Связующее и профильный стеклопластик на его основе
Изобретение относится к связующему для нагревостойких профильных стеклопластиков электротехнического назначения. Связующее содержит, вес.ч.: ненасыщенный полиэфиримид 45-55; стирол 35-45; диметакриловый эфир триэтиленгликоля и/или 2-оксиэтилметакрилат 5-10; радикальный инициатор 1-4, ингибитор 0,1-0,3 и ускоритель отверждения 0,5-1,5. Полиэфиримид получают соконденсацией N-(2-оксиэтил)-1,2-амидоизометилтетрагидрофталевой кислоты, малеинового ангидрида и диглицидилового эфира 4,4'-дифенилолпропана. Изобретение позволяет получить профильный стеклопластик на основе связующего с повышенными прочностными характеристиками и улучшенным качеством поверхности. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к связующим без растворителя для стеклопластиков электротехнического назначения.
Известно связующее для стеклопластика, в том числе профильного, включающее ненасыщенный полиэфиримид, содержащий имидные звенья циклоалифатических ортодикарбоновых кислот и звенья негалоидированной эпоксидной смолы, мономер, радикальный инициатор, ингибитор и ускоритель отверждения, взятые в следующих соотношениях, вес.%:
| ненасыщенный полиэфиримид | 48-60 |
| мономер | 35-50 |
| радикальный инициатор | 1,0-3,5 |
| ингибитор | 0,05-0,5 |
| ускоритель отверждения | 0,001-1,0 |
Вышеуказанное связующее (авторское свидетельство СССР №759561 от 06.07.1976 г. Опубликовано 30.08.80 г., бюллетень №32 - прототип) позволяет получать стеклопластики «мокрым» методом контактного формования на основе стеклотканей или стекломатов с хорошими физико-механическими и электрическими характеристиками и нагревостойкостью классов F (155°С) и Н (180°С).
Кроме того, на его основе возможно получение профильных стеклопластиков методом пултрузии с использованием стеклоровингов в качестве наполнителей (пример 2 из прототипа).
Однако профильные стеклопластики на базе этого связующего, предназначенные для использования в качестве клиньев для систем пазовой изоляции электродвигателей, имеют недостаточно высокую прочность и слишком ворсистую, колющую поверхность с отслаивающимися на кромках элементарными стеклонитями. Это затрудняет и ограничивает их использование при ручной пазоизолировке статоров электрических машин из-за возникновения зуда и аллергических проявлений при контакте работающих с таким стеклопластиком.
Целью настоящего изобретения является получение профильного стеклопластика с повышенными прочностными характеристиками и улучшенным качеством поверхности.
Эта цель достигается тем, что используется связующее, содержащее ненасыщенный полиэфиримид, мономер, радикальный инициатор, ингибитор и ускоритель отверждения, отличающееся тем, что в качестве ненасыщенного полиэфиримида оно содержит продукт сополиконденсации N-(2-оксиэтил)-1,2-амидоизометилтетрагидрофталевой кислоты, малеинового ангидрида и диглицидилового эфира 4,4'-дифенилолпропана, а в качестве мономера включает смесь стирола с диметакриловым эфиром триэтиленгликоля и/или 2-оксиэтилметакрилатом при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
| ненасыщенный полиэфиримид | 45-55 |
| стирол | 35-45 |
| диметакриловый эфир триэтиленгликоля и/или | |
| 2-оксиэтилметакрилат | 5-10 |
| радикальный инициатор | 1-4 |
| ингибитор | 0,1-0,3 |
| ускоритель отверждения | 0,5-1,5 |
Стирол в составе данного связующего может быть заменен на менее летучий и токсичный винилтолуол. Вместо диметакрилового эфира триэтиленгликоля возможно использование диметакрилового эфира неопентилгликоля, а вместо 2-оксиэтилметакрилата пригоден 2-оксипропилметакрилат. В качестве радикального инициатора используют перекись бензоила, перекись дикумила, третбутилпербензоат или их смеси. В качестве ингибитора применяют п-бензохинон или п-третбутилкатехин или метилгидрохинон. Ускорителями отверждения служат нафтенаты или октоаты кобальта или марганца.
