Клеевая композиция
Владельцы патента RU 2468055:
Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Алмаз-Фазотрон" (RU)
Изобретение относится к клеящим веществам на основе эпоксидных смол и может быть использовано для получения теплопроводного клеевого состава для склеивания и герметизации деталей из стекла, керамики и металлов, в том числе и алюминиевых сплавов. Клеевая композиция состоит в мас.ч.: из модифицированной эпоксидной смолы марки К-139 - 594-596, аминного отвердителя марки УП-0633М - 88-90, нитрида бора - 296-300 и хром (III) оксида - 16-20. Техническим результатом является получение клеевого соединения с высокими физико-техническими свойствами. 2 табл.
Изобретение относится к клеящим веществам на основе эпоксидных смол и может быть использовано для получения теплопроводного клеевого состава для склеивания и герметизации деталей из стекла, керамики и металлов, в том числе и алюминиевых сплавов.
Широко известно использование клеевых композиций на основе эпоксидных смол для склеивания различных поверхностей благодаря высокой адгезионной прочности в широком интервале температур [ Чернин И.З., Смехов Ф.М., Жердев Ю.В. Эпоксидные полимеры и композиции. М.: Химия, 1982 г., с.104-106].
Известна клеевая композиция [авторское свидетельство №1501506], которая состоит из основы, представляющей собой модифицированную эпоксидную смолу, отвердителя на основе аминоалкилимидазолина и наполнителя в следующих соотношениях, мас.ч.:
| модифицированная эпоксидная смола | 80-84 |
| отвердитель | 11,7-16,9 |
| наполнитель | 3,1-4,3 |
В качестве наполнителей могут быть использованы: аэросил, двуокись титана, нитрид бора.
Модифицированная эпоксидная смола содержит эпоксидиановую или эпоксиднокремнийорганическую смолу, в качестве модификатора - смесь низкомолекулярного диметилсилоксанового каучука с эпоксикремнийорганическим олигомером. Достоинством данного состава является низкая температура отверждения 20-25°C, однако время отверждения в этом случае составляет 24 часа.
Недостатком данного состава является малое содержание наполнителя, определяющего низкую теплопроводность клея и получаемого соединения, что снижает надежность клеевого шва.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является композиция [патент RU №2276169], включающая эпоксидную диановую смолу, эфиры, отвердитель и наполнитель. В качестве отвердителя используют алифатические амины (аминный отвердитель М-4 или Этап-45) и низкомолекулярную полиамидную смолу, в качестве теплопроводного наполнителя - нитрид бора. Соотношение компонентов данной композиции следующее, мас.ч.:
| эпоксидная диановая смола | 8-12 |
| триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола | |
| Лапроксид 603 | 10-12 |
| моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва | |
| Лапроксид 301 | 8-11 |
| алифатические амины | 3-12 |
| низкомолекулярная полиамидная смола | 0-7 |
| нитрид бора | 60-75 |
Недостатком данного состава являются низкие показатели физико-технических свойств получаемого клеевого шва, в частности низкая прочность при сдвиге, что ограничивает область применения, а именно не позволяет использовать данную клеевую композицию для склеивания элементов, подвергающихся высоким динамическим нагрузкам.
Задачей заявляемого изобретения является создание клеевой композиции, обеспечивающей высокие физико-технические свойства клеевого соединения.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что клеевая композиции содержит модифицированную эпоксидную смолу марки К-139, аминный отвердитель марки УП-0633М и в качестве наполнителя смесь нитрида бора и хром (III) оксида при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| модифицированная эпоксидная смола | 594-596 |
| аминный отвердитель | 88-90 |
| BN | 296-300 |
| Cr2O3 | 16-20 |
Использование композиции заявляемого состава позволяет обеспечить высокие физико-технические свойства клеевого соединения: когезию, адгезию к склеиваемым поверхностям, стойкость к перепадам температуры и давления, беззазорность и однородность. Данный технический результат достигается за счет использования в клеевой композиции указанных веществ в заявляемых пропорциях. Заявляемая клеевая композиция прошла длительные испытания как лабораторные, так и эксплуатационные. В качестве клеевой композиции используют вещество следующего состава мас.ч.:
| модифицированная эпоксидная смола | 594-596 |
| аминный отвердитель | 88-90 |
| BN | 296-300 |
| Cr2O3 | 16-20 |
В качестве модифицированной эпоксидной смолы используют эпоксидно-диановую неотвержденную модифицированную смолу марки К-139, представляющую собой композицию на основе эпоксидной смолы марки ЭД-20, полиэфира марки МГФ-9 и каучука марки СКН-26-1А или СКМ 18-1А (ТУ 6-05-211-1079-85). Использование модифицированной эпоксидной смолы позволяет получить структуру, в которой в жесткой эпоксидной матрице имеются включения эластичного каучука, способствующие перераспределению и диссипации механических напряжений, возникающих при внешних воздействиях. Такая структура характеризуется повышенной стойкостью к динамическим и эрозионным воздействиям.
