RU2587454C2 - Nanomodified epoxy spheroplastic - Google Patents
Nanomodified epoxy spheroplastic Download PDFInfo
- Publication number
- RU2587454C2 RU2587454C2 RU2013149318/05A RU2013149318A RU2587454C2 RU 2587454 C2 RU2587454 C2 RU 2587454C2 RU 2013149318/05 A RU2013149318/05 A RU 2013149318/05A RU 2013149318 A RU2013149318 A RU 2013149318A RU 2587454 C2 RU2587454 C2 RU 2587454C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- epoxy
- nano
- nanomodifier
- glass spheres
- nanomodified
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
Abstract
Description
Изобретение относится к полимерным нанокомпозитам, в частности к эпоксидным сферопластикам, содержащим полимерную матрицу и неорганические добавки, в частности стеклосферы и наноразмерные частицы неорганического материала. Данные материалы могут применяться как конструкционные, например, при строительстве зданий, изготовлении деталей транспортных средств (например, автомобилей или самолетов), при постройке судов, производстве мебели, а также в ряде других: в электронике, в офисном оборудовании, например, для корпусов компьютеров и в ряде других отраслей.The invention relates to polymer nanocomposites, in particular to epoxy spheroplastics containing a polymer matrix and inorganic additives, in particular glass spheres and nanosized particles of inorganic material. These materials can be used as structural, for example, in the construction of buildings, the manufacture of vehicle parts (for example, cars or aircraft), in the construction of ships, the manufacture of furniture, as well as in a number of others: in electronics, in office equipment, for example, for computer cases and in a number of other industries.
Полимерные нанокомпозиты, содержащие полимерную матрицу с распределенными в ней одной или несколькими добавками (стеклосферами, неорганическими микрочастицами, неорганическими глинистыми или волоконными материалами) и способы их получения известны достаточно хорошо (см., например, Нанокомпозитные пластмассы: технологии, стратегии, тенденции. Дон Росато, http://www.omnexus.com.). При этом основной целью введения неорганических добавок является целенаправленное улучшение определенных свойств полимеров. Наномодифицированными композитами являются добавки с характерным размером частиц порядка 100 нм (200-250 нанометров для сложных оксидных систем) и менее. В качестве подобных наномодификаторов может быть использован широкий спектр неорганических материалов: глинистые материалы (по типу монтморрилонита), стекла различных составов (натриево-силикатные, боросиликатные и т.д.), тальк, оксиды, в том числе смеси оксидов, смектитная глина, слюда микронного размера и другие.Polymer nanocomposites containing a polymer matrix with one or more additives distributed in it (glass spheres, inorganic microparticles, inorganic clay or fiber materials) and methods for their preparation are well known (see, for example, Nanocomposite plastics: technologies, strategies, trends. Don Rosato , http://www.omnexus.com.). In this case, the main purpose of the introduction of inorganic additives is the targeted improvement of certain properties of polymers. Nanomodified composites are additives with a characteristic particle size of the order of 100 nm (200-250 nanometers for complex oxide systems) and less. A wide range of inorganic materials can be used as such nanomodifiers: clay materials (like montmorrillonite), glasses of various compositions (sodium silicate, borosilicate, etc.), talc, oxides, including oxide mixtures, smectite clay, mica micron size and others.
Хорошо известно [Энциклопедия полимеров. - М.: Советская энциклопедия, 1974, т. 2, с. 344], что наполнители с наибольшей удельной поверхностью, т.е. с минимальным технологически возможным размером частиц, целесообразно использовать для повышения прочности полимерных материалов. Однако при практическом применении таких наполнителей в процессе выбора оптимального материала наполнителя, особенно при модификации низковязких термореактивных олигомеров, следует учитывать два обстоятельства, а именно: во-первых, присущая частицам малых размеров склонность к агломерации, существенно возрастающая с ростом удельной поверхности наполнителей; во-вторых, процесс седиментации частиц. Как правило, процесс седиментации также ускоряется при уменьшении удельной поверхности частиц, а также при повышении плотности наполнителя и снижении вязкости связующего. Отметим, что введение наномодификаторов связано также с рядом технологических проблем, одной из основных является загустевание композиций и снижение их текучести. На практике чаще всего используют наполнители с размером частиц не более 40 мкм, при этом чаще всего он составляет 1-15 мкм. Отметим, что вышеприведенные размеры зачастую относятся к агломератам частиц существенно меньших размеров.It is well known [Encyclopedia of Polymers. - M.: Soviet Encyclopedia, 1974, v. 2, p. 344] that fillers with the largest specific surface area, i.e. with the smallest technologically possible particle size, it is advisable to use to increase the strength of polymeric materials. However, in the practical application of such fillers in the process of selecting the optimal filler material, especially when modifying low-viscosity thermosetting oligomers, two circumstances should be taken into account, namely: first, the inherent tendency to small particles to agglomerate, which increases significantly with increasing specific surface of the fillers; secondly, the process of sedimentation of particles. As a rule, the sedimentation process also accelerates with a decrease in the specific surface area of the particles, as well as with an increase in the density of the filler and a decrease in the viscosity of the binder. Note that the introduction of nanomodifiers is also associated with a number of technological problems, one of the main is the thickening of the compositions and the decrease in their fluidity. In practice, fillers with a particle size of not more than 40 microns are most often used, while most often it is 1-15 microns. Note that the above sizes often refer to particle agglomerates of substantially smaller sizes.
