Эпоксидная композиция

Эпоксидная композиция

Реферат

Изобретение относится к полимерным материалам, а именно к эпоксидным композициям, которые используются в качестве связующего для стеклопластиков, пропиточных, литьевых компаундов и изготовления различных изделий из композиционных материалов.

Известна диановая эпоксидная композиция, модифицированная продуктом взаимодействия алифатической эпоксидной смолы ДЭГ-1 с моноизоцианатом [Бляхман Е.М. и др. Эпоксидные смолы на основе многоатомных спиртов и их производных. - Л.: ЛДНТП, 1965, с.13]. Недостатком композиции является то, что введение в нее модификатора приводит только к улучшению реологических характеристик, но физико-механические свойства отвержденной композиции не улучшаются.

Известны модифицированные низкомолекулярные алифатические эпоксидные смолы Эпурол, полученные обработкой низкомолекулярных алифатических эпоксидных смол ди- и полиизоцианатами при соотношении NCO/OH в пределах 0,05÷1,0, содержащие преимущественно тетраэпоксиды [а.с. 789546 СССР. Полимерная композиция // В.А.Лапицкий и др. Опубл. в БИ 1980, №47; а.с. 749869 СССР. Эпоксидная композиция // В.А.Лапицкий и др. Опубл. в БИ 1980, №27]. Эпоксидные композиции на их основе, отвержденные аминами, характеризуются высоким разрушающим напряжением при растяжении, но имеют низкие относительные удлинения при разрыве. Сведения об их устойчивости к истиранию отсутствуют.

Известны модифицированные изоцианатами эпоксидные композиции на основе диановых смол. Модификацию осуществляли обработкой диановых смол ди- и полиизоцианатами при повышенных температурах. Образовавшиеся эпоксиуретаны стабильны при хранении, композиции на их основе, отвержденные ароматическими аминами, имеют высокий модуль упругости при разрыве. Сведения об устойчивости к истиранию композиций отсутствуют [а.с. 802314 СССР, Препреги // В.А.Лапицкий и др. Опубл. в БИ 1981, №5; В.А.Лапицкий, А.Д.Кращук. Свойства эпоксиуретановых полимеров и стеклопластиков. - в книге: Физико-механические свойства эпоксидных полимеров и стеклопластиков. - Киев: Наукова думка. 1968, с.62-63].

Известен способ модификации эпоксидных композиций на основе ароматических эпоксидных олигомеров ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22 эпоксиуретановыми олигомерами на основе оксипропиленгликолей Лапрол-502, Лапрол-503, сложных полиэфиров - ПДА-800, ЭДА-50, П-6, а также 2,4-толуилендиизоцианата и глицидного спирта [Кириллов А.Н. и др. ЛКМ и их применение, 2003, №4, с.25-28]. Полученные композиции использовали для модификации эпоксидных лаков, предназначенных для применения в качестве антикоррозионных материалов. Данные о применении данных композиций в качестве конструкционных материалов отсутствуют.

Наиболее близкой по технической сущности является композиция на основе эпоксидного связующего для композиционных материалов, включающая эпоксидиановую смолу, отвердитель изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид, ускоритель 2,4,6-трис-(диметиламинометил)фенол и полиуретановый пластификатор "Пластур РКОФ-0203", представляющий собой раствор термопластичного полиуретана на основе простого полиэфира и диизоцианата в диоктилфталате [Кашин С.М. и др. Патент РФ №2160752. Опубл. 20.12.2000 г.].

Составы на основе этого связующего использованы для изготовления стеклопластиковых труб и имеют повышенное относительное удлинение при разрыве (6%).

Однако предел прочности композиции при растяжении после введения пластификатора снизился до 54-70 МПа, что ограничивает сферу использования стеклопластиковых труб. Также недостатком композиции является использование неактивного пластификатора, который, постепенно мигрируя на поверхность изделия, ухудшает его эксплуатационные свойства. Сведения об устойчивости композиции к истиранию отсутствуют.

Задачей настоящего изобретения является разработка эпоксидной композиции с повышенными деформационно-прочностными характеристиками при растяжении и стойкостью к абразивному износу (снижению истираемости).

Техническим решением поставленной задачи является разработка модифицированной эпоксидной композиции, включающей эпоксидиановую смолу ЭД-20, отвердитель - изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид, ускоритель - 2,4,6-трис-(диметил-аминометил)фенол и в качестве полиуретанового модификатора - эпоксиуретановую смолу УРЭП, представляющую собой продукт взаимодействия диглицидилового эфира диэтилен- или триэтиленгликоля с уретановым каучуком СКУ-Л-1052М (ТУ 84-07509103.440-95) и являющуюся тетраэпоксидом, содержащим полиэфируретановые звенья.

