RU2587169C1 - Epoxy-bis-maleimide resin composition and preparation method thereof - Google Patents
Epoxy-bis-maleimide resin composition and preparation method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2587169C1 RU2587169C1 RU2014150885/05A RU2014150885A RU2587169C1 RU 2587169 C1 RU2587169 C1 RU 2587169C1 RU 2014150885/05 A RU2014150885/05 A RU 2014150885/05A RU 2014150885 A RU2014150885 A RU 2014150885A RU 2587169 C1 RU2587169 C1 RU 2587169C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- temperature
- resin
- epoxybismaleimide
- bismaleimide
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
- B32B27/38—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising epoxy resins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
- C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
- C08G59/182—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing using pre-adducts of epoxy compounds with curing agents
- C08G59/184—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing using pre-adducts of epoxy compounds with curing agents with amines
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
- C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
- C08G59/68—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the catalysts used
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Epoxy Resins (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к разработке химического состава и способа получения эпоксибисмалеимидной смолы, используется в качестве матрицы при изготовлении полимерных композиционных материалов, применяемых в авиакосмической технике.The invention relates to the development of a chemical composition and method for producing an epoxybismaleimide resin, is used as a matrix in the manufacture of polymer composite materials used in aerospace engineering.
Известны эпоксибисмалеимидные смолы, являющиеся одним из лучших видов связующих для изготовления высококачественных композиционных материалов на основе дисперсных или непрерывных неорганических или органических волокнистых наполнителей - стекло-, угле- и органопластиков.Known epoxybismaleimide resins, which are one of the best types of binders for the manufacture of high-quality composite materials based on dispersed or continuous inorganic or organic fibrous fillers - glass, carbon - and organoplastics.
Эти смолы обычно состоят из смеси полифункциональных эпоксидов, бисмалеимидов и из используемых в качестве отвердителей ароматических аминов, а также из модифицирующих добавок, улучшающих те или иные свойства эпоксиимидных смол [Patel Р.Н. «Termosetting Polyimides: A Review» // SAMPE Journal, Vol. 30, №5, p. 29, 1994].These resins usually consist of a mixture of polyfunctional epoxides, bismaleimides and aromatic amines used as hardeners, as well as modifying additives that improve certain properties of epoxyimide resins [Patel R.N. "Termosetting Polyimides: A Review" // SAMPE Journal, Vol. 30, No. 5, p. 29, 1994].
Например, в качестве эпоксидной компоненты состава эпоксиимидных смол используют полиэпоксиды, содержащие две или более эпоксидные группы. В качестве бисмалеимидной компоненты используют в основном бисмалеимиды на основе ароматических диаминов. В качестве аминной компоненты - отвердителя используют, например, полифункциональные ароматические амины, содержащие две или более первичные аминогруппы. В качестве модифицирующих добавок чаще всего используют фенолформальдегидные смолы, ненасыщенные (виниловые, аллиловые, изопропениловые) эфиры фенолов, силоксановые смолы, ароматические полицианаты, термопласты и т.д. Сама идея объединения в одной композиции эпоксидных и бисмалеимидных смол, а также модификация их добавками преследует цель увеличения термостойкости как в случае увеличения температуры стеклования, так и в случае увеличения температуры длительной эксплуатации, а также и в части увеличения прочности и жесткости получившихся смол. Этого увеличения действительно удалось достичь, и ряд композиций такого рода широко используется в авиакосмической области в виде матриц для стекло- и углепластиков [1) ASM Handbook Volume 21: Composites (ASM International) p. 78, 97, 914 (2001); 2) C.P.R. Nair, Prog. Polym. Sci, 29, p. 423, 456 (2004); 3) Long-Term Durability of Polymeriv Matrix Composites, Ed-rs: Kishore V. Pochraju et al., Springer, 2012, p. 1-38], однако принципиального улучшения наиболее важного свойства реактопластов - трещиностойкости - в случае вышеупомянутых модифицированных эпоксидных, бисмалеимидных и эпоксибисмалеимидных смол достичь не удалось. Трещиностойкость или измеряющая ее энергия разрушения (G1C) почти всех термостойких и высокопрочных реактопластов, в том числе эпоксидных, бисмалеимидных и эпоксибисмалеимидных смол, находится почти исключительно на уровне значений 0,05-0,9 КДж/м2, в то время как для термостойких и высокопрочных термопластов, которые конкурируют на рынке связующих для полимерных композитов с реактопластами, величины энергии разрушения находится в основном в интервале 2-3 КДж/м2 [1) А.