RU2477734C1 - Composition for producing foam plastic - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, mechanical engineering and specifically to light, impact resistant, non-flammable foam materials which can be used as structural and heat-insulation aggregates, as well as in making components of "unsinkable" structures with a low water- and fuel-absorption coefficient, for example, float level gauges of fuel tanks of engine units. Disclosed is a composition for producing foam plastic having the following chemical composition, pts.wt: phenol novolac resin 20-40, phenol resol resin 60-80, nitrile rubber 20-40, urotropin 3-10, foaming agent 15-20, aluminium nitrilotrimethylphosphonate fire retardant 3-10. The technical result is high impact viscosity and low fuel-absorption of the foam plastic.

EFFECT: use of the disclosed foam plastic increases reliability of aircraft engineering articles and widens the field of use of said foam plastic.

2 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области авиационной техники, машиностроению, а именно к легким, ударопрочным, трудносгорающим пеноматериалам, которые могут быть использованы в качестве конструкционных и теплоизоляционных заполнителей, а также для изготовления элементов «непотопляемых» конструкций с малым коэффициентом водо- и топливопоглощения, например поплавков уровнемеров топливных баков двигательных установок.The invention relates to the field of aeronautical engineering, mechanical engineering, and in particular to lightweight, impact-resistant, hardly combustible foams that can be used as structural and heat-insulating aggregates, as well as for the manufacture of elements of unsinkable structures with a low coefficient of water and fuel absorption, for example, level gauge floats fuel tanks of propulsion systems.

Известна серия легких, упругоэластичных пеноматериалов, получаемых на основе продуктов совмещения фенольных смол с эластомерами - пенопласта ФК-20 и ФК-40 (Попов В.А. Пласт. массы. - 1960, 10. - С.20-25).A known series of light, elastic foam, obtained on the basis of products combining phenolic resins with elastomers - foam FK-20 and FK-40 (Popov V.A. Plast. Mass. - 1960, 10. - S.20-25).

Указанные пенопласты имеет величину ударной прочности 0,5-2,0 кДж/м² и выше, рабочую температуру до 120-150°C, однако не являются («замкнуто-ячеистыми», содержат значительное количество открытых пор, что ограничивает возможность их использования в качестве водо- и особенно топливостойких пеноматериалов, и так как при большом содержании эластомера не содержат антипиренов, относятся к категории «сгораемых» пенопластатов.These foams have an impact strength value of 0.5-2.0 kJ / m ² and higher, working temperature up to 120-150 ° C, but are not ("closed-cell", contain a significant amount of open pores, which limits the possibility of their use as water- and especially fuel-resistant foams, and since with a high elastomer content they do not contain flame retardants, they belong to the category of “combustible” foams.

Известны закрыто-ячеистые пенопласты «жесткие» (без эластомеров) с низкой величиной водо- и топливопоглощения, полученные на основе модифицированных эпоксиноволачных олигомеров (Мат-лы краткоср. науч.-техн. семинара 16-17 сент. 1988 - Л., ЛДНТП, 1988 - С.48-52, ТУ 2254-149-02068474-2005).Known closed-cell foams "hard" (without elastomers) with low water and fuel absorption, obtained on the basis of modified epoxynolac oligomers (Materials of a short. Scientific-technical seminar September 16-17, 1988 - L., LDNTP, 1988 - S.48-52, TU 2254-149-02068474-2005).

Известен пенопласт на основе фенольных смол, содержащий специально подготовленный наполнитель мергель, прошедший дополнительную обработку, который является одновременно и вспенивающим агентом (Патент РФ №2156781).Known foam based on phenolic resins containing a specially prepared filler marl, which has undergone additional processing, which is also a blowing agent (RF Patent No. 2156781).

Известные пенопласты являются «трудносгораемыми» и характеризуются низкой плотностью и высокой теплостойкостью, однако существенным недостатком пенопластов является повышенная жесткость (величина ударной вязкости не превышает 0,4 кДж/м²).Known foams are "flame retardant" and are characterized by low density and high heat resistance, however, a significant disadvantage of foams is the increased rigidity (impact strength does not exceed 0.4 kJ / m ² ).

