PL95918B1 - Material elastooptyczny - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest material elastoop- tyczny na bazie zywicy epoksydowej. Znane jest wykorzystywanie do celów elastoplastycznych ta¬ kich zywic jak np. zywice fenolowe-formaldehy- dowe, poliestrowe, zywice akrylowe itp.

Do najlepszych sposród uzyskanych do tej pory materialów elastooptycznych zaliczane sa obecnie zywice epoksydowe posiadajace wysoka czulosc optyczna, ale zywice te charakteryzuja sie stosun¬ kowo duzymi modulami sprezystosci rzedu 3.104 do 4.104 KG/cm2 i sa stosowane glownie do mode¬ lowania najrózniejszych elementów konstrukcyj¬ nych.

Znane jest badanie naprezen metoda elastoop- tyczna w obciazonych zewnetrznymi silami mode¬ lach czesci maszyn, elementów konstrukcyjnych i urzadzen, przy czym wykorzystuje sie wiele materialów o modulach sprezystosci rzedu 104 KG/cm2. Do takich materialów nalezy zywica fe- nolowo-formaldehydowa — opisana w publikacji Milbauer M. Perla M. pt. „Fotoelasticimetrie a priklady jejiho pauziti". OSAV, Praha 1961, oparta na produktach polikondensacji fenolu i formalde¬ hydu. Wada tych zywic jest wystepowanie efektu brzegowego czasu. Znane jest stosowanie zywic poliestrowych opisane w publikacji Wolf H. „Span- nungsoptik, Ein Lehr — unid Nachschlageibiuch fur Forschung, Technik und Unterricht. — Springer — Verlag, Berlin — Aeidelberg 1961 opartych na po¬ liestrach nienasyconych z kwasu maleinowego i glikoli, sieciowanych styrenem, lub zywicy glipta- lowej opartej na produkcie polikondensacji glice¬ ryny i bezwodnika kwasu ftalowego.

Znaine sa równiez zywice oparte na produkcie kondensacji fosgenu z glikolem dwuetylenowym i alkoholem allilowym a nastepnie poddane polime¬ ryzacji, opisane w publikacji Pindera J. T. pt.

„Reologiczne wlasnosci materialów modelowych" WNT, Warszawa 1962 r.

Znane sa w elastooptyce materialy oparte na ibazie zywic akrylowych opisane w publikacji AleksandroY A. J. Achmetzanov M. N. pL „Poli- jarizacionnoopticeskie metody mechaniki deformi- ruemogo tela". Izol. „Nauka" Moskwa 1973 r. oparte na polimetakrylanie metylu oraz na bazie poliweglanów opisane w publikacji Ito K. Exp.

Mech. 2 373 (1962) oparte na produktach konden¬ sacji dianu i fosgenu.

Do najlepszych sposród uzyskanych do tej pory materialów elastooptycznych zaliczane sa obecnie >< zywice epoksydowe opisane w publikacji Brdjer Z., Hertz Z. Penczch P. pt. „Zywice epoksydowe" WNT Warszawa 1972 r., posiadajace duza czu¬ losc optyczna, -przy czym charakteryzuja sie sto- sunkowo duzymi modulami sprezystosci rzedu 310*—4104 KG/cm2 i sa stosowane glównie do modelowania najróznorodniejszych elementów kon¬ strukcyjnych. Materialy o malych wartosciach mo¬ dulów sprezystosci rzedu 10—fl.08 kG/cim2 nie sa tak rozpowszechnione. Stosuje sie je najczesciej 95 918 rl3 95918 4 do wyznaczania stanu naprezenia pod wplywem ciezaru wlasnego oraz do rozwiazywania zagadnien mechaniki cial skofcowo-niejednorodnych, poniewaz umozliwiaja modelowanie stosunku modulów Yo¬ unga w szerokim przedziale wartosci. Stosowane sa w tym celu zywice epoksydowe plastyfikowane.

