RU2148593C1

RU2148593C1 - Method of joining materials

Info

Publication number: RU2148593C1
Application number: RU99104253/04A
Authority: RU
Inventors: В.С. Тихомиров
Original assignee: Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2000-05-10

Abstract

FIELD: adhesives. SUBSTANCE: method is applicable when manufacturing joined structures and involves utilizing glues based on epoxide resins and plasticizers for joining parts having different chemical nature (metals, plastics, silicates). Hardened at room temperature, parts to be joined are subjected to radiation treatment by moderate dozes. EFFECT: considerably increased strength of glued connection. 1 tbl, 8 ex

Description

Изобретение относится к области соединения материалов клеями на основе эпоксидных смол. Склеивание получило широкое распространение во многих отраслях техники. Благодаря применению клеев при соединении металлов устраняется концентрация напряжений, возникающая при паяном, сварном и механическом методах соединения. Кроме того, исключается образование гальванических пар в местах склеивания разнородных металлов, уменьшается вес и стоимость конструкций. Для склеивания широкого ассортимента материалов успешно применяются клеи на основе эпоксидных смол. (Д.А. Кардашев. Синтетические клеи. М. , Химия, 1968, с. 129-142. И.3. Чернин, Ф.М. Смехов, Ю.В. Жердев. Эпоксидные полимерные композиции. М., Химия, 1982, 230 с.). The invention relates to the field of joining materials with adhesives based on epoxy resins. Bonding is widespread in many branches of technology. Thanks to the use of adhesives in the joining of metals, the stress concentration arising from the brazed, welded and mechanical joining methods is eliminated. In addition, the formation of galvanic pairs at the bonding sites of dissimilar metals is excluded, the weight and cost of structures are reduced. For bonding a wide range of materials, adhesives based on epoxy resins are successfully used. (D.A. Kardashev. Synthetic adhesives. M., Chemistry, 1968, p. 129-142. I.3. Chernin, F. M. Smekhov, Yu.V. Zherdev. Epoxy polymer compositions. M., Chemistry, 1982, 230 p.).

Известно, что введение в эпоксидную смолу пластифицирующих добавок различного типа повышает прочность клеевого соединения. Так наибольший эффект повышения прочности при сдвиге наблюдается при введении жидких полисульфидных каучуков /тиоколов/. Эфиры фосфорной кислоты дают меньший эффект. При этом прочность клеевой композиции, состоящей из эпоксидной смолы марки ЭД-20 /100 вес.ч./, отвердителя полиэтиленполиамина /10 вес.ч./ и тиокола зависит от концентрации пластификатора и, в лучшем случае, увеличение прочности шва не превышает 40% (И. К. Черняк. Эпоксидные компаунды и их применение. Л., Судпромгиз, 1963, с. 15). Известно также повышение прочности соединений путем облучения непластифицированных эпоксидных клеев (В.И. Восканьянц. Радиолиз исходной и отвержденной эпоксидной смолы ЭД-5. Журнал Пластические массы, 1970, 8, с. 50-54). При радиационном воздействии для достижения максимального эффекта /45 кгс/кв.см./ требуются значительные дозы, порядка 300 Мрад, что сопряжено с большой продолжительностью процесса облучения, а значит и с высокой стоимостью его. Кроме того, использование высоких доз облучения возможно только в тех случаях, когда радиационная стойкость склеиваемых деталей достаточно высока. К сожалению это бывает не часто. Например, большинство деталей электронной техники недопустимо облучать дозами, превышающими 50-100 Мрад. Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение прочности клеевых соединений деталей из металлов, пластиков, силикатных и других материалов, выполненных клеями на основе эпоксидных смол. Решение этой задачи достигается за счет радиационного облучения соединений, выполненных клеями на основе эпоксидных смол, содержащими до 10 вес.ч. пластификатора. После холодного отверждения под небольшим давлением клеевое соединение облучается дозой 1-50 Мрад, в зависимости от конкретной технической задачи. Этим приемом удается повысить предел прочности при сдвиге на 60-65% без заметного повышения стоимости процесса склеивания. Кроме того, использование небольших доз облучения позволяет применять предлагаемый метод для склеивания радиационно-чувствительных деталей. Примеры, приводимые ниже, иллюстрируют эффективность предлагаемого метода. Для более корректного сопоставления разработанного метода с известными технологическими приемами ниже будут приведены примеры получения клеевых соединений известными методами, выполненные и испытанные нами (первые три примера). It is known that the introduction of various types of plasticizing additives into the epoxy resin increases the strength of the adhesive bond. So the greatest effect of increasing shear strength is observed with the introduction of liquid polysulfide rubbers / thiocol /. Esters of phosphoric acid give a lesser effect. The strength of the adhesive composition consisting of an epoxy resin of the brand ED-20/100 parts by weight /, hardener polyethylene polyamine / 10 parts by weight / and thiol depends on the concentration of plasticizer and, in the best case, the increase in the strength of the seam does not exceed 40% (I.K. Chernyak. Epoxy compounds and their use. L., Sudpromgiz, 1963, p. 15). It is also known to increase the strength of compounds by irradiating unplasticized epoxy adhesives (V.I. Voskanyants. Radiolysis of the initial and cured epoxy resin ED-5. Journal of Plastics, 1970, 8, pp. 50-54). With radiation exposure, to achieve the maximum effect / 45 kgf / sq. Cm / significant doses are required, of the order of 300 Mrad, which is associated with a long duration of the irradiation process, and hence its high cost. In addition, the use of high doses of radiation is possible only in cases where the radiation resistance of the parts to be glued is quite high. Unfortunately this does not happen often. For example, most parts of electronic equipment should not be irradiated with doses exceeding 50-100 Mrad. The technical task of the invention is to increase the strength of the adhesive joints of parts from metals, plastics, silicate and other materials made by adhesives based on epoxy resins. The solution to this problem is achieved due to radiation exposure of compounds made by adhesives based on epoxy resins containing up to 10 parts by weight. plasticizer. After cold curing under slight pressure, the adhesive joint is irradiated with a dose of 1-50 Mrad, depending on the specific technical task. This technique manages to increase the shear strength by 60-65% without a noticeable increase in the cost of the gluing process. In addition, the use of small doses of radiation makes it possible to apply the proposed method for gluing radiation-sensitive parts. The examples below illustrate the effectiveness of the proposed method. For a more correct comparison of the developed method with known technological methods, examples of the preparation of adhesive joints by known methods, performed and tested by us (the first three examples), will be given below.