Наполнители по типу зерен (стеклосферы, гранулы и т.д.) обычно применяют для улучшения химической устойчивости полимерных композитов, целенаправленного изменения их оптических характеристик, а также для регулировки коэффициента трения. К зернам, вводимым в матрицу полимера в качестве наполнителя, относят [Энциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия, 1974, т. 2, с. 351] ряд материалов: полые сферы (микробаллоны), получаемые из стекла, углерода, полимеров и др.; стеклянные чешуйки и гранулы различной формы, гранулированные полимеры и др. Вариации характерных размеров наполнителей-зерен достаточно велики: так, характерные диаметры применяемых полых сфер могут лежать в пределах от 2 до 500 мкм, в то время как линейные размеры гранул могут достигать нескольких миллиметров.Grain type fillers (glass spheres, granules, etc.) are usually used to improve the chemical stability of polymer composites, to purposefully change their optical characteristics, as well as to adjust the coefficient of friction. The grains introduced into the polymer matrix as a filler include [Encyclopedia of Polymers. M .: Soviet Encyclopedia, 1974, v. 2, p. 351] a number of materials: hollow spheres (microballoons) obtained from glass, carbon, polymers, etc .; glass flakes and granules of various shapes, granular polymers, etc. Variations in the characteristic sizes of the filler grains are quite large: for example, the characteristic diameters of the hollow spheres used can range from 2 to 500 μm, while the linear sizes of the granules can reach several millimeters.
В последние годы все чаще в качестве модификаторов при производстве полимерных материалов используются наноразмерные частицы. Наномодифицированные полимеры изготавливают [см. Нанокомпозитные пластмассы: технологии, стратегии, тенденции. Дон Росато, http://www.onmexus.com] путем введения наполнителей, представляющих собой наноразмерные частицы, в матрицу термореактивных или термопластических полимеров. Отмечается, что свойства наномодифицированных полимеров зачастую существенно лучше, чем у немодифицированных пластиков, в частности, процесс наномодификации в ряде случаев позволил повысить механические характеристики материалов (предел прочности на изгиб и на сжатие), увеличить теплоизоляционные характеристики, повысить температуру возгорания, устойчивость к ультрафиолетовому излучению и ряд других важных параметров.In recent years, nanosized particles have been increasingly used as modifiers in the production of polymeric materials. Nanomodified polymers are made [see Nanocomposite plastics: technologies, strategies, trends. Don Rosato, http://www.onmexus.com] by introducing fillers, which are nanosized particles, into a matrix of thermosetting or thermoplastic polymers. It is noted that the properties of nanomodified polymers are often significantly better than that of unmodified plastics, in particular, the nanomodification process in some cases allowed to increase the mechanical characteristics of materials (tensile strength in compression and bending), increase thermal insulation characteristics, increase the ignition temperature, and resistance to ultraviolet radiation and a number of other important parameters.
Известен [Патент РФ №2329285, опубл. 2006.11.10, МПК С09С 3/04] способ получения низкоразмерных наполнителей из природных слоистых минералов для полимерных материалов. Данные материалы предназначены для использования в технологиях производства материалов для машиностроения, а именно, для создания композитов с заданными функциональными характеристиками. Способ получения включает в себя измельчение исходного сырья природного слоистого минерала и термическую обработку измельченных дисперсных частиц.Known [RF Patent No. 2229285, publ. 2006.11.10, IPC С09С 3/04] a method for producing low-dimensional fillers from natural layered minerals for polymeric materials. These materials are intended for use in technologies for the production of materials for mechanical engineering, namely, to create composites with specified functional characteristics. The production method includes grinding the feedstock of a natural layered mineral and heat treatment of the ground particulate matter.
