RU2762559C1 - Heat-resistant low-viscosity binder for the manufacture of products by methods of vacuum infusion and impregnation under pressure and a method for its production - Google Patents
Heat-resistant low-viscosity binder for the manufacture of products by methods of vacuum infusion and impregnation under pressure and a method for its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2762559C1 RU2762559C1 RU2021110966A RU2021110966A RU2762559C1 RU 2762559 C1 RU2762559 C1 RU 2762559C1 RU 2021110966 A RU2021110966 A RU 2021110966A RU 2021110966 A RU2021110966 A RU 2021110966A RU 2762559 C1 RU2762559 C1 RU 2762559C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- binder
- heat
- resistant low
- epoxy
- viscosity
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- C08K5/15—Heterocyclic compounds having oxygen in the ring
- C08K5/151—Heterocyclic compounds having oxygen in the ring having one oxygen atom in the ring
- C08K5/1515—Three-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
- C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
- C08K5/315—Compounds containing carbon-to-nitrogen triple bonds
-
- 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
- C08K5/49—Phosphorus-containing compounds
- C08K5/51—Phosphorus bound to oxygen
- C08K5/53—Phosphorus bound to oxygen bound to oxygen and to carbon only
- C08K5/5317—Phosphonic compounds, e.g. R—P(:O)(OR')2
- C08K5/5333—Esters of phosphonic acids
- C08K5/5373—Esters of phosphonic acids containing heterocyclic rings not representing cyclic esters of phosphonic acids
-
- 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
- C08L63/04—Epoxynovolacs
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Epoxy Resins (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к составу и способу получения связующего и предназначено для изготовления полимерного композиционного материала (ПКМ) методом вакуумной инфузии или пропитки под давлением. Может найти применение в аэрокосмической, автомобильной, судостроительной и других отраслях промышленности.The invention relates to a composition and a method for producing a binder and is intended for the manufacture of a polymer composite material (PCM) by vacuum infusion or pressure impregnation. It can be used in aerospace, automotive, shipbuilding and other industries.
Известен способ получения углепластиков на основе термостойкого связующего [Пат. RU 2572139]. Сущностью является способ получения углепластика на основе термостойкого связующего, в котором на поверхности волокнистого углеродного наполнителя размещают связующее в виде порошка, расплавляют связующее, пропитывают им наполнитель и из пропитанного связующим наполнителя формуют углепластик в прессформе, отличающийся тем, что в качестве связующего используют фталонитрильное связующее, а в качестве наполнителя - углеродную равнопрочную или однонаправленную ткань, формируют преформу (преформа — заготовка из сухого армирующего материала (угле-, стекло-, органоволокна или ткани) или вакуумной инфузией. Результатом является изделие из композиционного материала путем наложения слоев наполнителя друг на друга с их взаимной фиксацией с помощью раствора цианового эфира в ацетоне в количестве 3-10 мас. % цианового эфира к массе указанного наполнителя, укладывают преформу в прессформу, размещают связующее в виде порошка на поверхности преформы или между слоями наполнителя и проводят вакуумную пропитку преформы расплавленным связующим при температуре связующего 185-205 °C в течение 30-60 мин, затем из преформы формуют углепластик в прессформе в режиме ступенчатого нагревания с последующей термообработкой углепластика в инертной атмосфере. Способ получения углепластика, отличающийся тем, что размещают связующее в виде порошка на поверхности преформы или между ее слоями в соотношении 1,0-1,3 к массе наполнителя. Способ получения углепластика, отличающийся тем, что в качестве связующего используют фталонитрильное связующее, а углепластик формуют в прессформе в режиме ступенчатого нагревания до температуры 300°C с последующей термообработкой в инертной атмосфере при температуре 350-400°C.A known method of producing carbon plastics based on a heat-resistant binder [US Pat. RU 2572139]. The essence is a method for producing carbon fiber-reinforced plastic based on a heat-resistant binder, in which a binder in the form of a powder is placed on the surface of a fibrous carbon filler, the binder is melted, the filler is impregnated with it, and a carbon fiber-reinforced plastic is formed from the filler impregnated with the binder in a mold, characterized in that phthalonitrile binder is used as a binder, and as a filler - a carbon equal-strength or unidirectional fabric, a preform is formed (a preform is a workpiece made of dry reinforcing material (carbon, glass, organo-fiber or fabric) or by vacuum infusion. by their mutual fixation using a solution of cyan ether in acetone in the amount of 3-10 wt.% of cyan ether to the mass of the specified filler, the preform is placed in the mold, the binder is placed in the form of a powder on the surface of the preform or between the layers of the filler, and a vacuum is applied. wetting the preform with a molten binder at a binder temperature of 185-205 ° C for 30-60 minutes, then carbon fiber is molded from the preform in a mold in a stepwise heating mode, followed by heat treatment of the carbon fiber in an inert atmosphere. A method of producing carbon fiber reinforced plastic, characterized in that a binder is placed in the form of a powder on the surface of the preform or between its layers in a ratio of 1.0-1.3 to the weight of the filler. A method for producing CFRP, characterized in that a phthalonitrile binder is used as a binder, and CFRP is molded in a mold in a stepwise heating mode up to a temperature of 300 ° C, followed by heat treatment in an inert atmosphere at a temperature of 350-400 ° C.
Недостатком известного изобретения является невозможность использования данного фталонитрильного связующего для получения композиционного материала методом инфузии и пропитки под давлением по причине того, что связующее находится в порошкообразном состоянии.The disadvantage of the known invention is the impossibility of using this phthalonitrile binder to obtain a composite material by infusion and impregnation under pressure due to the fact that the binder is in a powdery state.
Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту RU 2638307 «Модифицированный фосфорорганическими фрагментами мономера фталонитрила, способ его получения, связующее на его основе и препрег». Сущностью является модифицированный фосфорорганическими фрагментами мономер фталонитрила, характеризующийся общей формулойFrom the investigated prior art, the applicant identified an invention under the patent RU 2638307 "Modified with organophosphate fragments of phthalonitrile monomer, a method for its production, a binder based on it and prepreg". The essence is a phthalonitrile monomer modified with organophosphate fragments, characterized by the general formula
где R - радикал, выбранный из группы, включающей арил, алкил, арилокси или алкилокси заместители;where R is a radical selected from the group consisting of aryl, alkyl, aryloxy or alkyloxy substituents;
X - двухвалентный арильный заместитель, выбранный из группы, включающей фенилены и нафтилены.X is a divalent aryl substituent selected from the group consisting of phenylenes and naphthylenes.
Мономер фталонитрила, характеризующийся тем, что в качестве R содержит радикал, выбранный из группы, включающей ОСН3, ОС6Н5, ОС10Н7, С6Н5. Способ получения модифицированного фосфорорганическими фрагментами мономера фталонитрила в соответствии с п. 1 формулы, характеризующийся тем, что осуществляют реакционное взаимодействие, по меньшей мере, одного гидроксилсодержащего фталонитрила и фосфорсодержащего вещества, выбранного из группы, включающей алкил- или арилфосфорную кислоту, алкил- или арилфосфористую кислоту, дихлорангидрид алкил- или арилфосфорной кислоты и дихлорангидрид алкил- или арилфосфористой кислоты с последующим извлечением из продуктов реакционного взаимодействия целевого продукта в виде модифицированного фосфорорганическими фрагментами мономера фталонитрила. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что в качестве гидроксилсодержащего фталонитрила используют фталонитрил, выбранный из группы, включающей (4-(2-гидроксифенокси)фталонитрил, 4-(3-гидроксифенокси)фталонитрил и 4-(4-гидроксифенокси)фталонитрил). Способ по п. 3, характеризующийся тем, что перед реакционным взаимодействием упомянутый гидроксилсодержащий фталонитрил смешивают с приемлемым растворителем. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что реакционное взаимодействие осуществляют в присутствии основания. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что извлечение целевого продукта осуществляют путем последовательно проводимых фильтрации продуктов реакционного взаимодействия с получением фильтрата, последующего упаривания фильтрата, растворения продукта упаривания, промывки раствора водой и выделения из него целевого продукта. Связующее, характеризующееся тем, что включает модифицированный фосфорорганическими фрагментами мономер фталонитрила в соответствии с пп. 1 и 2 формулы и ароматический диамин в качестве инициатора полимеризации. Связующее по п. 8, характеризующееся тем, что содержит ароматический диамин в количестве до 20 мас.%. Связующее по п. 8, характеризующееся тем, что его используют в качестве связующего для получения полимерных композиционных материалов по инфузионным технологиям. Препрег, характеризующийся тем, что выполнен из связующего в соответствии с любым из пп. 8-10 формулы и армирующего элемента. Препрег по п. 11, характеризующийся тем, что в качестве армирующего элемента содержит элемент, выбранный из группы, включающей углеродные направленные ленты, углеродные ткани, стеклоткани, стеклянные однонаправленные ленты, углеродные рубленые волокна, стеклянные рубленные волокна.Phthalonitrile monomer characterized in that R contains a radical selected from the group consisting of OCH 3 , OC 6 H 5 , OC 10 H 7 , C 6 H 5 . A method of obtaining a phthalonitrile monomer modified with organophosphorus fragments in accordance with
Таким образом, в известном техническом решении описаны модифицированный фосфорорганическими фрагментами мономер фталонитрила, способ его получения, связующее на его основе и препрег. Связующее характеризуется тем, что включает мономер фталонитрила и ароматический диамин в качестве инициатора полимеризации.Thus, the known technical solution describes a phthalonitrile monomer modified with organophosphorus fragments, a method for its production, a binder based on it, and prepreg. The binder is characterized in that it includes phthalonitrile monomer and an aromatic diamine as a polymerization initiator.
Недостатком известного технического решения в отношении состава является высокая вязкость (по собственным данным) и высокие температуры отверждения (200-375 °С) вследствие чего известное техническое решение обладает более низкими потребительскими свойствами, так как данное связующее не позволяет качественно и быстро пропитать армирующий наполнитель методами вакуумной инфузии и пропитки под давлением. Высокие температуры отверждения данного связующего могут привести к большим термическим напряжениям, возникающим в композите, что ухудшает прочностные характеристики изделия. The disadvantage of the known technical solution in relation to the composition is the high viscosity (according to our own data) and high curing temperatures (200-375 ° C), as a result of which the known technical solution has lower consumer properties, since this binder does not allow high-quality and fast impregnation of the reinforcing filler by methods vacuum infusion and pressure impregnation. High curing temperatures of this binder can lead to high thermal stresses in the composite, which degrades the strength characteristics of the product.
