RU2590559C1 - Adhesive composition - Google Patents

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to cold-curing structural adhesives with high bond strength and shear performance separation and minimal outgassing in high vacuum exposure determining possibility of applying adhesive joints on spacecraft. Adhesive composition includes following components at following ratio, pts.wt:

Chlorine-containing epoxy resin 40-52 Difunctional oligo-ether epoxide 8-20 Low-molecular polyamide resin 40-60 Filler 60-90

EFFECT: technical result of composition is to obtain high-strength compounds of structural elements of spacecraft made of aluminium alloys, carbon-fibre, capable of operating in a vacuum, in temperature range ±150 °C.

1 cl, 1 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к области конструкционных клеев холодного отверждения с высокой прочностью клеевых соединений при сдвиге и отрыве и минимальными показателями газовыделения в условиях воздействия высокого вакуума и температуры 125°C, определяющих возможность применения клеевых соединений на космических аппаратах (КА) в условиях открытого космического пространства (КП).The present invention relates to the field of cold-hardening structural adhesives with high strength of adhesive joints under shear and separation and minimum gas release rates under high vacuum and a temperature of 125 ° C, which determine the possibility of using adhesive joints on spacecraft (SC) in open space ( KP).

Клеевая композиция, предназначенная для сборки узлов КП из алюминиевых сплавов и конструкционных пластиков, работоспособных в температурном интервале ±150°C, в вакууме, должна обеспечивать прочность склеивания алюминиевых сплавов не менее 15,0 МПа при температуре 25±5°C, не менее 5,0 МПа при температуре 150°C, должна иметь следующие показатели газовыделения в вакууме, определенные по методике СТП 154-188-2008:The adhesive composition intended for the assembly of KP assemblies from aluminum alloys and structural plastics, operable in the temperature range of ± 150 ° C, in vacuum, should ensure the bonding strength of aluminum alloys of at least 15.0 MPa at a temperature of 25 ± 5 ° C, not less than 5 , 0 MPa at a temperature of 150 ° C, should have the following indicators of gas evolution in vacuum, determined by the method of STP 154-188-2008:

- легкоконденсируемые вещества (ЛКВ) - не более 0,1%;- easily condensable substances (LKV) - not more than 0.1%;

- общая потеря массы (ПМ) за вычетом воды (РВП) - РПМ≤1,0%.- total weight loss (PM) minus water (RWP) - RPM≤1.0%.

Известны клеевые композиции по патенту РФ №2266942, обладающие повышенной прочностью клеевых соединений на сдвиг, отрыв, в том числе при температурах 20 и 150°C, имеющие однако повышенные показатели газовыделения: легкоконденсируемые вещества (ЛКВ) - значительно выше 0,1%, общая потеря массы без воды (РПМ) более 1,0%, в первую очередь, из-за содержания в них кремнийорганических продуктов.The adhesive compositions according to the patent of the Russian Federation No. 2266942 are known, having increased shear strength of adhesive compounds, tearing off, including at temperatures of 20 and 150 ° C, but having elevated gas release indicators: easily condensable substances (LEL) - significantly higher than 0.1%, total weight loss without water (RPM) more than 1.0%, primarily due to the content of organosilicon products in them.

Минимальные показатели газовыделения имеют клеевые композиции, соответствующие патенту РФ 2196795, включающие эпоксидную диановую смолу, олигоэфирэпоксиды, низкомолекулярную полиамидную смолу с аминным числом 300 и наполнитель, обеспечивающие однако невысокую прочность - 1,8 МПа при температуре 150°C соединений алюминиевого сплава.Adhesive compositions corresponding to RF patent 2196795, including epoxy diane resin, oligoester epoxides, low molecular weight polyamide resin with an amine number of 300 and filler, however, providing a low strength of 1.8 MPa at a temperature of 150 ° C of aluminum alloy compounds, have the lowest gas release indicators.

Более высокие прочности (2,7-3,1) МПа при температуре 150°C обеспечивает клеевая композиция по патенту РФ 2494134, принятая за прототип, имеющая следующий состав, масс. ч.:Higher strength (2.7-3.1) MPa at a temperature of 150 ° C provides an adhesive composition according to the patent of the Russian Federation 2494134, adopted as a prototype, having the following composition, mass. hours:

Эпоксидная диановая смола Epoxy Dianova Resin 25-40 25-40 Дифункциональный олигооэфирэпоксид Functional oligooepherepoxide 10-15 10-15 Трифункциональный олигооэфирэпоксид Trifunctional oligooepherepoxide 10-20 10-20 Низкомолекулярная полиамидная смола Low molecular weight polyamide resin 40-60 40-60 Наполнитель Filler 0-90 0-90

Основные недостатки клеевой композиции прототипа: недостаточно высокая прочность при температуре при 150°C и повышенные показатели газовыделения.The main disadvantages of the adhesive composition of the prototype: insufficiently high strength at a temperature at 150 ° C and increased rates of gas evolution.

