно на металлические поверхности наносят слои клейкой пленки. Существующие в настоящее время пленочные адгезивы включают вещества. склеивающиеся как с композиционными материалами, так и с металлами. Такие связующие материалы не обладают адекватными склеивающими свойствами в том, что касается прочности на отрыв и устойчивости к образованию клинообразных трещин, и это препятствует их использованию в технологической среде для получения слоистых металлопластов. Кроме этого, пленочным клеящим материалам присуща определенная толщина, что снижает эффективность их применения для создания тонких покрытий. Рассматриваемые пленочные адгезивы содержат сетчатый носитель, обеспечивающий целостность пленки и регулирующий толщину футеровки. Для многих применений такая сетка не является необходимой и лишь вносит нежелательный вклад в толщину покрытия и его вес.

Помимо указанных выше ограничений, связанных с индивидуальными физическими свойствами, имеются ограничения, связанные с производством пленочных адгезивов. Клеи в виде пленки предназначены для использования только в пленочной форме. В связи с этим их нельзя использовать в качестве компонента раствора для непрерывной обработки, например, при вводе в клейкий слой вторичной структуры. Кроме этого, непрерывное производство слоев пленочного адгезива достаточно затруднительно.

В связи со сказанным выше в данной области имеется необходимость в разработке экономичного способа прочного склеивания очень тонкого слоя адгезива с поверхностью металла.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение предусматривает клейкое покрытие на основе эпоксидных смол для металлических элементов. Клейкое покрытие настоящего изобретения тоньше покрытий с использованием известных пленочных клеевых материалов и не содержит сетчатого носителя. В результате этого клейкое покрытие настоящего изобретения весьма подходит для применений, в которых требуется создание тонкого покрытия. Кроме этого, клеевой слой настоящего изобретения может использоваться в качестве растворимого материала для непрерывной обработки. Таким образом, в настоящем изобретении предлагается более экономичный клей, чем известные адгезивы.

Клейкое покрытие на основе эпоксидных смол включает первый эпоксидный материал, содержащий примерно 25 мас.% твердых веществ и второй отверждающий материал, содержащий примерно 32 мас.% твердых веществ. Согласно одному из аспектов изобретения первый эпоксидный материал содержит 3-35% жидкого диглицидилового эфира бисфенола-А, примерно 35-60% твердого диглицидилового эфира бисфенола-А, около 10-30% Novalac-Epoxy и около 5-18% твердой акрилонитрил-бутадиеновой смолы с концевой карбокси-группой, а второй отверждающий материал включает 0-100% 4,4'-диаминодифенилсульфона, 0-100% 3,3'-диаминодифенилсульфона и 0-0,2% октотата хрома.

Другой аспект настоящего изобретения относится к способу армирования металлической фольги. Такой способ заключается в подготовке поверхности металлической фольги для нанесения клейкого покрытия на основе эпоксидных смол. Наносится клейкое покрытие на основе эпоксидных смол, представляющее собой двухкомпонентный эпоксидный материал, включающий первый эпоксидный материал, содержащий около 25 мас.% твердых веществ, и второй отверждающий материал, содержащий около 32 мас.% твердых веществ. Клейкое покрытие на основе эпоксидных смол отвердевает на металлическом элементе.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные и альтернативные воплощения настоящего изобретения подробно описаны со ссылкой на следующие ниже фигуры.

Фиг.1 изображает технологическую схему способа формирования эпоксидного покрытия настоящего изобретения;

Фиг.2 изображает разобранный вид металлопласта согласно изобретению.

Описание изобретения

Настоящее изобретение предусматривает систему и способ формирования клейкого эпоксидного покрытия, наносимого на металлический материал с образованием металлических и металло-волокнистых слоистых структур. Как изображено на фигуре 1, настоящее изобретение представляет собой способ 20, состоящий в формировании первого эпоксидного элемента в блоке 22 и второго отверждающего элемента в блоке 24. Полученные материалы смешивают в специальных пропорциях с образованием в блоке 26 первой наносимой эпоксидной смеси. Проводя стадию разбавления в блоке 27, получают вторую эпоксидную смесь в блоке 28. Специальные детали клея на основе эпоксидных смол и его предпочтительное применение подробно описаны ниже.

В способе 20 предпочтительно используется двухкомпонентная эпоксидная композиция. Следует отметить, что двухкомпонентные эпоксидные системы хорошо известны в данной области техники. В этой связи для понимания настоящего изобретения не требуется подробных разъяснении, касающихся блоков, в которых осуществляют смешивание компонентов. Также следует указать, что и процесс отвердевания эпоксидной композиции хорошо известен из литературы. Таким образом, для понимания настоящего изобретения не требуется подробного описания процесса вулканизации.