Известно изобретение по патенту RU 2606443 «Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии», сущностью является эпоксидная композиция для полимерных композиционных материалов, содержащая эпоксидную основу, включающую эпоксидную смолу и активный разбавитель - алифатический диглицидиловый эфир, и отверждающую систему на основе смеси аминных отвердителей - полиэфирамина и изофорондиамина, отличающаяся тем, что эпоксидная основа в качестве эпоксидной смолы содержит одну или смесь смол на основе бисфенола А молекулярной массой от 340 до 430, а в качестве активного разбавителя дополнительно содержит ароматический глицидиловый эфир, соотношение полиэфирамина и изофорондиамина в отверждающей системе составляет, масс. %: изофорондиамин - 60,0-90,0; полиэфирамин -10,0-40,0. Эпоксидная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что содержание в эпоксидной основе эпоксидной смолы или смеси смол на основе бисфенола А, в масс. %, составляет: 50,0-90,0. Эпоксидная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что содержание в эпоксидной основе алифатического глицидилового эфира, в масс. %, составляет: 3,0-7,0. Эпоксидная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что содержание в эпоксидной основе ароматического глицидилового эфира, в масс. %, составляет: 3,0-47,0. Эпоксидная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что соотношение эпоксидной основы и отверждающей системы в конечной композиции составляет, масс. ч. - 100:(22-33). Эпоксидная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит краситель в отверждающей системе в количестве 0,0001-0,0010 масс. %. Эпоксидная композиция по п. 6, отличающаяся тем, что используют один из следующих красителей: Метиловый красный, Зелень бриллиантовая или Бромтимоловый синий. Known invention under the patent RU 2606443 "Epoxy composition for the manufacture of products from polymer composite materials by vacuum infusion", the essence is an epoxy composition for polymer composite materials, containing an epoxy base, including epoxy resin and an active diluent - aliphatic diglycidyl ether, and a curing system based on a mixture of amine hardeners - polyether amine and isophorone diamine, characterized in that the epoxy base as an epoxy resin contains one or a mixture of bisphenol A resins with a molecular weight of 340 to 430, and as an active diluent it additionally contains an aromatic glycidyl ether, the ratio of polyether amine and isophorone diamine in hardening system is, masses. %: isophorone diamine - 60.0-90.0; polyetheramine -10.0-40.0. The epoxy composition according to
Недостатком известного технического решения является невысокая теплостойкость (Tg = 101-110 °С), что значительно снижает верхний предел эксплуатации композиционных материалов на его основе. The disadvantage of the known technical solution is its low heat resistance (Tg = 101-110 ° C), which significantly reduces the upper limit of operation of composite materials based on it.
Известно изобретение по патенту RU 2688539 «Эпоксидное связующее для изготовления крупногабаритных композитных изделий, включая оснастку, и способ изготовления крупногабаритной композитной оснастки», сущностью является эпоксидное связующее для изготовления крупногабаритных композитных изделий, включая оснастку, из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии, содержащее смесь двух эпоксидных смол и циклоалифатический отвердитель, где первая смола в смеси представляет собой эпоксианилиновую смолу, вторая смола представляет смолу, выбранную из группы, включающей эпоксипарааминофенольную и эпоксиметааминофенольную смолы, а циклоалифатический отвердитель представляет собой отвердитель, выбранный из группы, включающей 3-аминометил-3,5,5-триметилциклогексиламин, 1,2-диаминоциклогексан, 4,4'-диаминодициклогексил метан, 2,2'-диметил-4,4'-метиленбис(циклогексиламин) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:Known invention under the patent RU 2688539 "Epoxy binder for the manufacture of large-sized composite products, including equipment, and a method for manufacturing large-sized composite equipment", the essence is an epoxy binder for the manufacture of large-sized composite products, including equipment, from polymer composite materials by vacuum infusion epoxy resins and a cycloaliphatic hardener, where the first resin in the mixture is an epoxyaniline resin, the second resin is a resin selected from the group consisting of epoxyparaaminophenol and epoxymethaminophenol resins, and the cycloaliphatic hardener is a hardener selected from the group consisting of 3 , 5-trimethylcyclohexylamine, 1,2-diaminocyclohexane, 4,4'-diaminodicyclohexyl methane, 2,2'-dimethyl-4,4'-methylenebis (cyclohexylamine) in the following ratio, parts by weight:
где содержание первой смолы в упомянутой смеси двух эпоксидных смол составляет 5-25 мас.ч., а содержание второй смолы - 75-95 мас.ч. Связующее по п. 1, которое дополнительно содержит активный разбавитель. Связующее по п. 2, которое в качестве активного разбавителя содержит диглицидиловый эфир бутандиола-1,4 в количестве до 5 мас.ч. Связующее по п. 1, которое дополнительно содержит окрашивающий агент. Связующее по п. 4, которое в качестве окрашивающего агента содержит дибутиламин-9,10-антрацендион в количестве до 0,5 мас.ч. Способ изготовления крупногабаритной оснастки из полимерного композитного материала, включающий сборку на поверхности мастер-модели преформы из армирующего волокнистого наполнителя, вспомогательных материалов и средств, обеспечивающих последующую пропитку упомянутого наполнителя связующим методом вакуумной инфузии; изготовление связующего в соответствии с любым из предшествующих пунктов формулы; герметизацию преформы со стадии (а) с последующей пропиткой армирующего волокнистого наполнителя связующим со стадии (б) методом вакуумной инфузии; предварительное отверждение связующего на мастер-модели в интервале температур от комнатной до 30°С с получением полуфабриката оснастки; удаление полуфабриката оснастки с мастер-модели; постотверждение полуфабриката оснастки при температуре, не превышающей 200°С с получением оснастки. Способ по п. 6, в котором связующее на стадии (б) изготавливают путем смешения компонентов при давлении, не превышающем 10 мм рт.ст. Способ по п. 6, в котором связующее изготавливают непосредственно перед пропиткой преформы на стадии (в). Способ по п. 6, в котором предварительное отверждение на стадии (г) проводят в течение 12-48 ч. Способ по п. 6, в котором постотверждение на стадии (е) проводят при температуре 160-200°С.Способ по п. 6, в котором нагрев для постотверждения проводят ступенчато в 7-9 ступеней со скоростью нагрева, не превышающей 1°С/мин, и выдержкой на каждой ступени в течение 2-6 ч. Способ по п. 6, в котором охлаждение на стадии (е) осуществляют со скоростью, не превышающей 5 °С/мин.where the content of the first resin in said mixture of two epoxy resins is 5-25 parts by weight, and the content of the second resin is 75-95 parts by weight. A binder according to
Более коротко, первая смола в смеси представляет собой эпоксианилиновую смолу, вторая смола представляет смолу, выбранную из группы, включающей эпоксипарааминофенольную и эпоксиметааминофенольную смолы. Циклоалифатический отвердитель представляет собой отвердитель, выбранный из группы, включающей 3-аминометил-3,5,5-триметилциклогексиламин, 1,2-диаминоциклогексан, 4,4'-диаминодициклогексилметан, 2,2'-диметил-4,4'-метиленбис(циклогексиламин).Briefly, the first resin in the mixture is an epoxyaniline resin, the second resin is a resin selected from the group consisting of epoxy paraaminophenol and epoxymetaminophenol resins. The cycloaliphatic hardener is a hardener selected from the group consisting of 3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylamine, 1,2-diaminocyclohexane, 4,4'-diaminodicyclohexylmethane, 2,2'-dimethyl-4,4'-methylenebis ( cyclohexylamine).
