CS239745B1

CS239745B1 - Embedding compositions

Info

Publication number: CS239745B1
Application number: CS842473A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Landa; Vaclav Jelinek
Original assignee: Vaclav Landa; Vaclav Jelinek
Priority date: 1984-04-02
Filing date: 1984-04-02
Publication date: 1986-01-16
Also published as: CS247384A1

Abstract

Zalévací kompozice na bázi nízkomolekulár- nl epoxidové pryskyřice s plnivem e tvrdidlem určená jako zalévací hmota tvarově a rozmě rově vysoce náročných skořepin, zejména skořepin galvanoplasticky vytvořených. Plni vem je uhlíkové vlákno o délce od 0,005 do 1,0 mm a o průměru od 0,001 mm v množství od 10 db 150 hmotnostních dílů na 100 hmot nostních dílů piysfyřice. Uvedené plnivo je možno kombinovat s běžnými granulérními plnivy.A potting composition based on low-molecular epoxy resin with filler and hardener intended as a potting compound for shells with high demands in terms of shape and dimensions, especially shells made by electroplating. The filler is carbon fiber with a length of 0.005 to 1.0 mm and a diameter of 0.001 mm in an amount of 10 to 150 parts by weight per 100 parts by weight of polymer. The filler can be combined with conventional granular fillers.

Description

Vynález se týká zalévací kompozice na bázi epoxidové pryskyřice. Hmota je určena pro zalévání galvanoplastických skořepin výrobků s požadovanou vysokou přesností.The invention relates to an embedding composition based on an epoxy resin. The compound is intended for potting of galvanoplastic shells of products with the required high accuracy.

V posledních letech se rozšířilo používání skořepin získaných galvanoplastickou metodou pro výrobu konkávních i konvexních zrcadel a daláích přesných výrobků, protože tato technologie je produktivní a vysoce přesná, i·In recent years, the use of shells obtained by the galvanoplastic method for the production of concave and convex mirrors and other precision products has become widespread, as this technology is productive and highly accurate;

Pro vytvořeni vlastního masivního výrobku je nutno skořepinu opatřit vrstvou dalSiho materiálu, nejlépe epoxidovým kompozitem zalévaným v jednoduché formě za použití vakua.In order to form the solid product itself, the shell must be provided with a layer of other material, preferably an epoxy composite cast in a simple mold using vacuum.

Dosud se k tomuto účelu používaly odlévací směsi plněné křemenem, který je poměrně dostupný, mé malé smrětění a odlitky mají dostatečnou mechanickou pevnost. Nevýhodou je sedimentace křemene během odlévání a možnost plnění nejvýše do ,00 hmotnostních dílů na ,00 hmotnostních dílů pryskyřice.So far, for this purpose, casting compositions filled with quartz have been used, which is relatively accessible, my low mortality and castings have sufficient mechanical strength. The disadvantage is the sedimentation of quartz during casting and the possibility of filling up to max. 00 parts by weight per .00 parts by weight of resin.

Zvyšováním obsahu mletého taveného křemene se zvyšuje viskozita odlévací směsi a při zalévání nastává uzavírání vzduchových bublin, vznik vnitřních a povrchových defektů a odlitků.Increasing the content of ground fused silica increases the viscosity of the casting mixture and during watering, air bubbles are closed, internal and surface defects and castings are formed.

Z těchto důvodů nelze dosáhnout vyšším plněním stejnéhor.součinltele teplotní roztažnosti jako mají kovové materiály používané k vytváření galvanoplastických vrstev. Součinitel délkové teplotní roztažnosti čisté pryskyřice je cca ,50 . 10”⁶ °C”⁴ a použitím 200 hmotnostních dílů mletého taveného křemene o součiniteli teplotní roztažnosti 0,57.10^-6 °C”’ se sníží na hodnotu 30.,0”⁶ °C^-1.For these reasons, it is not possible to achieve a higher loading of the same thermal expansion coefficient as the metal materials used to form the electroformed layers. The coefficient of linear thermal expansion of the pure resin is about. 10 " ⁶ ° C" ⁴ and using 200 parts by weight of ground fused quartz with a coefficient of thermal expansion of 0.57.10 ^-6 ° C "'is reduced to 30. 0" ⁶ ° C ^-1 .

