PL168733B1 - Kompozycja epoksydowa do preimpregnowania zbrojenia z włókien szklanych , ' i węglowyyc - Google Patents

Abstract

Kompozycja epoksydowa do preimpregnowania zbrojenia z włókien szklanych 1 węglowych składająca się z żywicy epoksydowej dianowej ewentualnie dicyjanodiamidu, krzemionki koloidalnej 1 ewentualnie acetonu, znamienna tym, że zawiera na 90 - 100 części wagowych żywicy epoksydowej dianowej o LE w granicach 0,48 - 0,58 gramorównoważnika na 100 g, 0 -10 części wagowych bisfenolu A oraz 0 - 10 części wagowych dicyjanodiamidu i 3 - 15 części wagowych pochodnych N'-fenylomoczmka o ogólnym wzorze, podanym na rysunku, w którym Rn R2 oznacza alkil C1 -C4 lub atom wodoru, Xi oznazaa atom chlorowca lub atom wodoru a Χ2 oznacza atom chlorowca, atom wodoru lub podstawnik N-ureidowy NH-CO-NR1R2.

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja epoksydowa do preimpregnowania zbrojenia z włókien szklanych 1 węglowych t. zw. prepregów wykorzystywanych w konstrukcjach lotniczych, motoryzacyjnych, maszynowych, sprzętu medycznego i sportowego.

Pożądane jest aby prepregi miały długi czas przechowywania w temperaturze pokojowej bądź niższej oraz stosunkowo krótki czas utwardzenia w temperaturze umiarkowanie wysokiej. Ważna jest również postać prepregu. Prepreg powinien być miękki z odlepem technologicznym, tak aby można było formować z niego wyroby o różnych kształtach.

Dotychczas do wyrobu prepregów używane są kompozycje epoksydowe oparte o stałą żywicę epoksydową dianową i dicyjanodiamid jako utwardzacz - opisane w książce Z. Brojer, Z. Hertz,, P. Penczek: Żywice epoksydowe, WNT Warszawa 1982, s. 397-401. Jednak uzyskiwane prepregi są sztywne 1 wymagają utwardzania w wysokiej temperaturze, rzędu 160 170°C. Stosowane są liczne przyspieszacze dicyjanodiamidu, jak np. aminy III rzędowe /- przedstawione w artykule FF. Saunders, M.F. Lewy, J.F Serina w J. Połym. Sci, Nr 5 z 1967., s. 1609/, bezwodnik maleinowy, glikol etylenowy/- opisane w pracy: J. Klaban, M. Lidorik, J. Pufek w Piast Hmoty a Kaucuk Nr 9 z 1971., s. 267/ lub dimetyloformamid/- wymieniony w opisie patentowym USA nr 3028342/, jednak nie są one stosowane przemysłowo. Ich działanie polega na skróceniu czasu utwardzania, a nie na obniżeniu temperatury utwierdzania.

Poza tym znane są przykłady stosowania kompozycji epoksydowych złożonych z żywicy epoksydowej 1 utwardzaczy utajonych typu kompleksów trójfluorku boru z aminami lub oksynami , przedstawione we wspomn1 ane w;yżej książce Żywice epoksydowe s. 198-144.

Na ogół trwałość prepregów sporządzonych w takich kompozycji jest niezadawalająca, wynosi kilka dni w temperaturze 10- 5°C.

Znane są tez kompozycje epoksydowe utwardzane bezwodnikami. Prepregi wykonane z takich kompozycji mają jednak liczne wady, jak: długi czas utwardzania, wysokie temperatury utwardzania, higroskopijność i nie są stosowane przemysłowo. Omówione zostały w w.w. książce Żywice epoksydowe od s. 117.

Kompozycja epoksydowa do preimpregnowania zbrojenia z włókien szklanych 1 węglowych składająca się z żywicy epoksydowej dianowej i ewentualnie dicyjanodiamidu oraz krzemionki koloidalnej i ewentualnie acetonu, według wynalazku wyróżnia się tym, ze zawiera na 90-100 części wagowych żywicy epoksydowej dianowej o LE w granicach 0,48-0,50 gramorównoważnika na 100 g, 0-10 części wagowych bisfenolu A oraz 0-10 części wagowych dicyjanodiamidu i 3-15 części wagowych pochodnych N'- fenylomocznika z różnymi podstawnikami

168 733 w pierścieniu arylowym o ogólnym wzorze, przedstawionym na rysunku w którym Ri i R? oznacza alkil -C, lub atom wodoru, X| oznacza atom chlorowca lub atom wodoru, X₂ oznacza: atom chlorowca, atom wodoru lub podstawnik N-ureidowy NH-CO-NRj^.

Pochodne N'- ennylomocznika nie były dotychczas używane jako utwardzacze lub przyspieszacze utwardzania żywic epoksydowych. Związki te znane są jako środki ochrony roślin.