Термическую обработку проводят введением дисперсных частиц в безокислительный тепловой газовый поток с плотностью 3·106-8·107 Вт/м2 в течение 10-4-10-3 сек. Вышеуказанным потоком, содержащим дисперсные частицы, воздействуют на подложку в виде стального листа, нагретого до температуры 20-100°С. Полученные частицы затем собирают и охлаждают их до температуры 100-120°С. Данное изобретение позволяет получить наполнитель с размерностью частиц не более 10 нм при сравнительно низких энергетических затратах, авторы патента отмечают эффективность данного наполнителя при создании наномодифицированных полимеров.Heat treatment is carried out by introducing dispersed particles into an oxidizing non-oxidizing gas stream with a density of 3 · 10 6 -8 · 10 7 W / m 2 for 10 -4 -10 -3 sec. The above stream containing dispersed particles acts on the substrate in the form of a steel sheet heated to a temperature of 20-100 ° C. The resulting particles are then collected and cooled to a temperature of 100-120 ° C. This invention allows to obtain a filler with a particle size of not more than 10 nm at a relatively low energy cost, the authors of the patent note the effectiveness of this filler in the creation of nanomodified polymers.
Следует отметить, что ранее многие нанокомпозитные материалы формировали на основе полимерной матрицы из полипропилена или нейлона; в настоящее время в качестве полимерной основы используют довольно широкий спектр прочих смол, в том числе эпоксидные смолы, полиуретан.It should be noted that previously many nanocomposite materials were formed on the basis of a polymer matrix of polypropylene or nylon; currently, a rather wide range of other resins is used as a polymer base, including epoxies, polyurethane.
Прототипом предлагаемого изобретения является полимерный нанокомпозит [Патент РФ 2414492, опубл. 20.03.2011, кл. C08L 63/10, В82В 1/00, С09К 21/02]. Данный материал предназначен для использования в производстве строительных и конструкционных материалов. Полимерный нанокомпозит содержит эпоксидную смолу, отвердитель, наполнитель - стеклосферы и наномодификатор. Наномодификатор - оксид алюминия и оксид циркония и/или оксид иттрия, готовят золь-гель синтезом в варианте метода обратного соосаждения (при обратном соосаждении гидроксидов алюминия и циркония и/или иттрия). Композит получают перемешиванием эпоксидной смолы и наномодификатора с последующим введением отвердителя и постепенным введением стеклосфер. Полученный материал обладает хорошей термостойкостью, огнестойкостью и химической стойкостью.The prototype of the invention is a polymer nanocomposite [RF Patent 2414492, publ. 03/20/2011, class C08L 63/10, B82B 1/00, C09K 21/02]. This material is intended for use in the production of building and structural materials. Polymer nanocomposite contains epoxy resin, hardener, filler - glass spheres and nanomodifier. Nanomodifier - aluminum oxide and zirconium oxide and / or yttrium oxide, is prepared by sol-gel synthesis in a variant of the method of reverse coprecipitation (with the reverse coprecipitation of hydroxides of aluminum and zirconium and / or yttrium). The composite is obtained by mixing epoxy resin and a nanomodifier, followed by the introduction of a hardener and the gradual introduction of glass spheres. The resulting material has good heat resistance, fire resistance and chemical resistance.
Недостатком данного полимерного нанокомпозита являются невысокие механические свойства, особенно при повышенных температурах.The disadvantage of this polymer nanocomposite is its low mechanical properties, especially at elevated temperatures.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка наномодифицированного эпоксидного сферопластика, обладающего высокими прочностными характеристиками при нормальных и повышенных температурах.The technical result of the invention is the development of nanomodified epoxy spheroplastics with high strength characteristics at normal and elevated temperatures.
Технический результат достигается тем, что наномодифицированный эпоксидный сферопластик на основе эпоксидной композиции 03-18, отвердителя ХТ-411 и наполнителей - стеклосфер и наномодификатора в соответствии с изобретением в качестве наномодификатора содержит тонкодисперсный порошок оксида цинка в количестве от 5 до 12 вес. % из расчета на массу эпоксидного сферопластика.The technical result is achieved by the fact that nanomodified epoxy spheroplastic based on epoxy composition 03-18, hardener XT-411 and fillers - glass spheres and nanomodifier in accordance with the invention as a nanomodifier contains finely divided zinc oxide powder in an amount of 5 to 12 weight. % based on the weight of the epoxy spheroplastic.