Vzhledem k omezené možnosti zvýšit obsah křemene je proto u běžných zalévacích směsí součinitel délkové teplotní roztažnosti podstatně větší než mají kovové vrstvy a dochází proto během chladnutí k vnitřnímu pnutí, odlupování a deformacím.Due to the limited possibility to increase the quartz content, the coefficient of linear thermal expansion in conventional potting mixtures is considerably greater than that of the metal layers, and therefore internal stresses, peeling and deformation occur during cooling.

Z literatury jsou známa speciální plniva, kterými lze dosáhnout vyrovnání roztažnosti kompozice a zalitých kovů, například použitím moučky ze zirkonsilikátové, korderitové nebo spodumenové keramiky a některých nitridů. Tyto materiály jsou však velmi drahé a jejich použití se zatím nerozšířilo.Special fillers are known from the literature to compensate for the extensibility of the composition and the cast metals, for example by using zirconium silicate, corderite or spodumen ceramics flour and some nitrides. However, these materials are very expensive and their use has not been widely used.

Snižováním obsahu pryskyřice v kompozitu se zmenšuje exoterm vytvrzovací reakce a objemové smrštění pryskyřice vzniklé vytvořením prostorové sítě v polymeru. Použití běžných plniv, například mletých minerálů, kysličníků, křemičitanu, skla a organických plniv dává horší výsledky než mletý tavený křemen.By reducing the resin content of the composite, the exotherm of the curing reaction and the bulk shrinkage of the resin resulting from the formation of a spatial network in the polymer is reduced. The use of conventional fillers such as ground minerals, oxides, silicate, glass and organic fillers gives worse results than ground fused silica.

U běžných tvrdidel používaných k přípravě zalévacích směsi je omezena teplota zalévací směsi tzv. dobou gelace, která nesmí být kratší, než je doba manipulace zalévání, evakuace atd. s materiálem.In conventional hardeners used for the preparation of potting mixtures, the potting mixture temperature is limited by the so-called gelation time, which must not be shorter than the time of handling, evacuation, etc. of the material.

Zvyšováním teploty se doba gelace podstatné zkracuje, a proto u běžných zalévacích směsí se pracuje nejvýše do teploty 80 °G. Pro některé aplikace je výhodné použít minerální plniva ve formě vláken.By increasing the temperature, the gelation time is substantially reduced, and therefore, the conventional potting mixtures are operated at a maximum temperature of 80 ° C. For some applications, it is preferable to use mineral fillers in the form of fibers.

Takovými plnivy jsou např. vlákna skleněná, minerální nebo uhlíková. Plniva tohoto typu se věak používají pouze v epoxidových hmotách lisovacích nebo v laminátech, a to zvláště určených pro vysokoteplotní aplikace.Such fillers are, for example, glass, mineral or carbon fibers. However, fillers of this type are used only in epoxy molding compositions or in laminates, especially intended for high temperature applications.

Uvedené nedostatky odstraňuje, zalévací kompozice podle vynálezu, s malým součinitelem teplotní délkové reztažnosti na bázi epoxidové nízkomolekulární pryskyřice plněné uhlíkovými vlákny a vytvrzované tvrdidlem na bázi fluoridu boritého s cykloalifatickým aminem, jehož podstata spočívá v tom, že plnivem je uhlíkové vlákno v délce od 0,005 do 1,0 mm, o průměru od 0,001 do 0,0,0 mm, v množství od 10 do 150 hmotnostních dílů na 100 hmotnost3 nich dílů pryskyřice.The above-mentioned drawbacks are overcome by the embedding compositions of the present invention having a low coefficient of thermal elongation based on an epoxy low molecular weight resin filled with carbon fibers and cured by a boron trifluoride hardener with a cycloaliphatic amine. 1.0 mm, with a diameter of 0.001 to 0.0.0 mm, in an amount of 10 to 150 parts by weight per 100 parts by weight of resin.

Zalévací kompozice podle vynálezu vykazuje podstatné zlepšení fyzikálních vlastností, snížení smrštšní a součinitele teplotní roztažnosti, kterých je dosaženo použitím krátkých uhlíkových vláken vznikajících jako vedlejší produkt při výrobě dlouhých uhlíkových vláken pro vysoce namáhané lamináty.The potting composition of the present invention exhibits a substantial improvement in physical properties, reduced shrinkage and thermal expansion coefficients that are achieved by using short carbon fibers as a by-product in the production of long carbon fibers for high stress laminates.