А. Кузнецов и др. «Перспективные высокотемпературные термореактивные связующие для полимерных композиционных материалов» // Российский химический журнал, 2009 г., Т. 53, №4, с. 86-96; 2) Ф. Кристи «Определение стандарта матрицы для усиления температурной сопротивляемости эпоксидных препрегов» // Композитный мир, №6, стр. 46, 2013; 3) D. Ratna, Handbook of Thermoset Resins, iSmithers, UK, p. 117, 2009].For example, polyepoxides containing two or more epoxy groups are used as the epoxy component of the epoxyimide resin composition. The bismaleimide components used are mainly bismaleimides based on aromatic diamines. As the amine component hardener, for example, polyfunctional aromatic amines containing two or more primary amino groups are used. Phenol-formaldehyde resins, unsaturated (vinyl, allyl, isopropenyl) phenol esters, siloxane resins, aromatic polycyanates, thermoplastics, etc. are most often used as modifying additives. The very idea of combining epoxy and bismaleimide resins in one composition, as well as modifying them with additives, aims to increase heat resistance both in the case of an increase in the glass transition temperature and in the case of an increase in the temperature of long-term operation, as well as in terms of increasing the strength and stiffness of the resulting resins. This increase has indeed been achieved, and a number of compositions of this kind are widely used in the aerospace field in the form of matrices for glass and carbon fiber [1) ASM Handbook Volume 21: Composites (ASM International) p. 78, 97, 914 (2001); 2) CPR Nair, Prog. Polym. Sci, 29, p. 423, 456 (2004); 3) Long-Term Durability of Polymeriv Matrix Composites, Ed-rs: Kishore V. Pochraju et al., Springer, 2012, p. 1-38], however, a fundamental improvement of the most important properties of thermosets - crack resistance - in the case of the aforementioned modified epoxy, bismaleimide and epoxybismaleimide resins could not be achieved. Fracture resistance or the fracture energy measuring it (G 1C ) of almost all heat-resistant and high-strength thermosets, including epoxy, bismaleimide and epoxybismaleimide resins, is almost exclusively at the level of 0.05-0.9 KJ / m 2 , while for heat-resistant and high-strength thermoplastics that compete in the binder market for polymer composites with thermosets, the energy of destruction is mainly in the range of 2-3 KJ / m 2 [1) A.A. Kuznetsov et al. “Promising high-temperature thermosetting binders for polymer composite materials” // Russian Chemical Journal, 2009, V. 53, No. 4, p. 86-96; 2) F. Christie “Determination of the matrix standard for enhancing the temperature resistance of epoxy prepregs” // Composite World, No. 6, p. 46, 2013; 3) D. Ratna, Handbook of Thermoset Resins, iSmithers, UK, p. 117, 2009].
В частности, в области реактопластовых связующих для высококачественных полимерных композиционных материалов, применяемых в авиакосмической области, используются известные хорошо зарекомендовавшие себя на практике смолы на основе полиэпоксидов и бисмалеимидов марок CYCOM PR 520 RTM Resin System и CYCOM 5250-4 RTM Resin System, производимые фирмой Cytec Engineered Materials USA, Arizona, являющиеся аналогами настоящего изобретения в части состава смол. Обе смолы высокотехнологичны, имеют хорошие термостойкость и механические характеристики, однако имеют и существенный недостаток, т.к. их трещиностойкость низкая; смола CYCOM PR 520 имеет энергию разрушения G1C≈1,01 КДж/м2, а смола CYCOM 5250-4 G1C≈0,14 КДж/м2.In particular, in the field of thermosetting binders for high-quality polymer composite materials used in the aerospace field, well-known and well-established resins based on polyepoxides and bismaleimides of the CYCOM PR 520 RTM Resin System and CYCOM 5250-4 RTM Resin System brands manufactured by Cytec are used. Engineered Materials USA, Arizona, which are analogues of the present invention in terms of resin composition. Both resins are high-tech, have good heat resistance and mechanical characteristics, but they also have a significant drawback, because their crack resistance is low; resin CYCOM PR 520 has a fracture energy G 1C ≈ 1.01 KJ / m 2 and resin CYCOM 5250-4 G 1C ≈0.14 KJ / m 2 .
