Епоксидне в`яжуче

Корисна модель належить до області машинобудування, може використовуватися як матриця для полімеркомпозитних покриттів, що застосовуються для захисту від корозії деталей, які контактують з агресивними середовищами при звичайних та підвищених температурах. Для захисту від корозії та з метою поліпшення фізико-механічних і теплофізичних властивостей технологічного устаткування використовують полімеркомпозитні покриття, які містять у вигляді в'яжучого епоксидні смоли. Для поліпшення тиксотропних та технологічних властивостей полімерних покриттів у епоксидні олігомери вводять пластифікуючі добавки. Крім того, формування в'яжучих у вигляді компаундів, які містять пластифікатори, забезпечує краще змочування наповнювача, підвищує рухливість макромолекул, що забезпечує вищий ступінь їх зшивання у поверхневих шарах матриці навколо дисперсних часток. Відома епоксидна композиція [пат. Японії №63159424, опубл. в Р.Ж., 1989, №11 "Епоксидна композиція"], що містить (мас. ч.): розчин епоксидної діанової смоли з метилтетрагідрофталевим ангідридом і 2-етил-4метилімідазолом. Відомий матеріал має недолік у технології формування захисних покриттів, який зумовлений значною тривалістю технологічного процесу полімеризації і багатоступеневим режимом теплового зшивання. Відомий епоксидний матеріал [пат. Японії №63202624, опубл. в Р.Ж., 1989, №11 "Епоксидний матеріал для формування"], що містить розчин епоксидно-діанової смоли з отверджувачем (новолачна фенольна смола) в присутності прискорювача тверднення - 0.05-1, який складається із суміші трифенілфосфіну - 10-90 і імідазолу 90-10. Недоліком відомого матеріалу є високі показники залишкових напружень, що прискорює старіння матеріалу покриття і погіршує фізико-механічні властивості епоксикомпозитів під час їхньої експлуатації. За технічною суттю найбільш близькою до епоксидного в'яжучого, який заявляється, є полімерна композиція [а.с. №1495345, опубл. в Р.Ж., 1990, №4 "Полімерна композиція"], що містить: епоксидну діанову смолу, пластифікатор і отверджувач. Відома композиція має такі недоліки: недостатня теплостійкість під час експлуатації покриттів при високих температурах, незначні показники фізико-механічних і теплофізичних характеристик матеріалу, що зумовлено недостатньою когезійною міцністю системи та тиксотропними властивостями. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення модуля пружності при згинанні, теплостійкості і зниження залишкових напружень у захисних покриттях, які експлуатуються в умовах значного градієнту температур і циклічних навантажень, шляхом виконання епоксидного в'яжучого, який містить епоксидну діанову смолу, пластифікатор і отверджувач, причому як епоксидної діанової смоли він містить суміш епоксидних діанових смол з різними марками, а як пластифікатор він містить поліефір, поліефіролігодіефіракрилат і аліфатичну смолу з наступним співвідношенням компонентів, мас.ч.: епоксидна діанова смола 100 епоксидна діанова смола 40-60 отверджувач 18-20 пластифікатор: поліефір 8-12 поліефіролігодіефіракрилат 18-22 аліфатична смола 8-12. Як основний компонент для полімерної матриці захисного покриття вибрано низькомолекулярну епоксидну діанову смолу ЕД-20, яка у скловидному стані характеризується поліпшеними фізико-механічними та теплофізичними властивостями. Для поліпшення когезійної і адгезійної міцності зв'язувача до епоксидної ліанової смоли марки ЕД-20 додатково вводили 40-60мас.ч. епоксидної діанової смоли марки ЕД-16. Формування компаунда з епоксидних олігомерів при оптимальній концентрації інгредієнтів забезпечує суттєве підвищення ступеня зшивання, а, відповідно, і когезійної міцності матеріалу. Для зшивання епоксидного в'яжучого використовували отверджувач холодного тверднення поліетиленполіамін (ПЕПА). Вміст отверджувача у матриці визначали на основі оптимального поєднання високих фізико-механічних властивостей з технологічністю виготовлення композиції. Введення отверджувача понад 20мас.ч. на 100мас.