КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОПЛАСТА
COMPOSITION FOR PRODUCING FOAM PLASTIC

Изобретение относится к области авиационной техники, машиностроению, а именно к легким, ударопрочным, трудносгорающим пеноматериалам, которые могут быть использованы в качестве конструкционных и теплоизоляционных заполнителей, а также для изготовления элементов «непотопляемых» конструкций с малым коэффициентом водо- и топливопоглощения, например поплавков уровнемеров топливных баков двигательных установок.
Известна серия легких, упругоэластичных пеноматериалов, получаемых на основе продуктов совмещения фенольных смол с эластомерами - пенопласта ФК-20 и ФК-40 (Попов В.А. Пласт. массы. - 1960, 10. - С.20-25).
2
Указанные пенопласты имеет величину ударной прочности 0,5-2,0 кДж/м и выше, рабочую температуру до 120-150°C, однако не являются («замкнуто-ячеистыми», содержат значительное количество открытых пор, что ограничивает возможность их использования в качестве водо- и особенно топливостойких пеноматериалов, и так как при большом содержании эластомера не содержат антипиренов, относятся к категории «сгораемых» пенопластатов.
Известны закрыто-ячеистые пенопласты «жесткие» (без эластомеров) с низкой величиной водо- и топливопоглощения, полученные на основе модифицированных эпоксиноволачных олигомеров (Мат-лы краткоср. науч.-техн. семинара 16-17 сент. 1988 - Л., ЛДНТП, 1988 - С.48-52, ТУ 2254-149-02068474-2005).
Известен пенопласт на основе фенольных смол, содержащий специально подготовленный наполнитель мергель, прошедший дополнительную обработку, который является одновременно и вспенивающим агентом (Патент РФ №2156781).
2
Известные пенопласты являются «трудносгораемыми» и характеризуются низкой плотностью и высокой теплостойкостью, однако существенным недостатком пенопластов является повышенная жесткость (величина ударной вязкости не превышает 0,4 кДж/м).
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является композиция для получения пенопласта, имеющая следующий химический состав, мас.ч.:
Фенольная смола
80-120
Нитрильный каучук
10-30
Уротропин
8-12
Сера
0,2-0,5
Порофор
3-7
Фосфорсодержащий антипирен
в оболочке из карбамида
12-35,5
(Патент РФ №2213752)
Пенопласт-прототип относится к «трудносгорающим» пенопластам, имеет недостаточно высокую ударную вязкость, повышенную величину топливопоглощения, не является замкнуто-ячеистым, и в связи с этим не может быть использован для изготовления «непотопляемых» конструкций.
Технической задачей изобретения является создание легкого теплостойкого, «трудносгорающего» пенопласта, характеризующегося повышенной ударной вязкостью и низкой величиной топливопоглощения.
Поставленная задача достигается тем, что предложена композиция для получении пенопласта, включающая фенольную смолу, нитрильный каучук, уротропин, порофор и антипирен, которая в качестве фенольной смолы содержит новолачную и резольную фенольную смолу, а в качестве антипирена - нитрилотриметилфосфонат алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Новолачная фенольная смола ГОСТ 18694-80
20-40
Резольная фенольная смола ГОСТ 18694-80
60-80
Нитрильный каучук ТУ 38.3013-94
20-40
Уротропин ГОСТ 1381-73
3-10
Порофор ТУ 113-03-365-82
15-20
Нитрилотриметил фосфонат
алюминия
3-10
6
3
2
6
3
2
Антипирен - нитрилотриметилфосфонат алюминия получен в результате взаимодействия водных растворов шестиосновной нитрилотриметилфосфоновой кислоты (HL, где L - кислотный остаток) и хлорида алюминия (AlCl·6HO) в соотношении из расчета равного количество молей HL количеству молей AlCl·6HO в растворе хлорида алюминия.
3
3
2
2
Образование антипирена AlHL·9HO описывается следующим химическим уравнением:
6
3
2
3
3
2
2
+
-
2HL+3AlCl+9HO→AlHL·9HO↓+9H↑+9C↑
Резольную фенольную смолу вводят для повышения теплостойкости, т.к. в сочетании с новолачной фенольной смолой она повышает ударную вязкость и способствует повышению теплостойкости.