Многочисленные исследования в области получения трещиностойких эпоксибисмалеимидных смол экспериментально показывают и теоретически обосновывают то, что увеличить трещиностойкость эпоксибисмалеимидных смол путем смешения эпоксидных и бисмалеимидных смол не только не удается, но значение энергии разрушения G1C у результирующей эпоксиимидной смолы должно становиться даже несколько меньше, чем у любой из исходных эпоксидной или бисмалеимидной смол [P. Musto et al. «Thermal-Oxidativ Degradation of Epoxy and EpoxyBismaleimide Networks: Kinetics and Mechanism», Macromol. Chem. Phys., 2001, 202, №18].Numerous studies in the field of producing crack-resistant epoxybismaleimide resins experimentally show and theoretically substantiate that it is not only impossible to increase the crack resistance of epoxybismaleimide resins by mixing epoxy and bismaleimide resins, but the value of the fracture energy G 1C of the resulting epoxyimide resin should become even slightly less than that of any from the original epoxy or bismaleimide resins [P. Musto et al. Thermal-Oxidativ Degradation of Epoxy and Epoxy Bismaleimide Networks: Kinetics and Mechanism, Macromol. Chem. Phys., 2001, 202, No. 18].
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому составу эпоксибисмалеимидной смолы, выбранной в качестве прототипа [P. Musto et al. «An Interpenetrated System Based on a Tetrafunctional Epoxy Resin and a Thermosetting Bismaleimide: Structure - Properties Correlation» J. Appl. Pol. Sci., Vol. 69, 1029, (1998), является известная композиция эпоксибисмалеимидной смолы на основе полифункциональных:Closest to the technical nature of the claimed composition of the epoxybismaleimide resin selected as a prototype [P. Musto et al. "An Interpenetrated System Based on a Tetrafunctional Epoxy Resin and a Thermosetting Bismaleimide: Structure - Properties Correlation" J. Appl. Pol. Sci., Vol. 69, 1029, (1998), is a known epoxybismaleimide resin composition based on multifunctional:
1) эпоксида - N,N,N′,N′-тетраглицидил-4,4′-диаминодифенилметана (ТГДАДФМ),1) epoxide - N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4,4′-diaminodiphenylmethane (TGDADPM),
2) ароматического бисмалеимида - N,N′-дифенилметанбисмалеимида (ДФМБМИ),2) aromatic bismaleimide - N, N′-diphenylmethanebismaleimide (DFMBMI),
3) отвердителя - 4,4′-диаминодифенилсульфона (ДАДФС).3) hardener - 4,4′-diaminodiphenylsulfone (DADFS).
Недостатком композиции смолы, описанной в прототипе, является низкая величина энергии разрушения созданной в прототипе эпоксибисмалеимидной смолы: G1C≤0,08 КДж/м2.The disadvantage of the resin composition described in the prototype is the low value of the fracture energy created in the prototype epoxybismaleimide resin: G 1C ≤0.08 KJ / m 2 .
Аналогом заявляемого способа получения эпоксибисмалеимидной смолы является способ, по которому эпоксибисмалеимидная смола на основе 1) полифункциональных эпоксидов, например N,N,N′,N′-тетраглицидил-диаминодифенилметана; 2) ароматического бисмалеимида, например N,N′-дифенилметанбисмалеимида, 3) отвердителя, например диаминодифенилсульфона, получается растворением всех вышеупомянутых компонентов в полярном органическом растворителе, например диметилформамиде, при перемешивании и нагревании [US Patent №4510272, C08G 59/40; НКИ 523/400, 1985].An analogue of the claimed method for producing an epoxybismaleimide resin is a method in which the epoxybismaleimide resin is based on 1) polyfunctional epoxides, for example N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-diaminodiphenylmethane; 2) an aromatic bismaleimide, for example N, N′-diphenylmethanebismaleimide, 3) a hardener, for example diaminodiphenyl sulfone, is obtained by dissolving all of the above components in a polar organic solvent, for example dimethylformamide, with stirring and heating [US Patent No. 4510272, C08G 59/40; NCI 523/400, 1985].
