Епоксидний композит

Епоксидний композит, який містить органічну складову на основі епоксидної смоли, ангідридного твердника ізометилтетрагідрофталевого ангідриду й амінного прискорювача тверднення 2,4,6трис-(N,N-диметиламінометил)фенолу, а також кремнійорганічного наповнювача на основі суміші тетраетоксисилану, гліцидоксипропілтриетоксисилану, ацетону й водного розчину нітратної кисло 3 наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: органічна складова: дигліцидиловий етер дициклогексилпропану 100 ізо-метилтетрагідрофталевий ангідрид 76 2,4,6-трис-(N,Nдиметиламінометил)фенол 0,53 кремнійорганічний наповнювач: тетраетоксисилан 2-26 гліцидоксипропілтриетоксисилан 1,4-17,4 ацетон 1,8-23,4 водний розчин нітратної кислоти 0,5-6,2. Як базовий компонент для полімерної матриці обрано низькомолекулярну епоксидну смолу дигліцидиловий етер дициклогексилпропану (EPONEX™ RESIN 1510 - гідрований аналог епоксидно-діанової смоли ЕД-20). Для зшивання епоксидної смоли використовували стехіометричну кількість твердника ізо-метилтетрагідрофталевого ангідриду (ізо-МТГФА, EPIKURE 3601, HEXION) та прискорювач тверднення 2,4,6-трис-(N,Nдиметиламінометил)фенол (УП-606/2, УкрдержНДІпластмас) у кількості 0,3мас.ч. відносно сумарної кількості епоксидної смоли й ангідриду. З метою поліпшення когезійних властивостей епоксидного композита в органічну матрицю вводили дисперсний кремнійорганічний наповнювач (0,5-6мас.% у перерахунку на SiO2), одержаний in situ за золь-гель технологією змішуванням тетраетоксисилану (ТЕОС) і гліцидоксипропілтриетоксисилану (ЕС-1) з ацетоном і водним розчином нітратної кислоти. ЕС-1 додавали для покращення сумісності золів з епоксидною смолою і стабілізації композицій. При вмісті наповнювача 0,5-1,5мас.% відносно сумарної кількості органічної складової спостерігається ефект армування епоксидної матриці дисперсним наповнювачем, що сприяє підвищенню модуля пружності, когезійної міцності й адгезії до алюмінієвого субстрату. Введення у матеріал наповнювача 3мас.% і вище призводить до порушень структури органічної матриці внаслідок надмірного укрупнення дисперсних частинок і погіршення фізико-механічних характеристик композита. Композит формують за наступною технологією: Дозування компонентів, формування золю кремнійорганічного наповнювача змішуванням ТЕОС, ЕС-1, ацетону й водного розчину нітратної кислоти, через 24 години додавання до золю епоксидної смоли і вакуумування одержаної суміші протягом доби, додавання ангідриду і прискорювача тверднення, ретельне змішування композиту до повної гомогенізації, нанесення на субстрат або виливання у форму, тверднення за режимом: 1год. при 120°С+2год. при 160°С+2год. при 180°С. Приклад конкретного виконання. Приклад 1 Для одержання композита з вмістом наповнювача 0,5мас.% відносно сумарної кількості органічної складової змішують: 2г ТЕОС, 1,4г ЕС-1, 0,5г водного розчину нітратної кислоти, 1,8г ацетону. 55151 4 Розчин перемішують до повної гомогенізації і залишають на 24 години. До одержаного золю додають 100г EPONEX 1510, ретельно перемішують і вакуумують протягом доби, потім додають 76г ізо-МТГФА і 0,53г УП-606/2, перемішують і наносять на субстрат або виливають у форму. Тверднення проводять за наступним режимом: 1год. при 120°С+2год. при 160°С+2год. при 180°С. Приклад 2 Композит з вмістом наповнювача 3мас.