Епоксидна клейова композиція

Винахід відноситься до області технології одержання нероз'ємних муфтоклейових з'єднань труб, стрижнів з різних, у тому числі різнорідних матеріалів з використанням клейових композицій на основі модифікованих епоксидних смол і може знайти застосування при спорудженні чи ремонті трубопроводів, а також у машинобудуванні, зв'язку, електротехнічній промисловості й інших галузях. За останні 20-30 років розроблені і використовуються багато різних способів клейових з'єднань труб. Відомий спосіб створення клейових з'єднань сталевих, алюмінієвих і мідних трубопроводів, розроблений у США фірмою Amlech Co (Агапчев В.И., Пермяков Н.Г., Калимуллин Α.Α., Газизов Х.В. Клеевые соединения, применяемые для сооружения и ремонта объектов трубопроводного транспорта. - М.: ВНИИОЭНГ, 1987, с.5). Монтаж цих з'єднань здійснюють з використанням пересувної установки, оснащеної гідравлічним пресом, за допомогою якого на одному кінці труби продавлюється канавка, а на іншому - формується розтруб. Відбуваються деформація канавки і щільне прилегания поверхонь, що склеюються, тому що внутрішній діаметр розтруба має трохи менший розмір, чим гладкий кінець труби з нанесеним клеєм. Відомий спосіб муфтоклейового з'єднання труб, що дозволяє забезпечувати мінімальну товщину клейового шару за рахунок пластичного деформування муфти в процесі зборки трубопроводу (Агапчев В.И., Пермяков Н.Г., Калимуллин Α.Α., Газизов Х.В. Клеевые соединения, применяемые для сооружения и ремонта объектов трубопроводного транспорта. - М.: ВНИИОЭНГ, 1987, с.8). Склеювання відбувається в такій послідовності. На очищені і знежирені кінці труб, що з'єднуються, установлюється на клеї металева гладка муфта, причому діаметральний зазор між поверхнями муфти і труби, які сполучаються, на 1-2мм перевищує допуск на зовнішній діаметр труби, що дозволяє зберегти цілісність клейового шару в процесі зборки труб з муфтами. Після сполучення поверхонь, що склеюються, здійснюють пластичне деформування муфти за допомогою спеціальної переносної установки з наступним ствердженням клейового шару. Застосування даних способів зв'язано зі значними трудовитратами на механічну обробку кінців труб і муфт, з необхідністю використання спеціального устаткування, що робить їх економічно невигідними. Відомий спосіб створення муфтоклейових з'єднань за допомогою муфти з епоксидного полімеру, що термоусаджується і епоксидного клею, час життєздатності якого при температурі термоусадки муфти більше часу, необхідного для повної термоусадки зазначеного сполучного елемента (В.Ф.Строганов, В.О.Білошенко, В.І.Шелудченко. Спосіб з'єднання полімерних труб. - Патент України №10298, бюл. №4, 1996; В.А. Белошенко В.Ф. Строганов, В.И. Шелудченко, Э.В. Амосова. Способ муфтоклейового соединения труб, эпоксидная композиция для изготовления соединительных элементов и способ их изготовления. - Патент РФ №2141600, МПК F16L47/02, Β29С61/06, С08L63/00, бюл. №32, 1999.). Нагрівання в місці з'єднання здійснюється в два етапи, причому на першому етапі проводять повну термоусадку муфти, а на другому - підвищують температуру і витримують її до повного ствердження епоксидного клею. Клей містить епоксидний блоколігомер (БО) на основі діанового олігомеру і кислого олігоефіру, узятих відповідно в співвідношеннях від 2:3 до 1:2 і суміші аліфатичного й арилаліфатичного аміну в співвідношеннях від 1:2,5 до 1:1. Задовольняючи по технологічних характеристиках пред'явленим вимогам і володіючи достатніми адгезійними характеристиками, щоб забезпечувати надійність муфтоклейового з'єднання, що працює в нормальних температурних умовах, цей склад унаслідок низької температури склування Тс (27°С) непридатний для використання в трубопроводах, у яких транспортується теплоносій з температурою вище його Тс (наприклад, гаряча вода, пар й ін.). Більш високі характеристики мають композиції, які стверджуються ароматичними амінами, і використовувані в якості клею. Відома епоксидна композиція, що містить епоксидний олігомер з епоксидним числом 20-36 на основі діфенілолпропана чи параамінофенола, олігоефірепоксидний блоколігомер з епоксидним числом 5-8, що є продуктом конденсації дікарбонового олігодіетиленглікольсебацината з епоксидіановим олігомером і стверджувачем, що представляє собою продукт конденсації саліцилової кислоти з аміноаддуктом епоксидіанового олігомеру і евтектичної суміші метафенілдіаміна (МФД) і діамінодіфенілметана (ДДМ) (Е.