RU2802318C1 - Thermoset binder with high glass transition temperature - Google Patents
Thermoset binder with high glass transition temperature Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802318C1 RU2802318C1 RU2022132374A RU2022132374A RU2802318C1 RU 2802318 C1 RU2802318 C1 RU 2802318C1 RU 2022132374 A RU2022132374 A RU 2022132374A RU 2022132374 A RU2022132374 A RU 2022132374A RU 2802318 C1 RU2802318 C1 RU 2802318C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- binder
- glass transition
- epoxy
- transition temperature
- anhydride
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к разработке термореактивного эпоксидного связующего, перерабатываемого в полимерный композиционный материал (ПКМ) по инжекционным технологиям с температурой формования до 150°С, для изготовления конструкций, в том числе крупногабаритных, из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии (VaRTM) или пропитки под давлением RTM (resin transfer molding) в энергетической, строительной, авиационной, машиностроительной, судостроительной индустриях и других областях техники.The invention relates to the development of a thermosetting epoxy binder processed into a polymer composite material (PCM) using injection technologies with a molding temperature of up to 150 ° C, for the manufacture of structures, including large ones, from polymer composite materials by vacuum infusion (VaRTM) or impregnation under pressure RTM (resin transfer molding) in the energy, construction, aviation, engineering, shipbuilding industries and other areas of technology.
Для изготовления ПКМ методом вакуумной инфузии требуются связующие с низкой вязкостью. Наиболее распространенные связующие - эпоксидные смолы, имеют высокую вязкость. Понизить вязкость за счет повышения температуры связующего не всегда возможно, вследствие понижения технологической жизнеспособности связующих. For the manufacture of PCM by vacuum infusion, binders with low viscosity are required. The most common binders - epoxy resins, have a high viscosity. It is not always possible to reduce the viscosity by increasing the temperature of the binder, due to a decrease in the technological viability of the binder.
Наиболее распространенные связующие - эпоксидные смолы, имеют вязкость, на порядок превышающую эти значения. Понизить вязкость за счет повышения температуры связующего не всегда возможно, особенно в случае использования эпоксидных систем холодного отверждения. Для решения этой проблемы используют различные растворители, либо активные разбавители.The most common binders - epoxy resins, have a viscosity that is an order of magnitude higher than these values. It is not always possible to lower the viscosity by increasing the temperature of the binder, especially when cold curing epoxy systems are used. To solve this problem, various solvents or active diluents are used.
Наиболее дешевый способ понижения вязкости связующих является введение растворителей (ацетон, спирты, спирто-ацетоновые смеси), при этом в процессе отверждения смолы растворитель испаряется, что вызывает дополнительные технологические проблемы, связанные с удалением паров растворителя, которые остаются в композиционном материале и ухудшают его физико-механические свойства.The cheapest way to reduce the viscosity of binders is the introduction of solvents (acetone, alcohols, alcohol-acetone mixtures), while during the curing of the resin, the solvent evaporates, which causes additional technological problems associated with the removal of solvent vapors that remain in the composite material and worsen its physical properties. -mechanical properties.
Использование активных разбавителей, таких как диглицидиловый эфир 1,4-бутандиола (ДЭГ-1), снижает температуру стеклования связующего.The use of active diluents such as 1,4-butanediol diglycidyl ether (DEG-1) lowers the glass transition temperature of the binder.
Из уровня техники известно связующее (патент RU 2527086 С2, C08L 63/00; опубл. 27.08.2014) на основе эпоксидиановой смолы ЭД-20, в качестве разбавителя использован фурфуролацетоновая смола, в качестве отвердителя использован триэтаноламинотитанат. Отвержденное связующее характеризуется низкой температурой стеклования – около 130°С.A binder is known from the prior art (patent RU 2527086 C2, C08L 63/00; publ. 27.08.2014) based on epoxy resin ED-20, furfural acetone resin was used as a diluent, and triethanolaminotitanate was used as a hardener. The cured binder is characterized by a low glass transition temperature of about 130°C.
