EA043262B1 - LOW-VISCOUS EPOXY BINDER FOR REINFORCED PLASTICS WITH HIGH CRACK AND HEAT RESISTANCE - Google Patents
LOW-VISCOUS EPOXY BINDER FOR REINFORCED PLASTICS WITH HIGH CRACK AND HEAT RESISTANCE Download PDFInfo
- Publication number
- EA043262B1 EA043262B1 EA202100292 EA043262B1 EA 043262 B1 EA043262 B1 EA 043262B1 EA 202100292 EA202100292 EA 202100292 EA 043262 B1 EA043262 B1 EA 043262B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- epoxy
- binder
- reinforced plastics
- methylimidazole
- polysulfone
- Prior art date
Links
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к эпоксидным связующим, используемым для изготовления композиционных материалов методами вакуумной инфузии, намотки, прессования и иными способам их производства. Композиции предназначены для изготовления армированных пластиков, которые используются для производства изделий в авиационной, аэрокосмической, машино- и судостроительной, а также других отраслях промышленности.The invention relates to epoxy binders used for the manufacture of composite materials by vacuum infusion, winding, pressing and other methods of their production. The compositions are intended for the manufacture of reinforced plastics, which are used for the manufacture of products in the aviation, aerospace, machine and shipbuilding, as well as other industries.
Уровень техникиState of the art
Армированные угле- и стеклопластики на основе эпоксидных связующих нашли широкое применение в различных областях техники благодаря низкой цене, высокой теплостойкости, высоким удельным упруго-прочностным характеристикам. Однако их устойчивость к растрескиванию и ударным нагрузкам недостаточны.Reinforced carbon- and glass-reinforced plastics based on epoxy binders are widely used in various fields of technology due to their low price, high heat resistance, and high specific elastic-strength characteristics. However, their resistance to cracking and impact loads is insufficient.
Из Уровня техники известно эпоксидное связующее для композиционных материалов (см. патент РФ № 2327718, кл. МПК C08L 63/02, опубл. 27.06.2008), включающее эпоксидную диановую смолу, изометилтетрагидрофталевый ангидрид, ускоритель отверждения на основе алканоламина, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:An epoxy binder for composite materials is known from the prior art (see RF patent No. 2327718, class IPC C08L 63/02, publ. 06/27/2008), including an epoxy diano resin, isomethyltetrahydrophthalic anhydride, an alkanolamine-based curing accelerator, in the following ratio of components , wt.h.:
Известно эпоксидное связующее для композиционных материалов (см. патент РФ № 2547506, кл. МПК C08L 63/00, опубл. 10.04.2015), включающее эпоксидно-диановую смолу, отвердитель диаминодифенилсульфон и смесь термопластичных модификаторов, состоящую из полисульфона и полиэфиримида в соотношении от 1:3 до 3:1, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:An epoxy binder for composite materials is known (see RF patent No. 2547506, class IPC C08L 63/00, publ. 04/10/2015), including an epoxy-dian resin, a diaminodiphenyl sulfone hardener and a mixture of thermoplastic modifiers, consisting of polysulfone and polyetherimide in a ratio of 1:3 to 3:1, with the following ratio of components, parts by weight:
Известно эпоксидное связующее для армированных пластиков (см. патент РФ № 2412963, кл. МПК C08L 63/02, опубл. 27.02.2011), которое включает (мас.ч.): эпоксидно-диановую смолу - 100; отвердитель анилинофенолоформальдегидную смолу - 70-80; 2,2'-бис-(3,5-ди-бром-4-гидроксифенил)пропан - 80-100; модификатор-феноло-поливинилацетальный клей БФ-4 - 260-320; растворитель - спирто-ацетоновую смесь (при массовом соотношении спирта и ацетона 1:1) - 80-140; дополнительно содержит электропроводящий наполнитель - углерод технический печной электропроводный - 25-40; а также графит карандашный порошковый - 6-12.An epoxy binder for reinforced plastics is known (see RF patent No. 2412963, class IPC C08L 63/02, publ. 27.02.2011), which includes (wt.h.): epoxy-dian resin - 100; hardener anilinophenol-formaldehyde resin - 70-80; 2,2'-bis-(3,5-di-bromo-4-hydroxyphenyl)propane - 80-100; modifier-phenol-polyvinyl acetal adhesive BF-4 - 260-320; solvent - alcohol-acetone mixture (at a mass ratio of alcohol and acetone 1:1) - 80-140; additionally contains an electrically conductive filler - carbon technical furnace electrically conductive - 25-40; as well as graphite pencil powder - 6-12.