В блоке 22 готовят первый эпоксидный компонент, содержащий около 25 мас.% твердых веществ. В соответствии с предпочтительным воплощениям изобретения, первый эпоксидный компонент содержит 3-35% жидкого диглицидилового эфира бисфенола-А, примерно 35-60% твердого диглицидилового эфира бисфенола-А. около 10-30% Novalac-Ероху и около 5-18% твердого бутадиен-акрилонитрилового каучука с концевой карбокси-группой. Однако первый эпоксидный компонент может содержать и другие элементы, без ограничений, включающие 0-12% жидкого бутадиен-акрилонитрилового каучука с концевой карбокси-группой.

В блоке 24 готовят второй отверждающий компонент. Этот компонент содержит около 32 мас.% твердых веществ. Второй отверждающий компонент предпочтительно содержит 0-100% 4,4'-диаминодифенилсульфона, 0-100% 3,3'-диаминодифенилсульфона и 0-0,2% октотата хрома. Однако настоящее изобретение охватывает и другие химические композиции для второго отверждающего компонента, которые без специальных ограничений могут содержать 70-100% дициандиамида, 0-30% 3-(3,4-дихлорфенил)-1,1-диметилмочевины. 0-30% другой замещенной мочевины и около 0,2% октотата хрома.

В соответствии с современным предпочтительным техническим решением первый эпоксидный компонент в блоке 26 смешивают со вторым отверждающим компонентом в соотношении 10 частей первого эпоксидного компонента на одну часть второго отверждающего компонента. Однако следует иметь в виду, что настоящее изобретение также охватывает и любые другие соотношения. В блоке 26 первый и второй компоненты совместно смешивают с таким органическим растворителем, как ацетон, с образованием первой эпоксидной смеси.

В соответствии с предпочтительным воплощением в блоке 26 первую эпоксидную смесь разбавляют растворителем, и такая операция хорошо известна в данной области техники, вследствие чего первая эпоксидная смесь содержит 0-40% растворителя. Специалист в данной области легко поймет, что количество растворителя, добавляемого в первую эпоксидную смесь, будет, главным образом, определяться ее назначением. Так, например, установлено, что первая эпоксидная смесь, содержащая 0-40% растворителя, идеально подходит для применения по типу завесы.

При необходимости в блоке 27 первая эпоксидная смесь 26 может быть дополнительно разбавлена растворителем с образованием второй эпоксидной смеси в блоке 28. Вторая эпоксидная смесь предпочтительно содержит 91% растворителя. Специалисту должно быть понятно, что вторая эпоксидная смесь особенно подходит для нанесения покрытия вальцеванием и для применения распылением. Также следует иметь в виду, что концентрация растворителя в первой и второй эпоксидных смесях может выходить за пределы указанных выше предпочтительных интервалов и определяться конкретным применением.

Изображенная на фигуре 2 слоистая структура 30 включает металлический материал 32 со смешанным покрытием 36. Металлический материал 32 предпочтительно представляет собой титан и предпочтительно фольгу из сплава Ti-15V-3Cr-3AI-3Sn и имеет толщину менее 0,0381 см (0,015 дюйма). Вместе с тем область изобретения без ограничений охватывает и другие металлические материалы, например алюминий. Следует особо отметить, что настоящее изобретение может применяться на металлическом материале любой толщины. Кроме этого, способ настоящего изобретения предпочтительно использовать для формирования титан/графитных слоистых структур. Однако область настоящего изобретения без конкретных ограничений также охватывает любые другие слоистые структуры типа волокно/металл или металл/металл, например титан/титановую слоистую структуру.

Смешанное покрытие 36 включает такой соединительный агент 40, как золь-гелевую смесь. Кроме этого, смешанное покрытие 36 включает эпоксидный слой 34 и второй структурирующий материал 38, который без конкретных ограничений может представлять собой графитный препреговый материал. Как изображено на фигуре 2, эпоксидный слой 34 может служить верхним слоем, либо он может быть покрыт вторичным структурирующим материалом 38.

Независимо от того, является ли эпоксидный слой 34 верхним слоем покрытия, или на него нанесен слой структурирующего материала 38, предпочтительно, чтобы эпоксидный слой 34 был тонким. Согласно предпочтительному воплощению толщина эпоксидного слоя 34 составляет около 0,0010 дюйма (2,5 мкм или 0,00254 см). Вместе с тем следует иметь в виду, что толщина указанного слоя может быть большей или меньшей указанного значения, что не нарушает область настоящего изобретения. Так, например, если на слой эпоксидного материала 34 наносится более толстый слой вторичного структурирующего материала 38, то в результате получают покрытие с большей общей толщиной. И наоборот, при нанесении более тонкого слоя вторичного структурирующего материала 38, получают общее покрытие меньшей толщины.

Следует отметить, что связующий агент 40 обеспечивает прочность связи между металлическим материалом 32 и смешанным покрытием 36. Также следует иметь в виду, что в ходе отвердевания эпоксидного слоя 34 после его нанесения этот слой сшивается со связующим агентом 40 с образованием прочного и надежного соединения между эпоксидным слоем 34, покрытым вторичным структурирующим материалом 38, и связующим агентом 40.

