КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ
ADHESIVE COMPOSITION

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°С до +120°С, предназначенных для склеивания металлов и неметаллических материалов в изделиях автомобильной техники и различных отраслях машиностроения.
Известна клеевая композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, полиамидную смолу, кремнийорганический амин, хлорсодержащую смолу с массовой долей хлора 2,5-22,0% и алифатический ди- или полиамин [1], следующего состава, мас.ч.:
эпоксидная диановая смола
100
полиамидная смола
65-90
кремнийорганический амин
1,15-1,30
хлорсодержащая смола
14-30
алифатический ди- и полиамин
0,6-1,8
В качестве полиамидной смолы она содержит продукты конденсации полиэтиленполиамина с метиловыми эфирами димеризованных жирных кислот растительных масел.
В качестве кремнийорганического амина она содержит биспарааминофениленаминометилентетраметилдисилоксан, γ-аминопропилтриэтоксисилан, 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксиаминосилан, диэтиламинометилентриэтоксисилан или их смеси.
В качестве хлорсодержащей смолы с массовой долей хлора 2,5-22,0% она содержит N,N,N',N'-тетраглицидилпроизводное 3,3-дихлор-4,4-диаминодифенилметана, продукт конденсации эпихлоргидрина с дифенилолпропаном, смолу реакционноспособную хлорсодержащую и продукт взаимодействия эпихлоргидрина с водой.
В качестве алифатического ди - или полиамина она содержит дицианэтилэтилендиамин, гексаметилендиамин, N,N,N',N'-тетраметилгексаметилендиамин и полиэтиленполиамин.
В качестве минерального наполнителя она содержит асбест, двуокись титана или электрокорунд в количестве 5-20 мас.ч.
Недостатками данной клеевой композиции являются длительное время отверждения (до 3 суток при температуре не ниже +18°С), низкая ударная вязкость (трещиностойкость) и эластичность (прочность при отслаивании) при воздействии многократных температурных колебаний от -40°С до +120°С, что не позволяет использовать ее при ремонте теплонагруженных агрегатов автомобильной техники (блоки цилиндров двигателя, головки блоков цилиндров) [2].
Технический результат изобретения направлен на снижение длительности отверждения, повышение эластичности (прочности при отслаивании), ударной вязкости (трещиностойкости) при воздействии многократных температурных колебаний от -40°С до +120°С.
Технический результат достигается тем, что предлагается клеевая композиция, включающая эпоксидную диановую смолу, полиамидную смолу (продукты конденсации полиэтиленполиамина с метиловыми эфирами димеризованных жирных кислот растительных масел), кремнийорганический амин (биспарааминофениленаминометилентетра-метилдисилоксан, γ-аминопропилтриэтоксисилан, 1-аминогексаметилен-6-аминометилентри-этоксиаминосилан, диэтиламинометилентриэтоксисилан или их смеси), хлорсодержащую смолу с массовой долей хлора 2,5-22,0% (N,N,N',N'-тетраглицидилпроизводное 3,3-дихлор-4,4-диаминодифенил-метана, продукт конденсации эпихлоргидрина с дифенилолпропаном, смолу реакционноспособную хлорсодержащую и продукт взаимодействи эпихлоргидрина с водой) и алифатический ди- или полиамин (дицианэтилэтилендиамин, гексаметилендиамин, N,N,N',N'-тетраметилгексаметилендиамин и полиэтиленполиамин), минеральный наполнитель (асбест, двуокись титана или электрокорунд), при этом эпоксидная диановая смола ЭД-20 модифицирована термостойким термопластичным полимером (полисульфоном), в качестве отвердителя используется аддукт фенола, этилендиамина, формальдегида АФ-2, а в качестве наполнителя - шунгитовая крошка с размером частиц не более 40 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
эпоксидная диановая смола ЭД-20 (ГОСТ 10587-84)
90-110
полиамидная смола
35-55
кремнийорганический амин
1,15-1,30
АФ-2 (ТУ № П-264-70)
25-35
полисульфон
5-30
шунгитовая крошка
20-35
Отличительными признаками от прототипа является то, что эпоксидная диановая смола ЭД-20 модифицирована термостойким термопластичным полимером (полисульфоном), в качестве отвердителя используется аддукт фенола, этилендиамина, формальдегида АФ-2, а в качестве наполнителя - шунгитовая крошка с размером частиц не более 40 мкм при определенном соотношении компонентов.
Заявленная композиция соответствует категории «новизна» и позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенное отличие».
Использование в эпоксидной композиции модификатора - термостойкого термопластичного полимера (полисульфона) и аддукта фенола, этилендиамина, формальдегида АФ-2 в качестве отвердителя позволяет снизить время отверждения композиции с 72 ч до 8-12 ч (таблица 2), повысить эластичность и ударную вязкость, сохранить прочностные и эластичные свойства при воздействии многократных температурных колебаний от -40°С до +120°С.