Установлено, что в результате присутствия в композиции для пенопласта аминного модификатора-уротропина, химически активного к фенолу, и повышенного количества газообразователя - порофора создается определенный синергетический эффект, действие которого приводит к повышению ударной вязкости и созданию замкнуто-ячеистого пенопласта.
В процессе термообработки аминный модификатор (уротропин) повышает вязкость расплава вспениваемой композиции и упрочняет поверхностные слои образующегося блок-сополимера, а увеличенное количество газообразователя (порофора) способствует равномерному вспениванию всей массы и снижению объемной плотности пенопласта.
В результате многократно улучшается «вспениваемость» смесей, что приводит к получению легких, ударопрочных пенопластов, характеризующихся замкнуто-ячеистой структурой.
В качестве фенольной смолы в заявляемом изобретении используют фенолформальдегидные смолы по ГОСТ 18694-40, получаемые в результате поликонденсации фенолов с формальдегидом. При поликонденсации в кислой среде при молярном избытке фенола получают новолачные смолы таких марок, как СФ-010, СФ-0122, СФ-121 с температурой каплепадения 95-105°C и с динамической вязкостью 90-180 МПа·с.
При поликонденсации в щелочной среде при молярном избытке фенола получают резольные смолы таких марок, как СФ-340, СФ-342, СФ-381, с временем желатинизации в пределах 75-125 с и с содержанием массовой доли воды не более 2%.
Другим основным компонентом композиции для получения пенопласта является нитрильный каучук. В качестве этого каучука используют бутадиеннитрильные каучуки с массовым содержанием нитрила акриловой кислоты от 18 до 40% с показателем жесткости по Дефо не менее 800 Гс.
Примеры осуществления
Пример 1
Композицию, содержащую, мас.ч.: новолачной фенольной смолы СФ-010 - 30, резольной фенольной смолы СФ-340 - 70, порофора - 15, уротропина - 3, смешивают в шаровой мельнице в течение 2-3 час, после чего полученную смесь совмещают на охлаждаемых фрикционных вальцах с 20 мас.ч. нитрильного каучука СКН-18.
После вальцевания полученную вальцованную пленку каландрируют. Из полученного листа вырезают «заготовку», на которую наносят антипирен - нитрилотриметилфосфонат алюминия, полученный указанным в описании способом.
Полученную «заготовку» помещают в пресс-форму и проводят термический режим вспенивания при температуре 155-160°C.
Аналогичным способом получают композиции по примерам 2 и 3.
Составы композиций предлагаемого пенопласта и пенопласта - прототипа приведены в таблице 1, сравнительные свойства - в таблице 2.
Предлагаемый пенопласт по сравнению с прототипом является более легким - плотность ниже в 1,2-2 раза, теплостойким - рабочая температура 150°C, ударопрочным - ударная вязкость выше в 1,2-2,7 раз, «трудносгорающим» пеноматериалом с замкнуто-ячеистой структурой, с величиной топливопоглощения более чем в 10 раз ниже прототипа.
Применение предлагаемого пенопласта позволит повысить надежность работы изделий авиационной техники и расширить области его использования.
Таблица 1
Составы по примерам
Прототип
1
2
3
Фенольная новолачная смола
20
30
40
100
Фенольная резольная смола
80
70
60
-
Нитрильный каучук
20
30
40
20
Порофор
15
18
20
5
Сера
-
-
-
0,3
Уротропин
3
7
10
10
Антипирен нитрилотриметилфосфонат алюминия (покрытие)
3
7
10
-
Антипирен фосфорсодержащий в оболочке из карбамида
20
Таблица 2
Примеры по изобретению
Прототип
1
2
3
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
50
80
90
100
Ударная вязкость, кДж/м<sup>2</sup>
2
3
4
1,5
Пористость
замкнуто-ячеистый
пористый
Топливопоглощение за 3 мес, мас.%
до 3
до 2,5
до 1,5
40
Горючесть (время остаточного горения, сек)
0
0
0
<1