ч. ЕД-20 зумовлює передчасне старіння матеріалу і зниження модуля пружності при згинанні. Введення отверджувача до 18мас.ч. на 100мас.ч. ЕД-20 призводить до неповного зшивання матриці, що суттєво знижує теплостійкість епоксидних матеріалів. Формування в'яжучого на основі епоксидних діанових смол ЕД-20 і ЕД-16 та пластифікатора, що містить поліефір ПЕ-220 (8-12мас.ч.), поліефіролігодіефіракрилат ПДЕА-4 (18-22мас.ч.) і аліфатичну смолу ДЕГ-1 (812мас.ч.) дозволяє поліпшити реологічні властивості епоксидних композицій та знизити залишкові напруження у процесі експлуатації покриття. Введення поліефіру ПЕ-220 і аліфатичної смоли понад 12мас.ч. на 100мас.ч. ЕД-20 зумовлює підвищення залишкових напружень та зниження тиксотропних характеристик матеріалів внаслідок недостатнього зшивання в'яжучого. Введення поліефіру ПЕ-220 і аліфатичної смоли при концентраціях до 8мас.ч. знижує міжмолекулярну взаємодію у полімерному в'яжучого, що погіршує його фізико-механічні властивості. Введення поліефіролігодіефіракрилату ПДЕА-4 при концентрації до 18мас.ч. призводить до зменшення інтенсивності дифузійних процесів у системі та хімічної взаємодії компаунду з металевою основою, а збільшення концентрації ПДЕА-4 понад 22мас.ч. зумовлює зниження релаксаційних характеристик матеріалу, пористості покриттів, внаслідок випаровування макромолекул при температурній полімеризації. Це значно знижує когезійну міцність системи, що позначається на її теплофізичних і фізико-механічних властивостях. Таким чином, порівняно з відомими технічними рішеннями заявлений об'єкт має суттєві відмінності, а отримання позитивного ефекту зумовлено усією сукупністю ознак. Епоксидний в'яжучий формують і наносять на поверхню за наступною технологією. Дозування компонентів, гідродинамічне суміщення епоксидних смол з марками ЕД-20 і ЕД-16 при оптимальних концентраціях, етерифікація компаунда при температурі Т=413-453К протягом часу t=2-3год., що забезпечує краще суміщення компонентів, гідродинамічне суміщення пластифікатора та компаунда з епоксидних діанових смол до отримання однорідної суміші, етерифікація компаунда при температурі Т=413-453К протягом часу t=2-3год., введення отверджувача (ПЕПА), вакуумування композиції протягом 40-60хв. Отриману композицію протягом 60-80хв. наносять на попередньо обезжирену поверхню методом пневматичного розпилення або використовують як в'яжучий для полімеркомпозитних матеріалів. В таблиці 1 наведено приклади конкретного використання композиції: технічні рішення згідно з заявкою, контрольні приклади прототипу, а також їхні порівняльні властивості. Таблиця 1. Епоксидне в'яжуче № 1 Компоненти 3 2 Епоксидна діанова смола (ЕД-20) Епоксидна діанова смола (ЕД-16) Отверджувач - ПЕПА 4 5 6 7 Антипірен Поліефір Поліефіролігодіефіракрилат Аліфатична смола 1 2 1 2 3 Залишкові напруження, МПа Модуль пружності при згинанні, ГПа Теплостійкість, К Композиція згідно з винаходом І II III 3 4 5 Контрольні приклади Прототип І 6 II 7 III 8 IV 9 V 10 VI 11 VII 12 VIII 13 IХ 14 X 15 І 16 II 17 III 18 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 30 50 50 40 60 16 20 18 20 18 Пластифікатор 12 4 6 8 L. 12 12 8 22 12 16 20 20 18 22 12 4 6 12 8 12 8 Характеристики композитного матеріалу 40 19 60 19 70 22 80 24 8 10 12 10 18 12 10 22 8 14 25 14 18 30 18 5 7 10 100 100 100 100 40 18 50 19 60 20 20 14 8 18 8 10 20 10 4,23 4,75 4,37 4,57 4,63 4,73 4,59 4,28 4,65 4,62 4,07 4,12 4,38 7,06 7,47 7,57 3,21 366 3,64 362 3,45 364 2,55 3,00 3,28 348 352 360 3,56 364 3,41 361 3,23 359 3,68 360 3,34 363 3,46 350 3,01 2,16 345 318 2,00 324 2,11 313 Для визначення залишкових напружень у в’язжучому використовували консольний метод. Покриття формували на стальній основі. Після витримки захисного покриття при температурі Т=295К протягом часу r=24год знімали показники залишкових напружень. Модуль пружності епоксидних композитів при згинанні визначали згідно з ГОСТ 9550-81. Теплостійкість (за Мартенсом) епоксидних композитів визначали згідно з ГОСТ 21341-75.