Во время отверждения полисульфон, выделяясь в отдельную фазу внутри клеевой прослойки, способствует снижению внутренних напряжений и позволяет отвержденной композиции выдерживать многократные знакопеременные напряжения, возникающие при воздействии температурных колебаний от -40°С до +120°С, а так же повысить эластичность и ударную вязкость. Применение аддукта фенола, этилендиамина, формальдегида АФ-2 в качестве отвердителя позволяет сохранить высокую теплостойкость в сочетании с уменьшением времени отверждения.
Для придания тиксотропности, улучшения технологичности и повышения теплопроводности предлагаемая композиция содержит в качестве наполнителя шунгитовую крошку с размером частиц не более 40 мкм.
Результаты проведенных испытаний по составу и свойствами предлагаемой клеевой композиции и сравнительная оценка с прототипом представлена в таблице 1 и таблице 2.
Пример приготовления композиции.
Клеевую композицию готовят путем смешивания компонентов в соотношениях, указанных в таблице 1, в последовательности описанной далее.
В эпоксидную диановую смолу ЭД-20 добавляют полисульфон и перемешивают до получения однородной массы, затем вводят наполнитель - шунгит и также перемешивают до равномерного распределения его в объеме композиции. Непосредственно перед применением клеевой композиции в ранее полученную смесь (ЭД-20 + полисульфон + шунгит) добавляют полиамидную смолу, тщательно перемешивают и только после этого последовательно добавляют кремнийорганический амин и отвердитель АФ-2. Полученную композицию еще раз перемешивают в течение 5 минут. Время жизнеспособности композиции не более 20 мин после введения отвердителя.
Клеевую композицию наносят на подготовленную под склеивание поверхность (зашкуренную и обезжиренную) шпателем ровным слоем на обе склеиваемые поверхности. Склеивание проводят при температуре помещения не ниже 18°С в течение 8-12 ч.
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 предварительно была зашкурена и обезжирена.
Как видно из таблицы 2 предлагаемая клеевая композиция холодного отверждения в сравнении с клеевой композицией-прототипом обеспечивает снижение времени ее отверждения в 6 раз, позволяет увеличить на 40% количество температурных колебаний от -40°С до +120°С, происходящих без разрушения склейки, а так же сохранить эластичные и прочностные свойства, при повышении ударной вязкости (трещиностойкости) в 2 раза. По водостойкости предлагаемая клеевая композиция не уступает прототипу.
Использование предлагаемой клеевой композиции с указанными высокими прочностными характеристиками повысит прочность клеевых соединений при воздействии многократных температурных колебаний от -40°С до +120°С и тем самым обеспечит повышение надежности и ресурса изделий автомобильной техники.
Источники информации
7
1. Пат. 2266942 Российская Федерация, МПК C09J 163/02. Клеевая композиция / Углова Г.Н. и др.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов". - №2003134174/04; заявл. 26.11.03; опубл. 27.12.05, Бюл. №36 (II ч.). - 7 с.: ил.
2. Ковачич, Л. Склеивание металлов и пластмасс / Леонид Ковачич; перевод со словац. / Под ред. А.С.Фрейдина. - М.: Химия, 1985 г. - 240 с.: ил. - Библиогр.: с.229-231.
Таблица 1
Состав предлагаемой клеевой композиции холодного отверждения и клеевой композиции-прототипа
Наименование компонентов
Состав, мас.ч.
Предлагаемая клеевая композиция
Клеевая композиция-прототип
1
2
3
Эпоксидная диановая смола ЭД-20 ЭД-22
100
100
100
-
100
Полиамидная смола (продукт конденсации полиэтиленполиамина с метиловыми эфирами димеризованных жирных кислот льняного масла)
30
45
60
80
Кремнийорганический амин (γ-аминопропилтриэтоксисилан)
1,3
1,2
1,1
1,185
Полисульфон
5
15
30
-
Аддукт фенола, этилендиамина, формальдегида (АФ-2)
20
30
40
-
Шунгитовая крошка
15
25
40
-
Таблица 2
Свойства предлагаемой клеевой композиции холодного отверждения и композиции-прототипа
Свойства
Предлагаемая композиция по примерам
Прототип
1
2
3
Прочность при сдвиге, кгс/см<sup>2</sup>, клеевых соединений при температуре испытания, °С:
-
-40
305
330
325
-
20
250
290
280
280
120
105
120
114
115
Прочность при отслаивании (эластичность), кгс/см<sup>2</sup>, клеевых соединений при температуре испытания, °С:
-40
4,8
5,5
5,2
-
20
5,6
5,9
5,4
5,0
120
3,9
4,4
3,9
3,0
Прочность при равномерном отрыве, кгс/см<sup>2</sup>, при температуре испытания, °С:
-40
405
420
390
-
20
438
445
430
420
120
130
150
115
110
Прочность на сдвиг, кгс/см<sup>2</sup>, клеевых соединений после воздействия воды в течение 3 месяцев при температуре испытания, °С:
-
-40
260
274
265
-
20
290
298
285
280
120
122
130
125
115
Ударная вязкость, кДж/м<sup>2</sup>
17
26
30
10,8
Количество температурных колебаний от -40°С до +120°С происходящих без разрушения склейки
1350
1500
1150
850
Время достижения наибольшей прочности соединения, ч
12
12
9
72