ЭПОКСИДНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО ИСПРАВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ И ВЫРАВНИВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ
EPOXY COMPOUND FOR RAPID REPAIR OF DEFECTS AND LEVELLING SURFACES OF PROCESS EQUIPMENT

Изобретение связано с разработкой эпоксидного состава для оперативного исправления дефектов и выравнивания поверхности технологической оснастки, используемой при изготовлении и заполнении форм термореактивными составами на смесителях непрерывного действия, и относится к области ракетной техники.
В настоящее время для изготовления широкого ассортимента образцов малых и больших габаритов существует классическая технологическая схема, а именно: корпуса различных конфигураций и размеров, облицованные выбранным материалом, проходят специальную обработку, предусмотренную технической и технологической документацией, после чего собирают с технологической оснасткой, обеспечивающей геометрические размеры и формы образцов термореактопластов различных марок. После отверждения состава термоэластопласта сборку разбирают, технологическую оснастку распрессовывают при помощи приспособлений и давления.
В результате процесса распрессовки происходит скалывание, вырыв или другие дефекты на поверхности, по кромкам или ребрам технологической оснастки, которые необходимо оперативно исправить для следующего заполнения.
Для производства крупногабаритных образцов из термоэластопласта остро стоят вопросы наличия комплектов технологической оснастки.
Одним из основных путей исключения узких мест наличия и готовности технологической оснастки, а также для изготовления различных изделий с заданными геометрическими размерами необходимо обеспечить хорошую поверхность технологической оснастки, т.е. без раковин, трещин и зазубрин.
Известна эпоксидная композиция (патент 2044024 C08L 63/02 от 20.09.1995 г.) на основе эпоксидной диановой смолы, карбоксилатного каучука, дивинилпипериленового каучука, отвержденных полиэтиленполиамином. Данный состав обладает высокими эластическими и механическими характеристиками, но не обеспечивает уровня требуемых адгезионных характеристик при заделке дефектов в различных материалах.
Наиболее близким аналогом (патент RU 2247133 С2, 14.04.2003 г. - прототип) является композиция на основе эпоксидной диановой смолы и алифатической смолы в сочетании с диоктилфталатом, наполненная механической смесью окиси цинка и аэросила.
2
2
Данный эпоксидный состав имеет высокие механические характеристики, но разработан целенаправленно для обеспечения прочности скрепления полиамидного кольца с крышкой корпуса из пироксилиноцеллюлозного полотна, где достаточно прочности адгезии при отрыве на уровне 7,1-13,1 кгс/см и при сдвиге 18,1-24,9 кгс/см при температуре 20°С, но не может быть использован для заделки дефектов в технологической оснастке ввиду того, что при заполнении форм массой термореактопласта под давлением 120-150 атм действуют как отрывные, так и сдвиговые напряжения. На основании вышеизложенного ясно, что для заделки дефектов в технологической оснастке требуется более высокий уровень адгезии эпоксидного состава к материалу технологической оснастки при отрыве и сдвиге, а также необходимая растекаемость данного состава для затекания ее в углубления дефектов, раковин, сколов и трещин для обеспечения геометрических размеров.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка эпоксидного состава для оперативного исправления дефектов и выравнивания поверхности технологической оснастки с повышенным уровнем адгезии при отрыве и сдвиге в интервале температур от плюс 20°С до плюс 60°С, т.к. используемые термореактопласты отверждаются при температуре ~60°С в течение 10 суток.
Технический результат достигается тем, что эпоксидный состав включает продукт конденсации эпихлоргидрина с дифенилолпропаном (эпоксидная смола Э-40) с содержанием эпоксидных групп от 13 до 15%, отвердитель полиэтиленполиамин (ПЭПА), пластификатор диоктилфлатат (ДОФ) и в качестве наполнителя используется механическая смесь, состоящая из молотой слюды-мускавита механизированного сухого помола с размерами частиц менее 5 мкм с железом порошкообразным абразивным мелкодисперсным, с размерами частиц менее 50 мкм, взятых в соотношении 1:0,8-1,3, при следующем соотношении, мас.%:
Полимерный продукт конденсации эпихлоргидрина
с дифенилолпропаном - эпоксидная смола Э-40
40,0-4,0
Диоктилфталат
17,0-20,0
Полиэтиленполиамин
4,6-6,5
Молотая слюда-мускавит и железо порошкообразное
абразивное мелкодисперсное
в соотношении 1:0,8-1,3
32,0-35,0
В эпоксидный состав для оперативного исправления дефектов входит полимерный продукт конденсации эпихлоргидрина с дифенилолпропаном (эпоксидная смола Э-40 по ТУ 2225-154-05011907-97) с содержанием эпоксидных групп от 13 до 15%, что позволяет получить пригодный для заделки дефектов в технологической оснастке эпоксидный состав с высокими физико-механическими характеристиками, с высоким уровнем адгезии к материалу технологической оснастки.