Недостатком способа-аналога получения эпоксибисмалеимидной смолы является необходимость удаления из связующего на основе этой смолы после пропитки им армирующего наполнителя сравнительно высококипящего растворителя, что удорожает производство и загрязняет окружающую среду. Кроме того, так как удалить весь растворитель практически никогда не удается, то в процессе дальнейшего после пропитки термического формования материала в изделие в нем за счет испарения остаточных количеств растворителя происходит образование пор, что ухудшает влагостойкость и механические характеристики (прочность и энергию разрушения) композиционных материалов и в результате ограничивает ассортимент и ресурс эксплуатации изготовляемых из них изделий.The disadvantage of the analogue method of producing an epoxybismaleimide resin is the need to remove a relatively high boiling solvent from the binder based on this resin after impregnating it with a reinforcing filler, which makes production more expensive and pollutes the environment. In addition, since it is almost never possible to remove all of the solvent, pores are formed in the process after further impregnation of the thermoforming of the material into the product due to evaporation of residual solvents, which impairs moisture resistance and mechanical characteristics (strength and fracture energy) of composite materials and as a result limits the assortment and service life of products made from them.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу получения эпоксибисмалеимидной смолы является способ-прототип, включающий механическое смешивание N,N,N′,N′-тетраглицидил-диаминодифенилметана с 4,4′-диаминодифенилсульфоном с плавлением полученной смеси нагреванием, вакуумированием расплава при интенсивном перемешивании и последующим добавлением к полученной смеси N,N′-дифенилметанбисмалеимида, при нагревании и перемешивании [P. Musto et al. «An Interpenetrated System Based on a Tetrafunctional Epoxy Resin and a Thermosetting Bismaleimide: Structure - Properties Correlation» J. Appl. Pol. Sci., Vol. 69, 1029, 1998].The closest in technical essence to the claimed method for producing an epoxybismaleimide resin is a prototype method, comprising mechanically mixing N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-diaminodiphenylmethane with 4,4′-diaminodiphenylsulfone, melting the resulting mixture by heating, evacuating the melt with vigorous stirring and subsequent addition to the resulting mixture of N, N′-diphenylmethanebismaleimide, with heating and stirring [P. Musto et al. "An Interpenetrated System Based on a Tetrafunctional Epoxy Resin and a Thermosetting Bismaleimide: Structure - Properties Correlation" J. Appl. Pol. Sci., Vol. 69, 1029, 1998].
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка как химического состава эпоксибисмалеимидной смолы с повышенной до уровня термопластов трещиностойкостью, так и простого способа ее получения, т.е. получение смолы со значением энергии разрушения G1C в интервале 1÷3 КДж/м2 без таких технически сложных операций, как, например, вакуумирование.The technical task of the invention is to develop both the chemical composition of the epoxybismaleimide resin with increased crack resistance to the level of thermoplastics, and a simple method for its preparation, i.e. obtaining a resin with a fracture energy G 1C in the range of 1 ÷ 3 KJ / m 2 without technically complicated operations such as, for example, evacuation.