В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения слоистую структуру 30 получают непрерывным способом типа "виток к витку" (coil-to-coil). Однако следует иметь в виду, что в настоящем изобретении могут использоваться и другие способы, например периодические.

Хотя выше проиллюстрированы и описаны предпочтительные воплощения настоящего изобретения, в технологию могут быть внесены различные изменения, не нарушающие сущность и область изобретения. Соответственно область изобретения не ограничивается описанием предпочтительного воплощения. В полной мере настоящее изобретение определяется следующей формулой изобретения.

1. Клейкое двухэлементное оксидное покрытие на металлическом элементе, выполненное из двухкомпонентной эпоксидной композиции, содержащей эпоксидный материал, содержащий 25 мас.% твердых веществ и отверждающий материал, содержащий 32 мас.% твердых веществ, в котором эпоксидный материал содержит 3-35% жидкого диглицидилового эфира бисфенола-А, 35-60% твердого диглицидилового эфира бисфенола-А, 10-30% эпоксидной новолачной смолы и 5-18% твердого бутадиен-акрилонитрилового каучука с концевой карбоксигруппой, а отверждающий материал содержит компонент, выбранный из группы, включающей до 0,2% октоата хрома и 4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3'-диаминодифенилсульфон или их смесь.

2. Клейкое эпоксидное покрытие по п.1, отличающееся тем, что полимерный материал дополнительно содержит от 0 до 12% жидкого бутадиен-акрилонитрилового каучука с концевой карбоксигруппой.

3. Клейкое эпоксидное покрытие по п.1, отличающееся тем, что отверждающий материал дополнительно содержит 70% дициандиамида.

4. Клейкое эпоксидное покрытие по п.3, отличающееся тем, что дополнительно включает до 30% 3-(3,4-дихлорфенил)-1,1-диметилмочевины и до 30% замещенной мочевины.

5. Клейкое эпоксидное покрытие по п.1, отличающееся тем, что эпоксидный и отверждающий материалы смешивают при соотношении 10 частей эпоксидного материала к одной части отверждающего материала.

6. Слоистая структура, предназначенная для формирования структуры типа металлический элемент/волокно, содержащая металлический элемент и клейкое эпоксидное покрытие, нанесенное на металлический элемент, причем клейкое эпоксидное покрытие выполнено из двухкомпонентной эпоксидной композиции, содержащей 25 мас.% твердых веществ и отверждающий материал, содержащий 32 мас.% твердых веществ, при этом эпоксидный материал содержит 3-35% жидкого диглицидилового эфира бисфенола-А, 35-60% твердого диглицидилового эфира бисфенола-А, 10-30% новолачной эпоксидной смолы и 5-18% твердого бутадиен-акрилонитрилового каучука с концевой карбоксигруппой и отверждающий материал содержит компонент, выбранный из группы, включающей до 0,2% октоата хрома и 4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3'-диаминодифенилсульфон или их смесь, в котором клейкое эпоксидное покрытие имеет толщину 0,00254 см.

7. Слоистая структура по п.6, отличающася тем, что эпоксидный материал дополнительно содержит от 0 до 12% жидкого бутадиен-акрилонитрилового каучука с концевой карбоксигруппой.

8. Слоистая структура по п.6, отличающаяся тем, что отверждающий материал дополнительно содержит 70% дициандиамида, до 30% 3-(3,4-дихлорфенил)-1,1-диметилмочевины, до 30% замещенной мочевины.

9. Слоистая структура по п.6, отличающаяся тем, что металлический элемент представляет собой титан.

10. Слоистая структура по п.6, отличающаяся тем, что включает элемент из графитированного волокна, вставленный в клейкое эпоксидное покрытие.

11. Способ армирования металлической фольги, заключающийся в подготовке поверхности металлической фольги для нанесения клейкого покрытия и нанесении клейкого покрытия по п.1, выполненного из двухкомпонентной эпоксидной композиции, содержащей эпоксидный материал, содержащий 25 мас.% твердых веществ и отверждающий материал, содержащий 32 мас% твердых веществ, в котором эпоксидный материал включает 3-35% жидкого диглицидилового эфира бисфенола-А, 35-60% твердого диглицидилового эфира бисфенола-А, 10-30% эпоксидной новолачной смолы и 5-18% твердого бутадиен-акрилонитрилового каучука с концевой карбоксигруппой и отверждающий материал содержит компонент, выбранный из группы, включающей до 0,2% октоата хрома, 4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3'-диаминодифенилсульфон или их смесь, причем клейкое эпоксидное покрытие имеет толщину 0,00254 см.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что металлическая фольга, выполнена, по меньшей мере, из одного материала, выбранного из титана или титанового сплава.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что эпоксидный материал дополнительно содержит до 12% жидкого бутадиен-акрилонитрилового каучука с концевой карбоксигруппой.

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что отверждающий материал содержит 70% дициандиамида, до 30% 3-(3,4-дихлорфенил)-1,1-диметилмочевины и до 30% замещенной мочевины.