Теплостойкая клеевая композиция


 


Владельцы патента RU 2591961:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области теплостойких клеевых композиций холодного отверждения. Термостойкая клеевая композиция холодного отверждения по изобретению включает эпоксикремнийорганическую смолу и смесь изомеров γ- и β-аминопропилтриэтоксисилана и трис-[2,4,6-(диметиламинометил)фенол]. При этом она дополнительно содержит электрокорунд с основным размером зерна 7-10 мкм или карбид бора с размером зерен основной фракции от 3 до 7 мкм. Эпоксикремнийорганическая смола имеет массовую долю эпоксидных групп от 15,5 до 16,9% и массовую долю кремния от 5,0 до 5,3%. Композиция имеет следующее соотношение компонентов, мас.ч.: эпоксикремнийорганическая смола с массовой долей эпоксидных групп от 15,5 до 16,9% и массовой долей кремния от 5,0 до 5,3% - 100, смесь изомеров γ- и β-аминопропилтриэтоксисилана - 25-35, трис-[2,4,6-(диметиламинометил) фенол] - 1-2, электрокорунд с основным размером зерна 7-10 мкм или карбид бора с размером зерен основной фракции от 3 до 7 мкм - 160-250. Технический результат, достигаемый при использовании композиции по изобретению, заключается в повышение термостойкости клеевой композиции до температуры 500°C и устойчивости клеевых соединений к циклическому перепаду температур от 20 до 200°C. 2 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области теплостойких клеевых композиций холодного отверждения, предназначенных для применения в конструкциях изделий авиакосмической техники и народного хозяйства.

Известен клей (теплостойкая клеевая композиция холодного отверждения), включающий эпоксидиановую смолу, отвердитель - смесь модифицированного полиэтиленполиамина, представляющего собой продукт взаимодействия 16 мас.ч. 1,2-ди-(оксиметил)-орто-карборана со 100 мас.ч. полиэтиленполиамина, и олигоамида марки Т-19, и наполнитель - карбонильное железо, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: эпоксидиановая смола 100, модифицированный полиэтиленполиамин 12-20, олигоамид марки Т-19 4-60, карбонильное железо 350-450 (RU 2108357 C1, 10.04.1998).

Описанная клеевая композиция неработоспособна при температурах выше 400°C.

Известна теплостойкая клеевая композиция, включающая эпоксикремнийорганическую смолу и ангидридный отвердитель. С целью улучшения оптических свойств и снижения температуры отверждения при сохранении прочностных свойств клеевых соединений в качестве эпоксикремнийорганической смолы она содержит продукт модификации эпоксидной диановой смолы кремнийорганическими соединениями, в качестве ангидридного отвердителя - изометилтетрагидрофталевый ангидрид, а также она дополнительно содержит эпоксивиниловый эфир формулы CH2=CHO-CH2-CH2-CH2-OCH2-CHO-CH2 и трис-2,4,6-(диметиламинометил)фенол при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: эпоксикремнийорганическая смола 100, изометилтетрагидрофталевый ангидрид 30-45, эпоксивиниловый эфир указанной формулы 5-25, трис-2,4,6-(диметиламинометил)фенол 0,8-1,5 (RU 2021314 C1, 15.10.1994).

Описанная клеевая композиция отверждается при температуре не менее 100°C, в связи с чем не может использоваться для изготовления крупногабаритных изделий. Теплостойкость композиции не превышает 250°C.

Известна термостойкая клеевая композиция холодного отверждения, включающая эпоксикремнийорганическую смолу, олигометил-фенилкарборансилоксан, смесь изомеров γ- и β-аминопропилтриэтоксисилана, трис-[2,4,6-(диметиламинометил)фенол] и наполнитель при следующем соотношении, мас.ч.: эпоксикремнийорганическая смола 100, олигометилфенилкарборансилоксан 20-35, смесь изомеров γ- и β-аминопропилтриэтоксисилана 30-45, трис-[2,4,6-(диметиламинометил) фенол] 1,5-2,5, наполнитель 60-200 (RU 1818832 C, 10.05.1995).

Недостатком описанной термостойкой клеевой композиции является неудовлетворительная прочность клеевых соединений при температуре испытания 500°C, а также то, что из-за наличия в составе олигометилфенилкарборансилоксана она обладает повышенной жесткостью, в связи с чем клеевые соединения на ее основе не работоспособны при воздействии циклического перепада температур от 20 до 200°C, что ограничивает ресурс работы клеевых соединений. Кроме того, олигометилфенилкарборансилоксан является дефицитным компонентом, не обеспеченным производством.