Пример 1. Клеевую композицию, состоящую из смолы ЭД-20 (100 вес.ч.) и отвердителя - полиэтиленполиамина (10 вес.ч.), наносят на поверхность пластины из сплава АМГ-6 размером 60х20х2 мм. Используя вторую такую же пластину, формируют нахлесточное соединение площадью 300 мм кв. Склейку помещают под пресс и отверждают 24 часа при комнатной температуре. После этого определяют предел прочности при сдвиге. Среднее значение прочности 30,5 кгс/кв.см /для пяти образцов склеек, полученных в одинаковых условиях/. Example 1. An adhesive composition consisting of ED-20 resin (100 parts by weight) and hardener - polyethylene polyamine (10 parts by weight) is applied to the surface of an AMG-6 alloy plate with a size of 60x20x2 mm. Using a second same plate, an lap joint of 300 mm square is formed. Bonding is placed under a press and cured for 24 hours at room temperature. After that, the ultimate tensile strength is determined. The average value of the strength of 30.5 kgf / sq.cm / for five samples of adhesives obtained under the same conditions /.

Пример 2. Получают клеевые соединения, как описано в примере 1, но после отверждения склейки вакуумируют до прекращения газовыделения и облучают дозой 20 Мрад. Среднее значение предела прочности при сдвиге 37,0 кгс/кв.см. Example 2. Obtain adhesive compounds, as described in example 1, but after curing, gluing vacuum until the gas evolution ceases and irradiated with a dose of 20 Mrad. The average value of shear strength is 37.0 kgf / sq.cm.

Пример 3. Получают клеевые соединения, как описано в примере 1, но в состав клеевой композиции вводят 7 вес. ч. трикрезилфосфата в качестве пластификатора. После отверждения склейки имеют значение предела прочности при сдвиге 35,0 кгс/кв.см. Example 3. Obtain adhesive compounds, as described in example 1, but the composition of the adhesive composition is introduced 7 weight. including tricresyl phosphate as a plasticizer. After curing, the gluings have a shear strength of 35.0 kgf / cm2.

Пример 4. Получают клеевые соединения как описано в примере 1, но в состав клеевой композиции вводят трикрезилфосфат /7 вес.ч./ в качестве пластификатора. После отверждения склейки вакуумируют и облучают дозой 20 Мрад. Предел прочности при сдвиге этих образцов составляет 45,7 кгс/кв.см. Example 4. Get adhesive compounds as described in example 1, but the composition of the adhesive composition is introduced tricresyl phosphate / 7 parts by weight / as a plasticizer. After curing, the glues are evacuated and irradiated with a dose of 20 Mrad. The shear strength of these samples is 45.7 kgf / sq.cm.

