Полимерная композиция

Полимерная композиция

Реферат

Изобретение относится к негорючим полимерным композициям с наполнителем в виде полых микросфер (так называемым синтактикам), предназначенным для местного упрочнения конструкций, в том числе трехслойных сотовых панелей, в зонах установки крепежа, заделки торцов и заполнения пустот в деталях из полимерных композиционных материалов, используемых на наземном, морском и воздушном транспорте.

Для этих целей широко применяются композиции холодного отверждения на основе модифицированных эпоксидных смол (патент США №5420178, заявка ФРГ №2936485, заявка Франции №2575699).

Для подавления горючести и дымовыделения в состав эпоксидных синтактиков вводят антипирены: галоидированные фенолы или смолы на их основе, оксиды сурьмы, фосфорсодержащие соединения и др., которые существенно повышают их стоимость, зачастую не исключая полностью выделение токсичных продуктов [CYTEK Engineered Materials, Selektor Guide, 1995, p.14-15; 3M Technical Service Bulletin, Adhesives, Coatings and Sealers, 1992, №1].

Известно применение в качестве полимерной основы синтактиков жидких фенолоформальдегидных смол, обладающих пониженной горючестью, низким дымовыделением и отсутствием токсичных продуктов горения, что позволяет существенно упростить состав композиций и снизить их стоимость (патент ЕР №630956).

Наиболее близкой из аналогов, принятой за прототип, является полимерная композиция, включающая резольную фенолоформальдегидную смолу, отвердитель, пластификатор и полые микросферы, которая в качестве отвердителя содержит продукт взаимодействия сульфофенолмочевины, формальдегида и ортофосфорной кислоты, а в качестве пластификатора - смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

резольная фенолоформальдегидная смола	100
отвердитель - продукт взаимодействия
сульфофенолмочевины, формальдегида и
ортофосфорной кислоты	8-10
пластификатор - смесь диоксановых спиртов
и их высококипящих эфиров	15-25
наполнитель - полые микросферы	40-50

В качестве полых микросфер могут быть использованы стеклянные, зольные, полимерные микросферы (патент РФ №2186799).

Полимерная композиция-прототип является трудносгорающей и слабодымящей. Однако ее недостатками являются высокое тепловыделение при горении и ограниченная жизнеспособность композиции при комнатной температуре. Кроме того, низкая исходная вязкость композиции и ее быстрое нарастание в процессе применения снижают эффективность заполнения ею небольших пустот размером 2,5-15 мм (ячеек сот, торцевых поверхностей отверстий в местах установки крепежа).

Технической задачей настоящего изобретения является создание самозатухающей и слабодымящей полимерной композиции, обладающей увеличенной жизнеспособностью, регулируемой вязкостью и пониженным тепловыделением при горении.

Для решения поставленной задачи предлагается полимерная композиция, включающая резольную фенолоформальдегидную смолу и полые стеклянные микросферы, которая в качестве резольной фенолоформальдегидной смолы содержит высококонцентрированный продукт конденсации фенола и параформальдегида с содержанием воды не более 10% и нелетучих не менее 86% и дополнительно содержит новолачную фенолоформальдегидную смолу и гидрат окиси алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

указанная резольная фенолоформальдегидная смола	100
новолачная фенолоформальдегидная смола	33-100
полые микросферы	54-135
гидрат окиси алюминия	100-200

В качестве полых микросфер могут быть использованы стеклянные, зольные или полимерные микросферы.

Применение в качестве резольной фенолоформальдегидной смолы высококонцентрированного продукта конденсации фенола и параформальдегида в сочетании с новолачной смолой позволяет получить высокореакционноспособную полимерную основу, которая сочетает высокую жизнеспособность при комнатной температуре (не менее трех месяцев) с высокой скоростью отверждения при 90-150°С. При отверждении образуется полимерная матрица, сочетающая фрагменты разветвленного и линейного строения, что обеспечивает заявляемой композиции достаточно высокие прочностные свойства и снижает тепловыделение при горении за счет поглощения энергии, расходуемой на перестройку и уплотнение при высокой температуре линейных фрагментов матрицы.

Дополнительное введение гидрата окиси алюминия позволяет существенно улучшить технологические свойства композиции и дает возможность регулировать вязкость, в случае необходимости, до уровня, требуемого для полного заполнения пустот (ячеек сот, торцевых поверхностей отверстий в местах установки крепежа). Введение гидрата окиси алюминия также вносит дополнительный вклад в снижение тепловыделения при горении за счет поглощения тепла при его разложении и испарения образующейся воды.