Вышеописанное связующее на базе полиэфиримида и соответствующего стеклоровинга (стекложгута из стеклянных нитей) используют для получения ориентированных профильных стеклопластиков методом пултрузии, то есть непрерывной протяжки пропитанного связующим стеклоровинга через разогретую до температуры отверждения связующего фильеру заданного геометрического профиля, определяющего необходимую форму сечения и размеры получаемого стеклопластика. При этом в качестве связующего, как указывалось выше, применяют композицию, включающую, вес.ч.:
| ненасыщенный полиэфиримид | 45-55 |
| стирол | 35-45 |
| диметакриловый эфир триэтиленгликоля и/или | |
| 2-оксиэтилметакрилат | 5-10 |
| радикальный инициатор | 1-4 |
| ингибитор | 0,1-0,3 |
| ускоритель отверждения | 0,5-1,5 |
В сочетании с данным связующим могут использоваться стеклоровинги марок РБН-10-2520-76 по ТУ 6-48-70-91 или РБН-13-1260-76 и РБН-13-2520-76 по ТУ 6-19-066-05-86 или аналогичные. Стеклоровинги других марок должны быть термохимобработанными или обработанными «прямыми» замасливателями (аппретами).
Пример 1
1. Синтез ненасыщенного полиэфиримида.
В реактор помещают (вес.ч.) 332,0 изометилтетрагидрофталевого ангидрида. Включают мешалку, которая работает до конца процесса. В слабом токе инертного газа порциями (во избежание выброса реакционной массы из реактора) вначале медленно, а затем быстрее загружают 128,0 моноэтаноламина таким образом, чтобы температура не поднималась выше (120±5)°С за счет экзотермической реакции ангидрида и моноэтаноламина. При этом образуется N-(2-оксиэтил)-1,2-амидоизометилтетрагидрофталевая кислота, к которой прибавляют 198,0 малеинового ангидрида и 0,4 гидрохинона (ингибитор окисления двойных связей ангидрида), после чего температуру поднимают до (180±5)°С за 1,0-1,5 часа. Обогрев отключают, когда конденсат (вода) перестает отгоняться. Реакционную массу охлаждают до (85±5)°С, добавляют 410,0 диглицидилового эфира 4,4'- дифенилолпропана и 1,0 тетраметилтиурамдисульфида (катализатор). Температуру поднимают до начала экзотермической реакции (90-110)°С и поддерживают в режиме охлаждения на уровне 120-130°С и затем 140-150°С обычно в течение 3-5 часов до получения ненасыщенного полиэфиримида с кислотным числом 25-40 мг КОН/г.
2. Изготовление связующего
Синтезированный по п.1 ненасыщенный полиэфиримид растворяют при 70-90°С в предварительно ингибированном стироле. Раствор охлаждают до 30-40°С и добавляют к нему диметакриловый эфир триэтиленгликоля, 2-оксиэтилметакрилат, радикальный инициатор и ускоритель отверждения в соответствии с табл.1.
Готовое связующее фильтруют и используют для изготовления профильного стеклопластика.
| Таблица 1 Рецептура связующего |
||||
| № п/п | Наименование компонентов | Связующее, вес.ч. | ||
| №1 | №2 | №3 | ||
| 1 | Ненасыщенный полиэфиримид по п.1 | 45 | 50 | 55 |
| 2 | Стирол | 35 | 40 | 45 |
| 3 | Диметакриловый эфир триэтиленгликоля | 10 | 5 | - |
| 4 | 2-оксиэтилметакрилат | - | 5 | 5 |
| 5 | п-бензохинон (ингибитор) | 0,3 | 0,15 | 0,1 |
| 6 | 50% раствор пасты перекиси бензоила в дибутилфталате (инициатор) | 4 | - | 2 |
| 7 | Третбутилпербензоат (инициатор) | 2 | 3 | - |
| 8 | Нафтенат кобальта (ускоритель) | 0,5 | - | 0,5 |
| 9 | Нафтенат марганца (ускоритель) | 1,0 | 1,5 | - |
Примеры 2-4
Стеклоровинг марки РБН-10-2520 (ТУ 6-48-70-91) пропитывают связующим (табл.1) и протягивают через нагретую фильеру длиной 60 см со скоростью 0,8-1,0 м/мин.