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является композиция для получения пенопласта, имеющая следующий химический состав, мас.ч.:The closest analogue, taken as a prototype, is a composition for producing a foam having the following chemical composition, parts by weight:

Фенольная смолаPhenolic resin 80-12080-120 Нитрильный каучукNitrile rubber 10-3010-30 УротропинUrotropin 8-128-12 СераSulfur 0,2-0,50.2-0.5 ПорофорPorophore 3-73-7 Фосфорсодержащий антипиренPhosphorus flame retardant   в оболочке из карбамидаurea shell 12-35,512-35.5

(Патент РФ №2213752)(RF patent No. 2213752)

Пенопласт-прототип относится к «трудносгорающим» пенопластам, имеет недостаточно высокую ударную вязкость, повышенную величину топливопоглощения, не является замкнуто-ячеистым, и в связи с этим не может быть использован для изготовления «непотопляемых» конструкций.The foam prototype relates to "hardly combustible" foams, has a not enough high toughness, increased fuel absorption, is not closed-cell, and therefore can not be used for the manufacture of "unsinkable" structures.

Технической задачей изобретения является создание легкого теплостойкого, «трудносгорающего» пенопласта, характеризующегося повышенной ударной вязкостью и низкой величиной топливопоглощения.An object of the invention is the creation of a light heat-resistant, "hardly combustible" foam, characterized by increased toughness and low fuel absorption.

Поставленная задача достигается тем, что предложена композиция для получении пенопласта, включающая фенольную смолу, нитрильный каучук, уротропин, порофор и антипирен, которая в качестве фенольной смолы содержит новолачную и резольную фенольную смолу, а в качестве антипирена - нитрилотриметилфосфонат алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:This object is achieved by the fact that the proposed composition for the production of foam, including phenolic resin, nitrile rubber, urotropin, porophore and flame retardant, which as a phenolic resin contains novolac and rezol phenolic resin, and as a flame retardant - aluminum nitrilotrimethylphosphonate, in the following ratio of components, parts by weight:

Новолачная фенольная смола ГОСТ 18694-80Novolac Phenolic Resin GOST 18694-80 20-4020-40 Резольная фенольная смола ГОСТ 18694-80Resol phenolic resin GOST 18694-80 60-8060-80 Нитрильный каучук ТУ 38.3013-94Nitrile rubber TU 38.3013-94 20-4020-40 Уротропин ГОСТ 1381-73Urotropin GOST 1381-73 3-103-10 Порофор ТУ 113-03-365-82Porophor TU 113-03-365-82 15-2015-20 Нитрилотриметил фосфонатNitrilotrimethyl phosphonate   алюминияaluminum 3-103-10

Антипирен - нитрилотриметилфосфонат алюминия получен в результате взаимодействия водных растворов шестиосновной нитрилотриметилфосфоновой кислоты (H₆L, где L - кислотный остаток) и хлорида алюминия (AlCl₃·6H₂O) в соотношении из расчета равного количество молей H₆L количеству молей AlCl₃·6H₂O в растворе хлорида алюминия.Flame retardant - aluminum nitrilotrimethylphosphonate was obtained as a result of the interaction of aqueous solutions of six-basic nitrilotrimethylphosphonic acid (H ₆ L, where L is the acid residue) and aluminum chloride (AlCl ₃ · 6H ₂ O) in the ratio equal to the number of moles of H ₆ L and the number of moles of AlCl ₃ · 6H ₂ O in a solution of aluminum chloride.

Образование антипирена Al₃H₃L₂·9H₂O описывается следующим химическим уравнением:The formation of flame retardant Al ₃ H ₃ L ₂ · 9H ₂ O is described by the following chemical equation:

2H₆L+3AlCl₃+9H₂O→Al₃H₃L₂·9H₂O↓+9H⁺↑+9C^-↑2H ₆ L + 3AlCl ₃ + 9H ₂ O → Al ₃ H ₃ L ₂ · 9H ₂ O ↓ + 9H ⁺ ↑ + 9C ^- ↑

Резольную фенольную смолу вводят для повышения теплостойкости, т.к. в сочетании с новолачной фенольной смолой она повышает ударную вязкость и способствует повышению теплостойкости.Resole phenolic resin is introduced to increase heat resistance, because in combination with novolac phenolic resin, it increases toughness and increases heat resistance.