% відносно сумарної кількості органічної складової готують подібно до приклада 1 при наступному співвідношенні компонентів: органічна складова: дигліцидиловий етер дициклогексилпропану 100 ізо-метилтетрагідрофталевий ангідрид 76 2,4,6-трис-(N,Nдиметиламінометил)фенол 0,53 кремнійорганічний наповнювач: тетраетоксисилан 12,6 гліцидоксипропілтриетоксисилан 8,4 ацетон 11,3 водний розчин нітратної кислоти 3. Приклад 3 Композит з вмістом наповнювача 6мас.% відносно сумарної кількості органічної складової готують подібно до приклада 1 при наступному співвідношенні компонентів: органічна складова: дигліцидиловий етер дициклогексилпропану 100 ізо-метилтетрагідрофталевий ангідрид 76 2,4,6-трис-(N,Nдиметиламінометил)фенол 0,53 кремнійорганічний наповнювач: тетраетоксисилан 26 гліцидоксипропілтриетоксисилан 17,4 ацетон 23,4 водний розчин нітратної кислоти 6,2. Розроблений епоксидний композит характеризується підвищеними фізико-механічними властивостями відносно прототипу: на 14 % вища адгезійна міцність системи при введенні кремнійорганічного наповнювача в оптимальній кількості за рахунок зниження внутрішніх напружень в органічній матриці, а також ефекту армування епоксидної сітки дисперсними частинками наповнювача (при збереженні високої прозорості). Використання епоксидної смоли EPONEX 1510 дозволяє одержувати композити з високою міцністю при нижчих концентраціях наповнювача (0,51,5мас.%) порівняно з прототипом, для якого спостерігається максимум адгезійної міцності при вмісті наповнювача 3,0мас.%, що дозволяє здешевити процес синтезу композиту за рахунок використання меншої кількості компонентів золю. В таблиці 1 наведено приклади конкретного використання композиції: технічні рішення згідно з заявкою, контрольні приклади прототипу, а також їх порівняльні властивості. 5 55151 6 Таблиця 1 Показник Епоксидний композит Вміст наповнювача, мас % 1,0 1,5 3,0 4,5 6,0 0 0 Адгезійна міцність при відриві відр , МПа Модуль пружності Е, ГПа Міцність при розтягуванні р , МПа Деформація при розриві р,% 0,5 35 46 47 41 36 26 24 0,64 0,74 0,79 0,86 0,78 0,83 65,8 73,6 74,9 75,4 65,2 9,3 9,0 8,4 7,9 6,7 Адгезійну міцність при відриві відр визначали на алюмінієвих зразках сплаву Д-16 відповідно ГОСТ 14760-69 «Клеи. Метод определения прочности при отрыве». Поверхню перед склеюванням обробляли корундом на шліфувальній плиті для надання шорсткості поверхні й видалення оксидної плівки, після чого знежирювали ацетоном. Товщина шару адгезива становила 70-100мкм. Граничні механічні властивості при одноосьовому розтягуванні (міцність при розтягуванні р і деформацію при розриві р ) визначали на дина мометрі типу Поляні при швидкості деформації 3,8 10 5 м/с [3]. Модуль пружності Е розраховували за кутом нахилу початкової ділянки кривої f р . р Комп’ютерна верстка О. Рябко Прототип 1,0 1,5 3,0 4,5 28 34 36 42 33 0,84 0,71 0,91 1,22 1,00 0,91 69,6 67,1 64,0 74,3 75,3 74,1 72,7 6,9 6,1 6,0 8,0 7,7 6,5 7,3 Джерела інформації: 1 Viscoelasticity of epoxy resin/silica hybrid materials with an acid anhydride curing agent / W. Araki, Sh. Wada, T. Adachi // Journal of Applied Polymer Science. - 2008. - Vol.108, N4. - P.24212427. 2 Динамические механические и адгезионные свойства эпоксидно-полисилоксановых нанокомпозитов, полученных золь-гель методом / С.В. Жильцова, Н.В. Бабкина, В.М. Михальчук, Т.И. Григоренко, О.Г. Пурикова, В.А. Белошенко // Полімерний журнал. - 2010. - №1. - С.11-16 (прототип). 3 Методы измерения механических свойств полимеров / А.Я. Малкин, А.А. Аскадский, В.В. Коврига. - М.: Химия, 1978. - 336с. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601