Спосіб отвердіння епоксидного зв’язуючого з підвищеними фізико-механічними характеристиками, модифікованого 3,3′-(1,4-фенілен)біс(2-хлоропропанонітрилом)

Реферат: Спосіб отвердіння епоксидного зв'язуючого з підвищеними фізико-механічними характеристиками, модифікованого 3,3'-(1,4-фенілен)біс(2-хлоропропанонітрилом) полягає у створенні механічної суміші з епоксидної діанової смоли, модифікатора і отверджувача. Епоксидну діанову смолу попередньо підігрівають до температури Т=353-373 K і витримують при даній температурі упродовж часу =15-20 хв. Розчиняють модифікатор у ацетоні. Гідродинамічно суміщають епоксидну смолу і розчин модифікатора у ацетоні упродовж часу =8-10 хв. при оптимальних концентраціях. Проводять етерифікацію компаунду при температурі Т=333-353 K 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 K 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 89899 U (54) СПОСІБ ОТВЕРДІННЯ ЕПОКСИДНОГО ЗВ'ЯЗУЮЧОГО З ПІДВИЩЕНИМИ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ, МОДИФІКОВАНОГО 3,3'-(1,4-ФЕНІЛЕН)БІС(2-ХЛОРОПРОПАНОНІТРИЛОМ) UA 89899 U UA 89899 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 трудомісткість формування покриття на деталях складного профілю та значні показники залишкових напружень, що зумовлюють 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 епоксидної матриці шляхом виконання способу отвердіння епоксидного зв'язуючого з підвищеними фізико-механічними характеристиками, модифікованого 3,3-(1,4-фенілен)біс(2хлоропропанонітрилом), що полягає у створенні механічної суміші з епоксидної діанової смоли, модифікатора і отверджувача причому епоксидну діанову смолу попередньо підігрівають до температури Т=353-373 K і витримують при даній температурі упродовж часу =15-20 хв., розчиняють модифікатор у ацетоні, гідродинамічно суміщають епоксидну смолу і розчин модифікатора у ацетоні упродовж часу =8-10 хв. при оптимальних концентраціях, проводять етерифікацію компаунду при температурі Т=333-353 K 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 K 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 K і витримують при даній температурі упродовж часу =15-20 хв. Розчиняють модифікатор у ацетоні, гідродинамічно суміщають епоксидну смолу і розчин модифікатора у ацетоні упродовж часу =8-10 хв. при оптимальних концентраціях, після чого проводять етерифікацію компаунду при температурі Т=333-353 K упродовж часу =15-20 хв., що дозволяє краще розчинитись модифікатору 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 K і витримують її при даній температурі упродовж часу =1,8-2,0 год. Надалі 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'язуючого використовували отверджувач поліетиленполіамін (ПЕПА) (ТУ 6-02-594-73). Отверджувач у зв'язуюче вводили при стехіометричному співвідношенні компонентів. Як модифікатор вибрано синтезовану речовину 3,3'-(1,4-фенілен)біс(2-хлоропропанонітрил), який має молекулярну масу 253,1272 і складається з наступних елементів: С (56,94 %), Н (3,98 %), Сl (28,01 %), N (11,07 %). Хімічна формула модифікатора: = C12H10Cl2N2. За структурою її можна навести у наступному вигляді: 1 UA 89899 U N Cl Cl N 5 10 15 20 25 30 . Формування зв'язуючого на основі епоксидної діанової смоли ЕД-20 та модифікатора 3,3'(1,4-фенілен)біс(2-хлоропропанонітрил) дозволяє поліпшити фізико-механічні властивості епоксидних композицій та знизити залишкові напруження у процесі експлуатації покриття. Етап розчинення модифікатора у ацетоні і наступне гідродинамічне суміщення епоксидної смоли та розчину модифікатора у ацетоні упродовж часу =8-10 хв. при оптимальних концентраціях забезпечує утворення компаунду з рівномірним розподілом добавки у епоксидному олігомері. У подальшому це забезпечує поліпшене зшивання зв'язуючого і, як наслідок, поліпшення його когезійних