Kompozycja według wynalazku nadaje się do wytwarzania prepregów zarówno metodą z dodatkiem rozpuszczalnika jak i metodą bezrozpuszczalnikową. W tym ostatnim przypadku wymaganą lepkość kompozycji uzyskuje się stosując przesycenie w temperaturze 60-70°C.

W zależności od składu kompozycji uzyskuje się prepregi i kompozyty o różnych właściwościach, przy czym zastosowanie określonego składu kompozycji prowadzi do uzyskania jednych właściwości lepszych, a innych gorszych. Ogólnie zmiana ilości utwardzaczy i rodzaju pochodnych mocznika, wpływa na trwałość eksploatacyjną kompozytów. Kompozycja w której zawartość dicyjanodiamidu jest zerowa, daje prepregi o dłuższym czasie życia w temperaturze pokojowej w porównaniu z prepregami zawierającymi dicyjanodiamid. Kompozyty z tych pregrentów charakteryzują się niższą temperaturą zeszklenia i mniejszą odpornością na działanie wody.

Natomiast prepregi wykonane z kompozycji o zerowej zawartości bisfenolu A charakteryzują się większym odlepem, dlatego dla uzyskania odlepu technologicznego, wymagają po przesyceniu obróbki termicznej. Kompozyty z takich prepregów mają nieco wyższą temperaturę zeszklenia w porównaniu z kompozytami zawierającymi bisfenol A. Największą zaletą wszystkich kompozycji według wynalazku jest możliwość uzyskania miękkich prepregów, z technologicznym odlepem, do utwardzenia których wystarcza 30 minut w temperaturze rzędu 125°C. Prepregi wykazują długi czas życia rzędu co najmniej 3 miesięcy w temperaturze około 20°C. Kompozyty wykonane z tych prepregów mają dobre własności mechaniczne odpowiadające wymaganiom na lotnicze i inne elementy konstrukcyjne.

Przykład I. Kompozycja zawiera: 90 części wagowych żywicy epoksydowej o nazwie handlowej Epidian 5, o LE=0,5 gramorównowaźnika na 100 g, 10 części wagowych bisfenolu A, 4 części wagowych dicyjanodiamidu, 6 części N’N'- dirnetylo - 3,- - dichlorofenylomocznika i 0,5 części wagowych krzemionki koloidalnej.

Kompozycję przygotowuje się następująco: dicyjanodiamid i bisfenol A rozdrabnia się w młynku do uzyskania cząstek o wielkości nie przekraczającej 0,12 mm, po czym dodaje się NN' ' -dimetylo 3 3,- i dloriore-fenylornocznik 1 krzemionkę koloidalną. Wszystkie składniki sypkie miesza się razem i dodaje mieszając żywicę Epidian 5. Powstałą pastę przeciera się trzykrotnie przez trójwalcarkę z grzanymi walcami, których temperaturę utrzymuje się w granicach 60k 5°C. Pierwsze przecieranie - przy szczelinach 0,2 i 0,1 mm ma na celu ujednolicenie pasty. Drugie przecieranie - przy szczelinach 0,1 i 0,05 mm i trzecie przecieranie - przy szczelinach 0,06 i 0,03 mm, prowadzi do dalszego rozdrobnienia i homogenizacji wszystkich składników.

Tak przygotowaną kompozycją nasyca się - w specjalnym urządzeniu - rowing węglowy, w temperaturze 70°C, utrzymując zawartość kompozycji w taśmie prepregu w ilości 40% wagowych. Prepreg przechowuje się w temperaturze 5-20°C w okresie do 3 miesięcy.

Do wykonania elementu kompozytowego, składa się potrzebną - ze względów konstrukcyjnych - ilość warstw prepregu, pod odpowiednim kątem ułożenia włókien, w przygotowanym foremniku i utwardza się przez 1 godzinę w temperaturze 125°C przy docisku 0,2 MPa.

Pi zykład II. Kompozycja zawiera: 50 części wagowych żywicy epoksydowej o nazwie handlowej Epidian 5, o LE=0,5 gramolównlwaznika na l00g, 10 części wagowych bisfenolu A, 9,5 części wagowych dicyjanodiamidu, 7 części wagowych N’N'- dimetyllfenylomocznika, 0,5 części wagowych krzemionki koloidalnej i 25 części wagowych acetonu.

Kompozycję przygotowuje się następująco: dicajanodiamid rdrdrabia ęl ę w młyuku do uzyskania cząsteczek o wielkości nie przekraczającej 0,12 mm. Zmielony docyjanldiaiom miesza się z NN - 0imeyylofeny lo-rϊ]lczłokOem o krzemionką koloidalną i dodaje się do żywicy Epidoan 5, dokładnie mieszając. Po wstępnym dokładnym wymieszaniu powstałą pastę

160 733 przeciera się trzykrotnie przez trójwalcarkę z grzanymi walcami, utrzymując temperaturę walca w granicach 60- 5°C i stosując wielkości szczelin: przy pierwszym przecieraniu 0,2 i 0,1 mm, przy'drugim przecieraniu - 0,1 i 0,05 mm a przy trzecim 0,06 i 0,03 mm. Bisfenol A rozpuszcza się w acetonie i dodaje się małymi porcjami, mieszając, do uprzednio powstałej pasty, aż do wyczerpania roztworu, po czym całość dokładnie miesza się. Przed kazdym użyciem kompozycji do preimpregnowania, należy ją dokładnie wymiesaac.