Недостатком известного технического решения является высокая активность связующего при комнатной температуре, что значительно усложняет его использование для изготовления изделий методами вакуумной инфузии и пропитки под давлением, т.к. при изготовлении изделий возникают затруднения в процессе формования в силу быстрого отверждения состава. The disadvantage of the known technical solution is the high activity of the binder at room temperature, which greatly complicates its use for the manufacture of products by vacuum infusion and pressure impregnation methods, because in the manufacture of articles, difficulties arise in the molding process due to the rapid curing of the composition.
Известно изобретение по патенту RU 2590563 «Теплостойкое эпокидное связующее для изготовления изделий методом пропитки под давлением», сущностью является теплостойкое эпоксидное связующее для изготовления изделий методом пропитки под давлением, содержащее эпоксидную полифункциональную смолу N,N,N′,N′-тетраглицидил-4,4′-диамино-3,3′-дихлордифениленметан с динамической вязкостью при 50°C не более 10,0 Па·с, эпоксибисмалеимидную смолу, содержащую 25 масс. частей 44′ бисмалеимиддифенилметана и отвердитель - 4,4′-диаминодифенилсульфон, отличающееся тем, что связующее дополнительно содержит один из нижеперечисленных активных разбавителей:Known invention under the patent RU 2590563 "Heat-resistant epoxy binder for the manufacture of articles by impregnation under pressure", the essence is a heat-resistant epoxy binder for the manufacture of articles by impregnation under pressure, containing epoxy polyfunctional resin N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4, 4'-diamino-3,3'-dichlorodiphenylenemethane with dynamic viscosity at 50 ° C not more than 10.0 Pa · s, epoxy-bismaleimide resin containing 25 wt. parts 44 'of bismaleimidediphenylmethane and a hardener - 4,4'-diaminodiphenylsulfone, characterized in that the binder additionally contains one of the following active diluents:
- 3-глицидилоксипропилтриметоксисилан;- 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane;
- смесь 3-глицидилоксипропилтриметоксисилана с продуктом полимеризации эпихлоргидрина в соотношении 1:1;- a mixture of 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane with the epichlorohydrin polymerization product in a 1: 1 ratio;
- смесь 3-глицидилоксипропилтриметоксисилана с аллилглицидиловым эфиром в соотношении 2:3,- a mixture of 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane with allylglycidyl ether in a ratio of 2: 3,
при следующем соотношении компонентов, мас.%:with the following ratio of components, wt%:
Недостатком известного технического решения является сложный состав связующего, что усложняет и повышает длительность и трудоемкость его приготовления (дозирование, смешение).The disadvantage of the known technical solution is the complex composition of the binder, which complicates and increases the duration and complexity of its preparation (dosing, mixing).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату, выбранное заявителем в качестве прототипа, является изобретение по патенту RU 2141493 «Связующее для армированных пластиков», сущностью является связующее для армированных пластиков, включающее эпоксидиановую смолу, ароматический аминный отвердитель и активный разбавитель, отличающееся тем, что в качестве активного разбавителя оно содержит глицидиловые эфиры кислот фосфора общей формулы The closest in technical essence and the achieved technical result, selected by the applicant as a prototype, is the invention according to patent RU 2141493 "Binder for reinforced plastics" that as an active diluent it contains glycidyl esters of phosphorus acids of the general formula
при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:with the following ratio of components, parts by weight:
Ароматический аминный отвердитель - стехиометрическое количество.Aromatic Amine Hardener - Stoichiometric Amount.