В. Оробченко, Т.С. Бабич, Р.К. Енглін, Ю.Г. Жуйков. Клей,- А.с. СРСР №505670, МПК С09J3/16, С08L63/00, C08К5/18, бюл. №9, 1976). Однак дана композиція при значних перевагах у порівнянні з вищевказаною (великі значення адгезійної s міцності ад при високих температурах, більш високе значення температури склування Т с= 48оС) має все-таки s недостатню ад і низьку Тс, що не дозволяють забезпечити герметичність муфтоклейового з'єднання в умовах надлишкового тиску і високої температури, а також недостатню когезійну міцність і еластичність. Більш високі характеристики має клейова композиція, що включає (у масових частках - м.ч.) той же олігоефірепоксидний блоколігомер (42,4-60,5) на основі діанового епоксидного олігомера і діетиленглікольсебацината, діановий епоксидний олігомер (25,9-42,4) і амінний отверджувач (9,4-11,4). Останній являє собою евтектичну суміш з 42-45м.д. МФД і 42-45м.ч. ДДМ, стабілізовану 13-15м.д. циклоаліфатичної епоксидної смоли, і додатково містить 3,8-4,5м.ч. 50-52% розчину комплексу трьохфтористого бора (КТБ) з аніліном у діетиленгліколі (Э.В.Амосова, И.С.Степанова, А.П.Симонова, Ю.С.Кочергин, В.А.Солоницына и др. Эпоксидная композиция.- А.с. СССР №704143, МПК С08L62/02 бюл. №8, 1979). Ця композиція, як найбільш близька по складу і результату, що досягається, при її використанні в якості клею при муфтоклейових з'єднаннях, прийнята як прототип. Володіючи високими еластичністю, когезійною міцністю і міцністю при зсуві, вона має недостатньо високі значення Тц, міцності при рівномірному відриві при кімнатній і підвищеній температурах і міцності при зсуві при підвищених температурах, що не дозволяє рекомендувати її для застосування у випадку підвищених температур експлуатації муфтоклейових з'єднань. Крім того, життєздатність цієї композиції недостатня, унаслідок чого вона стверджується перш, ніж відбувається термоусадка сполучного елемента, що спричиняє неможливість створення надійного муфтоклейового з'єднання. Сутність винаходу. В основу пропонованого винаходу поставлена задача одержання епоксидної клейової композиції з більш високою температурою склування і поліпшеними механічними характеристиками при кімнатній і підвищеній температурах, що дозволило б її використовувати для виготовлення муфтоклейових з'єднань, які працюють при температурах від 20 до 100°С. Рішення поставленої задачі досягається тим, що епоксидна клейова композиція, яка містить епоксидний ліановий олігомер, олігоефірепоксидний блоколігомер, що представляє собою продукт конденсації дікарбонового олігодіетиленглікольсебацината з епоксидіановим олігомером і амінний отверджувач, відповідно до винаходу, у якості амінного отверджувача містить евтектичну суміш з 40-42м.ч. метафенілдіаміна (МФД) з 40-42м.ч. діамінодіфенілметаном (ДДМ), стабілізовану 3-5м.ч. епоксиноволачної смоли і 11-17м.ч. N-метілпірролідона, а також додатково включає 6,1-7,0м.ч. полівинілбутираля, при цьому зазначені компоненти узяті в наступному співвідношенні, (м. ч.): Епоксидіановий олігомер 9,5-15,0 Олігоефірепоксидний блоколігомер 60,0-73,0 Полівинілбутираль 6,1-7,0 Амінний отверджувач 11,0-18,0 У таблиці 1 приведені склади досліджених епоксидних клейових композицій, включаючи відповідно s прототипові, і фізико-механічні властивості стверджених композицій: Тс, руйнівне напруження p і відносна e деформація до руйнування p при розтязі (ДСТ 11262-80), напруження руйнування при зсуві t зс (ДСТ 14759-69) і s рівномірному відриві р.