Сущностью изобретения и решением технической задачи в части заявляемого состава эпоксибисмалеимидного связующего является состав, содержащий:The essence of the invention and the solution of the technical problem regarding the claimed composition of the epoxybismaleimide binder is a composition containing:
1) полифункциональные эпоксиды - N,N,N′,N′-тетраглицидил-4,4′-диамино-3,3′-дихлор-дифенилметан (ТГДАДХДФМ, ТУ 2225-607-11131395-2003) в количестве 29,2-47,6 мас.% и триглицидилпарааминофенол (ТГПАФ, ТУ 2225-546-00203521-98) в количестве 10,9-27,1 мас.%;1) polyfunctional epoxides - N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4,4′-diamino-3,3′-dichloro-diphenylmethane (TGDADKHDM, TU 2225-607-11131395-2003) in an amount of 29.2- 47.6 wt.% And triglycidyl paraaminophenol (TGPAF, TU 2225-546-00203521-98) in an amount of 10.9-27.1 wt.%;
2) алифатический бисмалеимид - N,N′-гексаметиленбисмалеимид (ГМБМИ, ТУ 6-09-07-1593-87) в количестве 13,9-15,8 мас.%;2) aliphatic bismaleimide - N, N′-hexamethylene bismaleimide (GMBMI, TU 6-09-07-1593-87) in the amount of 13.9-15.8 wt.%;
3) отвердитель, ароматический диамин - 4,4′-диаминодифенилсульфон (ДАДФС, ТУ 6-02-1188-79) в количестве 20,9-30,6 мас.%;3) hardener, aromatic diamine - 4,4′-diaminodiphenylsulfone (DADFS, TU 6-02-1188-79) in an amount of 20.9-30.6 wt.%;
4) катализатор - N,N′-парааминофенол (ПАФ, ГОСТ 5209-07) в количестве 0,5-2,1 мас.%.4) the catalyst is N, N′-paraaminophenol (PAF, GOST 5209-07) in an amount of 0.5-2.1 wt.%.
Существенным отличием заявляемого состава эпоксибисмалеимидного связующего от состава-прототипа является применение смеси тетра- и три-функциональных эпоксидов: ТГДАДХДФМ, ТГПАФ, а также катализатора полимеризации ПАФ, катализирующего как гомосополяризацию эпоксидов с образованием мультифункциональных эпоксидов, их полимеризацию с ДАДФС, так и полиприсоединение ДАДФС к ГМБМИ с последующей сополимеризацией аддукта полиприсоединения с мультифункциональными эпоксидами.A significant difference between the claimed composition of the epoxybismaleimide binder from the composition of the prototype is the use of a mixture of tetra- and tri-functional epoxides: TGDADCHDFM, TGPAF, as well as a PAF polymerization catalyst that catalyzes both homosopolarization of epoxides with the formation of multifunctional epoxides, their polymerization with DADFPS, and polyp HMBMI followed by copolymerization of a polyaddition adduct with multifunctional epoxides.
Сущностью изобретения и решением технической задачи в части заявляемого способа получения эпоксибисмалеимидной смолы является способ смешивания компонентов смолы нагреванием, отличающийся тем, что вначале в реактор, нагретый до температуры 90±5°C, последовательно добавляют 44,3 г N,N,N′,N′-тетраглицидил-4,4′-диамино-3,3′-дихлор-дифенилметана, 17,7 г триглицидилпарааминофенола и 1,3 г парааминофенола, предварительно нагретых до температур 100±5°C, 60±5°C и 60±5°C соответственно. Смесь перемешивают еще 17,5±2,5 мин и затем добавляют к полученной смеси 20,9 г 4,4′-диаминодифенилсульфона за минимальное время, достаточное для его растворения, и перемешивают смесь 12,5±2,5 мин, поддерживая температуру смеси 120±5°C. Далее смесь при перемешивании охлаждают до температуры 100±5°C и добавляют 15,8 г N,N′-гексаметиленбисмалеимида за минимальное время, достаточное для его растворения, с последующим перемешиванием смеси в течение 12,5±2,5 мин, поддерживая температуру смеси 85±5°C.The essence of the invention and the solution of the technical problem in terms of the proposed method for producing epoxybismaleimide resin is a method of mixing the components of the resin by heating, characterized in that at first 44.3 g of N, N, N ′ are added to the reactor heated to a temperature of 90 ± 5 ° C, N′-tetraglycidyl-4,4′-diamino-3,3′-dichloro-diphenylmethane, 17.7 g of triglycidyl paraaminophenol and 1.3 g of paraaminophenol preheated to temperatures of 100 ± 5 ° C, 60 ± 5 ° C and 60 ± 5 ° C, respectively. The mixture was stirred for another 17.5 ± 2.5 minutes and then 20.9 g of 4,4′-diaminodiphenylsulfone was added to the resulting mixture for a minimum time sufficient to dissolve it, and the mixture was stirred for 12.5 ± 2.5 minutes, maintaining the temperature mixtures 120 ± 5 ° C. Then, with stirring, the mixture is cooled to a temperature of 100 ± 5 ° C and 15.8 g of N, N′-hexamethylene bismaleimide are added for a minimum time sufficient to dissolve it, followed by stirring of the mixture for 12.5 ± 2.5 minutes, maintaining the temperature mixtures 85 ± 5 ° C.
Полученную эпоксибисмалеимидную смолу выливают из реактора в тару при температуре 85±5°C. Образцы для стандартных испытаний перед их проведением термообрабатывают при температурах 170°C в течение 2 ч и при 200°C в течение 4 ч.The resulting epoxybismaleimide resin is poured from the reactor into a container at a temperature of 85 ± 5 ° C. Samples for standard tests before heat treatment at 170 ° C for 2 hours and at 200 ° C for 4 hours
Существенным отличием заявляемого способа получения эпоксибисмалеимидной смолы от способа получения, описанного в прототипе, является то, что в прототипе для синтеза эпоксибисмалеимидной смолы используется просто один из хорошо известных полифункциональных эпоксидов, в то время как в заявляемом способе из смеси тетрафункционального (ТГДФДХДФМ) и трифункционального (ТГПАФ) эпоксидов вначале при нагревании под действием катализатора (ПАФ) осуществляют гомосополимеризацию эпоксидов, получают аддукт более полифункциональный, чем исходный сополиэпоксид, который уже далее взаимодействием как с ароматическим диамином, так и с продуктом присоединения ароматического диамина (ДАДФС) к бисмалеимиду (ГМБМИ) образует взаимопроникающие привитые полимерные сетки. В результате образуется эпоксибисмалеимидная мультифункциональная смола на основе мультифункциональных эпоксидов, т.е. с функциональностью много большей, чем функциональность каждого из взятых исходных эпоксидов. Так как трещиностойкость в ряду полифункциональных эпоксидов тем выше, чем выше функциональность эпоксидных систем [D. Ratna, Handbook of Thermoset Resins, iSmithers. UK, p. 267, 2009], потенциально возможно получение смолы с высокой энергией разрушения, значительно большей в итоговой смеси, чем у исходных смол на основе отдельных эпоксидов и бисмалеимидов, взятых для получения эпоксибисмалеимидной смолы.A significant difference between the proposed method for producing epoxybismaleimide resin and the production method described in the prototype is that the prototype for the synthesis of epoxybismaleimide resin uses just one of the well-known multifunctional epoxides, while in the inventive method from a mixture of tetrafunctional (THDFDCHDFM) and trifunctional ( THPAF) of epoxides, when heated by the action of a catalyst (PAF), epoxides are homosopolymerized first and the adduct is more polyfunctional than copolyepoxide, which already further interacts with both aromatic diamine and the product of the addition of aromatic diamine (DADFS) to bismaleimide (HMBMI) to form interpenetrating grafted polymer networks. The result is an epoxybismaleimide multifunctional resin based on multifunctional epoxides, i.e. with functionality much greater than the functionality of each of the original epoxides taken. Since the crack resistance in a series of polyfunctional epoxides is higher, the higher the functionality of epoxy systems [D. Ratna, Handbook of Thermoset Resins, iSmithers. UK, p. 267, 2009], it is potentially possible to obtain a resin with a high fracture energy that is significantly higher in the final mixture than the starting resins based on individual epoxides and bismaleimides taken to obtain an epoxybismaleimide resin.
Кроме того, в заявляемом способе в отличие от прототипа есть только самые простые технические методы - перемешивание, нагревание и отсутствует энерго- и трудоемкий технологический метод - вакуумирование.In addition, in the inventive method, in contrast to the prototype, there are only the simplest technical methods — mixing, heating, and there is no energy- and labor-intensive technological method — evacuation.
Состав и трещиностойкость заявляемой эпоксибисмалеимидной смолы и смолы прототипа приведены в таблице, способ получения описан в примере.The composition and crack resistance of the inventive epoxybismaleimide resin and the resin of the prototype are shown in the table, the production method is described in the example.