Более коротко, связующее включает эпоксидиановую смолу, ароматический аминный отвердитель и активный разбавитель. В качестве эпоксидиановых смол использовались смолы марок ЭД-24, ЭД-22, ЭД-20, ЭД-18 [ГОСТ 10587-84] и другие олигомеры данного ряда. В качестве аминных отвердителей использовали: 4,4'-диаминодифенилметан (ДАДФМ), 3,3'-дихлор,4,4'-диаминодифенилметан ("диамет-х"), м-фенилендиамин (МФДА). В качестве активного разбавителя связующее содержит глицидиловые эфиры кислот фосфора. Briefly, the binder includes an epoxy resin, an aromatic amine hardener, and an active diluent. As epoxy resins, resins of the ED-24, ED-22, ED-20, ED-18 grades [GOST 10587-84] and other oligomers of this series were used. The amine hardeners used were 4,4'-diaminodiphenylmethane (DADPM), 3,3'-dichloro, 4,4'-diaminodiphenylmethane (“diamex”), m-phenylenediamine (MPDA). The binder contains glycidyl esters of phosphorus acids as an active diluent.
Недостатками прототипа по отношению к составу являются:The disadvantages of the prototype in relation to the composition are:
- недостаточно высокая теплостойкость связующего (200°С);- insufficiently high heat resistance of the binder (200 ° C);
- недостаточно низкая вязкость связующего (1500-10000 сП), что затрудняет его применение для инфузионных процессов и пропитки под давлением.- insufficiently low viscosity of the binder (1500-10000 cP), which makes it difficult to use it for infusion processes and impregnation under pressure.
Задачей и техническим результатом заявленного технического решения является разработка состава теплостойкого низковязкого связующего для изготовления изделий методами вакуумной инфузии и пропитки под давлением и способа его получения, устраняющая недостатки прототипа, а именно: The task and the technical result of the claimed technical solution is the development of a composition of a heat-resistant low-viscosity binder for the manufacture of products by methods of vacuum infusion and impregnation under pressure and a method for its production, eliminating the disadvantages of the prototype, namely:
- повышение теплостойкости связующего;- increasing the heat resistance of the binder;
- снижение вязкости связующего для инфузионных процессов и пропитки под давлением.- reducing the viscosity of the binder for infusion processes and impregnation under pressure.
Сущностью заявленного технического решения является теплостойкое низковязкое связующее для изготовления изделий методами вакуумной инфузии и пропитки под давлением, включающая эпоксидную смолу, триглицидилфосфат, ароматический аминный отвердитель, отличающееся тем, что в качестве эпоксидной смолы выбрана эпоксиноволачная смола, в качестве ароматического аминного отвердителя выбран диэтилтолуолдиамин, и связующее дополнительно содержит фталонитрильный мономер, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: The essence of the claimed technical solution is a heat-resistant low-viscosity binder for the manufacture of articles by vacuum infusion and pressure impregnation, including an epoxy resin, triglycidyl phosphate, an aromatic amine hardener, characterized in that epoxy novolac resin is selected as an epoxy resin, diethyltol is selected as an aromatic amine hardener; the binder additionally contains phthalonitrile monomer, with the following ratio of components, parts by weight:
Способ получения теплостойкого низковязкого связующего по п.1, заключающийся в том, что сначала готовят первую смесь, для чего к 100 мас. частям триглицидилфосфата добавляют 10–90 мас. частей фталонитрильного мономера полученную смесь нагревают до температуры 80 °С при тщательном перемешивании; затем готовят вторую смесь, для чего к 20-60 мас. частям эпоксиноволачной смолы добавляют стехиометрическое количество отвердителя диэтилтолуолдиамина, полученную смесь тщательно перемешивают; полученные смеси соединяют, тщательно перемешивают и отверждают по следующему режиму: 2 часа – при 100 °С, 2 часа – при 150 °С, 2 часа – 250 °С.The method of obtaining a heat-resistant low-viscosity binder according to
Получают заявленное связующее.Get the declared binder.
Заявленная последовательность действий не выявлена из уровня техники.The claimed sequence of actions has not been identified from the prior art.
Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг.1 – Фиг.2.The claimed technical solution is illustrated in Fig. 1 - Fig. 2.
На Фиг.1 представлена Таблица 1, в которой приведены составы заявленного теплостойкого низковязкого связующего и связующего по прототипу. Figure 1 presents Table 1, which shows the compositions of the claimed heat-resistant low-viscosity binder and binder according to the prototype.
На Фиг.2 представлена Таблица 2, в которой приведены свойства заявленного теплостойкого низковязкого связующего и связующего по прототипу. Figure 2 presents Table 2, which shows the properties of the claimed heat-resistant low-viscosity binder and binder according to the prototype.
Далее заявителем приведено описание заявленного технического решения.Next, the applicant provides a description of the claimed technical solution.
Для достижения поставленного технического результата разработано теплостойкое низковязкое связующее, содержащее эпоксидную смолу, триглицидилфосфат, ароматический отвердитель и мономер фталонитрила в качестве модификатора при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:To achieve the set technical result, a heat-resistant low-viscosity binder was developed containing epoxy resin, triglycidyl phosphate, an aromatic hardener and phthalonitrile monomer as a modifier with the following ratio of components, parts by weight:
Далее заявителем приведено описание отдельных компонентов заявленного теплостойкого низковязкого связующего.Next, the applicant gives a description of the individual components of the claimed heat-resistant low-viscosity binder.
Известно, что применение эпоксиноволачных смол способствует получению полимеров с высокой теплостойкостью. В качестве эпоксидной смолы использовали эпоксиноволачные смолы DER-354, DEN 425, DEN 431 (Olin).It is known that the use of epoxy novolac resins contributes to the production of polymers with high heat resistance. Epoxy novolac resins DER-354, DEN 425, DEN 431 (Olin) were used as epoxy resin.