Техническая проблема заключается в том, что известные эпоксидные связующие имеют высокую вязкость, которая не позволяет изготавливать полимерные композиционные материалы с высокой трещиностойкостью и теплостойкостью методами вакуумной инфузии.The technical problem lies in the fact that the known epoxy binders have a high viscosity, which does not allow the production of polymer composite materials with high crack resistance and heat resistance by vacuum infusion methods.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническая задача изобретения состоит в разработке связующего, которое имеет невысокую вязкость, обладает высокими значениями теплостойкости и трещиностойкости.The technical problem of the invention is to develop a binder that has a low viscosity, has high values of heat resistance and crack resistance.
Технический результат заключается в получении связующего на основе смесевой композиции, обладающего высокой трещино- и теплостойкостью, а также низкой вязкостью.The technical result consists in obtaining a binder based on a mixed composition with high crack and heat resistance, as well as low viscosity.
Технический результат обеспечивается тем, что эпоксидное связующее для армированных пластиков включающее эпоксидно-диановую смолу, отвердитель, ускоритель, термопластичный модификатор дополнительно содержит активный разбавитель. В качестве отвердителя эпоксидное связующее содержит изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид; в качестве ускорителя содержит 2-метилимидазол; в качестве термопластичного модификатора содержит полисульфон, в качестве активного разбавителя содержит фурфурилглицидиловый эфир, при следующем соотношении компонентов, мас.% (на общее количество всех компонентов связующего):The technical result is ensured by the fact that the epoxy binder for reinforced plastics, including epoxy-diane resin, hardener, accelerator, thermoplastic modifier, additionally contains an active diluent. As a hardener, the epoxy binder contains iso-methyltetrahydrophthalic anhydride; contains 2-methylimidazole as an accelerator; contains polysulfone as a thermoplastic modifier, contains furfuryl glycidyl ether as an active diluent, in the following ratio of components, wt.% (for the total amount of all binder components):
- 1 043262- 1 043262
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Способ производства эпоксидного связующего для армированных пластиков характеризуется тем, что в обогреваемую емкость с мешалкой загружают эпоксидиановую смолу и перемешивают при температуре 110-120°С в течение 15 мин. Затем загружают термопластичный модификатор - полисульфон, продолжают перемешивать до получения гомогенной смеси, после чего выключают нагрев и добавляют активный разбавитель-фурфурилглицидиловый эфир, перемешивают в течение 30 мин. Далее в полученную смесь вводят в качестве отвердителя изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид и ускоритель 2метилимидазол при температуре 60-70°С.The method for the production of an epoxy binder for reinforced plastics is characterized by the fact that epoxy resin is loaded into a heated container with a stirrer and stirred at a temperature of 110-120°C for 15 minutes. Then, a thermoplastic modifier, polysulfone, is loaded, stirring is continued until a homogeneous mixture is obtained, after which the heating is turned off and the active diluent, furfuryl glycidyl ether, is added, stirred for 30 minutes. Next, iso-methyltetrahydrophthalic anhydride and 2-methylimidazole accelerator are introduced into the resulting mixture as a hardener at a temperature of 60-70°C.
Сущность настоящего изобретения поясняется следующими примерами.The essence of the present invention is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Способ производства эпоксидного связующего для армированных пластиков характеризуется тем, что в обогреваемую емкость (с рубашкой для наружного обогрева) с лопастной мешалкой загружают эпоксидиановую смолу и перемешивают при температуре 110°С в течение 15 мин, затем загружают полисульфон марки ПСК-1 (ТУ 6-06-46-90), продолжают перемешивать до получения гомогенной смеси, после чего выключают нагрев и добавляют активный разбавитель - фурфурилглицидиловый эфир (ТУ 609-5208-85), перемешивают в течение 30 мин и охлаждают до температуры 60°С. Далее в полученную смесь вводят изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 38.103149-85) и 2-метилимидазол.The method for the production of an epoxy binder for reinforced plastics is characterized by the fact that epoxy resin is loaded into a heated container (with a jacket for external heating) with a paddle stirrer and mixed at a temperature of 110 ° C for 15 minutes, then polysulfone grade PSK-1 (TU 6- 06-46-90), continue stirring until a homogeneous mixture is obtained, after which the heating is turned off and the active diluent, furfuryl glycidyl ether (TU 609-5208-85), is added, stirred for 30 minutes and cooled to a temperature of 60°C. Next, iso-methyltetrahydrophthalic anhydride (TU 38.103149-85) and 2-methylimidazole are introduced into the resulting mixture.