Наиболее близким аналогом является термостойкая клеевая композиция холодного отверждения следующего состава, мас.ч: эпоксикремнийорганическая смола 100, смесь изомеров γ- и β-аминопропилтриэтоксисилана 30-45, трис-[2,4,6-(диметиламинометил)фенол] 1-3, продукт взаимодействия бис-о-цианаминов с тетранитрилами ароматических тетракарбоновых кислот 120-160 (RU 2368635 C2, 20.06.2009).

Данная клеевая композиция обладает повышенной прочностью при сдвиге при температурах от 300 до 450°C, однако она не работоспособна при температурах выше 450°C. Также она не работоспособна при воздействии циклического перепада температур от 20 до 200°C из-за образования жесткой структуры в результате химических реакций, протекающих с участием продукта взаимодействия бис-о-цианаминов с тетранитрилами ароматических тетракарбоновых кислот. Пониженная устойчивость к циклическому перепаду температур от 20 до 200°C ограничивает ресурс работы клеевых соединений. Кроме того, бис-о-цианамины и тетранитрилы ароматических тетракарбоновых кислот являются импортными компонентами.

Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости клеевой композиции до температуры 500°C и устойчивости клеевых соединений к циклическому перепаду температур от 20 до 200°C.

Технический результат достигается за счет того, что предложена термостойкая клеевая композиция холодного отверждения, включающая эпоксикремнийорганическую смолу, смесь изомеров γ- и β-аминопропилтриэтоксисилана и трис-[2,4,6-(диметиламинометил)фенол], при этом она дополнительно содержит электрокорунд с основным размером зерна 7-10 мкм или карбид бора с размером зерен основной фракции от 3 до 7 мкм, а эпоксикремнийорганическая смола имеет массовую долю эпоксидных групп от 15,5 до 16,9% и массовую долю кремния от 5,0 до 5,3%, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

эпоксикремнийорганическая смола с массовой
долей эпоксидных групп от 15,5 до 16,9% и
массовой долей кремния от 5,0 до 5,3% 100
смесь изомеров γ- и β-аминопропилтриэтоксисилана 25-35
трис-[2,4,6-(диметиламинометил)фенол] 1-2
электрокорунд с основным размером зерна 7-10
мкм или карбид бора с размером зерен основной
фракции от 3 до 7 мкм 160-250

Введение в состав клеевой композиции термостойких соединений - олигометилфенилкарборансилоксана или продукта взаимодействия бис-о-цианаминов с тетранитрилами ароматических тетракарбоновых кислот, которые использованы в составе композиций-аналогов, приводит к повышению жесткости композиции в процессе ее отверждения, что резко снижает прочностные характеристики клеевых соединений при температуре испытания 500°C. Кроме того, из-за повышенной жесткости композиция не работоспособна при воздействии циклического перепада температур от 20 до 200°C, что ограничивает ресурс работы клеевых соединений. Исключение из состава клеевой композиции указанных соединений позволяет обеспечить снижение ее жесткости, что сопровождается повышением прочностных характеристик клеевых соединений при температуре испытания 500°C и устойчивости к циклическому перепаду температур от 20 до 200°C.

Экспериментально установлено, что использование в качестве основы теплостойкой клеевой композиции эпоксикремнийорганической смолы с массовой долей эпоксидных групп 15,5-16,9% и массовой долей кремния 5,0-5,3% в сочетании с другими компонентами в предлагаемом соотношении приводит к расширению диапазона рабочих температур до 500°C, а также обеспечивает устойчивость клеевых соединений к циклическому перепаду температур от 20 до 200°C.

Использование эпоксикремнийорганической смолы с массовой долей эпоксидных групп менее 15,5% и более 16,9% и массовой долей кремния менее 5,0 и более 5,3%, а также эпоксикремнийорганической смолы с дополнительным содержанием титана приводит к снижению прочностных характеристик клеевых соединений при температурах от 20 до 500°C.

Электрокорунд или карбид бора, используемые в качестве наполнителя, в отличие от других наполнителей, не увеличивают жесткость клеевой композиции, не снижают устойчивость композиции к циклическому перепаду температур от 20 до 200°C и обеспечивают повышение прочностных характеристик клеевых соединений при температуре 500°C. В составе композиции необходимо использовать электрокорунд с основным размером зерна 7 мкм (зернистость F1200) - 10 мкм (зернистость F1000) или карбид бора с размером зерен основной фракции (5-3) мкм (зернистость М5) или с размером зерен основной фракции (7-5) мкм (зернистость М7). Использование в составе клеевой композиции электрокорунда с иным основным размером зерна - от 14 до 82 мкм (зернистость F800-F230) и карбида бора с размером зерен основной фракции от 10 до 20 мкм (зернистость М10-М20) приводит к снижению прочностных характеристик клеевых соединений при температурах от 20 до 500°C из-за образования утолщенного клеевого шва.

