[1]Изобретение относится к области создания высокопрочных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей и эпоксидных связующих, которые могут быть использованы в авиастроении, ракетостроении, судостроении, автомобилестроении и в других отраслях промышленности.
[2]Известно эпоксидное связующее, содержащеее эпоксидиановую смолу марки ЭД-20, отвердитель изометилтетрагидрофталевый ангидрид (изо-МТГФА) и ускоритель отверждения N,N'-ди(3-фенокси-2- гидроксипропил)этилендиамин в следующих соотношениях, масс.ч.: ЭД-20 – 100, изо-МТГФА – 60, N,N'-ди(3-фенокси-2- гидроксипропил)этилендиамин – 1,5 (патент RU 2327718 Кузьмин М.В., Кольцов Н.И.).
[3]Недостатком данного технического решения является относительно низкая ударная вязкость.
[4]Известно эпоксидное связующее, содержащее эпоксидиановую смолу марки ЭД-20, отвердитель изометилтетрагидрофталевый ангидрид, термопластичный модификатор полисульфон ПСК-1, активный разбавитель фурфурилглицидиловый эфир и ускоритель 2-метилимидазол в следующих соотношениях, масс.ч.: ЭД-20 – 20-40, изо-МТГФА – 40-60, ПСК-1 – 2-20, фурфурилглицедиловый эфир – 2-30, 2-метилимидазол – 0,01-0,1 (патент RU 2756806 Полежаев А.В., Кирейнов А.В., Солодилов В.И., Петрова Т.В., Бородулин А.С., Нелюб В.А.).
[5]Недостатком данного технического решения является относительно невысокая температура стеклования.
[6]Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является композиция эпоксидного связующего, включающего эпоксидную смолу бифенильного типа YX4000, диглицидилдианилин GAN, жидкую эпоксидную смолу бисфенольного А типа YD128, твердую эпоксидную смолу бисфенольного типа А jER1004AF, отвердитель дициандиамид, термопластичный модификатор, в качестве которого используют блок-сополимер бутилакрилата и метилметакрилата M22N, ускоритель отверждения (3-(3,4-дихлорфенил)-1,1-димочевина DCMU99 в следующих соотношениях, масс.ч.: YX4000 – 30-35, GAN – 15, YD128 – 15, jER1004AF – 14-35, дициандиамид – 3,97-4,17, M22N – 4,4-5, DCMU99 – 1,7 (патент США 9243139 B2 Maki Nagano, Nobuyuki Tomioka, Takayuki Imaoka, Shiro Honda).
[7]Существенным недостатком этой композиции по примерам 30 и 35 является ее невысокий модуль упругости при изгибе и относительно низкая температура стеклования, а также сложный многокомпонентный состав, что требует дополнительные операции при приготовлении композиции с использованием энергозатратного оборудования.
[8]Техническим результатом заявляемого авторами изобретения является увеличение модуля упругости при изгибе и температуры стеклования композиции.
[9]Этот технический результат достигают составом эпоксидного связующего, включающего эпоксидную смолу на основе бисфенола А, отвердитель – изометилтетрагидрофталевый ангидрид, ускоритель отверждения – 2-метилимидазол и термопластичный модификатор, в качестве которого используют кардовый полиариленэфиркетон с фталидной группой, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:
[10]| Эпоксидная смола на основе бисфенола А | 100 |
| Изометилтетрагидрофталевый ангидрид | 89-90 |
| 2-Метилимидазол | 0,21-0,22 |
| Кардовый полиариленэфиркетон с фталидной группой | 2,5-20 |
[11]В качестве эпоксидной смолы на основе бисфенола А связующее содержит смолу марки ЭД-20 или ЭД-22 ГОСТ 10587-84, в качестве отвердителя – изометилтетрагидрофталевый ангидрид ТУ 2418-399-05842324-2004, в качестве ускорителя отверждения – 2-метилимидазол ТУ 6-09-10-1836-90 или бензимидазол ТУ 6-09-08-1974-88, термопластичный модификатор кардовый полиариленэфиркетон с фталидной группой, синтезированный в лаборатории Полиариленов №318 ИНЭОС РАН им. А.Н. Несмеянова.