При этом получают композицию со следующим качественным и количественным составом, мас.%:In this case, a composition is obtained with the following qualitative and quantitative composition, wt.%:
Пример 2.Example 2
Способ производства эпоксидного связующего для армированных пластиков характеризуется тем, что в обогреваемую емкость с мешалкой загружают эпоксидиановую смолу и перемешивают при температуре 112°С в течение 15 мин, затем загружают полисульфон марки ПСК-1 (ТУ 6-06-46-90), продолжают перемешивать до получения гомогенной смеси, после чего выключают нагрев и добавляют активный разбавитель -фурфурилглицидиловый эфир (ТУ 6-09-5208-85), перемешивают в течение 30 мин и охлаждают до температуры 65°С. Далее вводят в полученную смесь изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 38.103149-85) и 2-метилимидазол.The method for the production of an epoxy binder for reinforced plastics is characterized by the fact that epoxy resin is loaded into a heated container with a stirrer and stirred at a temperature of 112°C for 15 minutes, then polysulfone grade PSK-1 (TU 6-06-46-90) is loaded, continue stir until a homogeneous mixture is obtained, after which the heat is turned off and the active diluent, furfurylglycidyl ether (TU 6-09-5208-85), is added, stirred for 30 min and cooled to a temperature of 65°C. Next, iso-methyltetrahydrophthalic anhydride (TU 38.103149-85) and 2-methylimidazole are introduced into the resulting mixture.
При этом получают композицию со следующим качественным и количественным составом, мас.%:In this case, a composition is obtained with the following qualitative and quantitative composition, wt.%:
Пример 3.Example 3
Способ производства эпоксидного связующего для армированных пластиков характеризуется тем, что в обогреваемую емкость с мешалкой загружают эпоксидиановую смолу и перемешивают при температуре 115°С в течение 15 мин, затем загружают полисульфон марки ПСК-1 (ТУ 6-06-46-90), продолжают перемешивать до получения гомогенной смеси, после чего выключают нагрев и добавляют активный разбавитель -фурфурилглицидиловый эфир (ТУ 6-09-5208-85), перемешивают в течение 30 мин и охлаждают до температуры 70°С. Далее вводят в полученную смесь изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 38.103149-85) и 2-метилимидазол.The method for the production of an epoxy binder for reinforced plastics is characterized by the fact that epoxy resin is loaded into a heated container with a stirrer and mixed at a temperature of 115°C for 15 minutes, then polysulfone grade PSK-1 (TU 6-06-46-90) is loaded, continue stir until a homogeneous mixture is obtained, after which the heat is turned off and the active diluent, furfurylglycidyl ether (TU 6-09-5208-85), is added, stirred for 30 min and cooled to a temperature of 70°C. Next, iso-methyltetrahydrophthalic anhydride (TU 38.103149-85) and 2-methylimidazole are introduced into the resulting mixture.
При этом получают композицию со следующим качественным и количественным составом, мас.%:In this case, a composition is obtained with the following qualitative and quantitative composition, wt.%:
Пример 4.Example 4
Способ производства эпоксидного связующего для армированных пластиков характеризуется тем, что в обогреваемую емкость с мешалкой загружают эпоксидиановую смолу и перемешивают при температуре 120°С в течение 15 мин, затем загружают полисульфон марки ПСК-1 (ТУ 6-06-46-90), продолжают перемешивать до получения гомогенной смеси, после чего выключают нагрев и добавляют активный разбавитель -фурфурилглицидиловый эфир (ТУ 6-09-5208-85), перемешивают в течение 30 мин и охлаждают до температуры 65°С. Далее вводят в полученную смесь изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 38.103149-85) и 2-метилимидазол.The method for the production of an epoxy binder for reinforced plastics is characterized by the fact that epoxy resin is loaded into a heated container with a stirrer and stirred at a temperature of 120 ° C for 15 minutes, then polysulfone grade PSK-1 (TU 6-06-46-90) is loaded, continue stir until a homogeneous mixture is obtained, after which the heat is turned off and the active diluent, furfurylglycidyl ether (TU 6-09-5208-85), is added, stirred for 30 min and cooled to a temperature of 65°C. Next, iso-methyltetrahydrophthalic anhydride (TU 38.103149-85) and 2-methylimidazole are introduced into the resulting mixture.
