КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ ХОЛОДНОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ
ADHESIVE COMPOSITION OF COLD HARDENING

Изобретение относится к области конструкционных клеев холодного отверждения, обладающих высокой прочностью клеевых соединений при сдвиге, отрыве и отслаивании, повышенной водостойкостью, высокой эластичностью, с сохранением эластических и прочностных свойств при воздействии многократных температурных колебаний от - 40°C до +120°C, предназначенных для склеивания металлов и неметаллических материалов в изделиях автомобильной техники и различных отраслях машиностроительного комплекса.
Известна клеевая композиция (см. патент №2383574. Клеевая композиция, опубл. 10.03.2010, бюл. №7), содержащая эпоксидную диановую смолу ЭД-20, полиамидную смолу, отвердитель и минеральный наполнитель. При этом эпоксидная диановая смола ЭД-20 модифицирована термостойким термопластичным полимером (полисульфоном). В качестве отвердителя используется смесь аддукта фенола, этилендиамина, формальдегида (АФ-2) и кремнийорганического амина, а в качестве минерального наполнителя - шунгитовая крошка с размером частиц не более 40 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Эпоксидная диановая смола ЭД-20
90-110
Полиамидная смола
35-55
Полисульфон
5-30
Отвердитель:
Кремнийорганический амин
1,15-1,30
Формальдегид АФ-2
25-35
Минеральный наполнитель (шунгитовая крошка)
20-35
Недостатками клеевой композиции являются длительное время отверждения (9-12 часов при температуре не ниже +18°C), низкая ударная вязкость (трещиностойкость) и эластичность (прочность при отслаивании) при воздействии многократных температурных колебаний от - 40°C до +120°C, что не позволяет использовать ее при ремонте теплонагруженных агрегатов автомобильной техники (блоки цилиндров двигателя, головки блоков цилиндров).
В основу изобретения поставлена задача изменения состава композиции для снижения длительности отверждения, повышения эластичности, прочности при отслаивании, ударной вязкости и трещиностойкости.
Поставленная задача решается тем, что в клеевой композиции холодного отверждения, включающей эпоксидную диановую смолу, полиамидную смолу, кремнийорганический амин, выбранный из группы биспарааминофениленаминометилентетра-метилдисилоксан, γ-амино-пропилтриэтоксисилан, 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксиаминосилан, диэтиламинометилентриэтоксисилан или их смеси, модификатор в виде термостойкого термопластичного полимера, отвердитель и минеральный наполнитель, эпоксидная диановая смола ЭД-20 модифицирована термоэластопластом в виде полиэфиримида, в качестве отвердителя используется диэтилентриаминометилфенол УП-583Д, а в качестве минерального наполнителя - хризотил А-4-5 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Эпоксидная диановая смола ЭД-20
90-110
Полиамидная смола
35-55
Кремнийорганический амин
1,15-1,30
(γ-аминопропилтриэтоксисилан)
Термоэластопласт (полиэфиримид)
5-25
Диэтилентриаминометилфенол УП-583Д
25-35
Хризотил А-4-5
20-30
Поскольку эпоксидная диановая смола ЭД-20 модифицирована термоэластопластом в виде полиэфиримида, в качестве отвердителя используется диэтилентриаминометилфенол УП-583Д, а в качестве минерального наполнителя - хризотил А-4-5 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Эпоксидная диановая смола ЭД-20
90-110
Полиамидная смола
35-55
Кремнийорганический амин
1,15-1,30
(γ-аминопропилтриэтоксисилан)
Термоэластопласт (полиэфиримид)
5-25
Диэтилентриаминометилфенол УП-583Д
25-35
Хризотил А-4-5
20-30
обеспечивается снижение длительности отверждения, повышение эластичности, прочности при отслаивании, ударной вязкости и трещиностойкости.
Модифицирование эпоксидной диановой смолы ЭД-20 термоэластопластом в виде полиэфиримида и использование в качестве отвердителя диэтилентриаминометилфенола УП-583Д, а в качестве минерального наполнителя - хризотила А-4-5 позволяет снизить время отверждения композиции с 9-12 ч до 4-6 ч, повысить эластичность и ударную вязкость, а также сохранить прочностные и эластичные свойства при воздействии более длительных по времени многократных температурных колебаний от - 40°C до +120°C.
Для придания тиксотропности, улучшения технологичности и повышения теплопроводности предлагаемая композиция содержит в качестве минерального наполнителя хризотил А-4-5 (ГОСТ 12871-93) с размером частиц не более 30 мкм.
Результаты проведенных испытаний по составу и свойствам предлагаемой клеевой композиции и сравнительная оценка с прототипом представлены в таблицах 1 и 2.
