RU2756806C1 - Низковязкое эпоксидное связующее для армированных пластиков с высокой трещиностойкостью и теплостойкостью - Google Patents
Низковязкое эпоксидное связующее для армированных пластиков с высокой трещиностойкостью и теплостойкостью Download PDFInfo
- Publication number
- RU2756806C1 RU2756806C1 RU2020143209A RU2020143209A RU2756806C1 RU 2756806 C1 RU2756806 C1 RU 2756806C1 RU 2020143209 A RU2020143209 A RU 2020143209A RU 2020143209 A RU2020143209 A RU 2020143209A RU 2756806 C1 RU2756806 C1 RU 2756806C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- epoxy
- binder
- reinforced plastics
- polysulfone
- accelerator
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/04—Oxygen-containing compounds
- C08K5/06—Ethers; Acetals; Ketals; Ortho-esters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/04—Oxygen-containing compounds
- C08K5/09—Carboxylic acids; Metal salts thereof; Anhydrides thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
- C08K5/34—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring
- C08K5/3442—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having two nitrogen atoms in the ring
- C08K5/3445—Five-membered rings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/36—Sulfur-, selenium-, or tellurium-containing compounds
- C08K5/41—Compounds containing sulfur bound to oxygen
- C08K5/42—Sulfonic acids; Derivatives thereof
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Epoxy Resins (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к эпоксидным связующим, используемым для изготовления композиционных материалов методами вакуумной инфузии, намотки, прессования и иными способами. Предложено эпоксидное связующее для армированных пластиков, включающее эпоксидно-диановую смолу, отвердитель, ускоритель, термопластичный модификатор и активный разбавитель. В качестве отвердителя эпоксидное связующее содержит изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид, в качестве ускорителя - 2-метилимидазол, в качестве термопластичного модификатора - полисульфон и в качестве активного разбавителя - фурфурилглицидиловый эфир. Технический результат – предложенное связующее обладает пониженной вязкостью, повышенной трещиностойкостью и теплостойкостью. 3 табл., 4 пр.
Description
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.
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.
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, изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид, ускоритель отверждения на основе алканоламина, при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
Эпоксидная диановая смола | 100 |
Изометилтетрагидрофталевый ангидрид | 60-80 |
Ускоритель отверждения | 1,0-2,0 |
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:
Эпоксидно–диановая смола | 100 |
Смесь термопластичных модификаторов | 1-25 |
Диаминодифенилсульфон | 35-50 |
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.
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.
Техническая задача изобретения состоит в разработке связующего, которое имеет невысокую вязкость, обладает высокими значениями теплостойкости и трещиностойкости.
Технический результат заключается в получении связующего на основе смесевой композиции, обладающего высокой трещино- и теплостойкостью, а также низкой вязкостью.
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):
эпоксидиановая смола | 20-50 |
изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид | 40-60 |
полисульфон | 2-20 |
фурфурилглицидиловый эфир | 2-30 |
2-метилимидазол | 0,01-1,00 |
Способ производства эпоксидного связующего для армированных пластиков характеризуется тем, что в обогреваемую емкость с мешалкой загружают эпоксидиановую смолу и перемешивают при температуре 110–120 ºС в течение 15 минут. 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 минут. Далее в полученную смесь вводят в качестве отвердителя изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид и ускоритель 2–метилимидазол при температуре 60-70 ºС.
Сущность настоящего изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 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 ºС в течение 15 минут, 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 минут и охлаждают до температуры 60 ºС. Далее в полученную смесь вводят изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 38.103149-85) и 2-метилимидазол.
При этом получают композицию со следующим качественным и количественным составом, мас.%:
эпоксидиановая смола | 38,0 |
изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид | 40,9 |
полисульфон ПСК-1 | 14,0 |
фурфурилглицидиловый эфир | 7,0 |
2-метилимидазол | 0,1 |
Пример 2
Способ производства эпоксидного связующего для армированных пластиков характеризуется тем, что в обогреваемую емкость с мешалкой загружают эпоксидиановую смолу и перемешивают при температуре 112 ºС в течение 15 минут, 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 минут и охлаждают до температуры 65 ºС. Далее вводят в полученную смесь изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 38.103149-85) и 2-метилимидазол.
При этом получают композицию со следующим качественным и количественным составом, мас.%:
эпоксидиановая смола | 33 |
изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид | 40, 93 |
Полисульфон ПСК-1 | 13 |
фурфурилглицидиловый эфир | 13 |
2-метилимидазол | 0,07 |
Пример 3
Способ производства эпоксидного связующего для армированных пластиков характеризуется тем, что в обогреваемую емкость с мешалкой загружают эпоксидиановую смолу и перемешивают при температуре 115 ºС в течение 15 минут, 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 минут и охлаждают до температуры 70 ºС. Далее вводят в полученную смесь изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 38.103149-85) и 2-метилимидазол.