Zastosowanie typowych plastyfikatorów malocza- steczkowych nieaktywnych np. ftalan dwuibutylu, ftalan dwuoktylu i innych w celu obnizenia modu¬ lu sprezystosci zywic epoksydowych powoduje, ze wlasnosci takich materialów wykazuja niestabil¬ nosc w czasie, co w znacznym stopniu ogranicza ich stosowanie jako materialu elastooptycznego. ' Plastyfikatory aktywne monofunkcyine jak: eter fenyloglicydylowy i eter butyloglicyidylowy stoso¬ wane w wiekszych ilosciach rzedu 49% moL zmnie¬ jszaja czulosc optyczna i powoduja niesprezyste zachowanie sie materialu. Zywice epoksydowe pla- styfikowano takze poliestrami o róznych dlugos¬ ciach lancuchów i róznej liczbie kwasowej oparte sa na kwasie sebacynowym, meleinbwym i ftalo¬ wym oraz glikolach: etylenowym i dwuetyleno- wym, lecz utwardzanie kompozycji zywic epoksy¬ dowych i w/w poliestrów jest uciazliwe, gdyz prze¬ biega w temperaturze 120°C przez kilkadziesiat godzin .

Bo innych zwiazków aktywnych zwiekszajacych elastycznosc zywic epoksydowych naleza epoksydo¬ wane oleje roslinne, ciekle polisiarczki oraz alifa¬ tyczne zywice epoksydowe oparte na dwuepoksy- dowych zwiazkach otrzymanych z epiohlorodryny i glikoli: etylenowego, dwuetylenowego, trójetyle- nowego i 1,2-propylenowego.

Zastosowanie typowych plastyfikatorów maJo- czasteczkowych np. ftalami dwubutylu, w celu obnizenia modulu sprezystosci zywic epoksydo¬ wych, powoduje, ze materialy wykazuja duze pel¬ zanie mechaniczne i optyczne co w znacznym stop¬ niu ogranicza ich stosowanie jako materialu e'la- stooptyicznego.

, . Celem wynalazku jest uzyskanie materialów sprezystych o malym module Younga, nieduzym pelzaniu i duzej czulosci optycznej. Dla uzyskania materialu sprezystego o stosunkowo niewielkim pelzaniu zgodnie z wynalazkiem otrzymano zwiaz¬ ki chemiczne zawierajace w czasteczce: grupy es¬ trowe, .które wplywaja na wzrost czulosci optycz¬ nej oraz grupy alifatyczne i grupy eterowe, które nie zwiekszaja czulosci optycznej, ale na skutek swobodnego obrotu atomów wokól pojedynczych wiazan zwiekszaija ruchliwosc czasteczek lub cze¬ sci czasteczek, co z kolei jest powodem wiekszej elastycznosci materialu.

Dodatkowym celom jest opracowanie materialu elastooptycznego na bazie zywic epoksydowych, który posiadalby duza czulosc optyczna 0,2—1 kG , maly modul sprezystosci cm ¦• rzajd izoichroimy rzedu kilkudziesieciu do 200 kG/cm2 oraz wyka¬ zywalyby male pelzanie mechaniczne i optycz- ' me* Wedlug wynalazku uzyskuje sie material elasto- otpyczny na bazie zywicy epoksydowej utwardza- • nej aminami, który zawiera od 70Ndo W0 czesci wagowych epoksydowanego oligoestru o wzorze przedstawionym na rysunku, w którym R oznacza rodnik dwuetylenowy (CH2)zO(CH8fe lub trójetyle- nowy i(CH2)2—O—(CH2>2^-0—(CH2)2 badz alkilowy (CH2)m gdzie m jest liczba calkowita 2,3,4 zas Rj oznacza rodnik alkilowy «(CH2)X gdzie x jest liczba calkowita 1—8, zas n oznacza liczbe calkowita 1—5, ewentualnie z dodatkiem znanej zywicy epo¬ ksydowej w ilosci od 0 do/3C czesci wagowych.