Aby se dosáhlo vyhovující viskosity směsi, musí být délka vláken nejvýše 1 mm. Čím jsou vlákna kratší, tím je možno použít vyšší plnění, a to až do 150 hmotnostních dílů.In order to achieve a satisfactory viscosity of the mixture, the fiber length must be at most 1 mm. The shorter the fibers, the higher the filling can be used, up to 150 parts by weight.

Pro toto použití jsou nejvhodnější vlákna s poměrem délky k průměru 10 : 1 až 50 : 1, která se dobře rozmíchávají v pryskyřici.Fibers having a length to diameter ratio of 10: 1 to 50: 1 that are well mixed in the resin are most suitable for this application.

Vzhledem k nulovému nebo zápornému součiniteli teplotní délkové roztažnosti po délce vláken, vysoké pevnosti a menší měrné hmotnosti uhlíkových vláken než je tomu u běžných plniv, například 1,780 kg.m^-^, se zmenší usazování plniv během gelace v důsledku jejich tyčinkového tvaru a odlitky mají nižší smrštění.Due to zero or negative coefficient of thermal elongation along the fiber length, high strength and lower carbon fiber density than conventional fillers, for example 1,780 kg.m ^- ^, the settling of fillers during gelation is reduced due to their rod shape and the castings have lower shrinkage.

Odlitky mají dále i podstatně nižší činitel tepelné roztažnosti. Uhlíkové vlákno působí jako diskontinuální výztuž a zvyšuje tuhost a tepelnou vodivost kompozitu, což je výhodné zvláště u tlustostěnných odlitků.The castings also have a considerably lower thermal expansion coefficient. The carbon fiber acts as a discontinuous reinforcement and increases the stiffness and thermal conductivity of the composite, which is particularly advantageous for thick-walled castings.

Toto plnivo lze kombinovat s dalšími plnivy kulovitého tvaru, jako je například křemenná balotina, úletový kysličník křemičitý vznikající při výrobě čistého křemíku a kovovými plnivy kulového tvaru.This filler can be combined with other spherical fillers such as quartz ballotina, fumed silica produced in the production of pure silicon and spherical metal fillers.

Vzhledem k tomu, že viskosita pryskyřice klesá se zvyšováním teploty, je výhodné provádět zalévání při maximální teplotě. Zvýšení teploty zalévací směsi umožňuje iontové tvrdidlo na bázi komplexu fluoridu boritého a cykloalifatického aminu.Since the viscosity of the resin decreases with increasing temperature, it is preferable to perform potting at maximum temperature. An increase in the temperature of the embedding composition is made possible by an ionic hardener based on a complex of boron trifluoride and a cycloaliphatic amine.

Kompozice se 3 až 6 hmotnostními díly iontového tvrdidla má dobu gelace při 120 °C 7 hodin a při 150 °C II minut. Umožňuje proto bezpečnou práci při 120 °C bez nebezpečí předčasného vytvrzení.A composition with 3 to 6 parts by weight of an ionic hardener has a gelation time of 120 hours at 120 ° C for 7 minutes and at 150 ° C for 2 minutes. It allows safe working at 120 ° C without the risk of premature curing.

Zvýšením teploty zalévací kompozice se sníží i viskosita, a proto je možno zvýšit obsah plniv oproti běžným tvrdidlům. Použitím uhlíkových vláken jako plniva a uvedených nových typů tvrdidel je možno připravit kompozice s malým smrštěním a součinitelem teplotní roztažnosti jako mají kovové materiály.By increasing the temperature of the embedding composition, the viscosity is also reduced, and it is therefore possible to increase the filler content over conventional hardeners. By using carbon fibers as a filler and the new types of hardeners, compositions with low shrinkage and a coefficient of thermal expansion such as metal materials can be prepared.

PřikladlHe did

Do hnětáku opatřeného topným pláštěm a evakuací o obsahu 7 1 se diferenčně odváží 1 kg nízkomolekulární epoxidové pryskyřice ohřáté na 120 °C, a za stálého míchání se postupně přidává 1 kg jemně mletého uhlíkového vlákna o průměru vlákna a 0,008 mm a délce 0,005 až 0,5 mm.1 kg of low-molecular-weight epoxy resin heated to 120 ° C is weighed differently into a 7-liter-heated kneader equipped with an evacuation of 7 liters, and 1 kg of finely ground carbon fiber with a fiber diameter of 0.008 mm and a length of 0.005 to 0 is added successively. 5 mm.