Высокий уровень адгезионных характеристик при разрыве и при сдвиге отвержденного эпоксидного состава к материалу технологической оснастки обеспечивает наполнитель в виде механической смеси молотой слюды-мускавита механизированного сухого помола с размерами частиц менее 5 мкм (ТУ 5725-001-31894267-02) с железом порошкообразным абразивным мелкодисперсным с размерами частиц менее 50 мкм (ТУ 2436-045005807977-98), взятых в соотношении 1:0,8-1,3 соответственно. Улучшение технологических свойств эпоксидного состава (обеспечение необходимой пластичности состава) достигается введением пластификатора диоктилфталата (ДОФ по ГОСТ 8728-88). Предлагаемый эпоксидный состав отверждается при температуре 15-35°С в результате реакции эпоксидных групп смолы Э-40 с полиэтиленполиамином. При изготовлении эпоксидного состава применяется стехиометрическое соотношение реакционноспособных эпоксидных групп с небольшим избытком полиэтиленполиамина.
2
Пример 1. В мешатель, снабженный мешалкой и обогревом, последовательно загружаем 40,3 мас.% смолы Э-40, 18,0 мас.% диоктилфталата и 33,4 мас.% молотой слюды-мусковит механизированной сухого помола с размерами частиц менее 5 мкм в сочетании с железом порошкообразным абразивным мелкодисперсным с размерами частиц менее 50 мкм, взятых в соотношении 1:0,8-1,3 соответственно, тщательно перемешивают при температуре 70-80°С в течение 30 минут и давлении (минус 0,9 - минус 1 кгс/см). Смесь при непрерывном перемешивании и вакуумировании охлаждают до температуры 50-60°С, затем загружают 5,3 мас.% полиэтиленполиамина и тщательно перемешивают и вакуумируют при температуре 50-60°С в течение 3-5 минут. Готовый эпоксидный состав выгружают в расходную емкость и используют по назначению. Отверждают эпоксидный состав при температуре 15-35°С в течение 1 суток. Примеры 2-4 осуществляют аналогично примеру 1, но при соотношении компонентов, указанном в таблице 1.
В таблице 1 приведена рецептура предлагаемого эпоксидного состава для оперативного исправления дефектов в сравнении с прототипом.
Таблица 1
Рецептура предлагаемого эпоксидного состава и прототипа
Наименование компонентов
Содержание компонентов предлагаемого эпоксидного состава и прототипа
Прототип
Пр.1
Пр.2
Пр.3
Пр.4
Пр.5
Эпоксидная диановая смола
64,8-68,4
-
-
-
-
-
Эпоксидная смола Э-40
-
40,0
42,0
43,0
43,0
44,0
Алифатическая смола
6,5-8,5
-
-
-
-
-
Диоктилфталат (ДОФ)
6,5-8,5
20,0
17,0
18,0
19,0
18,0
Полиэтиленполиамин (ПЭПА)
9,0-11,0
6,5
6,0
4,6
6,0
6,0
Молотая слюда-мускавит и железо порошкообразное абразивное мелкодисперсное (в соотношении 1:0,8-1,3)
-
33,5
35,0
34,4
32,0
32,0
Окись цинка
3,5-5,5
-
-
-
-
-
Аэросил
2,1-3,5
-
-
-
-
-
Свойства предлагаемого эпоксидного состава и прототипа приведены в таблице 2.