Использование наноразмерного порошка оксида цинка вместо наномодификатора на основе диоксида циркония приводит к улучшению ряда прочностных характеристик наномодифицированных эпоксидных сферопластиков. Так, наиболее существенно изменяется предел прочности на изгиб, его увеличение составляет порядка 20% при комнатной температуре, аналогичный положительный эффект наблюдается и при повышенной температуре 50°С. Увеличение предела прочности на растяжение особенно очевидно при повышенной температуре (50°С) - оно составляет 15%, при комнатной температуре этот эффект порядка 8%.The use of a nanosized powder of zinc oxide instead of a zirconia-based nanomodifier leads to an improvement in a number of strength characteristics of nanomodified epoxy spheroplastics. So, the flexural strength changes most significantly, its increase is about 20% at room temperature, a similar positive effect is observed at an elevated temperature of 50 ° C. An increase in tensile strength is especially evident at elevated temperature (50 ° C) - it is 15%, at room temperature this effect is about 8%.
Некоторое улучшение также наблюдается и для такого показателя как тепловой коэффициент линейного расширения - образцы, наномодифицированные оксидом цинка, показывают меньшие значения этого коэффициента в интервале температур от минус 60 до плюс 80°С.Some improvement is also observed for such an indicator as the thermal coefficient of linear expansion — samples nanomodified with zinc oxide show lower values of this coefficient in the temperature range from minus 60 to plus 80 ° С.
Заявляемый интервал концентраций обусловлен следующими обстоятельствами. При содержании наномодификатора (тонкодисперсного оксида цинка) менее 5 вес. % механические свойства наномодифицированного материала практически не отличаются от свойств немодифицированного эпоксидного сферопластика. Это связано с тем, что количество наномодификатора, введенного в матрицу полимерного материала, недостаточно для изменения структурных характеристик полимерной матрицы. При превышении содержания наномодификатора величины 12 вес. %, происходит «насыщение» материала наномодификатором, выражающееся в том, что дальнейшее увеличение содержания наномодификатора на основе оксида цинка в матрице полимерного материала не только не приводит к улучшению его механических свойств, но для ряда показателей даже ухудшает их. Этот факт, по всей видимости, объясняется тем, что при содержании наноразмерного порошка оксида цинка в 12 вес. % все возможные позиции для контактов наномодификатора с полимерной матрицей заполнены, увеличение содержания наномодификатора не приводит к дальнейшим структурным преобразованиям полимерной матрицы, а, наоборот, начинает приводить к неоднородности материала. Помимо этого наблюдается охрупчивание материала, связанное с повышенным содержанием неорганической фазы в матрице полимера.The inventive range of concentrations due to the following circumstances. When the content of nanomodifier (fine zinc oxide) is less than 5 weight. % mechanical properties of nanomodified material practically do not differ from properties of unmodified epoxy spheroplastics. This is due to the fact that the amount of nanomodifier introduced into the matrix of the polymer material is insufficient to change the structural characteristics of the polymer matrix. When the content of the nanomodifier is exceeded, the value is 12 weight. %, the material is “saturated” with a nanomodifier, which is expressed in the fact that a further increase in the content of the nanomodifier based on zinc oxide in the matrix of the polymer material not only does not improve its mechanical properties, but even worsens them for a number of indicators. This fact, most likely, is explained by the fact that when the content of nanosized powder of zinc oxide is 12 wt. % all possible positions for the contacts of the nanomodifier with the polymer matrix are filled, an increase in the content of the nanomodifier does not lead to further structural transformations of the polymer matrix, but, on the contrary, begins to lead to heterogeneity of the material. In addition, there is embrittlement of the material associated with a high content of inorganic phase in the polymer matrix.
