способ получения теплостойкого эпоксидного компаунда для стеклопластиков

Формула изобретения

Способ получения теплостойкого эпоксидного компаунда, заключающийся в том, что перемешивают эпоксидно-диановые смолы с молекулярной массой 390-430 и 480-540 и продукт конденсации этриола с эпихлоргидрином при температуре 80-100°С в течение 15-30 мин при скорости вращения мешалки 125-158 об/мин, затем после снижения температуры до 60-80°С вводят эпоксициануратную смолу и перемешивают в течение 15-30 мин при скорости вращения мешалки 125-158 об/мин под вакуумом при остаточном давлении не более 20 мм рт. ст. при следующем соотношении компонентов, мас.%:

эпоксидно-диановая смола с молекулярной массой 390-430	28-32
эпоксидно-диановая смола с молекулярной массой 480-540	28-32
эпоксициануратная смола	24-27
продукт конденсации этриола с эпихлоргидрином	14-18

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится области ракетной техники и касается способа получения армированных стеклопластиков, в частности способа получения теплостойкого эпоксидного компаунда, используемого при изготовлении жестких бронечехлов для вкладных зарядов РДТТ.

Известны способы получения эпоксидной композиции на основе эпоксидных смол. Например, в заявке Японии №6244773 описан способ получения эпоксидной композиции на основе эпоксидной смолы, заключающийся в том, что новолачную эпоксидную смолу, ускоритель и смазку для форм равномерно смешивают при расплавлении, охлаждают, измельчают и полученный порошкообразный материал смешивают с другими компонентами.

Недостатком вышеприведенного способа является то, что данная композиция отверждается, измельчается и измельченный продукт вновь вводят в качестве наполнителя. Полученный продукт с высоким модулем может привести к возникновению концентраторов напряжения в готовом материале и, как следствие, разрушению материала по этим высоконапряженным точкам.

Известен способ получения модифицированных эпоксидных смол. Например, в патенте №2071485 (RU) от 10.01.97 г. - (прототип) описан способ получения модифицированных эпоксидных смол путем взаимодействия эпоксидиановой смолы и бутадиеннитрильного каучука в соотношении 14:1 соответственно и активатора при температуре 25-70°C.

Недостатком данного способа является низкая теплостойкость отвержденного материала, не превышающая температуру плюс 80°C.

Технической задачей настоящего изобретения является создание теплостойкого эпоксидного компаунда для композиций с требованиями повышенной температуры эксплуатации вкладных зарядов РДТТ в условиях аэродинамического нагрева, которое определяется температурой стеклования отвержденных композиций и которая должна находиться на уровне 130-135°С. При этом подобные композиции должны обладать высокими механическими характеристиками (прочностью при растяжении, модулем упругости и относительным удлинением).

Технический результат достигается за счет перемешивания эпоксидно-диановых смол с молекулярной массой 390-430 и 480-540 и продукта конденсации этриола с эпихлоргидрином при температуре 80-100°C в течение 15-30 минут при скорости вращения мешалки 125-158 об/мин с последующим снижением температуры до 60-80°C за счет подводимого охлаждения и вводом эпоксициануратной смолы и перемешиванием в течение 15-30 мин при скорости вращения мешалки 125-158 об/мин под вакуумом при остаточном давлении не более 20 мм рт. ст. при следующем соотношении компонентов, мас.%:

эпоксидно-диановая смола ЭД-20 с молекулярной массой 390-430 ГОСТ 10587-84 - 28-32

эпоксидно-диановая смола ЭД-16 с молекулярной массой 480-540 ГОСТ 10587-84 - 28-32

эпоксициануратная смола ЭОД-Н ТУ2225-032000203306-97 - 24-27

продукт конденсации этриола с эпихлоргидрином смола ЭЭТ-1 ТУ 2225-527-00203521 - 14-18

Известны процессы смешения, при которых энергия, сообщаемая компонентам, расходуется не только на гомогенизацию и диспергирование, но и на инициирование химических взаимодействий между компонентами системы с образованием нового продукта - теплостойкого эпоксидного компаунда с длительным сроком хранения до одного года. Поэтому предлагаемый способ получения теплостойкого эпоксидного компаунда позволяет получить стеклопластики с высокой температурой стеклования, высокими эксплуатационными свойствами при одновременном понижении вязкости, сокращении технологического процесса приготовления связующего состава, обладающего улучшенной пропитывающей способностью стеклоармировки.

Полученный по предлагаемому способу теплостойкий компаунд имеет перед существующими эпоксидными композициями ряд преимуществ, заключающихся в том, что готовый эпоксидный компаунд, состоящий из четырех компонентов, перемешанный, гомогенизированный, пластифицированный, стабилен при хранении в течение гарантийного срока 1 год. Составы, приготовленные на основе теплостойкого эпоксидного компаунда с использованием в качестве отвердителя изометилтетрагидрофталевого ангидрида (ИМТГФА), имеют высокие механические, адгезионные, эластические и эксплуатационные характеристики и высокую температуру стеклования (130-135°C), а значит, выдерживают высокую температуру кратковременного аэродинамического нагрева РД.

В таблице приведены примеры получения теплостойкого эпоксидного компаунда.