Для материалов, перерабатываемых методами вакуумной инфузии или пропитки под давлением, особо важными являются реологические характеристики связующих. Для снижения вязкости и снижения горючести эпоксидных композиций вводили фосфорсодержащий эпоксидный олигомер - триглицидилфосфат, представляющий собой низковязкую прозрачную жидкость. For materials processed by vacuum infusion or pressure impregnation, the rheological characteristics of the binders are of particular importance. To reduce the viscosity and reduce the flammability of epoxy compositions, a phosphorus-containing epoxy oligomer, triglycidyl phosphate, was introduced, which is a low-viscosity transparent liquid.
В качестве ароматического аминного отвердителя использовали диэтилтолуолдиамин марки DEH-650 (Dow Chemical Company). The aromatic amine curing agent was DEH-650 grade diethyltoluene diamine (Dow Chemical Company).
Известно, что полимеры на основе фталонитрилов характеризуются высокими значениями теплостойкости. В качестве модификатора использовали фталонитрильные мономеры PN-3M (ИТЕКМА, г.Москва) и ВСН-31 (ФГУП ВИАМ, г. Москва).It is known that polymers based on phthalonitriles are characterized by high values of heat resistance. Phthalonitrile monomers PN-3M (ITEKMA, Moscow) and VSN-31 (FGUP VIAM, Moscow) were used as a modifier.
Количество отвердителя рассчитывали, исходя из эпоксидного числа смолы и стехиометрического коэффициента отвердителя. The amount of the hardener was calculated based on the epoxy number of the resin and the stoichiometric coefficient of the hardener.
Далее заявителем приведено описание заявленного способа получения теплостойкого низковязкого связующего.Next, the applicant gives a description of the claimed method for producing a heat-resistant low-viscosity binder.
Фталонитрильный мономер является очень высоковязким веществом. Поэтому для оптимизации процесса смешивания компонентов и достижения более высокой гомогенности смеси целесообразно проводить смешение компонентов следующим образом. Phthalonitrile monomer is a very highly viscous substance. Therefore, to optimize the mixing process of the components and achieve a higher homogeneity of the mixture, it is advisable to mix the components as follows.
Сначала готовят первую смесь, для чего к 100 массовым частям триглицидилфосфата добавляют 10-90 массовых частей фталонитрильного мономера, смесь перемешивают при помощи лабораторного смесителя, нагревая на водяной бане при температуре 80°С. First, a first mixture is prepared, for which 10-90 parts by weight of phthalonitrile monomer are added to 100 parts by weight of triglycidyl phosphate, the mixture is stirred using a laboratory mixer, heating in a water bath at a temperature of 80 ° C.
Затем готовят вторую смесь, для чего к 20-60 массовым частям эпоксиноволачной смолы добавляют стехиометрическое количество отвердителя диэтилтолуолдиамина, полученную смесь тщательно перемешивают. Then a second mixture is prepared, for which a stoichiometric amount of diethyltoluene diamine hardener is added to 20-60 mass parts of epoxy novolac resin, the resulting mixture is thoroughly mixed.
Далее полученные смеси соединяют, тщательно перемешивают и отверждают по следующему режиму: 100 °С - 2 часа, 150 °С - 2 часа, 250 °С - 2 часа. Then the resulting mixtures are combined, thoroughly mixed and cured according to the following regime: 100 ° C - 2 hours, 150 ° C - 2 hours, 250 ° C - 2 hours.
Получают заявленное связующее.Get the declared binder.
Режим получения теплостойкого низковязкого связующего и режим его отверждения подобран заявителем опытным путем.The mode of obtaining a heat-resistant low-viscosity binder and the mode of its curing are selected by the applicant empirically.
Вязкость составов определяли на ротационном динамическом реометре DHR-2 (TA Instruments). Температуру стеклования и модуль упругости отвержденных образцов определяли методом динамического механического анализа на приборе DMA 242 E (NETZSCH) при скорости нагрева 5 К/мин.The viscosity of the formulations was determined on a rotary dynamic rheometer DHR-2 (TA Instruments). The glass transition temperature and elastic modulus of the cured samples were determined by dynamic mechanical analysis on a DMA 242 E instrument (NETZSCH) at a heating rate of 5 K / min.
Прочность на сжатие отвержденных образцов определяли по ГОСТ 4651-2014 «Пластмассы. Метод испытания на сжатие». The compressive strength of the cured samples was determined according to GOST 4651-2014 “Plastics. Compression test method ".
Прочность на растяжение определяли по ГОСТ 11262-2017 «Пластмассы. Метод испытания на растяжение». Прочность на изгиб определяли по ГОСТ 4648-2014 «Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб».Tensile strength was determined according to GOST 11262-2017 "Plastics. Tensile test method ". Flexural strength was determined according to GOST 4648-2014 "Plastics. Static bending test method ".
Далее заявителем приведены примеры осуществления заявленного технического решения. Further, the applicant provides examples of the implementation of the claimed technical solution.
Пример 1. Получение теплостойкого низковязкого связующего с содержанием эпоксиноволачной смолы 20 мас.ч., фталонитрильного мономера 10 мас.ч.Example 1. Obtaining a heat-resistant low-viscosity binder containing epoxy
Сначала готовят первую смесь, для чего к 100 мас. частям триглицидилфосфата добавляют 10-90 массовых частей фталонитрильного мономера. Полученную смесь перемешивают при помощи лабораторного смесителя, нагревая на водяной бане при температуре 80 °С. First, prepare the first mixture, for which 100 wt. parts of triglycidyl phosphate add 10-90 parts by weight of phthalonitrile monomer. The resulting mixture is stirred using a laboratory mixer, heating in a water bath at a temperature of 80 ° C.