Установлено, что в результате присутствия в композиции для пенопласта аминного модификатора-уротропина, химически активного к фенолу, и повышенного количества газообразователя - порофора создается определенный синергетический эффект, действие которого приводит к повышению ударной вязкости и созданию замкнуто-ячеистого пенопласта.It is established that as a result of the presence of an amine modifier-urotropin chemically active to phenol in the foam composition and an increased amount of blowing agent - porophore, a certain synergistic effect is created, the effect of which increases the toughness and creates a closed-cell foam.

В процессе термообработки аминный модификатор (уротропин) повышает вязкость расплава вспениваемой композиции и упрочняет поверхностные слои образующегося блок-сополимера, а увеличенное количество газообразователя (порофора) способствует равномерному вспениванию всей массы и снижению объемной плотности пенопласта.During the heat treatment, the amine modifier (urotropin) increases the melt viscosity of the foamable composition and strengthens the surface layers of the resulting block copolymer, and the increased amount of blowing agent (porophore) promotes uniform foaming of the entire mass and a decrease in the bulk density of the foam.

В результате многократно улучшается «вспениваемость» смесей, что приводит к получению легких, ударопрочных пенопластов, характеризующихся замкнуто-ячеистой структурой.As a result, the "foaming" of mixtures is repeatedly improved, which leads to the production of lightweight, impact-resistant foams characterized by a closed-cell structure.

В качестве фенольной смолы в заявляемом изобретении используют фенолформальдегидные смолы по ГОСТ 18694-40, получаемые в результате поликонденсации фенолов с формальдегидом. При поликонденсации в кислой среде при молярном избытке фенола получают новолачные смолы таких марок, как СФ-010, СФ-0122, СФ-121 с температурой каплепадения 95-105°C и с динамической вязкостью 90-180 МПа·с.As the phenolic resin in the claimed invention use phenol-formaldehyde resins according to GOST 18694-40, obtained by polycondensation of phenols with formaldehyde. Polycondensation in an acidic environment with a molar excess of phenol gives novolac resins of such grades as SF-010, SF-0122, SF-121 with a dropping point of 95-105 ° C and with a dynamic viscosity of 90-180 MPa · s.

При поликонденсации в щелочной среде при молярном избытке фенола получают резольные смолы таких марок, как СФ-340, СФ-342, СФ-381, с временем желатинизации в пределах 75-125 с и с содержанием массовой доли воды не более 2%.With polycondensation in an alkaline medium with a molar excess of phenol, resol resins of grades such as SF-340, SF-342, SF-381 are obtained with a gel time of 75-125 s and a water mass fraction of not more than 2%.

Другим основным компонентом композиции для получения пенопласта является нитрильный каучук. В качестве этого каучука используют бутадиеннитрильные каучуки с массовым содержанием нитрила акриловой кислоты от 18 до 40% с показателем жесткости по Дефо не менее 800 Гс.Another major component of the foam composition is nitrile rubber. As the rubber used nitrile butadiene rubbers with a mass content of nitrile of acrylic acid from 18 to 40% with a Defo stiffness index of at least 800 G.

Примеры осуществленияExamples of implementation

Пример 1Example 1

Композицию, содержащую, мас.ч.: новолачной фенольной смолы СФ-010 - 30, резольной фенольной смолы СФ-340 - 70, порофора - 15, уротропина - 3, смешивают в шаровой мельнице в течение 2-3 час, после чего полученную смесь совмещают на охлаждаемых фрикционных вальцах с 20 мас.ч. нитрильного каучука СКН-18.A composition containing, by weight, parts: novolac phenolic resin SF-010 - 30, rezol phenolic resin SF-340 - 70, porophore - 15, urotropin - 3, mixed in a ball mill for 2-3 hours, after which the resulting mixture combine on cooled friction rollers with 20 parts by weight nitrile rubber SKN-18.

После вальцевания полученную вальцованную пленку каландрируют. Из полученного листа вырезают «заготовку», на которую наносят антипирен - нитрилотриметилфосфонат алюминия, полученный указанным в описании способом.After rolling, the resulting rolled film is calendared. A “preform” is cut out of the obtained sheet onto which a flame retardant, aluminum nitrilotrimethylphosphonate, obtained by the process indicated in the description, is applied.

