Спосіб отвердіння епоксидного нанокомпозита з підвищеними фізико-механічними характеристиками

Реферат: Спосіб отвердіння епоксидного нанокомпозита з підвищеними фізико-механічними характеристиками полягає у створенні механічної суміші з епоксидної діанової смоли, наповнювача і отверджувача. Епоксидну діанову смолу попередньо підігрівають до температури Т=353-373 К і витримують при даній температурі упродовж часу =15-20 хв.. Гідродинамічно суміщають епоксидну смолу і нанонаповнювач упродовж часу = 8-10 хв. при оптимальних концентраціях. Обробляють ультразвуком композицію упродовж часу =1,0-1,5 хв.. Проводять етерифікацію композиції при температурі Т=343-353 К упродовж часу =15-20 хв.. Охолоджують суміш упродовж часу =50-60 хв. до кімнатної температури. Вводять отверджувач, вакуумують композицію упродовж часу = 40-60 хв.. Витримують композицію на повітрі упродовж часу =24 год., а далі підігрівають до температури Т=393-398 К і витримують її при даній температурі упродовж часу =1,8-2,0 год.. Охолоджують композицію і витримують її на повітрі упродовж часу =24 год. UA 89897 U (12) UA 89897 U UA 89897 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області отримання композитних покриттів для збільшення ресурсу роботи деталей машин та механізмів технологічного устаткування в судно-, літако- та машинобудуванні. Відома корозійностійка композиція та спосіб її отримання (пат. № 97020588, опубл. в "Промислова власність України", 1997, № 5 "Корозійностійка композиція та спосіб її одержання"), що містить стирол, полістирол, перекис бензолу, диметиланілін та етилсилікат при способі формування захисного покриття, що ґрунтується на полімеризації стиролу в масі полістиролу, перекису бензолу і диметиланіліну, яка відбувається наступним чином: вихідну кількість стиролу і полістиролу ділять на дві частини у співвідношенні (45-55):(55-45), потім розчиняють першу і другу частини полістиролу відповідно у першій і другій частинах стиролу в окремих ємкостях, після чого при неперервному перемішуванні у першу частину суміші вводять диметиланілін і етилсилікат, далі отримані композиції зливають в ємкість і перемішують разом. Недоліком відомого покриття та способу його отримання є трудоємкість формування покриття на деталях складного профілю та низькі фізико-механічні властивості матеріалу у процесі експлуатації. Найбільш близькою за технічною суттю до результату, який досягається і способу, що заявляється, є спосіб отвердіння епоксидної композиції (пат. № 51962 А, опубл. в "Промислова власність України", 2002, № 12 "Спосіб отвердіння епоксидної композиції"), що полягає у створенні механічної суміші з епоксидної діанової смоли, модифікатора і отверджувача. Недоліком вказаного способу формування покриттів є низькі показники фізико-механічних властивостей матеріалу. В основу корисної моделі поставлено задачу поліпшення фізико-механічних властивостей матеріалу шляхом виконання способу отвердіння епоксидного нанокомпозиту з підвищеними фізико-механічними характеристиками, що полягає у створенні механічної суміші з епоксидної діанової смоли, наповнювача і отверджувача, причому епоксидну діанову смолу попередньо підігрівають до температури Т=353-373 К і витримують при даній температурі упродовж часу =15-20 хв., гідродинамічно суміщають епоксидну смолу і нанонаповнювач упродовж часу =810 хв. при оптимальних концентраціях, обробляють ультразвуком композицію упродовж часу  = 1,0-1,5 хв., проводять етерифікацію композиції при температурі Т= 343-353 К упродовж часу =15-20 хв., охолоджують суміш упродовж часу =50-60 хв. до кімнатної температури, вводять отверджувач, вакуумують композицію упродовж часу  = 40-60 хв., витримують композицію на повітрі упродовж часу  = 24 год., а далі підігрівають до температури Т = 393-398 К і витримують її при даній температурі упродовж часу  = 1,8-2,0 год., охолоджують композицію і витримують її на повітрі упродовж часу  = 24 год. Композицію формують і наносять на поверхню за такою технологією. Дозування компонентів, далі епоксидну діанову смолу попередньо підігрівають до температури Т= 353-373 К і витримують при даній температурі упродовж часу =15-20 хв. Гідродинамічно суміщають епоксидну смолу і наповнювач упродовж часу =8-10 хв. при оптимальних концентраціях, після чого обробляють ультразвуком композицію упродовж часу = 1,0-1,5 хв. і проводять її етерифікацію при температурі Т=343-353 К упродовж часу =15-20 хв., що дозволяє краще розчинитись наповнювачу у епоксидному олігомері по усьому його об'єму. Охолоджують суміш упродовж часу = 50-60 хв. до кімнатної температури, вводять отверджувач і вакуумують композицію упродовж часу = 40-60 хв. З метою поліпшеного перебігу фізикохімічних процесів взаємодії витримують композицію на повітрі упродовж часу =24 год., а далі підігрівають до температури Т=393-398 К і витримують її при даній температурі упродовж часу = 1,8-2,0 год. На завершальному етапі охолоджують композицію і витримують її на повітрі упродовж часу =24 год. Як основу для зв'язуючого вибрано низькомолекулярну епоксидно-діанову смолу марки ЕД20 (ГОСТ 10687-76), яка у скловидному стані характеризується високими фізико-механічними властивостями та адгезійною міцністю до чорних металів і сплавів. Для зшивання епоксидного зв'язувача використовували отверджувач поліетиленполіамін (ПЕПА) (ТУ 6-02-594-73). Отверджувач у зв'язувач вводили при стехіометричному співвідношенні компонентів. Як наповнювач було використано нанонаповнювач спеченого композита (ННСК), до складу якого входять олігоелементи (мінерали, солі, метали). До олігоелементів належать: вуглець, бікарбонати, залізо, цинк, магній, натрій, марганець. Формування композита на основі епоксидної діанової смоли ЕД-20 та наповнювача ННСК дозволяє поліпшити фізико-механічні властивості епоксидних композитів. Гідродинамічне суміщення епоксидної смоли та наповнювача упродовж часу  = 8-10 хв. при оптимальних концентраціях з наступною його обробкою ультразвуком упродовж часу  = 1,0-1,5 1 UA 89897 U 5 10 15 20 хв. забезпечує утворення композиції з рівномірним розподілом добавки у епоксидному олігомері. У подальшому це забезпечує поліпшене зшивання зв'язуючого і, як наслідок, поліпшення його когезійних властивостей. Етерифікація компаунда при температурі Т=343-353 К упродовж часу =15-20 хв. забезпечує краще змочування часток наповнювача у епоксидному олігомері. Це, у свою чергу, поліпшує міжфазну взаємодію і сприяє поліпшенню властивостей матеріалу. Термообробка композиції при температурі Т=393-398 К упродовж часу =1,8-2,0 год. забезпечує утворення фізичних і хімічних зв'язків між макромолекулами зв'язувача і активними центрами на поверхні нанонаповнювача, що зумовлює поліпшення фізико-механічних властивостей композитів. Термообробка композиції при температурі, яка вища оптимальних режимів та з тривалістю, що більша за час =1,8-2,0 год., зумовлює зменшення міжфазової взаємодії, що погіршує фізико-механічні властивості композиту. Термообробка композиції при температурно-часових режимах, які нижчі від оптимальних значень, зменшує міжфазову фізичну і хімічну взаємодію, що погіршує фізико-механічні властивості матеріалу. Таким чином, порівняно з відомими технічними рішеннями заявлений об'єкт та спосіб його отвердіння має суттєві відмінності, а отримання позитивного ефекту зумовлено усією сукупністю властивостей компонентів. В таблиці 1 наведено приклади конкретного виконання способу отвердіння епоксидного композиту: технічні рішення, згідно з заявкою, контрольні приклади способу отвердіння прототипу, а також їхні порівняльні властивості при різних режимах отвердіння. Заявлений спосіб формування епоксидного композиту має техніко-економічні переваги порівняно з прототипом: високі когезійні властивості за рахунок раціонально підібраних температурно-часових режимів зшивання та інтенсивного перебігу релаксаційних процесів при експлуатації захисних покриттів. 25 2 UA 89897 U Таблиця 1 Спосіб отвердіння епоксидного нанокомпозита з підвищеними фізико-механічними характеристиками № 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 Етапи способу отвердіння епоксидної композиції 2 Змішування епоксидної діанової смоли з наповнювачем Ультразвукова обробка композиції Температура термообробки смоли і розчину модифікатора у ацетоні, К Тривалість термообробки компаунда, хв. Змішування епоксидної композиції і отверджувача Температура термообробки композиції. К Тривалість термообробки композиції, хв. Режими формування згідно з корисною моделлю І II III 3 4 5 Контрольні приклади І 6 II 7 IIІ 8 IV 9 V 10 VI 11 Прототип VII VIII IX 12 13 14 X 15 І II 16 17 III 18 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 343 348 353 313 323 343 343 348 348 353 353 363 373 15 18 20 5 10 18 20 18 20 18 15 25 35 + + + + + + + + + + + + + + + + 393 395 398 383 373 395 395 393 393 398 398 408 418 323 333 343 1,8 1,9 2,0 1,5 1,7 1,8 2,0 1,9 2,0 1,9 1,8 2,3 2,5 1,8 1,9 2,0 Характеристики епоксидного композита Модуль пружності при 3,7 3,6 3,7 3,4 3,5 3,6 3,7 3,5 3,6 3,6 3,7 3,3 3,2 2,4 2,3 2,4 згинанні, ГПа Руйнівне напруження при 98 100 97 78 93 96 99 98 100 99 100 82 74 3,4 3,8 3,9 згинанні, МПа Примітка: + етап технологічного процесу отвердіння епоксидного зв'язуючого проводили; етап технологічного процесу отвердіння епоксидного 5 Руйнівне напруження і модуль пружності матеріалу при згинанні визначали згідно з ГОСТом 4648-71 і ГОСТом 9550-81 відповідно. Параметри зразків: довжина l=120±2 мм, ширина b=15±0,5 мм, висота h=10±0,5 мм. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб отвердіння епоксидного нанокомпозита з підвищеними фізико-механічними характеристиками, що полягає у створенні механічної суміші з епоксидної діанової смоли, наповнювача і отверджувача, який відрізняється тим, що епоксидну діанову смолу попередньо підігрівають до температури Т=353-373 К і витримують при даній температурі упродовж часу =15-20 хв., гідродинамічно суміщають епоксидну смолу і нанонаповнювач упродовж часу =8 3 UA 89897 U 5 10 хв. при оптимальних концентраціях, обробляють ультразвуком композицію упродовж часу =1,0-1,5 хв., проводять етерифікацію композиції при температурі Т=343-353 К упродовж часу =15-20 хв., охолоджують суміш упродовж часу =50-60 хв. до кімнатної температури, вводять отверджувач, вакуумують композицію упродовж часу =40-60 хв., витримують композицію на повітрі упродовж часу =24 год., а далі підігрівають до температури Т=393-398 К і витримують її при даній температурі упродовж часу =1,8-2,0 год., охолоджують композицію і витримують її на повітрі упродовж часу =24 год. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4