В патенте RU 2561085 С1, C08L 63/10, опубл. 20.08.2015 разработан состав эпоксидного связующего, включающую эпоксидную диановую смолу – ЭД-20, отвердитель ангидридного типа и модифицирующую добавку – производное полисахаридов. Главным недостатком данного связующего является сложность технологического процесса, а также низкая температура стеклования – не более 135°С, что не обеспечивает рабочую температуру до 120°С.In the patent RU 2561085 C1, C08L 63/10, publ. On August 20, 2015, an epoxy binder composition was developed, including epoxy diano resin - ED-20, an anhydride-type hardener and a modifying additive - a polysaccharide derivative. The main disadvantage of this binder is the complexity of the technological process, as well as the low glass transition temperature - no more than 135°C, which does not provide an operating temperature of up to 120°C.
Известно термореактивное связующее (патент RU 2666438 С1, C08L 63/00, опубл 07.09.2018), включающее эпоксиноволачную смолу марки УП-643, изометилтетрагидрофталиевый ангидрид и катализатор отверждения – соль тетрабутиламмония или диметилгидразид неодекановой кислоты, или 4-фенилазо-N,N-диметиланилин, или 1-(2-пиридилазо)-2-нафтола для изготовления препрегов с использованием стекло-, угле-, органонаполнителей для изготовления высокопрочных термостойких полимерных композиционных материалов, например, для изделий в авиа и ракетостроении, судостроении, нефтегазовой сфере и других областях промышленности. A thermosetting binder is known (patent RU 2666438 C1, C08L 63/00, publ 09/07/2018), including epoxy novolac resin brand UP-643, isomethyltetrahydrophthalic anhydride and a curing catalyst - tetrabutylammonium salt or neodecanoic acid dimethylhydrazide, or 4-phenylazo-N,N- dimethylaniline, or 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol for the manufacture of prepregs using glass, carbon, organic fillers for the manufacture of high-strength heat-resistant polymer composite materials, for example, for products in aircraft and rocket building, shipbuilding, oil and gas and other areas industry.
Недостатками данного изобретения являются низкая жизнеспособность – не более 2-3 часов, а также не высокая температура стеклования – не более 172°С.The disadvantages of this invention are low viability - no more than 2-3 hours, as well as low glass transition temperature - no more than 172°C.
За прототип принято эпоксидное связующее (RU 2749720 С1, C08L 63/00 опубл 16.06.2021) включающее эпоксидную смолу на основе бисфенола А, N,N,N',N'-тетраглицидил-4,4'-диаминодифенилметан, изометилтетрагидрофталевый ангидрид, 2-метилимидазол и резорцин. The prototype is an epoxy binder (RU 2749720 C1, C08L 63/00 publ 06/16/2021) including an epoxy resin based on bisphenol A, N,N,N',N'-tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, isomethyltetrahydrophthalic anhydride, 2 -methylimidazole and resorcinol.
Главным недостатком изобретения является низкая температура стеклования – не более 185°С.The main disadvantage of the invention is the low glass transition temperature - no more than 185°C.
Технической задачей изобретения является создание эпоксидного связующего с более высокой температурой стеклования, перерабатываемого по инжекционным технологиям с температурой формования до 150°С. The technical objective of the invention is to create an epoxy binder with a higher glass transition temperature, processed by injection technology with a molding temperature of up to 150°C.
Техническим результатом изобретения является повышение температуры стеклования связующего при сохранении низкой вязкости связующего.The technical result of the invention is to increase the glass transition temperature of the binder while maintaining a low viscosity of the binder.
Для достижения поставленного технического результата предложено термореактивное связующее для изготовления полимерных композиционных материалов, содержащее эпоксидную основу, включающую эпоксидную диановую смолу, азотсодержащую полифункциональную эпоксидную смолу, в качестве которой используется N,N,N',N'-тетраглицидил-4,4'-диаминодифенилметан, 2-метилимидазол, резорцин и отличается тем, что вместо изометилтетрагидрофталевого ангидрида использован метилэндиковый ангидрид при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: To achieve the stated technical result, a thermosetting binder for the manufacture of polymer composite materials is proposed, containing an epoxy base, including an epoxy diano resin, a nitrogen-containing polyfunctional epoxy resin, which is used as N,N,N',N'-tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane , 2-methylimidazole, resorcinol and differs in that instead of isomethyltetrahydrophthalic anhydride, methylendic anhydride is used in the following ratio, wt. hours:
Предлагаемое связующее может быть использовано для изготовления ПКМ с температурой доотверждения до 150°С, обладает динамической вязкостью не более 600 мПа⋅с при температуре переработки 40°С и сохраняя технологическую вязкость до 600 мПа⋅не менее 5 часов, пригодно для изготовления изделий инжекционными методами, что особенно важно для изготовления крупногабаритных изделий.The proposed binder can be used for the manufacture of PCM with a post-curing temperature of up to 150°C, has a dynamic viscosity of not more than 600 mPa⋅s at a processing temperature of 40°C and retains a technological viscosity of up to 600 mPa⋅for at least 5 hours, is suitable for the manufacture of products by injection methods which is especially important for the manufacture of large-sized products.