Модифицированная эпоксидная композиция имеет следующий состав, мас.%:

Смола эпоксидная диановая ЭД-20	38,6-50,6
Смола эпоксиуретановая	5-20
Изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (изо-МТГФА)	41-43,7
2,4,6-трис-(диметиламинометил)фенол	0,4-0,7

При реализации изобретения использовались компоненты, соответствующие следующей технической документации:

Смола эпоксиуретановая УРЭП	ТУ 84-07509103.555-2005
Смола эпоксидная диановая ЭД-20	ГОСТ 10587-84
Изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид	ТУ 6-10-124-91
Ускоритель для эпоксидных смол
2,4,6-трис-(диметиламинометил)фенол	ТУ 6-00209817-035-96

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В реактор, снабженный рубашкой для обогрева и перемешивающим устройством, при комнатной температуре вводят последовательно навески смолы ЭД-20 (51,6 мас.ч.) и эпоксиуретановую смолу УРЭП (3,0 мас.ч.). Смесь смол усредняют при перемешивании в течение (10±5) минут при температуре (55±5)°С и вводят последовательно навески изо-МТГФА (44,7 мас.ч.) и катализатора УП 606/2 (0,7 мас.ч.). Реакционную массу вакуумируют при перемешивании и остаточном давлении (15±5) мм рт. ст. в течение 30-40 минут. Приготовленную композицию заливают в формы для получения образцов для испытания на растяжение и истираемость, а затем помещают в термокамеры для отверждения реакционной смеси при атмосферном давлении и температуре (160±3)°С в течение 3 часов. После охлаждения и распрессовки получают материал с приведенными в табл.2 (пример 1) характеристиками.

Примеры 2-5 проводят аналогично примеру 1.

Компонентный состав эпоксидной композиции представлен в табл.1, а физико-механические характеристики отвержденного композиционного материала в табл.2.

Из приведенных в таблице 2 данных следует, что использование в качестве полиуретанового модификатора эпоксиуретановой смолы УРЭП в количестве 5-20% приводит к эффекту повышения разрывной деформации с 7,0 до 8,6% и снижению истираемости, определяемой по ГОСТ 23509-79, с 1080 до 710 см³/кВт·ч. Прочность при растяжении возрастает с 69 до 78 МПа.

Выбранная для использования в качестве конструкционного материала композиция с содержанием полиуретанового модификатора 5-20% является оптимальной. Уменьшение количества полиуретанового модификатора до 3% (пример 1) не приводит к значительному снижению истираемости композиции и увеличению деформации. Композиция с массовой долей полиуретанового модификатора 22% (пример 5) имеет наибольшую износостойкость и деформацию из числа рассматриваемых вариантов, но не обладает достаточной прочностью для применения в конструкционных изделиях.

В результате реализации предлагаемого изобретения удается получить эпоксидную композицию, превосходящую прототип по комплексу характеристик, приведенных в табл.2 и имеющих при температуре испытания 20°С предел прочности при растяжении 69-78 МПа, деформацию при растяжении 7-8,6%, истираемость 710-1080 см³/кВт·ч, что обеспечивает увеличение срока их эксплуатации и повышение стойкости к циклическому нагружению и гидравлическому давлению.

Таблица 1
Наименование компонентов	Содержание компонентов, мас.%, в примерах
Прототип	1	2	3	4	5
Смола ЭД-20	40-53	51,6	50,6	46,4	38,6	37,5
изо-МТГФА	32-42	44,7	43,7	43	41	40
УП-606/2	0,7-1,5	0,7	0,7	0,6	0,4	0,5
Пластур РКОФ-0203	5-18	-	-	-	-	-
Полиуретановый пластификатор
смола эпоксиуретановая УРЭП	-	3	5	10	20	22

Таблица 2
Наименование показателя	Значение показателя по примерам
Прототип	1	2	3	4	5
Прочность при растяжении, МПа	54-70	82	78	72	69	43
Деформация при растяжении, %	3,5-6,0	5,7	7,0	7,8	8,6	9,5
Истираемость, см3/кВт·ч	-	1300	1080	780	710	680

Эпоксидная композиция, включающая эпоксидную диановую смолу ЭД-20, отвердитель - изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид, ускоритель - 2,4,6-трис-(диметиламинометил)фенол, полиуретановый модификатор, отличающаяся тем, что она в качестве полиуретанового модификатора содержит эпоксиуретановую смолу, представляющую собой продукт взаимодействия диглицидилового эфира диэтилен- или триэтиленгликоля с уретановым каучуком СКУ-Л-1052М, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

смола эпоксидная диановая ЭД-20	38,6-50,6
вышеуказанная эпоксиуретановая смола	5,0-20,0
изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид	41,0-43,7
2,4,6-трис-(диметиламинометил)фенол	0,4-0,7