Отвердитель марки УП-0633М позволяет стабилизировать процесс отверждения. При его использовании существенно снижается летучесть и токсичность эпоксидных композиций, в широких пределах варьируются технологические свойства составов за счет повышения времени желатинизации композиций, пропитывающей способности и адгезии, а также за счет снижения вязкости. Отвердитель марки УП-0633М обладает высокой стойкостью к механическим нагрузкам и воздействию агрессивной среды и особенно эффективен в покрытиях, которые эксплуатируются там, где необходимы химически- и водостойкие поверхности. Этот отвердитель представляет собой низковязкую жидкость (10-100 мПа·с), которая хорошо смешивается со смолой, пластифицируя ее. Применение данного отвердителя позволяет избежать лавинообразного, с быстрым нагревом протекания реакции отверждения. Использование различных наполнителей придает клеевой композиции различные свойства. Применение в качестве наполнителя смеси нитрида бора и хром (III) оксида, в силу их морфологических особенностей, повышает динамическую прочность, обеспечивает перераспределение механических напряжений и противодействует процессу разрушения клеевого слоя при динамическом воздействии. Кроме того, нитрид бора обеспечивает необходимую теплопроводность получаемого клеевого соединения. Композиция заявляемого состава обладает хорошей адгезией к стеклянным, керамическим и металлическим поверхностям, необходимой теплопроводностью, механической прочностью, влагостойкостью, динамической устойчивостью, пригодна для эксплуатации в диапазоне температур от -60°C до +120°C и влажности 98% при температуре +35°C.
Клеевую композицию готовят следующим образом. В тару из стекла, полиэтилена или другого инертного материала добавляют смолу и наполнитель в указанных соотношениях и тщательно перемешивают шпателем до получения однородной массы. Тару со смесью помещают в вакуумный шкаф и производят вакуумирование при давлении 9,0-9,8 кПа в течение 30-60 мин в зависимости от количества смеси до исчезновения пузырей. Шкаф отключают и плавно повышают давление до атмосферного. Тару вынимают, вливают в нее необходимое количество отвердителя и тщательно перемешивают до однородной массы. Тару со смесью снова помещают в вакуумный шкаф и производят вакуумирование при давлении 9,0-9,8 кПа в течение 6-10 мин. Полученную таким образом клеевую композицию необходимо использовать сразу, не позднее 20 мин после приготовления, в течение которых она сохраняет свою текучесть.
Усредненные результаты испытаний предлагаемой клеевой композиции представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||
| Свойство | Показатель | |
| Плотность, г/см3 | 1,29 | |
| Предел прочности при сдвиге на паре Д16-Д16, МПа (кгс/см3) | после воздействия повышенной температурой 120°C в течение 1000 ч | 11,9 (122) |
| после воздействия повышенной температурой 200°C в течение 6 ч | 9,4 (96) | |
| после воздействия относительной влажности 98±2%, 56 сут | 9,4 (96) | |
| Предел прочности при сдвиге на паре анодированной сплав Д16-Д16, МПа (кгс/см3) | 11,0 (113) | |
| Предел прочности при сдвиге на паре сплав Д16-Д16 с покрытием олово-висмут, МПа (кгс/см3) | 11,7 (120) | |
| Грибостойкость | + |
Усредненный показатель прочности при сдвиге для наиболее близкого аналога составляет 3,48 МПа, что в два раза ниже, чем показатель для заявляемой композиции. Для проведения испытаний изготавливают пластины из алюминиевого сплава Д16 по ГОСТ 14759-69. Поверхность пластин, подлежащих склеиванию, равномерно зачищают шлифовальной шкуркой, обезжиривают хладоном с помощью ткани и выдерживают на воздухе 10-15 мин. На подготовленную поверхность пластин наносят равномерный слой приготовленной композиции. Склеиваемые поверхности пластин соединяют внахлест между собой, излишки клея удаляют с краев образца скальпелем, а затем тканью, смоченной в ацетоне. Размер нахлеста составляет 15±0,5 мм. Образец помещают под пресс, оказывающий давление 14-20 кПа, и выдерживают в соответствии с одним из режимов, указанных в таблице 2.
| Таблица 2 | ||
| Режимы полимеризации | ||
| Номер режима | Температура, °C | Продолжительность, ч |
| 1 | 18-25 | 24-36 |
| 2 | 18-25 | не менее 2 |
| и | ||
| 75±5 | 4-5 | |
| 3 | 18-25 | не менее 2 |
| и | ||
| 100±10 | 2-2,5 |
По окончанию полимеризации образец вынимают из приспособления и определяют предел прочности на сдвиг по ГОСТ 14759-69.
Заявляемая композиция может использоваться для склеивания различных поверхностей из стекла, керамики и металлов, в том числе алюминиевых сплавов. Может также применяться в радиоэлектронике для герметизации корпусов радиоэлектронных приборов, обеспечивая прочное, беззазорное, теплопроводное соединение в течение 20 лет при хранении в хранилище с регулируемыми параметрами или 10 лет при хранении в закрытом помещении.
Клеевая композиция, включающая модифицированную эпоксидную смолу, аминный отвердитель и наполнитель - нитрид бора, отличающаяся тем, что она в качестве модифицированной смолы содержит смолу марки К-139, в качестве отвердителя - отвердитель марки УП-0633М и дополнительно содержит в качестве наполнителя хром (III) оксид при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| модифицированная эпоксидная смола | 594-596 |
| аминный отвердитель | 88-90 |
| BN | 296-300 |
| Сr2O3 | 16-20 |