Sklad materialów elastooptycznych wedlug wy¬ nalazku ilustruja nizej podane przyklady. Odno¬ sza sie one do epoksydowanego oligoestru otrzy¬ manego z kwasu adypinowego d glikolu etylenowe¬ go. Zwiazek ten charakteryzuje sie zawartoscia .grup epoksydowych 28% i ciezarem czasteczkowym 30O.

Przyklad I. Epoksydowany oligoester — 100 czesci wagowych.

Trójetylenoczteroamina — 11,2 czesci wagowych.

Otrzymano material elastooptyczny o module Younga 50 kG/cm2 i elastooptycznej stalej mate¬ rialowej 0,82 kG/cm-rzad izochromy.

Przyklad II. Epoksydowany oligoester — 80 czesci wagowych.

Araldit FRL — zywica szwajcarska, która za¬ wiera 30% grup epoksydowych — 20 czesci wago¬ wych.

Trójetylenoczteroamina — 11 czesci wagowych.

Kompozycja wykazuje modul Younga 83 kG/cm2 i elastooptyczna stala materialowa 0,43 kG/cm*rzad izochromy.

Przyklad III. Epoksydowany oligoester — 70 czesci wagowych.

Araldit FRL — zywica szwajcarska — 30 czesci wagowych.

Trójetylenoczteroamina — 10,8 czesci wagowych, Modul Younga otrzymanego materialu wynosi E —115 kG/cm2, a elastooptyczna stala materialo- wa 0,44 kG/cm-rzad izochromy.

Inne przyklady dotycza epoksydowanego oligo¬ estru, otrzymanego z lcwasu adypinowego i gliko¬ lu dwuetylenowego.

Zwiazek ten charakteryzuje sie zawartoscia grup epoksydowych 23% i ciezarem czasteczkowym 430.

Przyklad IV. Epoksydowany oiliigoe*ter -r- 100 czesci wagowych.

Trójetylenoczteroamina — 9 czesci wagowych.

Material elastooptyczny wykazuje modul Younga 50 38 kG/cm2 i elastooptyczna stala materialowa 0,70 kG/camTzad izochromy.

Przyklad V. Epoksydowany oligoester — 80 czesci wagowych.

Araldit FRL — zywica szwajcarska zawieraja- 55 ca 30i% grup epoksydowych — 20 czesci wagowych, ó Trójetylenoczteroamina — 9 czesci wagowych.

Modul Younga otrzymanego materialu wynosi 71 kG/pm2, a elastooptyczna stala materialowa '0,40 kG/cm -rzad izochromy. w Przyklad VI. Epoksydowany oligoester — 70 czesci wagowych.

Araldit FRL — Zywica szwajcarska zawierajaca % grup epoksydowych — 30 czesci wagowych.

T\rójetylenoczteroamina — 9 czesci wagowych. 65 Modul Younga otrzymanego materialu wy«osl95*18 E = 82 kG/cm£, a elastoaptyczna stala materialowa 0,39 kG/cmTzad lizochromy.

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Material elastooptyczny, na bazie zywicy epoksy¬ dowej utwardzanej aminami, znamienny tym, ze zawiera od 70 do 100 czesci wagowych epoksydo¬ wanego oligoestru o wzorze przedstawionym na rysunku, w którym R oznacza rodnik dwuetyle- nowy (CHi2)20(CH2)2 lub trójetylenowy (CH2)2 -O- (CH2)2, badz alkilowy (OH2)m gdzie m jest liczba calkowita 2,3,4 zas Ri oznacza rodnik alkilowy (CH2)X gdzie x jest liczba calkowita 1—8, zas n oznacza liczbe calkowita 1—5, ewentualnie z dodatkiem znanej zywicy epoksydowej w ilosci od 0 do 30 czesci wagowych, CK-CH-CHa-O- V R-0-C-RrC-0- II ' II 0 0 ¦T?-0-CH2-CH-CH2 V Wzór