Задача изобретения - разработка эпоксидной клеевой композиции холодного отверждения с прочностью склеивания алюминиевых сплавов не менее 15,0 МПа при температуре 25±5°C, не менее 5,0 МПа при температуре 150°C, минимальными показателями газовыделения в вакууме.The objective of the invention is the development of an epoxy adhesive composition of cold curing with a bonding strength of aluminum alloys of at least 15.0 MPa at a temperature of 25 ± 5 ° C, at least 5.0 MPa at a temperature of 150 ° C, the minimum gas evolution in vacuum.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение высокопрочных соединений элементов конструкций КА из алюминиевых сплавов, углепластиков, работоспособных в вакууме, в температурном интервале ±150°C.The technical result of the invention is to obtain high-strength compounds of structural elements of spacecraft from aluminum alloys, carbon plastics, working in vacuum, in the temperature range of ± 150 ° C.

Поставленная цель достигается тем, что клеевая композиция, содержащая эпоксидную смолу, дифункциональный олигооэфирэпоксид, низкомолекулярную полиамидную смолу и наполнитель, в соответствии с изобретением в качестве эпоксидной смолы содержит хлорсодержащую эпоксидную смолу - продукт взаимодействия хлорсодержащего ароматического диамина с эпихлоргидрином, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:This goal is achieved in that the adhesive composition containing an epoxy resin, a difunctional oligooepirapoxide, a low molecular weight polyamide resin and a filler, in accordance with the invention, contains an chlorine-containing epoxy resin as an epoxy resin, the product of the interaction of chlorine-containing aromatic diamine with epichlorohydrin, in the following mass ratio. hours:

Хлорсодержащая эпоксидная смолаChlorine Epoxy 40-5240-52 Дифункциональный олигооэфирэпоксидFunctional oligooepherepoxide 8-208-20 Низкомолекулярная полиамидная смолаLow molecular weight polyamide resin 40-6040-60 НаполнительFiller 60-9060-90

Используемые компоненты имеют следующие характеристики. В качестве продукта взаимодействия хлорсодержащего ароматического диамина с эпихлоргидрином использовали эпоксидные смолы марки ЭХД (ТУ 6-05-1725-75 или ТУ 2225-607-11131395-2003, или 2225-003-46931577-2005). В качестве дифункционального олигоэфирэпоксида применяли смолу Э-181 (ТУ 2225-459-04872688-2004), или Лапроксиды марок Э-181 (ТУ 2225-058-10488057-2010), или БД (ТУ 2225-046-10488057-2009). В качестве отвердителя применяли низкомолекулярную полиамидную смолу на основе соевого масла - марки ПО-300 (ТУ 2224-092-05034239-96), или на основе льняного масла - Л-20 (ТУ 6-05-1123-85, или 2433-360-09201208-96, или 2224-092-05034239-96, или ТУ 2224-485-56897835-2010). В качестве наполнителя применяли нитрид бора марки «C» (ТУ 2112-003-49534204-2002), асбест, двуокись титана, алюминиевую пудру марки ПАД-6 и др.The components used have the following characteristics. As the product of the interaction of chlorine-containing aromatic diamine with epichlorohydrin, epoxy resins of the EHD brand were used (TU 6-05-1725-75 or TU 2225-607-11131395-2003, or 2225-003-46931577-2005). Resin E-181 (TU 2225-459-04872688-2004), or Laproxides of grades E-181 (TU 2225-058-10488057-2010), or DB (TU 2225-046-10488057-2009) were used as a difunctional oligoesterpoxide. A low molecular weight polyamide resin based on soybean oil - grade PO-300 (TU 2224-092-05034239-96), or based on linseed oil - L-20 (TU 6-05-1123-85, or 2433-360, was used as a hardener) -09201208-96, or 2224-092-05034239-96, or TU 2224-485-56897835-2010). Boron nitride of the grade “C” (TU 2112-003-49534204-2002), asbestos, titanium dioxide, aluminum powder of the grade PAD-6, etc. were used as filler.

Для экспериментальной проверки механических характеристик клеевой композиции были изготовлены 8 клеевых рецептур, на которых получены оптимальные результаты (см. таблицу), а также композицию-прототип. Предлагаемые клеевые композиции готовили и испытывали следующим образом.For experimental verification of the mechanical characteristics of the adhesive composition, 8 adhesive formulations were prepared, on which optimal results were obtained (see table), as well as a prototype composition. The proposed adhesive compositions were prepared and tested as follows.

В фарфоровой чашке смешивали навески эпоксидных смол ЭХД (предварительно разогретой) Лапроксида Э-181 (или Лапроксида БД) или смолы марки Э-181 в течение 10-15 мин. Затем к смеси добавляли навески полиамидной смолы ПО-300 или Л-20, перемешивали до получения равномерно окрашенной смеси, затем добавляли навеску наполнителя: гексагонального нитрида бора (ГНБ), асбеста диоксида титана, или пудры алюминиевой ПАД-6, все снова тщательно перемешивали.In a porcelain cup, weighed portions of epoxy resins ECD (preheated) of Laproxide E-181 (or Laproxide DB) or resin of grade E-181 for 10-15 minutes. Then, weighed portions of polyamide resin PO-300 or L-20 were added, mixed until a uniformly colored mixture was obtained, then weighed portions of filler: hexagonal boron nitride (HNB), titanium dioxide asbestos, or PAD-6 aluminum powder were mixed thoroughly again.

Для изготовления образцов клеевых соединений пластинки или бобышки из алюминиевого сплава обрабатывали шлифовальной шкуркой, дважды обезжиривали ацетоном ГОСТ 2768 или нефрасом ГОСТ 8505 и просушивали. С приготовленными клеевыми композициями (№1 - №8) были склеены образцы-пластинки и образцы-бобышки из алюминиевого сплава АМг6 для испытаний на сдвиг и отрыв.For the manufacture of samples of adhesive joints, plates or bosses of aluminum alloy were treated with a grinding sand, twice degreased with GOST 2768 acetone or GOST 8505 nefras and dried. With the prepared adhesive compositions (No. 1 - No. 8), plate samples and boss samples from AMg6 aluminum alloy were glued for shear and tear tests.

Приготовленный клей наносили на обе склеиваемые поверхности, склеиваемые поверхности соединяли. Образцы клеевых соединений отверждали при температуре 20-25°C, удельном давлении 0,02-0,05 МПа в течение 3-5 суток. Через 3-5 суток после склеивания образцы клеевых соединений испытывали на сдвиг и отрыв при температурах 20°C, 150°C по ГОСТ 14759-69 и ГОСТ 14760-69, соответственноThe prepared glue was applied to both glued surfaces, the glued surfaces were joined. Samples of adhesive joints were cured at a temperature of 20-25 ° C, specific pressure 0.02-0.05 MPa for 3-5 days. 3-5 days after gluing, samples of adhesive joints were tested for shear and tearing at temperatures of 20 ° C, 150 ° C according to GOST 14759-69 and GOST 14760-69, respectively

Прочности образцов клеевых соединений на сдвиг (τсдв) и отрыв (σотр) и показатели газовыделения для заявленных композиций №1 - №6 и прототипа представлены в таблице.The strength of the samples of adhesive joints in shear (τsdv) and separation (σrel) and gas release indicators for the claimed compositions No. 1 - No. 6 and the prototype are presented in the table.

Claims (1)

Клеевая композиция, содержащая эпоксидную смолу, дисфункциональный олигооэфирэпоксид, низкомолекулярную полиамидную смолу и наполнитель, отличающаяся тем, что дополнительно содержит хлорсодержащую эпоксидную смолу - продукт взаимодействия хлорсодержащего ароматического диамина с эпихлоргидрином, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
Хлорсодержащая эпоксидная смола 40-52 Дисфункциональный олигооэфирэпоксид 8-20 Низкомолекулярная полиамидная смола 40-60 Наполнитель 60-90 An adhesive composition containing an epoxy resin, a dysfunctional oligooepiraepoxide, a low molecular weight polyamide resin and a filler, characterized in that it further comprises a chlorine-containing epoxy resin - the product of the interaction of chlorine-containing aromatic diamine with epichlorohydrin, in the following ratio of components, wt. hours:
Chlorine Epoxy 40-52 Dysfunctional oligooepherepoxide 8-20 Low molecular weight polyamide resin 40-60 Filler 60-90