- 2 043262- 2 043262
При этом получают композицию со следующим качественным и количественным составом, мас.%:In this case, a composition is obtained with the following qualitative and quantitative composition, wt.%:
Для оценки физико-механических свойств полученных композиций были изготовлены отвержденные образцы по следующему методу.To evaluate the physico-mechanical properties of the obtained compositions, cured samples were made according to the following method.
Гомогенную смесь заливают в емкость на 1/3 и выдерживают в вакуумном термошкафу при температуре 70-90°С в течение 30 мин. Полученное связующее выливают в силиконовые формы для получения экспериментальных образцов и отверждают по ступенчатому режиму: 2 ч при 90°С, 14 ч при 120°С.The homogeneous mixture is poured into a container by 1/3 and kept in a vacuum oven at a temperature of 70-90°C for 30 minutes. The resulting binder is poured into silicone molds to obtain experimental samples and cured in a stepwise mode: 2 h at 90°C, 14 h at 120°C.
Были измерены следующие свойства полученного в примерах 1 -4 неотвержденного и отвержденного связующего (матрицы): динамическая вязкость η, температура стеклования Tg, прочность при растяжении ар, относительное удлинение εр, модуль упругости Ер, удельная вязкость разрушения GIR.The following properties of the uncured and cured binder (matrix) obtained in examples 1-4 were measured: dynamic viscosity η, glass transition temperature Tg, tensile strength a p , relative elongation εp, modulus of elasticity E p , specific fracture toughness GIR.
Динамическую вязкость измеряли методом ротационной вискозиметрии на измерительной системе конус - плоскость в диапазоне температур от 40 до 80°С и скоростей сдвига 20-420 с-1.Dynamic viscosity was measured by rotational viscometry on a cone-plane measuring system in the temperature range from 40 to 80°C and shear rates 20-420 s -1 .
Температуру стеклования измеряли методом дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) и на динамическом механическом анализаторе (ДМА). Исследования методом ДСК проводили в температурном интервале от 25 до 250°С со скоростью нагрева 10 К/мин в среде аргона. Измерения с помощью ДМА проводили на образцах матриц с размерами 20x6x2 мм, скорость нагрева 1 К/мин, частота приложенной нагрузки 2 Гц.The glass transition temperature was measured by differential scanning calorimetry (DSC) and a dynamic mechanical analyzer (DMA). DSC studies were carried out in the temperature range from 25 to 250°C at a heating rate of 10 K/min in argon. Measurements using DMA were carried out on matrix samples with dimensions of 20x6x2 mm, heating rate 1 K/min, applied load frequency 2 Hz.
Образцы для измерения трещиностойкости (удельная вязкость разрушения) представляли собой двутавровую балку с заданной трещиной с размером 150x20x6 мм; размер рабочей части 150x5x2 мм. Образцы на растяжение получали в виде лопаток толщиной 2 мм, шириной рабочей части 6 мм и длиной рабочей части 35 мм.Samples for measuring crack resistance (specific fracture toughness) were an I-beam with a given crack with a size of 150x20x6 mm; the size of the working part is 150x5x2 mm. Tensile samples were obtained in the form of blades with a thickness of 2 mm, a width of the working part of 6 mm and a length of the working part of 35 mm.
Полученные данные представлены в табл. 1-3.The data obtained are presented in table. 1-3.
Таблица 1Table 1
Динамическая вязкость связующего при скорости сдвига 150 с-1 Dynamic viscosity of the binder at a shear rate of 150 s -1
Таблица 2table 2
Температура стеклования отвержденного низковязкого эпоксидного связующегоGlass Transition Temperature of Cured Low Viscosity Epoxy Binder
Таблица 3 Физико-механические свойства связующего заявленного изобретенияTable 3 Physical and mechanical properties of the binder of the claimed invention
Заявленная композиция отличается от других эпоксидных связующих тем, что в ее составе используется активный разбавитель фурфурилглицидиловый эфир, который является доступным и дешевым продуктом.The claimed composition differs from other epoxy binders in that it contains the active diluent furfuryl glycidyl ether, which is an affordable and cheap product.