Использование методики «буферного окисления» обусловлено следующим. Порошок оксида цинка сильно склонен к агломерации, в связи с этим традиционные подходы получения наноразмерных порошков комбинацией различных переделов помола и отсева на ситовых анализаторах не слишком эффективны. Метод «буферного окисления» не включает в себя стадии отсева и помола и позволяет достаточно эффективно получать наноразмерный порошок цинка с размерами частиц от 10 до 100 нм. В описании примеров изготовления наномодифицированного эпоксидного сферопластика используются следующие материалы:The use of the “buffer oxidation” technique is due to the following. Zinc oxide powder is highly prone to agglomeration; in this regard, traditional approaches to producing nanosized powders by a combination of different grinding and screening stages on sieve analyzers are not very effective. The method of “buffer oxidation” does not include the screening and grinding stages and allows obtaining nanosized zinc powder with particle sizes from 10 to 100 nm quite efficiently. The following materials are used in the description of manufacturing examples of nanomodified epoxy spheroplastics:
- в качестве полимерной матрицы применена эпоксидная композиция 03-18- the epoxy composition 03-18 was used as the polymer matrix
ТУ 2257-079-07516250-2012, представляющая собой смесь эпоксидно-диановой смолы и Лапроксида, получаемую перемешиванием при температуре 60-80°C с вакуумированием; (в качестве других эпоксидных композиций можно рассматривать эпоксидные композиции ХТ-116, ХТ-118 производства фирмы ЗАО «ХИМЭКС Лимитед»)TU 2257-079-07516250-2012, which is a mixture of epoxy-diane resin and Laproxide, obtained by stirring at a temperature of 60-80 ° C with vacuum; (as other epoxy compositions it is possible to consider epoxy compositions XT-116, XT-118 manufactured by CJSC HIMEX Limited)
- в качестве наполнителей:- as fillers:
наномодификатор - тонкодисперсный порошок оксида цинка;nanomodifier - fine powder of zinc oxide;
стеклосферы марки МСВП А9 (ТУ6-48-91-92), могут быть использованы и другие аналогичные марки (мелкие полые стеклянные шарики со средним размером 10-15 мкм);glass spheres of the brand MSVP A9 (TU6-48-91-92), other similar brands can be used (small hollow glass balls with an average size of 10-15 microns);
- для отверждения могут быть использованы отвердители аминного типа - (ХТ-411 ТУ 2434-078-075-16250-2012), являющиеся смесью тетраметилдипропилентриамина с полиоксипропиленаминами.- for hardening can be used amine type hardeners - (ХТ-411 ТУ 2434-078-075-16250-2012), which are a mixture of tetramethyldipropylene triamine with polyoxypropylene amines.
Материал изготавливают следующим образом: в отвешенное количество эпоксидной композиции при тщательном перемешивании вводят порошок наномодификатора, приготовленного методом «буферного окисления», введение наномодификатора производят при ультразвуковой обработке для предотвращения агломерации наноразмерных частиц. Затем в полученную смесь добавляют отвердитель и, продолжая перемешивание, вводят заданное количество стеклосфер.The material is made as follows: a nanomodifier powder prepared by the “buffer oxidation” method is introduced into a weighed amount of the epoxy composition with thorough mixing, and the nanomodifier is introduced during ultrasonic treatment to prevent agglomeration of nanosized particles. Then, a hardener is added to the resulting mixture and, while stirring, a predetermined number of glass spheres is introduced.
Для равномерного распределения наномодификатора в объеме эпоксидного сферопластика наноразмерный порошок оксида цинка вводят в эпоксидную композицию при постоянном перемешивании, помимо этого для предотвращения агломерации частиц процесс введения наномодификатора проводят при помещении сосуда с эпоксидной композицией в ультразвуковую баню. Полученную смесь тщательно перемешивают, после чего в полученную относительно однородную систему добавляют отвердитель и, проводя тщательное перемешивание, вводят стеклосферы. Смесь перемешивают на воздухе до образования визуально однородной массы; дальнейшее перемешивание продолжают в вакуумном смесителе для удаления пузырьков воздуха, образовавшихся на предыдущих этапах приготовления.For uniform distribution of the nanomodifier in the volume of the epoxy spheroplastic, the nanosized zinc oxide powder is introduced into the epoxy composition with constant stirring; in addition, to prevent particle agglomeration, the nanomodifier is introduced when the vessel with the epoxy composition is placed in an ultrasonic bath. The resulting mixture is thoroughly mixed, after which a hardener is added to the obtained relatively homogeneous system, and, after thorough mixing, the glass spheres are introduced. The mixture is stirred in air until a visually uniform mass is formed; further mixing is continued in a vacuum mixer to remove air bubbles formed in the previous stages of preparation.
Для изготовления образцов материала приготовленный состав заливают в формы, обработанные антиадгезивом. Термообработку образцов проводят через 1 сутки в условиях отсутствия градиента температуры при 80°С в течение 7 часов.To produce samples of the material, the prepared composition is poured into molds treated with a release agent. Heat treatment of the samples is carried out after 1 day in the absence of a temperature gradient at 80 ° C for 7 hours.