Примеры осуществления.

Клеевые композиции по примерам 1-4 готовили путем смешения всех компонентов в следующей последовательности. В эпоксикремнийорганическую смолу последовательно вводили смесь изомеров γ- и β-аминопропилтриэтоксисилана, трис-[2,4,6-(диметиламинометил)фенол, электрокорунд с основным размером зерна 7-10 мкм или карбид бора с размером зерен основной фракции от 3 до 7 мкм, при этом после введения каждого из компонентов композицию перемешивали до получения однородной консистенции.

Клеевые композиции по примерам 1-4 наносили шпателем на образцы из стали 30ХГСА с предварительно подготовленной под склеивание поверхностью путем одробеструенной обработки и обезжиривания.

Склеивание по примерам 1-2 проводили при температуре 23±5°C, а склеивание по примерам 3-4 - при температуре 80±5°C.

Прочностные характеристики клеевых соединений при температурах испытания 20, 400, 450 и 500°C определяли по ГОСТ 14759-69.

Устойчивость клеевых соединений стали 30ХГСА к перепаду температур от 20 до 200°C определяли путем циклического воздействия температур по режиму: нагрев до температуры 200°C, выдержка при температуре 200°C в течение 1 часа, охлаждение до температуры 20°C, выдержка при температуре 20°C в течение 1 часа (количество циклов - 10).

Составы заявленных клеевых композиций приведены в таблице 1. Механические характеристики клеевых соединений стали 30ХГСА, выполненные с использованием клеевых композиций, приведены в таблице 2.

Как видно из результатов испытаний, представленных в таблице 2, предложенная клеевая композиция обладает повышенной до 500°C термостойкостью в сравнении с композицией-прототипом, имеющей термостойкость не выше 450°C. Кроме того, она обеспечивает работоспособность клеевых соединений при воздействии циклического перепада температур от 20 до 200°C, в то время как композиция-аналог не работоспособна при воздействии данного перепада температур.

Термостойкая клеевая композиция холодного отверждения, включающая эпоксикремнийорганическую смолу, смесь изомеров γ- и β-аминопропилтриэтоксисилана и трис-[2,4,6-(диметиламинометил)фенол], отличающаяся тем, что она дополнительно содержит электрокорунд с основным размером зерна 7-10 мкм или карбид бора с размером зерен основной фракции от 3 до 7 мкм, а эпоксикремнийорганическая смола имеет массовую долю эпоксидных групп от 15,5 до 16,9% и массовую долю кремния от 5,0 до 5,3%, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

эпоксикремнийорганическая смола с массовой долей
эпоксидных групп от 15,5 до 16,9% и массовой долей
кремния от 5,0 до 5,3% 100
смесь изомеров γ- и β-аминопропилтриэтоксисилана 25-35
трис-[2,4,6-(диметиламинометил)фенол] 1-2
электрокорунд с основным размером зерна 7-10 мкм
или карбид бора с размером зерен основной фракции
от 3 до 7 мкм 160-250.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплостойким эпоксидным связующим для изготовления методом пропитки под давлением изделий из полимерных композиционных материалов, применяемых в авиакосмической технике.

Изобретение относится к области получения полимерных композиционных материалов, применяемых в авиакосмической технике, в частности к составу эпоксибисмалеимидной смолы и способу получения состава.

Изобретение относится к способу сборки металлических деталей в автомобилестроении. Используют первую и вторую металлические детали, по меньшей мере одна из которых включает металлическую панель, и самоклеящуюся полосу.

Изобретение относится к области создания эпоксидных связующих для термостойких полимерных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей, которые могут быть использованы в авиационной, машино-, авто-, судостроительной промышленности.

Изобретение относится к не содержащей разбавителя отверждаемой композиции на основе эпоксидной смолы для производства композиционных материалов различного назначения.

Изобретение относится к композиции для получения полимерного композиционного материала на основе эпоксивинилэфирной смолы, а также к эпоксивинилэфирному связующему.

Изобретение относится к эластичным теплопроводным композициям холодного отверждения, предназначенным для приклеивания с теплопередачей пленочных обогревателей к поверхностям приборных панелей для поддержания оптимального теплового режима работы бортовой аппаратуры.