властивостей. Етерифікація компаунду при температурі Т=333-353 K упродовж часу =15-20 хв. дозволяє краще розчинитись модифікатору у епоксидному олігомері по усьому його об'єму. Це, у свою чергу, поліпшує міжфазну взаємодію і сприяє підвищенню когезійних властивостей матеріалу. Термообробка композиції при температурі Т=393-398 K упродовж часу =1,8-2,0 год. забезпечує утворення фізичних і хімічних зв'язків між макромолекулами зв'язуючого і активними центрами на поверхні основи, 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 композита. Термообробка композиції при температурночасових режимах, які нижчі від оптимальних значень, зменшує міжфазову фізичну і хімічну взаємодію, що погіршує адгезійні 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 наведено приклади конкретного виконання способу отвердіння епоксидної композиції: технічні рішення згідно з заявкою, контрольні приклади способу отвердіння прототипу, а також їхні порівняльні властивості при різних температурно-часових режимах отвердіння. Заявлений спосіб формування модифікованого епоксидного зв'язуючого має технікоекономічні переваги порівняно з прототипом: високі когезійні властивості і низькі показники залишкових напружень внаслідок підвищеної рухливості макромолекул при полімеризації покриттів. Руйнівне напруження і модуль пружності матеріалу при згинанні визначали згідно з ГОСТ 4648-71 і ГОСТ 9550-81 відповідно. Параметри зразків: довжина l=120±2 мм, ширина b=15±0,5 мм, висота h=10±0,5 мм. 35 2 UA 89899 U Таблиця Спосіб отвердіння епоксидного зв'язуючого з підвищеними фізико-механічними характеристиками, модифікованого 3,3'-(1,4-фенілен)біс(2-хлоропропанонітрилом) № 1 1 2 3 4 5 6 7 1 2 Режими Етапи способу формування згідно з Контрольні приклади отвердіння корисною епоксидної моделлю композиції І II III І II III IV V VI VII VIII 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Розчинення модифікатора у + + + + + + + + + + + ацетоні Змішування епоксидної ліанової смоли + + + + + + + + + + + з розчином модифікатора у ацетоні Температура термообробки смоли і розчину 333 343 353 313 323 343 343 333 333 353 353 модифікатора v ацетоні, K Тривалість термообробки 15 18 20 5 10 18 20 18 20 18 15 компаунду, хв. Змішування епоксидної діанової смоли, + + + + + + + + + + + модифікатора і отверджувача Температура термообробки 393 395 398 383 373 395 395 393 393 398 398 композиції, K Тривалість термообробки 1,8 1,9 2,0 1,5 1,7 1,8 2,0 1,9 2,0 1,9 1,8 композиції, хв. Характеристики епоксидного композита Модуль 2,8 2,9 2,8 2,4 2,3 2,7 2,9 2,8 2,9 2,8 2,7 пружності, ГПа Руйнівні напруження, 9,6 9,7 9,7 9,2 9,0 9,6 9,5 9,8 9,7 9,6 9,7 МПа Прототип І II 16 17 IX 14 X 15 III 18 + + + + 363 373 25 35 + + + + + 408 418 323 333 343 2,3 2,5 1,8 1,9 2,0 2,6 2,4 1,5 1,4 1,5 9,2 9,0 6,2 6,4 6,5 Примітка: + етап технологічного процесу отвердіння епоксидного зв'язуючого проводили; етап технологічного процесу отвердіння епоксидного зв'язуючого не проводили. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб отвердіння епоксидного зв'язуючого з підвищеними фізико-механічними характеристиками, модифікованого 3,3'-(1,4-фенілен)біс(2-хлоропропанонітрилом), що полягає у створенні механічної суміші з епоксидної діанової смоли, модифікатора і отверджувача, який відрізняється тим, що епоксидну діанову смолу попередньо підігрівають до температури Т=353-373 K і витримують при даній температурі упродовж часу =15-20 хв., розчиняють модифікатор у ацетоні, гідродинамічно суміщають епоксидну смолу і розчин модифікатора у ацетоні упродовж часу =8-10 хв. при оптимальних концентраціях, проводять етерифікацію 3 UA 89899 U 5 компаунду при температурі Т=333-353 K 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 K 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