Пример 1.Example 1
1. Приготовление наномодификатора методом «буферного окисления». Исходным материалом для получения наноразмерных частиц оксида цинка является металлический цинковый порошок с размером частиц менее 40 мкм. Для получения такого порошка используется порошок металлического цинка квалификации «ч.д.а.», просеянный на сите для отбора фракции с размером частиц менее 40 мкм. В установке кипящего слоя, изготовленной из кварца или огнеупорного стекла, в атмосфере осушенного аргона левитирующие металлические частицы разогреваются до температуры 400-405°С, скорость нагрева при этом не превышает 100°С в минуту. После разогрева частиц в реакционную среду подается избыток кислорода, также разогретого до 400°С, в результате чего происходит взрывное окисление частиц металлического цинка. Реакция взрывного окисления протекает с большим выделением тепла, при этом наблюдается зеленое свечение пламени окисляющегося цинка. С началом реакции окисления (сразу же после подачи избытка кислорода) нагрев реакционной смеси прекращают, а с окончанием реакции, характерным признаком которого является отсутствие зеленого свечения окисляющегося цинка, прекращают подачу кислорода. Регулируя скорость потоков газа и соотношение цинка и кислорода в установке, можно получать наноразмерные частицы с характерными линейными размерами в пределах от 10 до 100 нм. После прекращения подачи кислорода реакционный сосуд остывает естественным образом и из него извлекается продукт.1. Preparation of nanomodifier by the method of "buffer oxidation". The starting material for the production of nanosized particles of zinc oxide is a metal zinc powder with a particle size of less than 40 microns. To obtain such a powder, metal grade zinc powder of “analytical grade” qualification is used, sieved on a sieve to select a fraction with a particle size of less than 40 microns. In a fluidized bed installation made of quartz or refractory glass, in an atmosphere of dried argon, levitating metal particles are heated to a temperature of 400-405 ° C, while the heating rate does not exceed 100 ° C per minute. After the particles are heated, an excess of oxygen, also heated to 400 ° C, is supplied to the reaction medium, as a result of which the zinc metal particles are explosively oxidized. The explosive oxidation reaction proceeds with a large release of heat, while a green glow of the flame of oxidizing zinc is observed. With the beginning of the oxidation reaction (immediately after the supply of excess oxygen), the heating of the reaction mixture is stopped, and with the end of the reaction, a characteristic feature of which is the absence of a green glow of oxidizing zinc, the oxygen supply is stopped. By adjusting the gas flow rate and the ratio of zinc and oxygen in the installation, it is possible to obtain nanosized particles with characteristic linear sizes ranging from 10 to 100 nm. After stopping the supply of oxygen, the reaction vessel cools naturally and the product is extracted from it.
2. Приготовление эпоксидных сферопластиков, модифицированных наночастицами.2. Preparation of nanoparticle modified epoxy spheroplastics.
Полная загрузка вакуумного смесителя включает: 208,2 г эпоксидной композиции 03-18; 101,4 г отвердителя марки ХТ-411; 62,0 г стеклосфер марки МСВП и 18,6 г наномодификатора - тонкодисперного оксида цинка, что составляет 5 вес. % от массы эпоксидного сферопластика.A full load of the vacuum mixer includes: 208.2 g of epoxy composition 03-18; 101.4 g of hardener brand HT-411; 62.0 g of glass spheres of the MSVP brand and 18.6 g of a nanomodifier - fine zinc oxide, which is 5 weight. % by weight of epoxy spheroplastics.
Для равномерного распределения наномодификатора в объеме эпоксидного сферопластика в отвешенное количество эпоксидной композиции вводят порошок наномодификатора и тщательно перемешивают. Введение наномодификатора в эпоксидную композицию производится при ультразвуковом воздействии в ультразвуковой бане для предотвращения агломерации наноразмерных частиц. Затем в полученную эпоксидную композицию с однородно распределенными частицами наномодификатора - оксида цинка, добавляют отвердитель марки XT-411 и тщательно перемешивают с постепенным введением стеклосфер.For a uniform distribution of the nanomodifier in the volume of the epoxy spheroplastic, a nanomodifier powder is introduced into a weighed amount of the epoxy composition and mixed thoroughly. The introduction of the nanomodifier into the epoxy composition is carried out by ultrasonic treatment in an ultrasonic bath to prevent agglomeration of nanosized particles. Then, in the obtained epoxy composition with uniformly distributed particles of a nanomodifier — zinc oxide, an XT-411 hardener is added and thoroughly mixed with the gradual introduction of glass spheres.