Температура в первой зоне фильеры - (160±5)°С, во второй зоне - (180±5)°С, в третьей зоне - (210±10)°С. Сформированный стеклопластик нарезают на отрезки длиной 1,5 м и помещают в печь для дополнительной термообработки по режиму: 180°С×6 ч.
Результаты испытаний полученного материала приведены в табл.2.
| Таблица 2 | |||||
| Профильный стеклопластик | |||||
| № п/п | Наименование показателей* | Пример 2 связующ. №1 | Пример 3 связующ. №2 | Пример 4 связующ. №3 | Прототип, пример 2 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | Сечение, мм | 9,1×3,0 | 10,8×3,5 | 10,8×3,5 | Не указано |
| 2 | Длительная рабочая температура | >200 | >200 | >200 | 180 |
| 3 | Сопротивление раскалыванию вдоль волокон, кН/м | 540 | 580 | 450 | 400 |
| 4 | Водопоглощение, % | 0,25 | 0,2 | 0,2 | 0,4 |
| 5 | Пробивное напряжение вдоль волокон, кВэфф./мм |
2,5 | 2,6 | 2,8 | 2,3 |
| 6 | Разрушающее напряжение при растяжении, МПа | 1080 | 1050 | 1100 | 940 |
| 7 | Разрушающее напряжение при изгибе, МПа | 950 | 1100 | 900 | Не указано |
| 8 | Качество поверхности** | Отличное Поверхность гладкая | Хорошее Поверхность гладкая | Хорошее Поверхность гладкая | Неудовлетв. Поверхность ворсистая |
| *Показатели определялись согласно ГОСТ 27380-87 «Стеклопластики профильные электроизоляционные» (общие технические условия). | |||||
| ** Определяется органолептически. |
Как видно из данных табл.2, предлагаемый профильный стеклопластик по всем характеристикам существенно превосходит прототип.
1. Связующее для стеклопластика, содержащее ненасыщенный полиэфиримид, мономер, радикальный инициатор, ингибитор и ускоритель отверждения, отличающееся тем, что в качестве ненасыщенного полиэфиримида оно содержит олигомер, полученный соконденсацией N-(2-оксиэтил)-1,2-амидоизометилтетрагидрофталевой кислоты, малеинового ангидрида и диглицидилового эфира 4,4'-дифенилолпропана, а в качестве мономера включает смесь стирола с диметакриловым эфиром триэтиленгликоля и/или 2-оксиэтилметакрилатом при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
| ненасыщенный полиэфиримид | 45-55 |
| стирол | 35-45 |
| диметакриловый эфир триэтиленгликоля и/или | |
| 2-оксиэтилметакрилат | 5-10 |
| радикальный инициатор | 1-4 |
| ингибитор | 0,1-0,3 |
| ускоритель отверждения | 0,5-1,5 |
2. Профильный стеклопластик, полученный методом пултрузии, на основе стеклоровинга и связующего на базе полиэфиримида по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего он содержит композицию, включающую, вес.ч.:
| ненасыщенный полиэфиримид | 45-55 |
| стирол | 35-45 |
| диметакриловый эфир триэтиленгликоля и/или | |
| 2-оксиэтилметакрилат | 5-10 |
| радикальный инициатор | 1-4 |
| ингибитор | 0,1-0,3 |
| ускоритель отверждения | 0,5-1,5 |