Преимуществом предлагаемой композиции также является возможность использования ее в едином технологическом цикле формования трехслойных сотовых панелей с обшивками на основе фенолоформальдегидного связующего.

В качестве резольной фенолоформальдегидной смолы в заявляемом изобретении использован высококонцентрированный продукт конденсации фенола и параформальдегида с вязкостью не более 13000 мПа·с при температуре 20°С, временем желатинизации 300-720 с и массовой долей свободного фенола не более 11% марки ФС-117 по ТУ 2221-001-35907133-01.

В качестве новолачной фенолоформальдегидной смолы наиболее предпочтительно использовать смолы по ГОСТ 18694-80, например, марок СФ-010, СФ-014 и др.

В качестве микросфер наиболее предпочтительно использовать стеклянные полые микросферы, например, МС-ВП-А9 по ТУ 6-48-91-92, МС-А9 по ТУ 6-48-108-94 или зольные микросферы по ТУ 6-15-02-306-92.

В предлагаемой композиции используют гидрат окиси алюминия по ГОСТ 11841.

Приготовление заявляемой композиции можно осуществлять вручную или механизированным способом в смесителе, обеспечивающим целостность микросфер в процессе перемешивания.

Примеры осуществления

Пример 1

В чистую сухую фарфоровую, стеклянную или полиэтиленовую емкость поместили 100 мас.ч. резольной смолы ФС-117, добавили 33 мас.ч. новолачной смолы СФ-014, 100 мас.ч. гидрата окиси алюминия и перемешивали смесь шпателем в течение 5-7 минут до получения композиции однородной консистенции. Затем в приготовленную смесь ввели 54 мас.ч. микросфер МС-А9 и перемешивали шпателем в течение 6-8 минут до получения однородной пастообразной массы.

Технология приготовления композиций по примерам 2-4 аналогична примеру 1. Составы заявляемой композиции и прототипа приведены в таблице 1, свойства - в таблице 2.

Таблица 1
Наименование компонентов	Состав по примерам, мас.ч.	Прототип
1	2	3	4
Резольная смола ФС-117	100	100	100	100	100
Новолачная смола
СФ-014	33	50	100	-	-
СФ-010	-	-	-	50
Пластификатор	-	-	-	-	20
Отвердитель	-	-	-	-	10
Микросферы					44
стеклянные МС-ВП-А9	-	-	135	-
стеклянные МС-А9	54	62	-	-
зольные	-	-	-	62
Гидрат окиси алюминия	100	200	180	200	-
Таблица 2
Свойства	Примеры по изобретению	Прототип
1	2	3	4
Вязкость, сП
исходная	12500	13900	14900	13750	10340
после выдержки 24 ч	13000	14000	15100	13800	не определяется
Жизнеспособность, ч	336	480	540	470	2
Плотность, кг/м3	640	650	680	675	640
Предел прочности при сжатии, МПа	350	367	358	363	350
Максимальная скорость выделения тепла, кВт/м	20	17	15	21	76
Общее количество выделившегося тепла за первые 2 мин горения, кВт·мин/м2	5	6	<3	7	13

Из данных таблицы 2 следует, что предлагаемая полимерная композиция сохраняет исходную вязкость в течение не менее 24 ч после приготовления, в то время как композиция-прототип за это же время переходит сначала в гелеобразное состояние, а затем затвердевает, что делает невозможным ее применение. При этом максимальная скорость выделения тепла у заявляемой композиции в 3-5 раз ниже, чем у прототипа, а общее количество выделившегося тепла - в 2-4 раза ниже.

Применение заявляемой композиции позволяет проводить формование трехслойных сотовых панелей в едином технологическом цикле, что обеспечивает снижение энерго- и трудоемкости на 40%.

1. Полимерная композиция, включающая резольную фенолоформальдегидную смолу и полые микросферы, отличающаяся тем, что в качестве резольной фенолоформальдегидной смолы она содержит высококонцентрированный продукт конденсации фенола и параформальдегида с содержанием воды не более 10% и нелетучих не менее 86% и дополнительно содержит новолачную фенолоформальдегидную смолу и гидрат окиси алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

указанная резольная фенолоформальдегидная смола	100
новолачная фенолоформальдегидная смола	33-100
полые микросферы	54-135
гидрат окиси алюминия	120-200

2. Полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полых микросфер она содержит стеклянные, зольные или полимерные микросферы.