Пример 5. Получают клеевые соединения как описано в примере 1, но в состав клеевой композиции вводят дибутилфталат /7 вес.ч./. После отверждения склейки вакуумируют и облучают дозой 20 Мрад. Предел прочности при сдвиге полученных образцов составляет 41,7 кгс/кв.см. Example 5. Obtain adhesive compounds as described in example 1, but dibutyl phthalate / 7 parts by weight / is introduced into the adhesive composition. After curing, the glues are evacuated and irradiated with a dose of 20 Mrad. The shear strength of the obtained samples is 41.7 kgf / sq.cm.

Пример 6. Получают клеевые соединения как описано в примере 1, но в состав клеевой композиции вводят тиокол HB /7 вес.ч./ в качестве пластификатора. После отверждения склейки вакуумируют и облучают дозой 20 Мрад. Предел прочности полученных образцов составляет 49 кгс/кв.см. Example 6. Get adhesive compounds as described in example 1, but in the composition of the adhesive composition is introduced thiocol HB / 7 parts by weight / as a plasticizer. After curing, the glues are evacuated and irradiated with a dose of 20 Mrad. The tensile strength of the obtained samples is 49 kgf / sq.cm.

Пример 7. Получают клеевые соединения как описано в примере 4, но облучают образцы дозой 60 Мрад. Предел прочности при сдвиге полученных образцов составляет 42 кгс/кв.см. Example 7. Obtain adhesive compounds as described in example 4, but irradiate the samples with a dose of 60 Mrad. The shear strength of the obtained samples is 42 kgf / sq.cm.

Пример 8. Получают клеевые соединения как описано в примере 4, но облучают образцы дозой 0,5 Мрад. Предел прочности при сдвиге облученных образцов составляет 36 кгс/кв.см. Для лучшей наглядности, свойства склеек, полученных в описанных примерах, сведены в таблицу. Example 8. Obtain adhesive compounds as described in example 4, but irradiate the samples with a dose of 0.5 Mrad. The shear strength of the irradiated samples is 36 kgf / sq.cm. For better clarity, the properties of the adhesives obtained in the described examples are summarized in table.

Из приведенных в таблице данных видно, что предлагаемый метод позволяет существенно повысить предел прочности при сдвиге клеевых соединений, выполненных клеями на основе эпоксидных смол. Очевидно, что эффект упрочнения существенно превосходит суммарный эффект от введения пластификатора и облучения склеек, выполненных клеем, не содержащим пластификатора. Специально проведенным исследованием мы установили, что предварительное облучение элементов клеевой композиции, равно как и склеиваемых деталей не приводит к увеличению прочности клеевых соединений. Эффект значительного упрочнения клеевых соединений нами экспериментально обнаруживался и на других эпоксидных рецептурах. В представленных примерах мы ограничились смолой ЭД-20, поскольку рецептуры на ее основе имеют наибольшую практическую значимость. Увеличение предела прочности при сдвиге наблюдается и при склеивании других материалов (некоторых металлов, нескольких видов стеклопластиков и силикатных материалов) предлагаемым способом. Нами экспериментально установлено, что облучение дозами, превышающими 50 Мрад удорожает процесс облучения и приводит к снижению прочности соединений за счет потери эластичности клеевого слоя. Увеличение концентрации пластификатора выше 10 вес.ч. приводит к снижению прочности, делая клеевой слой слишком пластичным. Данное изобретение может найти широкое применение в различных областях техники в случаях где необходимо получать особо прочные клеевые соединения. From the data given in the table it can be seen that the proposed method can significantly increase the shear strength of adhesive joints made by adhesives based on epoxy resins. It is obvious that the hardening effect significantly exceeds the total effect of the introduction of plasticizer and irradiation of glues made with glue that does not contain plasticizer. By a special study, we found that preliminary irradiation of the elements of the adhesive composition, as well as the parts to be glued, does not increase the strength of the adhesive joints. The effect of significant hardening of adhesive compounds was experimentally detected by us on other epoxy formulations. In the presented examples, we limited ourselves to the ED-20 resin, since formulations based on it have the greatest practical significance. An increase in the shear strength is also observed when gluing other materials (some metals, several types of fiberglass and silicate materials) by the proposed method. We experimentally established that irradiation with doses exceeding 50 Mrad increases the cost of the irradiation process and leads to a decrease in the strength of the joints due to loss of elasticity of the adhesive layer. An increase in the concentration of plasticizer above 10 parts by weight leads to a decrease in strength, making the adhesive layer too ductile. This invention can find wide application in various fields of technology in cases where it is necessary to obtain particularly strong adhesive joints.

Claims

The method of bonding materials with adhesives based on epoxy resins with hardeners using radiation treatment of the cured adhesive, characterized in that the plasticizer is introduced into the glue in an amount of not more than 10 weight. hours per 100 parts by weight resins, and radiation treatment is carried out in doses of 1 - 50 Mrad.