При этом получают композицию со следующим качественным и количественным составом, мас.%:
эпоксидиановая смола | 36 |
изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид | 43,93 |
Полисульфон ПСК-1 | 7 |
фурфурилглицидиловый эфир | 14 |
2-метилимидазол | 0,07 |
Пример 4
Способ производства эпоксидного связующего для армированных пластиков характеризуется тем, что в обогреваемую емкость с мешалкой загружают эпоксидиановую смолу и перемешивают при температуре 120ºС в течение 15 минут, 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 минут и охлаждают до температуры 65 ºС. Далее вводят в полученную смесь изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 38.103149-85) и 2-метилимидазол.
При этом получают композицию со следующим качественным и количественным составом, мас.%:
эпоксидиановая смола | 31 |
изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид | 38,94 |
Полисульфон ПСК-1 | 18 |
фурфурилглицидиловый эфир | 12 |
2-метилимидазол | 0,06 |
Для оценки физико-механических свойств полученных композиций были изготовлены отвержденные образцы по следующему методу.
Гомогенную смесь заливают в емкость на 1/3 и выдерживают в вакуумном термошкафу при температуре 70-90 ºС в течение 30 мин. Полученное связующее выливают в силиконовые формы для получения экспериментальных образцов и отверждают по ступенчатому режиму: 2 часа при 90 ºС, 14 часов при 120 ºС.
Были измерены следующие свойства полученного в примерах 1-4 неотвержденного и отвержденного связующего (матрицы): динамическая вязкость η, температура стеклования T g , прочность при растяжении σ р , относительное удлинение ε р , модуль упругости E р , удельная вязкость разрушения G IR .
Динамическую вязкость измеряли методом ротационной вискозиметрии на измерительной системе «конус – плоскость» в диапазоне температур от 40 до 80 ºС и скоростей сдвига 20–420 с-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 ºС со скоростью нагрева 10 К/мин в среде аргона. Измерения с помощью ДМА проводили на образцах матриц с размерами 20 мм × 6 мм × 2 мм, скорость нагрева 1 К/мин, частота приложенной нагрузки 2 Гц.
Образцы для измерения трещиностойкости (удельная вязкость разрушения) представляли собой двутавровую балку с заданной трещиной с размером 150× 20 × 6 мм; размер рабочей части 150 × 5 × 2 мм. Образцы на растяжение получали в виде лопаток толщиной 2 мм, шириной рабочей части 6 мм и длиной рабочей части 35 мм.
Полученные данные представлены в таблицах 1–3.
Таблица 1
Динамическая вязкость связующего при скорости сдвига 150 с-1
Композиция | Температура, ºС | ||
40 | 60 | 80 | |
η, Па·с | |||
1 | 23,128 | 6,584 | 2,011 |
2 | 11,542 | 2,957 | 1,021 |
3 | 0,763 | 0,238 | 0,099 |
4 | 20,892 | 16,517 | 5,853 |
Таблица 2
Температура стеклования отвержденного низковязкого эпоксидного связующего
Композиция | Tg, ºС | ||
ДМА | ДСК | ||
«Термореактивная» фаза | «Термопластичная» фаза | ||
1 | 107 | 155 | 106 |
2 | 106 | 158 | 100 |
3 | 105 | 155 | 106 |
4 | 99 | 160 | 90 |
Таблица 3
Физико-механические свойства связующего заявленного изобретения
Композиция | σр, МПа | Eр, ГПа | εр, % | GIR, кДж/м2 |
1 | 71 | 3,5 | 2,5 | 0,9 |
2 | 67 | 3,8 | 2,1 | 0,6 |
3 | 70 | 3,6 | 2,6 | 1,0 |
4 | 62 | 3,6 | 2 | 1,2 |
Заявленная композиция отличается от других эпоксидных связующих тем, что в ее составе используется активный разбавитель фурфурилглицидиловый эфир, который является доступным и дешевым продуктом.
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 эпоксиполисульфонового связующего фурфурилглицидилового эфира положительно влияет на технологический процесс, так как фазовый распад термопластичной фазы происходит при отверждении связующего.