Tak przygotowaną kompozycją nasycona tkaninę 'szklaną w urządzeniu impregnującym wyposażonym - w wannę do przesycania, wałki dociskające z regulowaną szczeliną i komorę służącą do odparowania acetonu i wstępnego podreagowania kompozycji w prepregu. Zawartość kompozycji w prepregu jest rzędu 40% wagowych. Prepregi przecnowuje się w temperaturze 5-20°C przez okres do 4 miesięcy.

Przy wykonywaniu elementów konstrukcyjnych postępuje się podobnie jak w przykładzie I.

Przykład III. Kompozycja zawiera: 95 części wagowych żywicy epoksydowej o nazwie handlowej Epidian 5 o LE=0,5 gramorównowaznika na 100 g, 5 części wagowych bisfenolu A, 5 części wagowych dicyjanodiamidu, 7 części wagowych N’N’~ dimetylo 3 44 drnhlorofenylomooznika i 0,5 części wagowych krzemionki koloidalnej.

Kompozycję przygotowuje się następująco: dicynaoodiamOd i bisfenol A rozdrabnia się w młynku do uzyskania cząstek o wielkości nie przekraczającej 0,12 mm, po czym dodaje się pochodną mocznika i krzemionkę koloidalną. Wszystkie składniki sypkie miesza się razem i dodaje, mieszając żywicę Epidian 5. Powstałą pastę przeciera się trzykrotnie przez trójwalcarkę jak w przykładzie I. Tak przygotowaną kompozycję nasycono rowing węglowy w urządzeniu do impregnacji w temperaturze 70°C. Zawartość kompozycji w prepregu jest rzędu 40% wagowych. Otrzymany prepreg poddaje się obróbce termicznej w temperaturze 110°C w czasie 3 minut. Prepregi przechowuje się w temperaturze 5-20°C w okresie do 3 miesięcy.

Postępowanie przy wykonywaniu elementów konstrukcyjnych jest takie jak w przykładzie I.

Przykład IV. Kompozycja zawiera: 100 części wagowych żywicy epoksydowej o nazwie handlowej Epidian 5 o LE=0,5 gramorównoważnika na l00g, 15 części wagowych pochodnej dwupodstawionej mocznika będącej mieszaniną izomerów 1,1'/4-metylo -m-fenylo/ - iis /3,3 - dlί'leyyllmonzdik/ / rm z 0,5 zęęśc 1 uggowcoh rzzmonk 1 ooloidalnej.

Kompozycję przygotowuje się następująco: żywicę Epiddan 5 mizsna się z pochodną mocznika o krzemionką koloidalną. Powstałą pastę przeciera się dwukrotnie przez trójwalcarkę z grzanymi walcami stosując temperaturę walców w granicach 60- 5°C i szerokość szczelin: przy pierwszym przecieraniu - 0,1 i 0,05 mm o przy drugim - 0,06 i 0,03 mm. Tak przygotowaną kompozycją nasycono rowing węglowy w urządzeniu do impregnacji stosując temperaturę przesycenia około 70°C. Zawartość kompozycji w prepregu utrzymano rzędu 40% wagowych. Otrzymany prepreg poddaje się obróbce cieplnej w temperaturze 120°C w czasie 3 minut w celu uzyskania technologicznej postaci prepregu. Prepregi przechowuje się w temperaturze 5-20°C w okresie do 4 miesięcy.

Postępowanie przy wykonywaniu elementów konstrukcyjnych jest podobne jak w przykładzie I.

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz Cena 1,50 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Kompozycja epoksydowa do preimpregnowania zbrojenia z włókien szklanych i węglowych składająca się z żywicy epoksydowej dianowej ewentualnie dicyjanodiamidu, krzemionki koloidalnej i ewentualnie acetonu, znamienna tym, że zawiera na 90 - 100 części wagowych żywicy epoksydowej dianowej o LE w granicach 0,48 - 0,58 gramorównoważnika na 100 g, 0 - 10 części wagowych bisfenolu A oraz 0-10 części wagowych dicyjanodiamidu i 3 - 15 części wagowych pochodnych N - fenylomocznika o ogólnym wzorze, podanym na rysunku, w którym R1 i R2 oznacza alkil C1-C4 lub atom wodoru, oznacza atom chlorowca lub atom wodoru a Xoznacza atom chlorowca, atom wodoru lub podstawnik N-ureidowy NH-CO-NR₁R₉.

   * * *