Полученную таким образом смесь продолжают перемешивать на воздухе до образования визуально однородной среды. Дальнейшее перемешивание продолжают в вакуумном смесителе для удаления пузырьков воздуха, образовавшихся на предыдущих этапах приготовления. Для изготовления образцов сферопластика приготовленный состав заливают в формы.The mixture thus obtained is continued to mix in air until a visually uniform medium is formed. Further mixing is continued in a vacuum mixer to remove air bubbles formed in the previous stages of preparation. For the manufacture of spheroplastic samples, the prepared composition is poured into molds.
Термообработку образцов проводят через 1 сутки в условиях отсутствия градиента температуры при 80°С в течение 7 часов.Heat treatment of the samples is carried out after 1 day in the absence of a temperature gradient at 80 ° C for 7 hours.
Пример 2.Example 2
1. Приготовление наномодификатора - аналогично примеру 1.1. Preparation of nanomodifier - analogously to example 1.
2. Приготовление эпоксидных сферопластиков, модифицированных наночастицами. Полная загрузка вакуумного смесителя включает: 208,2 г эпоксидной композиции; 101,4 г отвердителя марки ХТ-411; 62,0 г стеклосфер марки МСВП и 25,9 г наномодификатора - тонкодисперного оксида цинка, что составляет 7 вес. % от массы матрицы эпоксидного сферопластика.2. Preparation of nanoparticle modified epoxy spheroplastics. A full load of the vacuum mixer includes: 208.2 g of an epoxy composition; 101.4 g of hardener brand HT-411; 62.0 g of glass spheres of the MSVP brand and 25.9 g of nanomodifier - fine zinc oxide, which is 7 weight. % by weight of the matrix of epoxy spheroplastics.
Пример 3.Example 3
1. Приготовление наномодификатора - аналогично примеру 1.1. Preparation of nanomodifier - analogously to example 1.
2. Приготовление эпоксидных сферопластиков, модифицированных наночастицами.2. Preparation of nanoparticle modified epoxy spheroplastics.
Полная загрузка вакуумного смесителя включает: 208,2 г эпоксидной композиции; 101,4 г отвердителя марки XT-411; 62,0 г стеклосфер марки МСВП и 44,6 г наномодификатора - тонкодисперного оксида цинка, что составляет 12 вес. % от массы матрицы эпоксидного сферопластика.A full load of the vacuum mixer includes: 208.2 g of an epoxy composition; 101.4 g of hardener brand XT-411; 62.0 g of glass spheres of the MSVP brand and 44.6 g of nanomodifier - finely divided zinc oxide, which is 12 weight. % by weight of the matrix of epoxy spheroplastics.
Результаты механических испытаний образцов из заявляемого состава эпоксидного сферопластика и образцов, приготовленных из материала, взятого в качестве прототипа приведены в таблице 1.The results of mechanical testing of samples from the claimed composition of the epoxy spheroplastic and samples prepared from material taken as a prototype are shown in table 1.
Заявляемый наномодифицированный эпоксидный сферопластик имеет улучшенные механические характеристики при нормальных и повышенных температурах с сохранением высокой химической стойкости и может найти применение в качестве конструкционного материала в строительной, автомобильной и/или судостроительной промышленности, возможно использование в ряде других отраслей: мебельной промышленности, авиастроении и других.The inventive nanomodified epoxy spheroplastic has improved mechanical characteristics at normal and elevated temperatures while maintaining high chemical resistance and can be used as a structural material in the construction, automotive and / or shipbuilding industries, it can be used in a number of other industries: furniture industry, aircraft manufacturing and others.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013149318/05A RU2587454C2 (en) | 2013-11-07 | 2013-11-07 | Nanomodified epoxy spheroplastic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013149318/05A RU2587454C2 (en) | 2013-11-07 | 2013-11-07 | Nanomodified epoxy spheroplastic |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013149318A RU2013149318A (en) | 2015-05-20 |
| RU2587454C2 true RU2587454C2 (en) | 2016-06-20 |
Family
ID=53283567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013149318/05A RU2587454C2 (en) | 2013-11-07 | 2013-11-07 | Nanomodified epoxy spheroplastic |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2587454C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2749051C1 (en) * | 2020-08-19 | 2021-06-03 | Акционерное общество «Московский машиностроительный завод «Вперед» | Propeller blade of aircraft and method for manufacturing it |
| RU2768641C1 (en) * | 2021-03-12 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук" | Method for producing high-strength, heat and fire-resistant spheroplastics |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6291070B1 (en) * | 1997-05-13 | 2001-09-18 | Institut für Neue Materialien Gemeinnützige GmbH | Nanostructured moulded bodies and layers and method for producing same |