в. (ДСТ 14760-69). Видно, що істотне підвищення необхідних характеристик у порівнянні з прототипом забезпечується тільки у випадку прикладів 1-3. Причинно-наслідковий зв'язок між зміною комбінації компонентів композиції і результатом, що досягається одночасним збільшенням температури склування й адгезійно-міцностних характеристик є цілком очікуваним, тому що відомо, що величина Тс корелює з цими параметрами. Підвищення Тс при збільшенні вмісту еластичної e складової і зменшенні жорсткого компонента і збереження при цьому еластичних властивостей ( p ) на колишньому рівні - несподіваний результат, який може бути зв'язаний з особливостями формування сітчастої структури епоксидного полімеру. Відомості, що підтверджують можливість здійснення винаходу. Оскільки епоксидна композиція, що заявляється, призначена насамперед для виготовлення муфтоклейових трубних з'єднань, здатних витримувати досить високий внутрішній тиск при підвищених температурах, були проведені гідравлічні іспити на сталевих трубах діаметром 1/2 з використанням муфт, що термоусаджуються, із епоксидного полімеру. Підготовку поверхні труб і муфт здійснювали знежиренням ацетоном. Для виготовлення муфт, що термоусаджуються, використовували композицію складу: 80м.ч. дігліциділового ефіру гідрофталевої кіслоти (смола УП-640), 20м.ч. БО аліфатичної смоли УП-599, 60м.ч. отверджувача ізо-МТГФА, 0,9м.ч. трис (діметіламіно-метіл) фенола (патент РФ №2141600, бюл. №32, 1999). Муфти після дернування являли собою порожні циліндри з внутрішнім діаметром 22 мм, довжиною 33 мм, товщиною стінки 3 мм. Робочим середовищем була вода, що нагрівалась в інтервалі температур 20-100°С. Максимальний тиск 3МПа. Випробування муфтоклейових з'єднань на герметичність проводили шляхом східчастого підйому тиску при фіксованій температурі з витримкою при кожнім тиску протягом 5хв. У таблиці 2 приведені результати таких випробувань для клейової композиції, що заявляється (склад 3, табл.1), і для порівняння дані, отримані для клейових композицій складів 4,5 (табл.1), а також клейової композиції, запропонованої раніше (Патент України №10298, бюл. №4, 1996), не розрахованих на застосування при підвищених температурах. Епоксидна клейова композиція, що заявляється, забезпечує герметичність з'єднання при досягненні максимального тиску, реалізованого на стенді для випробувань, аж до 80°С. При 95°С рівень тиску, при якому герметичність не порушується, усе ще досить високий і досягає 0,9МПа. У той же час для кращої з порівнюваних клейових композицій вже при 50°С спостерігається різке зниження адгезійно-міцностних властивостей, у результаті чого граничний тиск до руйнування не досягає 0,4МПа. Таблиця 1 Склад композициї та назва показника Епоксидний олігомер (ЕД-20) Олігоефір епоксидний БО ліанового олігомера ЕД-20 Отверджувач, який заявляється Отверджувач за прототипом (УП-0638) Полівинілбутираль sp , МПа ep ,% Тс, °С t зс , Мпа при температурі, °С 20 100 s р.в. , Мпа при температурі, °С прототип 25,9-42,4 Властивості композициї за прикладами 1 2 3 4 9,5 15 13,5 16,5 5 9,0 42,4-60,5 73 60 65 58,5 74 11,0 18 15,4 19 9,9 94-114 6,5 7,0 6,1 6,0 7,2 37,5-56 48 59 61 49,9 37,5 30-45 35 47 48 22 30 36-48 99 104 95 45 38 13-23 2,3-3,5 28 4,8 29,5 4,9 31,0 5,4 32 4,0 28 1,8 20 100 28-37 3,0-4,5 39 5,8 45,5 6,0 48 6,3 45 5,0 23 2,8 Таблиця2 Клейова композиція яка заявляється склад 4 склад 5 за патентом України №10298 Τ, °С 20 50 80 95 95 95 95 20 20 20 50 50 20 20 20 50 20 40 40 50 Р, МПа 3 3 3 0,2 0,4 0,9 1 0,2 0,6 1,7 0,2 0,4 0,2 0,4 0,6 0,05 3 0,1 0,2 0,05 Примітка Руйнування клейового шару Руйнування клейового шару Руйнування клейового шару Руйнування клейового шару Руйнування клейового шару Руйнування клейового шару Руйнування клейового шару