[12]Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемое эпоксидное связующее отличается от известной композиции использованием в ее составе в качестве отвердителя изометилтетрагидрофталевого ангидрида, в качестве ускорителя 2-метилимидазол, а в качестве модификатора термопластичного модификатора кардового полиариленэфиркетона с фталидной группой. Это позволяет сделать вывод о новизне предлагаемой эпоксидной композиции.
[13]Использование в составе заявляемого эпоксидного связующего кардового полиариленэфиркетона с фталидной группой привело к одновременному повышению модуля упругости при изгибе и температуры стеклования отвержденных материалов на его основе. В этом авторы усматривают изобретательский уровень предлагаемого ими технического решения.
[15]В реактор, снабженный обогревом и мешалкой, загружают последовательно эпоксидную смолу на основе бисфенола А марки ЭД-20. При непрерывном перемешивании поднимают температуру до 165оС и добавляют кардовый полиариленэфиркетон с фталидной группой (ПАЭК). Соотношение ЭД-20 и кардового полиариленэфиркетона с фталидной группой составляет 100:10. Перемешивание при 165оС длится 80 минут, после чего температуру понижают до 60оС и вводят изометилтетрагидрофталевый ангидрид (изо-МТГФА) и 2-метилимидазол, смешение ведут в течение 20 минут (соотношение ЭД-20, изометилтетрагидрофталевого ангидрида и 2-метилимидазола 100:90:0,2). Температуру снижают до 20оС и перемешивают еще 10 минут. Готовое связующее упаковывают в герметичную тару.
[16]Примеры 2-8 осуществляют аналогично примеру 1 с использованием соотношений, представленных в таблице 1.
[17]Свойства композиции по примерам 1-8 в сравнении с прототипом приведены в таблице 2. Условия получения связующего аналогичны примеру 1.
[19]Соотношение компонентов заявляемого эпоксидного связующего по примерам 2-8
[20]| № | Наименование показателя по примерам | Величина показателя по примерам |
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 1 | Соотношение эпоксидного олигомера и отвердителя изо-МТГФА | 100:90 | 100:90 | 100:90 | 100:90 | 100:89 | 100:89 | 100:89 |
| 2 | Соотношение эпоксидного олигомера и ускорителя отверждения 2-метилимидазола | 100:0,21 | 100:0,21 | 100:0,21 | 100:0,21 | 100:0,22 | 100:0,22 | 100:0,22 |
| 3 | Соотношение эпоксидного олигомера и термопластичного модификатора ПАЭК | 100:2,5 | 100:5 | 100:15 | 100:20 | 100:10 | 100:15 | 100:20 |
[22]Свойства заявляемого отвержденного эпоксидного связующего по примерам 1-8 в сравнении с прототипом
[23]| № | Наименование показателя по примерам | Величина показателя по примерам | Величина показателя |
| Прототип |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 1 | Модуль упругости при изгибе, ГПа | 3,39 | 3,34 | 3,35 | 3,73 | 3,61 | 3,37 | 3,52 | 3,48 | 3,29-3,3 |
| 2 | Температура стеклования,оС | 139 | 137 | 140 | 139 | 139 | 135 | 136 | 137 | 117-129 |
| 3 | Ударная вязкость, кДж/м2 | 34,3 | 25,2 | 30,9 | 34,4 | 34,2 | 25,6 | 28,3 | 29,4 | - |
[24]При содержании в композиции кардового полиариленэфиркетона с фталидной группой ниже предельных значений в значительной степени понижается ударная вязкость и температура стеклования отвержденного эпоксидного связующего, а при содержании выше предельных значений получение изделий из эпоксидного связующего затруднено. При содержании изометилтетрагидрофталевого ангидрида ниже и выше предельных значений в значительной степени понижаются модуль упругости при изгибе, ударная вязкость и температура стеклования отвержденного эпоксидного связующего.
[25]Результаты получены при использовании оборудования ЦКП им. Д. И. Менделеева.