| RU2329285C1 (en) * | 2006-11-10 | 2008-07-20 | Открытое акционерное общество "Белкард" | Method of obtaining low-dimensional filling materials from natural layer minerals for polymer materials |
| RU2414492C2 (en) * | 2008-10-07 | 2011-03-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Polymer nanocomposite and production method thereof |
| RU2437902C2 (en) * | 2009-10-22 | 2011-12-27 | Андрей Николаевич Пономарев | Nanocomposite material based on polymer binding materials |
-
2013
- 2013-11-07 RU RU2013149318/05A patent/RU2587454C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6291070B1 (en) * | 1997-05-13 | 2001-09-18 | Institut für Neue Materialien Gemeinnützige GmbH | Nanostructured moulded bodies and layers and method for producing same |
| RU2329285C1 (en) * | 2006-11-10 | 2008-07-20 | Открытое акционерное общество "Белкард" | Method of obtaining low-dimensional filling materials from natural layer minerals for polymer materials |
| RU2414492C2 (en) * | 2008-10-07 | 2011-03-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Polymer nanocomposite and production method thereof |
| RU2437902C2 (en) * | 2009-10-22 | 2011-12-27 | Андрей Николаевич Пономарев | Nanocomposite material based on polymer binding materials |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2749051C1 (en) * | 2020-08-19 | 2021-06-03 | Акционерное общество «Московский машиностроительный завод «Вперед» | Propeller blade of aircraft and method for manufacturing it |
| RU2768641C1 (en) * | 2021-03-12 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук" | Method for producing high-strength, heat and fire-resistant spheroplastics |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013149318A (en) | 2015-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6348610B2 (en) | Hexagonal boron nitride powder, production method thereof, resin composition and resin sheet | |
| JP6678999B2 (en) | Hexagonal boron nitride powder, method for producing the same, resin composition and resin sheet | |
| Chen et al. | Structure, rheological, thermal conductive and electrical insulating properties of high-performance hybrid epoxy/nanosilica/AgNWs nanocomposites | |
| Ouyang et al. | Simultaneously enhance thermal conductive property and mechanical properties of silicon rubber composites by introducing ultrafine Al2O3 nanospheres prepared via thermal plasma | |
| Chunze et al. | A nanosilica/nylon-12 composite powder for selective laser sintering | |
| Mahmoud et al. | Design and testing of high‐density polyethylene nanocomposites filled with lead oxide micro‐and nano‐particles: Mechanical, thermal, and morphological properties | |
| EP3421420A1 (en) | Hexagonal boron nitride powder, production method therefor, resin composition and resin sheet | |
| TWI818901B (en) | Hexagonal boron nitride powder and manufacturing method thereof | |
| JP7094283B2 (en) | Surface-modified nanodiamonds, dispersions containing surface-modified nanodiamonds, and resin dispersions | |
| Petrucci et al. | Filled polymer composites | |
| Eyssa et al. | Mechanical and physical properties of nanosilica/nitrile butadiene rubber composites cured by gamma irradiation | |
| Alsayed et al. | Thermo-mechanical properties of high density polyethylene with zinc oxide as a filler | |
| JP6676479B2 (en) | Hexagonal boron nitride powder and method for producing the same | |
| JP2009108222A (en) | Hollow particle-containing heat insulating coating material and hollow particle-containing heat insulating coating film | |
| Chatterjee et al. | Physicomechanical properties of wollastonite (CaSiO3)/styrene butadiene rubber (SBR) nanocomposites | |
| Chen et al. | Preparation and characterization of rigid poly (vinyl chloride)/MMT nanocomposites | |
| Nohales et al. | Sepiolite‐reinforced epoxy nanocomposites: Thermal, mechanical, and morphological behavior | |
| Hou et al. | Surface-modified sepiolite fibers for reinforcing resin brake composites | |
| RU2587454C2 (en) | Nanomodified epoxy spheroplastic | |
| Agunsoye et al. | The development and characterisation of aluminium dross-epoxy resin composite materials | |
| CN110372913B (en) | In-situ modification method of electronic-grade spherical filler | |
| Majeed et al. | Effect of Ading Nanocarbon Black on the Mechanical Properties of Epoxy | |
| Charoeythornkhajhornchai et al. | Effect of graphene treated with cyclohexyl diamine by diazonium reaction on cure kinetics, mechanical, thermal, and physical properties of natural rubber/graphene nanocomposite foam | |
| Mun et al. | Thermal conductivities of epoxy composites comprising fibrous carbon and particulate silicon carbide fillers | |
| JP2012121742A (en) | Method for producing spherical aluminum nitride powder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |