ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
POLYMER COMPOSITION

Изобретение относится к области получения полимерных композиций на основе эпоксидных смол и модифицированных аминных отвердителей с различными целевыми добавками и может быть использовано для высокопрочных композиционных материалов с повышенной деформационной теплостойкостью.
Ближайшим прототипом заявляемого изобретения является серия полимерных композиций на основе эпоксидных смол, активных разбавителей и модифицированных аминных отвердителей (см. Справочник по пластическим массам, том II, под редакцией Катаева В.М. И др. М. Издательство «Химия», 1975 г.).
Недостатком известных композиций являются несоответствие технологических свойств новым требованиям промышленного применения композиционных материалов, таких как регулируемость реологических свойств, обеспечивающих их использование при формировании крупногабаритных изделий с вертикальными поверхностями, наличие высокой жизнеспособности, возможность отверждения в широком температурном диапазоне при одновременном достижении высокой деформационной теплостойкости и улучшенных диэлектрических показателей, сохраняющихся после одновременного воздействия повышенных температур и 100% влажности.
Целью заявляемого изобретения является достижение комплекса технологических свойств семейства полимерных композиций, обеспечивающих их высокую жизнеспособность при переработке, отверждение в температурном диапазоне от -10°С до +60°С при 100% влажности воздуха и под водой, возможность использования при наформовке препрегов на их основе на вертикальные поверхности и достижение в отвержденном состоянии повышенной деформационной теплостойкости и улучшенных диэлектрических показателей, сохраняющихся после воздействия 100% влажности и повышенных температур.
Поставленная цель достигается тем, что композиция на основе эпоксидной смолы и активного эпоксидного разбавителя содержит отвердитель, полученный взаимодействием аминов с монокарбоновыми кислотами, с использованием в качестве аминного компонента смеси, состоящей из первичного ароматического амина или смеси ароматических аминов (А), вторичного алифатического аминоспирта (Б) и третичного алифатического аминоспирта (В) в массовом соотношении А:Б:В от 98:0,2:1,8 до 80:5:15, а монокарбоновую кислоту (Г) вводят в виде 25÷80% раствора в одноатомном алифатическом или ароматическом спирте, или их эфире с моно- или дикарбоновой кислотой, в соотношении (А+Б+В):Г от 90:10 до 60:40 в пересчете на 100% кислоту, при этом процесс взаимодействия осуществляют путем перемешивания в реакторе при температуре от 50°С до 130°C в течение от 20 до 120 минут и скорости мешалки от 100 до 3000 оборотов в минуту, а также загуститель, краситель или пигмент, при этом композиция содержит в масс.ч.
эпоксидная смола
-100
активный эпоксидный разбавитель
-5÷130
отвердитель
-15÷110
загуститель
-5÷50
пигмент или краситель
-0,5÷25
Пример 1
Получение отвердителя
В реактор, снабженный обогревом, охлаждением и скоростной мешалкой, поочередно загружают 3 ингредиента, входящих в аминный компонент, - метафенилендиамин (А), вторичный аминоспирт - диизопропаноламин (Б) и третичный аминоспирт - N,N' диизопропанилэтаноламин (В) в массовом соотношении А:Б:В=88:2,6:9,4. Смесь перемешивают при 100°C в течение 5 минут при 1500 оборотах в минуту работающей мешалки. Затем в реактор добавляют масляную кислоту (Г) в виде 50% раствора в этиловом спирте в соотношении (А+Б+В):Г=75:25 в пересчете на 100% кислоту и поддерживая температуру 100°C при работающей мешалке осуществляют взаимодействие в течение 60 минут.
Полученный отвердитель используют для приготовления полимерной композиции.
Приготовление полимерной композиции
В другой реактор загружают 100 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 и 70 мас.ч. активного эпоксидного разбавителя - диглицидилового эфира полиэпихлоргидрина марки Э-181. Температуру в реакторе поднимают до 70°С и перемешивают в течение 10 минут при 500 оборотах/минуту, после чего вводят 27 мас.ч. загустителя - оксипропилированного крахмала и 12 мас.ч. красителя - фталоцианинового голубого. Температуру в реакторе снижают до +25°C, загружают 60 мас.ч. отвердителя и перемешивают при тех же оборотах 15 минут. Полученную композицию направляют на переработку.
Примеры 2÷8 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров и компонентов в соответствии с таблицей 1.
Свойства полученной композиции по примерам 1-8 представлены в таблице 2, в которой показаны ее преимущества перед известными техническими решениями.
Таблица 2
Свойства заявляемой полимерной композиции по примерам 1]-7
№ п/п
Наименование показателя
Величина показателя по примерам 1-7 и прототипа
1
2
3
4
5
6
7
прототип
1
Время отверждения композиции
При -10°С, сутки
3
1
2
2
1
3
3
Не отверждается
При +60°С, мин
30
20
25
25
20
30
30
30
При +20°С, час под водой
18
10
12
12
10
18
18
Не отверждается
2
Жизнеспособность композиции
При 20°С, мин
120
100
110
110
100
120
120
50-60
При 40°С, мин
40
30
35
35
30
40
40
20-60
3
Показатели отвержденных композиций в холодном состоянии; предел прочности
σ-при растяжении, МПа;
105
100
120
100
105
130
100
80
σ-при сжатии, МПа;
150
250
200
220
160
165
165
148
- удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·см
8·10<sup>14</sup>
7·10<sup>14</sup>
9·10<sup>15</sup>
8,5·10<sup>14</sup>
9·10<sup>14</sup>
8·10<sup>14</sup>
6·10<sup>14</sup>
6·10<sup>14</sup>
- тангенс угла диэлектрических потерь
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
4
Отвержденных композиций после 30 суток воздействия Т=80°С и 100% влажности:
- при растяжении, МПа;
9288
105
96
105
94
96
98
<maths num="1"><img file="00000003.tif" he="12" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
- при сжатии, МПа
160
165
170
165
170
160
158
<maths num="2"><img file="00000004.tif" he="12" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
- удельное объемное электрическое сопротивление, Ом/см
6·10<sup>14</sup>
5·10<sup>14</sup>
4·10<sup>14</sup>
5·10<sup>14</sup>
2·10<sup>14</sup>
6·10<sup>14</sup>
8·10<sup>14</sup>
6·10<sup>13</sup>
- тангенс угла диэлектрических потерь
0,022
0,026
0,020
0,021
0,022
0,020
0,02
0,16