Пример 1Example 1
Способ получения эпоксибисмалеимидной смолыThe method of producing epoxybismaleimide resin
Вначале в реактор, нагретый до температуры 90±5°C, последовательно добавляют 44,3 г N,N,N′,N′-тетраглицидил-4,4′-диамино-3,3′-дихлордифенилметана, 17,7 г триглицидилпарааминофенола и 1,3 г парааминофенола, предварительно нагретых до температур 100±5°C, 60±5°C и 60±5°C соответственно. Смесь перемешивают еще 17,5±2,5 мин и только затем добавляют к полученной смеси 20,9 г 4,4′-диаминодифенилсульфона за минимальное время, достаточное для его растворения, и перемешивают смесь 12,5±2,5 мин, поддерживая температуру смеси 120±5°C. Далее смесь при перемешивании охлаждают до температуры 100±5°C и добавляют 15,8 г N,N′-гексаметиленбисмалеимида за минимальное время, достаточное для его растворения, с последующим перемешиванием смеси в течение 12,5±2,5 мин, поддерживая температуру смеси в интервале 85±5°C.Initially, 44.3 g of N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4,4′-diamino-3,3′-dichlorodiphenylmethane, 17.7 g of triglycidyl paraaminophenol are successively added to the reactor heated to a temperature of 90 ± 5 ° C. and 1.3 g of paraaminophenol preheated to temperatures of 100 ± 5 ° C, 60 ± 5 ° C and 60 ± 5 ° C, respectively. The mixture was stirred for another 17.5 ± 2.5 minutes and only then 20.9 g of 4,4′-diaminodiphenylsulfone was added to the resulting mixture for the minimum time sufficient to dissolve it, and the mixture was stirred for 12.5 ± 2.5 minutes, maintaining mixture temperature 120 ± 5 ° C. Then, with stirring, the mixture is cooled to a temperature of 100 ± 5 ° C and 15.8 g of N, N′-hexamethylene bismaleimide are added for a minimum time sufficient to dissolve it, followed by stirring of the mixture for 12.5 ± 2.5 minutes, maintaining the temperature mixtures in the range of 85 ± 5 ° C.
Полученную эпоксибисмалеимидную смолу выливают из реактора в тару при температуре 85±5°C. Образцы для стандартных испытаний перед их проведением термообрабатывают при температурах 170°C в течение 2 ч и 200°C в течение 4 ч.The resulting epoxybismaleimide resin is poured from the reactor into a container at a temperature of 85 ± 5 ° C. Samples for standard tests are heat treated at 170 ° C for 2 hours and 200 ° C for 4 hours before being tested.
Примеры 2-5Examples 2-5
Все примеры аналогичны способу получения смолы в примере 1, а соотношение компонентов в них - примерам 2-5, приведенным в таблице.All examples are similar to the method for producing resin in example 1, and the ratio of the components in them is examples 2-5 shown in the table.
Из таблицы видно, что по трещиностойкости полученная смола более чем на порядок превосходит эпоксибисмалеимидную смолу-прототип, практически сохраняя значения других свойств.The table shows that the fracture toughness of the obtained resin is more than an order of magnitude superior to the epoxybismaleimide resin of the prototype, practically maintaining the values of other properties.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150885/05A RU2587169C1 (en) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Epoxy-bis-maleimide resin composition and preparation method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150885/05A RU2587169C1 (en) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Epoxy-bis-maleimide resin composition and preparation method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2587169C1 true RU2587169C1 (en) | 2016-06-20 |
Family
ID=56132004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014150885/05A RU2587169C1 (en) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Epoxy-bis-maleimide resin composition and preparation method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2587169C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686036C1 (en) * | 2018-07-30 | 2019-04-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Heat-resistant thermosetting binder for polymer equipment from polymer composite materials |
CN116144139A (en) * | 2023-01-03 | 2023-05-23 | 哈尔滨工程大学 | Resin for ship composite material and preparation method thereof |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5026789A (en) * | 1988-12-16 | 1991-06-25 | Basf Aktiengesellschaft | Curable impact modified epoxy resin having stabilized multiphase morphology |
RU2335514C1 (en) * | 2006-12-27 | 2008-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Composition of epoxybismaleimide binding agent for prepregs (versions), method of obtaining epoxybismaleimide binding agent (versions), prepreg and article |