Затем готовят вторую смесь, для чего к 20 мас. частям эпоксиноволачной смолы добавляют стехиометрическое количество отвердителя диэтилтолуолдиамина, полученную смесь тщательно перемешивают. Then a second mixture is prepared, for which 20 wt. a stoichiometric amount of diethyltoluene diamine hardener is added to parts of the epoxy novolac resin, the resulting mixture is thoroughly mixed.
Полученные смеси соединяют, тщательно перемешивают перемешивают и отверждают по следующему режиму: 2 часа – при 100 °С, 2 часа – при 150 °С, 2 часа – 250 °С. The resulting mixtures are combined, mixed thoroughly, mixed and cured according to the following regime: 2 hours at 100 ° C, 2 hours at 150 ° C, 2 hours at 250 ° C.
Получают заявленное теплостойкое низковязкое связующее.Receive the declared heat-resistant low-viscosity binder.
Примеры 2 – 10. Получение теплостойкого низковязкого связующего с содержанием эпоксиноволачная смолы 20-60 мас.ч., фталонитрильного мономера 10–90 мас.ч.Examples 2 - 10. Obtaining a heat-resistant low-viscosity binder containing epoxy novolac resin 20-60 wt.h., phthalonitrile monomer 10-90 wt.h.
Проводят последовательность действий по Примеру 1, отличающееся тем, что меняют количество эпоксиноволачной смолы и фталонитрильного мономера в интервале заявленных значений.A sequence of actions is carried out according to Example 1, characterized in that the amount of epoxy novolac resin and phthalonitrile monomer is changed in the range of the stated values.
Результаты приведены в Таблице 1 на Фиг.1. В Таблице 1 также приведены данные по прототипу для сравнения.The results are shown in Table 1 in Fig. 1. Table 1 also shows prototype data for comparison.
Из данных, приведенных в Таблице 1, видно, что получены составы заявленного теплостойкого низковязкого связующего во всем интервале заявленных значений содержания компонентов. From the data given in Table 1, it can be seen that the compositions of the claimed heat-resistant low-viscosity binder were obtained in the entire range of the declared values of the content of the components.
В Таблице 2 на Фиг. 2 приведены свойства полученного по Примерам 1 – 10 теплостойкого низковязкого связующего и связующего по прототипу для сравнения.In Table 2 of FIG. 2 shows the properties of the obtained according to Examples 1 to 10 heat-resistant low-viscosity binder and binder according to the prototype for comparison.
Как видно из Таблицы 2, заявленное теплостойкое низковязкое связующее (Примеры 1 – 10) имеет:As can be seen from Table 2, the claimed heat-resistant low-viscosity binder (Examples 1-10) has:
- более высокую по сравнению с прототипом теплостойкость – повышена с 155-200 °С до 200-235 °С, то есть повышение составляет в среднем 40 °С,- higher heat resistance compared to the prototype - increased from 155-200 ° C to 200-235 ° C, that is, the increase is on average 40 ° C,
- получены достаточно высокие физико-механические свойства (прочность на сжатие, растяжение и изгиб) сопоставимые с показателями прототипа;- obtained sufficiently high physical and mechanical properties (compressive, tensile and bending strength) comparable to those of the prototype;
- верхние и нижний интервалы вязкости сдвинуты в область более низких значений по сравнению с показателями прототипа.- the upper and lower ranges of viscosity are shifted to the region of lower values in comparison with those of the prototype.
Таким образом, из описанного выше можно сделать вывод, что заявителем достигнуты поставленные задачи и заявленный технический результат, превышающий технический результат прототипа, а именно:Thus, from the above, we can conclude that the applicant has achieved the assigned tasks and the claimed technical result , exceeding the technical result of the prototype, namely:
- разработан состав теплостойкого низковязкого связующего, включающий эпоксидную смолу, триглицидилфосфат, ароматический аминный отвердитель, - a composition of a heat-resistant low-viscosity binder has been developed, including an epoxy resin, triglycidyl phosphate, an aromatic amine hardener,
- разработан способ получения связующего, включающий смешение компонентов, в состав которых входят эпоксидная смола, триглицидилфосфат, ароматический аминный отвердитель и модификатор; - a method for producing a binder has been developed, including mixing components, which include epoxy resin, triglycidyl phosphate, aromatic amine hardener and modifier;
- показано, что заявленное связующее имеет более высокую по сравнению с прототипом теплостойкость, более низкую вязкость и сопоставимые с прототипом физико-механические свойства.- it is shown that the claimed binder has a higher heat resistance compared to the prototype, lower viscosity and comparable physical and mechanical properties to the prototype.
Заявленный технический результат достигнут тем, что подобран такой оптимальный состав компонентов и способ их смешения, что позволило получить связующее с низкой вязкостью, высокой теплостойкостью.The claimed technical result was achieved by the fact that such an optimal composition of components and a method of mixing them were selected, which made it possible to obtain a binder with low viscosity, high heat resistance.
Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна», предъявляемому к изобретениям, так как на дату предоставления заявочных материалов заявителем из исследованного уровня техники не выявлены источники, обладающие совокупность признаков, идентичными совокупности признаков заявленного технического решения.The claimed technical solution meets the "novelty" requirement of patentability for inventions, since at the date of the applicant's submission of the application materials from the studied prior art, no sources have been identified that have a set of features identical to the set of features of the claimed technical solution.
Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, т. к. совокупность заявленных признаков обеспечивает получение неочевидных для специалиста технических результатов, превышающих технический результат прототипа. Заявителем из исследованного уровня техники не выявлены составы, в которых одновременно использовались бы заявленные компоненты в заявленном соотношении и в заявленном назначении, а именно – в составе теплостойкого низковязкого связующего. При этом соотношение компонентов было подобрано заявителем опытным путем. В выявленных источниках также отсутствует последовательность действий заявленного способа, следовательно, заявленный способ не является очевидным для специалиста в анализируемой области техники.The claimed technical solution complies with the "inventive step" patentability requirement for inventions, since the combination of the claimed features provides for obtaining technical results that are not obvious to a specialist, exceeding the technical result of the prototype. The applicant from the investigated prior art has not identified compositions in which the claimed components would be used simultaneously in the claimed ratio and in the declared purpose, namely, in the composition of a heat-resistant low-viscosity binder. In this case, the ratio of the components was selected by the applicant empirically. The identified sources also lack the sequence of actions of the claimed method, therefore, the claimed method is not obvious to a specialist in the analyzed field of technology.
Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость» предъявляемому к изобретениям, т.к. заявленный состав может быть получен посредством использования известных компонентов с применением стандартного оборудования и известных приемов.The claimed technical solution meets the condition of patentability "industrial applicability" for inventions, since the claimed composition can be obtained by using known components using standard equipment and known techniques.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021110966A RU2762559C1 (en) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | Heat-resistant low-viscosity binder for the manufacture of products by methods of vacuum infusion and impregnation under pressure and a method for its production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021110966A RU2762559C1 (en) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | Heat-resistant low-viscosity binder for the manufacture of products by methods of vacuum infusion and impregnation under pressure and a method for its production |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2762559C1 true RU2762559C1 (en) | 2021-12-21 |
Family
ID=80039330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021110966A RU2762559C1 (en) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | Heat-resistant low-viscosity binder for the manufacture of products by methods of vacuum infusion and impregnation under pressure and a method for its production |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2762559C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2141493C1 (en) * | 1998-05-07 | 1999-11-20 | Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева | Binder for reinforced plastics |
RU2572139C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for obtaining carbon fibre-reinforced polymers based of heat-resistant binding agent |
RU2590563C1 (en) * | 2015-04-23 | 2016-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Heat-resistant epoxy binder for making articles by impregnation under pressure |
RU2606443C1 (en) * | 2015-10-13 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Epoxy composition for making articles from polymer composite materials by vacuum infusion |
RU2688539C1 (en) * | 2018-11-15 | 2019-05-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные технологии и материалы" (ООО "ИТЕКМА") | Epoxy binder for making large-size composite articles, including fittings, and method of making large-size composite tooling |
-
2021
- 2021-04-19 RU RU2021110966A patent/RU2762559C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2141493C1 (en) * | 1998-05-07 | 1999-11-20 | Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева | Binder for reinforced plastics |
RU2572139C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for obtaining carbon fibre-reinforced polymers based of heat-resistant binding agent |
RU2590563C1 (en) * | 2015-04-23 | 2016-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Heat-resistant epoxy binder for making articles by impregnation under pressure |
RU2606443C1 (en) * | 2015-10-13 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Epoxy composition for making articles from polymer composite materials by vacuum infusion |
RU2688539C1 (en) * | 2018-11-15 | 2019-05-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные технологии и материалы" (ООО "ИТЕКМА") | Epoxy binder for making large-size composite articles, including fittings, and method of making large-size composite tooling |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0161576B1 (en) | Epoxy resin composition | |
EP0262891B1 (en) | Resin composition of thermosetting resin and thermoplastic resin | |
US4510272A (en) | Bis-maleimide-epoxy compositions and prepregs | |
EP0311349B1 (en) | Polymer composition | |
US6379799B1 (en) | Low moisture absorption epoxy resin systems with alkylated diamine hardeners | |
EP3233438B1 (en) | Modified resin systems suitable for liquid resin infusion | |
Xiang et al. | A novel high performance RTM resin based on benzoxazine | |
US3637901A (en) | Epoxy resin composition containing a prepolymer of an n n'-bis-imide and a diamine | |
JPS60155223A (en) | Thermoplastic modified epoxy composition | |
KR101878128B1 (en) | Epoxy resin composition, prepreg and fiber reinforced composite material | |
CN106589837A (en) | Heat-resisting epoxy resin and carbon fiber composite cured at medium and low temperature and preparation method of composite | |
US5231150A (en) | Polymer composition | |
RU2762559C1 (en) | Heat-resistant low-viscosity binder for the manufacture of products by methods of vacuum infusion and impregnation under pressure and a method for its production | |
US5434224A (en) | Thermoset and polyarylsulfone resin system that forms an interpenetrating network | |
US5599628A (en) | Accelerated cycloaliphatic epoxide/aromatic amine resin systems | |
RU2427598C2 (en) | Epoxy bismaleimide binder composition for prepregs, prepreg and article | |
EP0455755B1 (en) | Epoxy matrix toughened with polyimide thermoplastic resin | |
US4839446A (en) | Thermosetting bis oxazoline-polyphenol based resins for resin transfer molding which contain a monooxazine or monooxazoline diluent | |
CN111875793A (en) | Phthalonitrile resin for composite material and preparation method thereof | |
RU2606443C1 (en) | Epoxy composition for making articles from polymer composite materials by vacuum infusion | |
EP3320013B1 (en) | Stable high glass transition temperature epoxy resin system for making composites | |
US7605223B1 (en) | Low melt viscosity imide oligomers and polyimides therefrom | |
JP2018135496A (en) | Two-liquid type epoxy resin composition for fiber-reinforced composite material, and fiber-reinforced composite material | |
JPS619417A (en) | Addition polyimide composition | |
RU2470047C2 (en) | Binder for prepregs and method of producing said binder |