Таблица 2
Свойства предлагаемого эпоксидного состава для оперативного исправления дефектов и прототипа
Наименование показателей
Свойства предлагаемого эпоксидного состава для оперативного исправления дефектов
Прототип
Пр.1
Пр.2
Пр.3
Пр.4
Пр.5
1. Предел прочности при растяжении, кгс/см<sup>2,</sup> при:
Т= плюс 20°С
251-287
455
446
476
462
439
Т= плюс 50°С
135-163
315
322
353
321
319
2. Относительное удлинение при растяжении, %,
при Т= плюс 20°С
1,3-1,9
0,9
0,8
0,9
0,8
0,7
Т= плюс 50°С
5,4-7,4
3,6
3,5
3,4
3,3
3,2
3. Модуль упругости при растяжении, кгс/см<sup>2,</sup> при
Т= плюс 20°С
14190-16509
25690
26660
26530
25190
25435
Т= плюс 50°С
3915-4220
6015
6353
6127
6003
6221
4. Исходная прочность адгезии при отрыве к материалу техоснастки, кгс/см<sup>2:</sup>
Т= плюс 20°С
9,0-9,7К
169,9К
161,3К
170,0К
162,6К
161,1К
Т= плюс 50°С
6,0-7,1К
124,4К
121,3К
126,6К
119,9К
123,7К
5. Исходная прочность адгезии при сдвиге к материалу техоснастки, кгс/см<sup>2:</sup>
Т= плюс 20°C
18,5-19,1К
194,3К
171,4К
184,9К
175,6К
171,0К
Т= плюс 50°C
12,0-12,9К
118,2К
119,7К
125,5К
118,9К
119,1К
6. Прочность адгезии при отрыве после выдержки при температуре 60°С в течение 6 суток, кгс/см<sup>2,</sup> при
Т= плюс 60°С:при отрыве
7,1-8,0К
120,0К
117,6К
124.8К
119,9К
118,3К
при сдвиге
24,1-25,1
148,8К
149,7К
161,1К
155,7К
147,1К
7. Прочность адгезии при отрыве после выдержки при температуре 60°С 10 циклов заполнения и отверждения (60 суток), кгс/см<sup>2,</sup> при Т= плюс 70°С:
при отрыве
3,1-3,7К
120,0К
117,6К
124,8К
119,9К
118,3К
при сдвиге
10,9-12,6К
148,8К
149,7К
161,1К
155,7К
147,1К
8. Сорбционная стойкость эпоксидной композиции к нитроэфирам, в %, после термостатирования при Т=60°С в течение:
20 суток
0,65-0,69
0,25
0,23
0,21
0,24
0,22
60 суток
0,73-0,79
0,31
0.30
0,33
0,32
0,31
Примечание: К - Когезионный характер разрушения образцов.
Прочность адгезии по пп.4-7 определяли на образцах адгезионного соединения «материал техоснастки + эпоксидный состав для оперативного исправления + материал техоснастки».
Из данных, представленных в таблице 2, видно, что предлагаемый эпоксидный состав обладает высокими адгезионными характеристиками и высокой сорбционной стойкостью к нитроэфирам в сравнении с прототипом,
а именно:
2
2
- наиболее важный показатель - прочность адгезионного соединения к материалу техоснастки при отрыве и при сдвиге как при температуре 20°С, так и при температуре 60°С достигает значения от 119,1 до 184,9 кгс/см, что превышает показатели прототипа (9,0-19,1 кгс/см) практически в 20 раз;
- высокая сорбционная стойкость предлагаемого эпоксидного состава к нитроэфирам и пластификаторам при термостатировании при температуре 20 и 60°С в течение 60 суток составляет от 0,21 до 0,33% против 0,65-0,79% прототипа. Компоненты эпоксидного состава паспортизованы и выпускаются в промышленном масштабе Российского химического и механического комплексов.
Все вышеизложенное позволяет использовать эпоксидный состав для оперативного исправления дефектов и выравнивания поверхности технологической оснастки, при этом обеспечить высокую эксплуатационную надежность ее в широком диапазоне использования от 15 до 70°С при заполнении, отверждении и распрессовки изделий из смесевого твердого топлива.
Предлагаемый эпоксидный состав проверен с положительными результатами при исправлении дефектов в технологической оснастке на опытном химическом заводе ОАО «НИИПМ».