Примеры составов и свойства эпоксидного связующего представлены в таблицах 1, 2. Examples of compositions and properties of the epoxy binder are presented in tables 1, 2.
Состав и получение связующего.Composition and preparation of a binder.
Пример 1Example 1
Приготовление компонента А. В лабораторный смеситель загружается расчетное количество (таблица 1) азотсодержащей полифункциональной эпоксидной смолы N,N,N',N'-тетраглицидил-4,4'-диаминодифенилметана, эпоксидной смолы марки ЭД-22, далее происходит нагрев при перемешивании до температуры 100°С и вводят резорцин при интенсивном перемешивании в течение 40 минут. После чего сливают компонент А в сухую емкость. Preparation of component A. The calculated amount (table 1) of nitrogen-containing polyfunctional epoxy resin N,N,N',N'-tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, epoxy resin ED-22 is loaded into a laboratory mixer, then it is heated with stirring to temperature 100°C and enter resorcinol with vigorous stirring for 40 minutes. Then pour component A into a dry container.
Приготовление компонента Б. В чистый и сухой реактор загрузить расчетное количество (таблица 1) метилэндикового ангидрида и 2-метилимидазола. Включить мешалку и, перемешивая, нагреть до температуры 90°С. Перемешивать при данной температуре в течение 60 минут. Состав, соотношение компонентов связующего и его свойства приведены в таблицах 1, 2. Preparation of component B. Load the calculated amount (Table 1) of methylenedic anhydride and 2-methylimidazole into a clean and dry reactor. Turn on the stirrer and, stirring, heat up to a temperature of 90°C. Stir at this temperature for 60 minutes. The composition, the ratio of the components of the binder and its properties are shown in tables 1, 2.
Приготовление связующего. Навеску компонента А массой 10,0 г и навеску компонента Б массой 13 г тщательно перемешивают от 2 до 3 минут в выпарительной чашке при температуре 25°С.Binder preparation. A portion of component A weighing 10.0 g and a portion of component B weighing 13 g are thoroughly mixed for 2 to 3 minutes in an evaporating cup at a temperature of 25°C.
Образцы для механических испытаний отвержденной матрицы готовили методом отливки в металлической оснастке с последующим отверждением по следующему режиму: 110°С - 1 часа, 150°С - 4 часа.Samples for mechanical testing of the cured matrix were prepared by casting in a metal tooling followed by curing according to the following regime: 110°C - 1 hour, 150°C - 4 hours.
Изготовление композиций по примерам 2-8 осуществляют аналогично примеру 1, но при соотношениях компонентов, указанных в таблице 1.The preparation of compositions according to examples 2-8 is carried out analogously to example 1, but with the ratios of the components indicated in table 1.
Таблица 1 – Составы заявляемого термореактивного связующего.Table 1 - Compositions of the claimed thermosetting binder.