Poté se směs evakuuje s použitím vakua 50 hPa (0,05 at) po dobu 30 minut. 1 kg evakuované směsi se odlije do nádoby o obsahu 11, domíchá se 20 g tvrdidla sestávajícího Z komplexu fluoridu boritého s cykloalifetickým aminem, a po zamíchání se kompozice ihned použije k zaléváni galvanoplasticky vytvořené skořepiny zrcadla, upevněné ve formě potřebné silikonovým separátorem.Then the mixture was evacuated using a vacuum of 50 hPa (0.05 at) for 30 minutes. 1 kg of the evacuated mixture is poured into a vessel of 11, mixed with 20 g of a hardener consisting of a complex of boron trifluoride with a cycloaliphatic amine, and after mixing the composition is immediately used to pot the galvanoplastically formed mirror shells fixed in the mold required by a silicone separator.

Forma i s odlitkem se vloží do sušárny ohřáté na 140 °C po dobu 2 hodin, při které proběhne gelace. Teplota sušárny se zvýší na 160 °C a odlitek se dotvrzuje po dobu 1 hodiny. Po uplynutí této doby se forma s odlitkem vyjme a nechá se na vzduchu chladnout na pokojovou teplotu. Odlitek se skořepinou se vyjme z formy působením malého tlaku, aby se nepoškodil.The mold, including the casting, is placed in an oven heated to 140 ° C for 2 hours, during which gelation occurs. The temperature of the oven is raised to 160 ° C and the cast is cured for 1 hour. After this time, the casting mold is removed and allowed to cool to room temperature in air. The shell cast is removed from the mold by applying little pressure to prevent damage.

239745 4239745 4

Smrštění kompozitu je 0,1 %, součinitel tepelné délkové roztažnosti*: je 20.10“^K'. Příklad 2The shrinkage of the composite is 0.1%, the thermal elongation coefficient *: 20.10 < -1 > K '. Example 2

Be nádoby o obsahu 5 1 se odváží 1 000 g nízkomolekúlárni epoxidové dlaňové pryskyřice ohřáté na 100 °C, přidá se 100 g mletých uhlíkových vláken o délce vláken do 1 mm a 500 g mletého taveného křemeneΌ velikosti částic do 0,040 mm.Weigh 1 000 g of low-molecular-weight epoxy palm resin heated to 100 ° C in a 5-liter container, add 100 g of ground carbon fibers of fiber length up to 1 mm and 500 g of ground fused quartzΌ particle size up to 0,040 mm.

Saše se důkladná rozmíchá při teplotě cca 100 °C, evakuuje 30 minut při 50 hPa (0,05 at) a nechá vychladnout. Před vlastním zaléváním se odváží 160 g směsi, ohřeje se na 50 ^eC, deníchá se 20-g tvrdidle komplexu fluoridu boritého s cykloalifatickým aminem, a směs se zalévá do naseparované a na 60 °C ohřáté formy.The slurry is thoroughly stirred at about 100 ° C, evacuated for 30 minutes at 50 hPa (0.05 at) and allowed to cool. Before watering Weigh 160 g mixture, warmed to 50 ^e C deníchá with 20 g hardener boron trifluoride complex with a cycloaliphatic amine, and the mixture was quenched into naseparované and 60 ° C preheated mold.

Po zaliti se forma vloží do vakuové sušárny vyhřáté na 60 °C, provede se 3x evakuace na 100 hPa (0,10 at) po dobu 3 minut a ponechá gelovat 2 hodiny při 60 °C. Dotvrzení se provádí v sušárně vyhřáté na 120 °C a po dobu 2 hodin, forma se vyjme, nechá vychladnout • odlitek i se skořepinou se malým tlakem vyjme z formy. Smrštění kompozice je 0,4 %,součinitel tepelné délkové roztažnesti <>£ je 5O.1O~^K~'.After casting, the mold is placed in a vacuum oven heated to 60 ° C, evacuated 3 times at 100 hPa (0.10 at) for 3 minutes and allowed to gel at 60 ° C for 2 hours. Confirmation is carried out in an oven heated to 120 ° C and for 2 hours, the mold is removed, allowed to cool • the cast part is removed from the mold with a low pressure shell. The shrinkage of the composition is 0.4%, the thermal elongation coefficient <

Claims

SUBJECT

OF THE INVENTION

Embedding composition with low coefficient of thermal elongation based on epoxy low carbon resin filled with carbon fibers and cured with boron trifluoride hardener with cycloaliphatic amine, characterized by length from 0,005 to 1,0 mm, diameter from 0,001 to 0,010 mm, weight parts per 100 parts by weight of resin.