Наименование компонента	Содержание компонентов, мас.%
	Прототип	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4	Пример 5
1	2	3	4	5	6	7
Эпоксидно-диановая смола ЭД-20 с молекулярной массой 390-430	14,0	28,0	32,0	29,2	30,0	31,0
Бутадиеннитрильный каучук	1,0	-	-	-	-	-
Активатор	1,25-5,0	-	-	-	-	-
Эпоксидно-диановая смола ЭД-16 с молекулярной массой 480-540	-	30,0	28,0	29,2	32,0	28,0
Продукт конденсации этриола с эпихлоргидрином смола ЭЭТ-1	-	15,0	15,0	16,6	14,0	16,0
Эпоксициануратная смола ЭЦД-Н	-	27,0	25,0	25,0	24,0	25,0
Температура стеклования, °C	80	133	130	135	132	134

Пример 1. 28,0 г эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 с молекулярной массой 420 и 30,0 г эпоксидно-диановой смолы ЭД-16 с молекулярной массой 480 смешивают с 15,0 г продукта конденсации этриола с эпихлоргидрином ЭЭТ-1 при температуре 80°C в течение 15 минут при скорости вращения мешалки 125 об/мин. Затем снижают температуру за счет подводимого охлаждения, добавляют 27,0 г эпоксициануратной смолы ЭЦД-Н и перемешивают при температуре 60°C в течение 30 мин под вакуумом при остаточном давлении 20 мм рт. ст., при скорости вращения мешалки 125 об/мин.

Пример 2. 32,0 г эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 с молекулярной массой 400 и 28,0 г эпоксидно-диановой смолы ЭД-16 с молекулярной массой 500 смешивают с 15,0 г продукта конденсации этриола с эпихлоргидрином ЭЭТ-1 при температуре 90°C в течение 20 минут при скорости вращения мешалки 158 об/мин. Затем снижают температуру за счет подводимого охлаждения, добавляют 25,0 г эпоксициануратной смолы ЭЦД-Н и перемешивают при температуре 65°C в течение 20 мин под вакуумом при остаточном давлении 10 мм рт. ст., при скорости вращения мешалки 158 об/мин.

Пример 3. 29,2 г эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 с молекулярной массой 430 и 29,2 г эпоксидно-диановой смолы ЭД-16 с молекулярной массой 520 смешивают с 16,6 г продукта конденсации этриола с эпихлоргидрином ЭЭТ-1 при температуре 100°C в течение 30 минут при скорости вращения мешалки 125 об/мин. Затем снижают температуру за счет подводимого охлаждения, добавляют 25,0 г эпоксициануратной смолы ЭЦД-Н и перемешивают при температуре 70°C в течение 15 мин под вакуумом при остаточном давлении 15 мм рт. ст., при скорости вращения мешалки 125 об/мин.

Пример 4. 30,0 г эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 с молекулярной массой 415 и 32,0 г эпоксидно-диановой смолы ЭД-16 с молекулярной массой 510 смешивают с 14,0 г продукта конденсации этриола с эпихлоргидрином ЭЭТ-1 при температуре 85°C в течение 20 минут при скорости вращения мешалки 158 об/мин. Затем снижают температуру за счет подводимого охлаждения, добавляют 24,0 г эпоксициануратной смолы ЭЦД-Н и перемешивают при температуре 65°C в течение 20 мин под вакуумом при остаточном давлении 10 мм рт. ст., при скорости вращения мешалки 158 об/мин.

Пример 5. 31,0 г эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 с молекулярной массой 390 и 28,0 г эпоксидно-диановой смолы ЭД-16 с молекулярной массой 540 смешивают с 18,0 г продукта конденсации этриола с эпихлоргидрином ЭЭТ-1 при температуре 95°C в течение 25 минут при скорости вращения мешалки 125 об/мин. Затем снижают температуру за счет подводимого охлаждения, добавляют 25,0 г эпоксициануратной смолы ЭЦД-Н и перемешивают при температуре 80°C в течение 30 мин под вакуумом при остаточном давлении 20 мм рт. ст., при скорости вращения мешалки 125 об/мин.

Теплостойкий эпоксидный компаунд, полученный по предлагаемому способу, имеет следующие характеристики:

- внешний вид - вязкая жидкость от желтого до темно-желтого цвета;

- массовая доля эпоксидных групп - 23%;

- условная вязкость по шариковому вискозиметру с трубки 25-27 мм при температуре 50°C - не более 60 с;

- срок хранения при температуре 23°C - 12 мес.

Физико-механические характеристики составов с использованием теплостойкого эпоксидного компаунда, отвержденных изометилтетрагидрофталевым ангидридом, имеют существенные преимущества по сравнению с прототипом:

- температурный диапазон эксплуатации от плюс 135°C до минус 50°C (для прототипа от плюс 80°C до минус 48°C);

- прочность клеевого шва 25,3-27,0 МПа (для прототипа 16-20 МПа);

- температура стеклования плюс 135°C (для прототипа 30°С);

- хорошие технологические и эксплуатационные характеристики, обеспечивающие качество заряда в течение гарантийного срока хранения.

Предлагаемый способ получения теплостойкого компаунда для стеклопластиков представляет большой интерес для использования его при бронировании зарядов к авиационным ракетным двигателям, подвергающимся значительному аэродинамическому нагреву.