Изобретение относится к армированным эпоксидным клеевым композициям горячего отверждения и может быть использовано в качестве срединных слоев многослойных конструкций радиотехнического назначения с широким диапазоном диэлектрических свойств в авиакосмической технике и других отраслях промышленности.
Группа изобретений относится к вариантам эпоксидных теплопроводных клеевых композиций холодного отверждения с повышенной адгезионной прочностью, предназначенным для соединения металлов (сталей, алюминиевых, титановых сплавов), керамики, углепластиков с обеспечением отвода тепла от греющихся элементов конструкции.
Изобретение относится к вариантам чувствительного к давлению клея и вариантам способа его получения на основе биологического сырья. Способ получения клея заключается в том, что проводят реакцию эпоксидированного природного масла или жира с, по меньшей мере, одним спиртом, или амином, или аминоспиртом, либо их комбинацией.

Изобретение относится к конструкционному клею, который подходит для высокопрочного склеивания металлов и аэрокосмических конструкционных материалов. Конструкционный клей, отверждаемый при или ниже 93°C (200°F), получают путем смешивания смолосодержащего компонента (А) с каталитическим компонентом (В). Смолосодержащий компонент (А) включает по меньшей мере две различные полифункциональные эпоксидные смолы с различной эпоксидной функциональностью, выбранные из дифункциональной, трифункциональной и тетрафункциональной эпоксидных смол, более мелкие каучуковые частицы ядро-оболочка, имеющие размеры частиц меньше чем 100 нм, и более крупные каучуковые частицы ядро-оболочка, имеющие размеры частиц больше чем 100 нм, с весовым отношением более мелких каучуковых частиц ядро-оболочка к более крупным каучуковым частицам ядро-оболочка в диапазоне от 3:1 до 5:1, по меньшей мере один из эластомерного полимера с функциональной группой, способной реагировать с полифункциональными эпоксидными смолами, и полимера полиэфирсульфона, имеющего среднюю молекулярную массу в диапазоне 8000-14000, частицы неорганического наполнителя в эффективном количестве для регулирования реологии смолосодержащего компонента. Каталитический компонент (B) включает по меньшей мере один аминный отвердитель и частицы неорганического наполнителя, присутствующие в эффективном количестве, чтобы регулировать реологию каталитического компонента, при этом весовое отношение компонента (A) к компоненту (B) находится в диапазоне от 3:2 до 10:2. При отверждении в температурном диапазоне 65-93°C (150-200°F) конструкционный клей имеет температуру стеклования (Tс) выше чем 95°C (203°F), прочность при сдвиге клеевого соединения внахлест в диапазоне 33-37 МПа при 20-25°C и 24-27 МПа при 82°C, 15-18 МПа при 121°C согласно ASTM D3165, прочность при отслаивании в диапазоне 250-350 Н·м/м при 20-25°C согласно ASTM D3167. Заявлен вариант однокомпонентного клея и две слоистые структуры. Технический результат - пастообразный клей, описанный здесь, имеет пленочные свойства, что особенно важно при быстрой сборке, когда осуществляется склеивание аэрокосмических конструкций. Клей характеризуется высокими свойствами. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 14 табл., 5 пр.
Изобретение относится к вариантам композиции конструкционного клея и к подложке с покрытием. По первому варианту композиция содержит (а) первый компонент, содержащий: эпокси-аддукт, представляющий собой продукт реакции реагентов, включающих первое эпоксидное соединение, полиол и ангидрид и/или двухосновную кислоту, а также второе эпоксидное соединение, (b) при необходимости, частицы каучука, имеющие структуру ядро/оболочка, (с) второй компонент, который химически взаимодействует с первым компонентом, и (d) частицы графенового углерода. По второму варианту композиция содержит (а) пластификатор с блокированной эпоксидной группой, который представляет собой продукт реакции реагентов, включающих эпоксидное соединение, полиол или капролактон, ангидрид и/или двухосновную кислоту, (b) термически активируемый латентный отверждающий агент, (с) при необходимости, частицы графенового углерода. По третьему варианту композиция содержит (а) пластификатор с блокированной эпоксидной группой, который представляет собой продукт реакции реагентов, включающих эпоксидное соединение и полиэфир первичного или вторичного амина, и (b) термически активируемый латентный отверждающий агент. Подложка с покрытием содержит вышеуказанную композицию. Изобретение позволяет повысить прочность соединения, а также увеличить срок годности клея при хранении. 6 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил., 9 табл., 8 пр.
Наверх