Использование для эпоксидно-полисульфонового связующего активного разбавителя фурфурилглицидилового эфира позволяет получить низковязкое высокотехнологичное связующее, пригодное для получения полимерных композиционных материалов методами вакуумной инфузии, намотки, прессования и иными методами переработки. При этом введение в эпоксидный олигомер термопластичного модификатора позволяет повысить трещиностойкость отвержденных композиций без снижения модуля упругости и температуры стеклования. Кроме этого, использование в составе эпоксиполисульфоновогоThe use of an active diluent of furfuryl glycidyl ether for an epoxy-polysulfone binder makes it possible to obtain a low-viscosity high-tech binder suitable for the production of polymer composite materials by vacuum infusion, winding, pressing and other processing methods. At the same time, the introduction of a thermoplastic modifier into the epoxy oligomer makes it possible to increase the crack resistance of the cured compositions without reducing the elastic modulus and the glass transition temperature. In addition, the use of epoxypolysulfone
- 3 043262 связующего фурфурилглицидилового эфира положительно влияет на технологический процесс, так как фазовый распад термопластичной фазы происходит при отверждении связующего.- 3 043262 binder furfurylglycidyl ether has a positive effect on the technological process, since the phase decomposition of the thermoplastic phase occurs during the curing of the binder.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RURU2020143209 | 2020-12-26 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA043262B1 true EA043262B1 (en) | 2023-05-02 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Akbari et al. | Toughening of dicyandiamide-cured DGEBA-based epoxy resins by CTBN liquid rubber | |
JP6623757B2 (en) | Epoxy resin composition for fiber reinforced composite material, prepreg and fiber reinforced composite material | |
TWI675881B (en) | Epoxy resin composition, prepreg and fiber reinforced composite material | |
Jamshidi et al. | Toughening of dicyandiamide-cured DGEBA-based epoxy resins using flexible diamine | |
KR20190022551A (en) | Epoxy resin composition, prepreg and fiber reinforced composite material | |
JP7186711B2 (en) | Curable resin composition and Tuprepreg using the same | |
EP3083771A1 (en) | Curable compositions | |
JP2017020004A (en) | Epoxy resin composition, prepreg and fiber reinforced composite material | |
JP2016148022A (en) | Epoxy resin composition, prepreg and fiber-reinforced composite material | |
CN104927310B (en) | Composition epoxy resin and cured obtained epoxide resin material | |
EA043262B1 (en) | LOW-VISCOUS EPOXY BINDER FOR REINFORCED PLASTICS WITH HIGH CRACK AND HEAT RESISTANCE | |
RU2756806C1 (en) | Low-viscosity epoxy binder for reinforced plastics with high crack resistance and heat resistance | |
JP2006291094A (en) | Epoxy resin composition for reinforced composite material | |
US10577455B2 (en) | Epoxy resin composition, prepreg for fiber-reinforced composite material, and fiber-reinforced composite material | |
CN109554069B (en) | Nylon crystal reinforced epoxy resin coating and preparation method thereof | |
CN108084655A (en) | A kind of low temperature resistant epoxy resin material and preparation method | |
EP3320013B1 (en) | Stable high glass transition temperature epoxy resin system for making composites | |
US11332571B2 (en) | Epoxy resin system for structural composites | |
JP6961912B2 (en) | Epoxy resin compositions, fiber reinforced composites, moldings and pressure vessels | |
JP6274364B1 (en) | Prepreg and fiber reinforced composites | |
JP2016053151A (en) | Epoxy resin composition, prepreg, and fiber-reinforced composite material | |
JP2020007409A (en) | Epoxy resin composition, prepreg and fiber-reinforced composite material | |
WO2023176935A1 (en) | Epoxy resin composition for resin transfer molding, cured resin product, fiber-reinforced composite material, and method for manufacturing same | |
WO2021095627A1 (en) | Epoxy resin composition, prepreg, and fiber-reinforced composite material | |
JP2019116545A (en) | Method for curing epoxy resin composition |