Пример приготовления композиции
Клеевую композицию готовят путем последовательного смешения компонентов в соотношениях, указанных в таблице 1. В эпоксидную диановую смолу ЭД-20, взятой 95 мас.ч., добавляют полиамидную смолу 40 мас.ч., термоэластопласт в виде полиэфиримида 15 мас.ч. и хризотил А-4-5 25 мас.ч. Композицию тщательно перемешивают после введения каждого последующего компонента. Затем смешивают кремнийорганический амин (γ-аминопропилтриэтоксисилан) 1,2 мас. ч. с 30 мас.ч. диэтилентриаминометилфенолом УП-583Д и при дальнейшем перемешивании вводят в вышеперечисленную композицию. Таким образом, смесь отвердителей добавляют в последнюю очередь. При этом время жизнеспособности композиции составляет не более 20-30 минут после введения смеси отвердителей.
Клеевую композицию наносят на подготовленную под склеивание поверхность (зашкуренную и обезжиренную) шпателем ровным слоем на обе склеиваемые поверхности. Полимеризацию клеевой композиции проводят при температуре помещения не ниже 0°C в течение 4-6 ч.
Введение хризотила А-4-5 вместо шунгитовой крошки позволяет ускорить процесс полимеризации за счет физико-химических свойств данного вещества. Для повышения эластичности вместо полисульфона в предлагаемую композицию введен термоэластопласт в виде полиэфиримида, а аддукт фенола, этилендиамина, формальдегида АФ-2 из состава исключен, поскольку оказывает негативное влияние на организм человека, и его исключение в новой композиции не влияет на ее свойства, которые необходимо обеспечить.
Прочность на сдвиг клеевых соединений оценивали по ГОСТ 14759-69, на отслаивание - РТМ 1.2.015-81, на отрыв - ГОСТ 14760-69.
Свойства предлагаемой клеевой композиции представлены в таблице 2.
Испытания проводили на образцах из алюминиевого сплава АЛ4, поверхность которого предварительно была зашкурена и обезжирена.
Как видно из таблицы 2, предлагаемая клеевая композиция холодного отверждения в сравнении с прототипом обеспечивает снижение времени ее отверждения в 2…2,2 раза, позволяет увеличить на 60% количество температурных колебаний от - 40°C до +120°C, происходящих без разрушения склейки, а также сохранить эластичные и прочностные свойства, при повышении ударной вязкости (трещиностойкости) в 1,6 раза. По водостойкости предлагаемая клеевая композиция не уступает прототипу.
Использование предлагаемой клеевой композиции с указанными высокими прочностными характеристиками повышает прочность клеевых соединений при воздействии многократных температурных колебаний от - 40°C до +120°C и тем самым обеспечивает повышение надежности и ресурса изделий и агрегатов автомобильной техники.
Таблица 1
Составы предлагаемой клеевой композиции холодного отверждения и прототипа
Состав композиции, мас.ч.
Наименование компонентов
Предлагаемая
Прототип
Эпоксидная диановая смола ЭД-20
90-100
90-100
Основа состава
Полиамидная смола (продукт конденсации полиэтиленполиамина с метиловыми эфирами димеризованных жирных кислот льняного масла)
35-55
35-55
Кремнийорганический амин (γ-аминопропилтриэтоксисилан)
1,15-1,30
1,15-1,30
Отвердитель
Аддукт фенола, этилендиамина, формальдегида (АФ-2)
-
25-35
Диэтилентриаминометилфенол УП-583Д
25-35
-
Полисульфон
-
5-30
Модификатор
Термоэластопласт (полиэфиримид)
5-25
-
Минеральный наполнитель
Хризотил А-4-5
20-30
-
Шунгитовая крошка
-
20-35
Таблица 2
Свойства предлагаемой клеевой композиции холодного отверждения и композиции-прототипа
Свойства
Предлагаемая композиции
Прототип
Прочность при сдвиге, кгс/см<sup>2</sup>, клеевых соединений при температуре испытания, °C:
-40
420
325
20
310
280
120
125
114
Прочность при отслаивании (эластичность), кгс/см<sup>2</sup>, клеевых соединений при температуре испытания, °C:
-40
5,8
5,5
20
6,1
5,9
120
4,9
4,4
Прочность при равномерном отрыве, кгс/см<sup>2</sup>, при температуре испытания, °C:
-40
430
420
20
450
445
120
165
150
Прочность на сдвиг, кгс/см<sup>2</sup>, клеевых соединений после воздействия воды в течение 3 месяцев при температуре испытания, °C:
-40
285
274
20
305
298
120
145
130
Ударная вязкость, кДж/м<sup>2</sup>
38
24
Количество температурных колебаний от - 40°C до -120°C, происходящих без разрушения склейки
2026
1350
Время достижения наибольшей прочности соединения, ч
4…6
9…12