EP1441008B1 (en) * | 2001-10-31 | 2010-01-20 | Kawamura Institute Of Chemical Research | Curable epoxy resin compositions and process for production thereof |
RU2418816C2 (en) * | 2006-11-20 | 2011-05-20 | Дау Глобал Текнолоджиз Инк. | Epoxy resins containing cycloaliphatic diamine based curing agent |
-
2014
- 2014-12-15 RU RU2014150885/05A patent/RU2587169C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5026789A (en) * | 1988-12-16 | 1991-06-25 | Basf Aktiengesellschaft | Curable impact modified epoxy resin having stabilized multiphase morphology |
EP1441008B1 (en) * | 2001-10-31 | 2010-01-20 | Kawamura Institute Of Chemical Research | Curable epoxy resin compositions and process for production thereof |
RU2418816C2 (en) * | 2006-11-20 | 2011-05-20 | Дау Глобал Текнолоджиз Инк. | Epoxy resins containing cycloaliphatic diamine based curing agent |
RU2335514C1 (en) * | 2006-12-27 | 2008-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Composition of epoxybismaleimide binding agent for prepregs (versions), method of obtaining epoxybismaleimide binding agent (versions), prepreg and article |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686036C1 (en) * | 2018-07-30 | 2019-04-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Heat-resistant thermosetting binder for polymer equipment from polymer composite materials |
CN116144139A (en) * | 2023-01-03 | 2023-05-23 | 哈尔滨工程大学 | Resin for ship composite material and preparation method thereof |
CN116144139B (en) * | 2023-01-03 | 2024-04-16 | 哈尔滨工程大学 | Resin for ship composite material and preparation method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6147770B2 (en) | Curable epoxy composition and short-time curing method | |
JP6617559B2 (en) | Two-component epoxy resin composition for fiber reinforced composite material and fiber reinforced composite material | |
JP6766888B2 (en) | Thermosetting resin compositions, prepregs, and fiber-reinforced composite materials and methods for producing them. | |
Li et al. | Epoxy‐functionalized polysiloxane reinforced epoxy resin for cryogenic application | |
Mendis et al. | Enhanced dispersion of lignin in epoxy composites through hydration and mannich functionalization | |
JP2017149887A (en) | Epoxy resin composition for fiber-reinforced composite material, and fiber-reinforced composite material | |
WO2015094629A1 (en) | Curable compositions | |
US20140316068A1 (en) | Bimodal toughening agents for thermosettable epoxy resin compositions | |
RU2587169C1 (en) | Epoxy-bis-maleimide resin composition and preparation method thereof | |
EP2900727B1 (en) | An epoxy resin formulation for large and thick composite structures | |
WO2019065663A1 (en) | Curable resin composition and tow prepreg using same | |
JP2014148572A (en) | Prepreg, fiber-reinforced composite material, production method of the prepreg, and production method of the material | |
Kopitsyna et al. | The properties of epoxy binders modified by furan resin and polysulfone | |
JP4894339B2 (en) | Epoxy resin composition for fiber reinforced composite materials | |
JP5451379B2 (en) | Fiber reinforced prepreg and composite material obtained therefrom | |
RU2427598C2 (en) | Epoxy bismaleimide binder composition for prepregs, prepreg and article | |
KR101785241B1 (en) | Prepreg made from monomer of polyethersulfone polymer and method for manufacturing same | |
US20180319929A1 (en) | Epoxy resin composition, prepreg for fiber-reinforced composite material, and fiber-reinforced composite material | |
US11319406B2 (en) | Prepreg, fiber-reinforced composite material, and molded article | |
RU2335514C1 (en) | Composition of epoxybismaleimide binding agent for prepregs (versions), method of obtaining epoxybismaleimide binding agent (versions), prepreg and article | |
JP2011231187A (en) | Epoxy resin composition, prepreg, and fiber-reinforced composite material | |
Xu et al. | High performance modification of hyperbranched polyborate on diglycidyl ether of bisphenol‐a resin | |
RU2792592C1 (en) | Composition and method for producing a binder based on an epoxy-benzoxazine composition | |
Večeřa et al. | Epoxy–Cyanate Ester Compositions as Matrixes for Tagging of Explosives | |
WO2023176935A1 (en) | Epoxy resin composition for resin transfer molding, cured resin product, fiber-reinforced composite material, and method for manufacturing same |