Таблица 2 – Свойства заявляемого термореактивного связующегоTable 2 - Properties of the claimed thermosetting binder
На изгиб МПа Strength
Bending MPa
150 °С – 4 часа110 °С - 1 hour
150 °С - 4 hours
Из таблицы 2 видно, что заявленное связующее (состав № 6-8) в сравнении с прототипом имеет значительно более высокие значения температуры стеклования вплоть до 201°С (композиция №8), таким образом, может быть обеспечена возможность получения теплостойкого изделия из ПКМ с рабочей температурой до 120°С.Table 2 shows that the claimed binder (composition No. 6-8) in comparison with the prototype has significantly higher glass transition temperatures up to 201 ° C (composition No. 8), thus, it can be possible to obtain a heat-resistant product from PCM with operating temperature up to 120°С.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2802318C1 true RU2802318C1 (en) | 2023-08-24 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2195474C2 (en) * | 1997-07-24 | 2002-12-27 | Локтайт Корпорейшн | Thermosetting resin composition (versions), construction of attachment of semiconductor device and method of manufacture of semiconductor device with use of thermosetting resin composition |
RU2602881C2 (en) * | 2012-04-27 | 2016-11-20 | ДАУ ГЛОБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ ЭлЭлСи | Curable epoxy resin compositions and composites made therefrom |
RU2666438C1 (en) * | 2017-07-12 | 2018-09-07 | Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Epoxy binder |
WO2020005393A1 (en) * | 2018-06-26 | 2020-01-02 | Dow Global Technologies Llc | Fibre-reinforced composite and process of making this composite |
RU2749720C1 (en) * | 2020-11-05 | 2021-06-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Thermosetting binder |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2195474C2 (en) * | 1997-07-24 | 2002-12-27 | Локтайт Корпорейшн | Thermosetting resin composition (versions), construction of attachment of semiconductor device and method of manufacture of semiconductor device with use of thermosetting resin composition |
RU2602881C2 (en) * | 2012-04-27 | 2016-11-20 | ДАУ ГЛОБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ ЭлЭлСи | Curable epoxy resin compositions and composites made therefrom |
RU2666438C1 (en) * | 2017-07-12 | 2018-09-07 | Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Epoxy binder |
WO2020005393A1 (en) * | 2018-06-26 | 2020-01-02 | Dow Global Technologies Llc | Fibre-reinforced composite and process of making this composite |
RU2749720C1 (en) * | 2020-11-05 | 2021-06-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Thermosetting binder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Qi et al. | Epoxidized soybean oil cured with tannic acid for fully bio-based epoxy resin | |
DE60217542T2 (en) | EPOXY RESIN COMPOSITIONS FOR FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIALS, METHOD FOR PRODUCING MATERIALS AND FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIALS | |
EP0262891A2 (en) | Resin composition of thermosetting resin and thermoplastic resin | |
WO2016017371A1 (en) | Two-pack type epoxy resin composition for fiber-reinforced composite material, and fiber-reinforced composite material | |
WO2019098028A1 (en) | Thermosetting resin composition, prepreg, and fiber-reinforced composite material and production method therefor | |
JP7186711B2 (en) | Curable resin composition and Tuprepreg using the same | |
EP2900727B1 (en) | An epoxy resin formulation for large and thick composite structures | |
RU2802318C1 (en) | Thermoset binder with high glass transition temperature | |
JP2015117375A (en) | Allyl phenol novolak resin composition, cured product obtained by curing the same, production method of cured product, and fiber-reinforced resin molding | |
EP0145165A1 (en) | Process for improving mechanical properties of epoxy resins by addition of cobalt ions | |
DE2101929C3 (en) | Process for the preparation of thermosetting compositions based on epoxy resins | |
US5021519A (en) | Epoxy-polyimide blend for low temperature cure, high-performance resin system and composites | |
WO2017056653A1 (en) | Epoxy resin composition, epoxy resin cured product, prepreg and fiber-reinforced composite material | |
DE60032624T2 (en) | FOR VARIABLE TEMPERATURES, CURABLE COMPOSITION | |
US4767805A (en) | Intermediate for composite materials | |
US4923928A (en) | Thermosetting bismaleimide resin composition containing an adduct of a propenylphenol and an epoxy compound | |
US4500582A (en) | Modified amine hardener systems | |
JP4894339B2 (en) | Epoxy resin composition for fiber reinforced composite materials | |
JP2002145986A (en) | Epoxy resin composition and prepreg using the epoxy resin composition | |
Niino et al. | Aminimide as hardener/curing promotor for one part epoxy resin composition | |
RU2587169C1 (en) | Epoxy-bis-maleimide resin composition and preparation method thereof | |
RU2749720C1 (en) | Thermosetting binder | |
RU2756806C1 (en) | Low-viscosity epoxy binder for reinforced plastics with high crack resistance and heat resistance | |
JP5526700B2 (en) | Polymaleimide composition | |
JPS6345739B2 (en) |