Полученную «заготовку» помещают в пресс-форму и проводят термический режим вспенивания при температуре 155-160°C.The resulting "workpiece" is placed in the mold and carry out thermal foaming at a temperature of 155-160 ° C.

Аналогичным способом получают композиции по примерам 2 и 3.In a similar way to obtain the composition of examples 2 and 3.

Составы композиций предлагаемого пенопласта и пенопласта - прототипа приведены в таблице 1, сравнительные свойства - в таблице 2.The compositions of the proposed foam and polystyrene foam prototype are shown in table 1, comparative properties in table 2.

Предлагаемый пенопласт по сравнению с прототипом является более легким - плотность ниже в 1,2-2 раза, теплостойким - рабочая температура 150°C, ударопрочным - ударная вязкость выше в 1,2-2,7 раз, «трудносгорающим» пеноматериалом с замкнуто-ячеистой структурой, с величиной топливопоглощения более чем в 10 раз ниже прототипа.The proposed foam compared to the prototype is lighter - the density is 1.2-2 times lower, heat-resistant - working temperature is 150 ° C, impact-resistant - impact strength is 1.2-2.7 times higher, "hardly burning" foam with a closed a cellular structure with a fuel absorption value of more than 10 times lower than the prototype.

Применение предлагаемого пенопласта позволит повысить надежность работы изделий авиационной техники и расширить области его использования.The use of the proposed foam will improve the reliability of the products of aircraft and expand the scope of its use.

Таблица 1Table 1   Составы по примерамThe compositions of the examples ПрототипPrototype 1one 22 33 Фенольная новолачная смолаPhenolic Novolac Resin 20twenty 30thirty 4040 100one hundred Фенольная резольная смолаPhenolic Resole Resin 8080 7070 6060 -- Нитрильный каучукNitrile rubber 20twenty 30thirty 4040 20twenty ПорофорPorophore 15fifteen 18eighteen 20twenty 55 СераSulfur -- -- -- 0,30.3 УротропинUrotropin 33 77 1010 1010 Антипирен нитрилотриметилфосфонат алюминия (покрытие)Flame retardant aluminum nitrilotrimethylphosphonate (coating) 33 77 1010 -- Антипирен фосфорсодержащий в оболочке из карбамидаUrea-phosphorus flame retardant       20twenty

Таблица 2table 2   Примеры по изобретениюExamples of the invention ПрототипPrototype 1one 22 33 Плотность, кг/м³ Density, kg / m ³ 50fifty 8080 9090 100one hundred Ударная вязкость, кДж/м² Impact strength, kJ / m ² 22 33 4four 1,51,5 ПористостьPorosity замкнуто-ячеистыйclosed mesh пористыйporous Топливопоглощение за 3 мес, мас.%Fuel absorption for 3 months, wt.% до 3until 3 до 2,5up to 2.5 до 1,5up to 1.5 4040 Горючесть (время остаточного горения, сек)Flammability (residual burning time, sec) 00 00 00 <1<1

Claims (1)

Композиция для получения пенопласта, включающая фенольную смолу, нитрильный каучук, уротропин, порофор и антипирен, отличающаяся тем, что в качестве фенольной смолы содержит новолачную и резольную фенольную смолу, а в качестве антипирена - нитрилотриметилфосфонат алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Новолачная фенольная смола 20-40 Резольная фенольная смола 60-80 Нитрильный каучук 20-40 Уротропин 3-10 Порофор 15-20 Нитрилотриметилфосфонат алюминия 3-10 A composition for producing a foam comprising phenolic resin, nitrile rubber, urotropine, porophore and a flame retardant, characterized in that it contains novolac and rezol phenolic resin as a phenolic resin, and aluminum nitrilotrimethylphosphonate as a flame retardant in the following ratio, wt.h .:
Novolac Phenolic Resin 20-40 Resole Phenolic Resin 60-80 Nitrile rubber 20-40 Urotropin 3-10 Porophore 15-20 Aluminum nitrile trimethylphosphonate 3-10