Claims (2)
- Эпоксидное связующее для армированных пластиков, включающее эпоксидиановую смолу, отвердитель и ускоритель, отличающееся тем, что дополнительно содержит активный разбавитель и термопластичный модификатор, при этом в качестве отвердителя эпоксидное связующее содержит изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид, в качестве ускорителя - 2-метилимидазол, в качестве термопластичного модификатора содержит полисульфон, в качестве активного разбавителя содержит фурфурилглицидиловый эфир при следующем соотношении компонентов, мас. %:
-
эпоксидиановая смола 20-50 изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид 40-60 полисульфон 2-20 фурфурилглицидиловый эфир 2-30 2-метилимидазол 0,01-1
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020143209A RU2756806C1 (ru) | 2020-12-26 | 2020-12-26 | Низковязкое эпоксидное связующее для армированных пластиков с высокой трещиностойкостью и теплостойкостью |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020143209A RU2756806C1 (ru) | 2020-12-26 | 2020-12-26 | Низковязкое эпоксидное связующее для армированных пластиков с высокой трещиностойкостью и теплостойкостью |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2756806C1 true RU2756806C1 (ru) | 2021-10-05 |
Family
ID=78000145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020143209A RU2756806C1 (ru) | 2020-12-26 | 2020-12-26 | Низковязкое эпоксидное связующее для армированных пластиков с высокой трещиностойкостью и теплостойкостью |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2756806C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006070266A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-03-16 | Nippon Shokubai Co Ltd | 樹脂組成物の製造方法及び樹脂組成物 |
RU2327718C1 (ru) * | 2007-01-09 | 2008-06-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова | Эпоксидное связующее для композиционных материалов |
RU2412963C1 (ru) * | 2009-10-05 | 2011-02-27 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Эпоксидное связующее для армированных пластиков |
RU2455317C1 (ru) * | 2008-04-14 | 2012-07-10 | Хексел Композитс, Лтд. | Термореактивная смола, содержащая облученный термопластический агент для повышения ударной прочности |
RU2513626C2 (ru) * | 2008-09-29 | 2014-04-20 | Торэй Индастриз, Инк. | Композиция эпоксидной смолы, препрег и армированный волокнами композиционный материал |
-
2020
- 2020-12-26 RU RU2020143209A patent/RU2756806C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006070266A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-03-16 | Nippon Shokubai Co Ltd | 樹脂組成物の製造方法及び樹脂組成物 |
RU2327718C1 (ru) * | 2007-01-09 | 2008-06-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова | Эпоксидное связующее для композиционных материалов |
RU2455317C1 (ru) * | 2008-04-14 | 2012-07-10 | Хексел Композитс, Лтд. | Термореактивная смола, содержащая облученный термопластический агент для повышения ударной прочности |
RU2513626C2 (ru) * | 2008-09-29 | 2014-04-20 | Торэй Индастриз, Инк. | Композиция эпоксидной смолы, препрег и армированный волокнами композиционный материал |
RU2412963C1 (ru) * | 2009-10-05 | 2011-02-27 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Эпоксидное связующее для армированных пластиков |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5003827B2 (ja) | 炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料 | |
JP6623757B2 (ja) | 繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料 | |
CN109929109A (zh) | 一种高韧性耐高低温双马来酰亚胺树脂预聚物及其制备方法 | |
EP0327125A2 (en) | Epoxy resin composition, use and composite material comprising it | |
JP2015117375A (ja) | アリルフェノールノボラック樹脂組成物、それを硬化させた硬化物、硬化物の製造方法、及び繊維強化樹脂成形体 | |
JP2017020004A (ja) | エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料 | |
Xiao et al. | A hyperbranched polymer from tung oil for the modification of epoxy thermoset with simultaneous improvement in toughness and strength | |
RU2756806C1 (ru) | Низковязкое эпоксидное связующее для армированных пластиков с высокой трещиностойкостью и теплостойкостью | |
JP4428978B2 (ja) | エポキシ樹脂組成物 | |
CN109554069B (zh) | 一种尼龙结晶增强的环氧树脂涂层及其制备方法 | |
CN104927310A (zh) | 环氧树脂组合物及经固化得到的环氧树脂材料 | |
EA043262B1 (ru) | Низковязкое эпоксидное связующее для армированных пластиков с высокой трещиностойкостью и теплостойкостью | |
EP3320013B1 (en) | Stable high glass transition temperature epoxy resin system for making composites | |
US5128425A (en) | Epoxy resin composition for use in carbon fiber reinforced plastics, containing amine or amide based fortifiers | |
Rong et al. | Preparation and properties of dipropargyl ether of bisphenol A‐modified bismaleimide resins and composites | |
JP2020007409A (ja) | エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料 | |
RU2520543C2 (ru) | Эпоксидное связующее, препрег на его основе и изделие, выполненное из него | |
WO2023176935A1 (ja) | Rtm用エポキシ樹脂組成物、樹脂硬化物、繊維強化複合材料およびその製造方法 | |
CN115850714B (zh) | 一种poss改性丁腈橡胶化合物及其制备方法和应用 | |
WO2021095627A1 (ja) | エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料 | |
JP2019023284A (ja) | エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料 | |
RU2802318C1 (ru) | Термореактивное связующее с высокой температурой стеклования | |
RU2686036C1 (ru) | Теплостойкое термореактивное связующее для полимерной оснастки из полимерных композиционных материалов | |
RU2762559C1 (ru) | Теплостойкое низковязкое связующее для изготовления изделий методами вакуумной инфузии и пропитки под давлением и способ его получения | |
CN109851970B (zh) | 一种高韧性的双马来酰亚胺树脂材料及制备方法 |