Способ получения эпоксидных связующих

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 7009 3/02 я)5 С 08, 3/28 ГОСУДАРСТВЕ ПО ИЗОБРЕТЕ ПРИ ГКНТ ССС ЫЙ КОМИТЕТЯМ И ОТКРЫТИЯМ ЕН У ЕЛ К АВТОРСКОМУ СВ т ПИСАНИЕ ИЗ(71) Киевский политехнический институт им, 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(56) Кестельман В,Н. Физические методы модификации полимерных материалов. - М.: Химия, 1980, с. 148 - 152.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПОКСИДНЫХ СВЯЗУЮЩИХ(57) Изобретение относится к получению эпоксидных композиций, используемых при изготовлении композиционных материалов для высоконагруженных элементов конструкции в химическом аппаратостроении, саИзобретение относится к получению эпоксидных композиций, которые могут. быть использованы в качестве связующих при изготовлении конструкционных композиционных материалов для высоконагруженных элементов конструкций в химическом аппаратостроении, самолетостроении, судостроении, в частности для изгоовления баллонов высокого давления,Цель изобретения - повышение физико- механических и технологических характеристик и ускорение процесса,На фиг. 1 представлена технологическая схема обработки эпоксидных связуюмолетостроении. судостроении, в частности для изготовления баллонов высокого давления. Изобретение позволяет повысить физико-механические, технологические характеристики и ускорить процесс, Согласно способу получения эпоксидных связующих смешивают эпоксидную смолу с отвердителем. затем поток этой смеси одновременно дегазируют и подвергают кавитационной обработке в режиме развитой гидродинамической кавитации в диапазоне чисел кавитации 0,1-1,5 при отношении длины осесимметричной каверны к ее диаметрам (1,5 -2,5):1 с последующим перемешиванием в режиме развитой кавитации при скорости 5-15 м/с, давлении 0,2 - 0.8 кг/см 2, отношении длины геликоидальных суперкаверн к диаметру потока (1,0-1,5);1 в течение 15-75 с при 2,5-6,0- кратной непрерывной рециркуляции при 50-60 С,3 ил.,2 табл,щих; на фиг. 2 - узел на фиг. 1; на фиг, 3 - ф)ь узел ) на фиг,1.Технологическая схема включает емкость 1. где размещают компоненты связующего, центробежный насос 2, предназначенный для рециркуляции потока связующего, устройство 3, служащее для дегазации связующего в режиме развитой кавитации с длиной осесимметричнойь каверны 4, равной 1,5-2,5 ее диаметра, соединенной с вакуумной системой 5, предназначенной для отсасывания газов из полости каверны 4, устройство б предназначено для смешения и обработки связующего в режиме развитой кавитации с длиной геликои 16470095 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дальных каверн 7, равной 1 - 1,5 диаметра потока контура 8 рециркуляции, соединяющего устройство 6 с емкостью 1, патрубки подачи 9 и отбора 10 связующего.Процесс получения зпоксидных композиций и удаления газа из связующего осуществляют следующим образом.Из емкости 1 насосом 2 поток связующего подается в устройство 3 для дегазации в режиме развитой кавитации, В качестве кавитатора может быть использован, нап ример, конус, а также другие тела (диски, пластины и т,д,), при обтекании которых потоком связующего образуется суперкаверна, В данном случае поверхность супаркаверны 4 является поверхностью дегазации, а полость суперкаверны связана с вакуумной системой 5, при помощи которой газ, выделяющийся из связующего в суперкаверну 4 за счет разности парциальных давлений, удаляется в атмосферу,В зоне замыкания суперкаверны 4 при этом происходит образование множества кавитационных микропузырьков, которые схлопываются при повышении давления -вниз по потоку с образованием сверхскоростных (1000 - 1500 м/с) кумулятивных микро- струек. Воздействие кумулятивных микроструек на связующее приводит к разрыву межмолекулярных связей и изменению физических свойств связующего (модификации); увеличению адгезии, пояллению свободных радикалов, ионизации и т.д, При этом дегазация связующего в суперкаверне позволяет значительно увеличить степень кавитационно-кумулятивного воздействия (скорость кумулятивных струй), поскольку уменьшается демпфирующее действие газа из-за уменьшения его содержания в кавитационных пузырьках при их схлопывэни Наиболее оптимальными, с точки зренияегазации с одновременной гидродинамической кавитационной обработкой являются режимы развитой кавитации при длина осесимметричной каверны, равной 1,ь,5 ее диаметра, Хотя поверхность дегазации при этом не велика, однако скорость удаления газа достаточно вь 1 сока, а степень кавитационно-кумулятивного воздействия максимальна, Эти режимы могут осуществляться при различных степенях загромождения потока кавитатором от 0.2 до 0,8 отношения диаметра (или площади) кавитатора к диаметру (или площади) сечения потока в диапазоне чисел кавитации от 0.1 до 1,5. Причем меньшему загромождению соответствует меньшее число кавитации. Если первоначальное газосодержэние в связующем велико (5%), то для получения достаточной поверхности дегазации используют большие загромождения потока, т.е, большие числа кавитации.Предварительно обработанное в устройстве 3 связующее подается в устройство 6, предназначенное для кавитационного смешения компонентов связующего и дополнительной более интенсивной модификации,В устройстве 6 поток связующего разгоняется, например, при помощи конфузора до скорости 5 - 15 м/с при одновременном снижении статического давления до 0.2 - 0,8 кг/см и натекает на кавитатор, в кагчестве которого может, например, использоваться суперкавитирующая (СК) крыльчатка с клиновидным сечением винтовых лопастей с острой передней кромкой, неподвижно укрепленная в узкой части конфуэора. При этом на лопастях СК крыльчатки образуются геликоидальные суперкаверны, хвостовая часть которых распадается нэ кавитационные пузырьки, которые при повышении давления вниз по потоку (расширение потока) схлопываются, подвергая связующее "жесткой" кавитационно-кумулятивной обработке, Таким образом, на процесс мэкровихревого смешения за счет закрутки потока винтовыми лопастями нэкладь:вается процесс микровихревого интенсивного воздействия кумулятивных струй. При этом "жесткие" режимы кавитационной обработки позволяют интенсивно модифицировать связующее,Оптимальными режимами кавитационного перемешивания являются режимь 1 при длине геликоидальных суперкаверн, равной 1-1,5 диаметра потока. Эти режимы могут быть получены на СК хрыльчатках, имеющих различный угол р наклона лопастей относительно продольной оси. При малом угле (5р30") наклона лопастей(малом гидравлическом сопротивлении СК крыльчатки) и небольшой степени макровихревого смешения, когда компоненты связующего перемешиваются предварительно в "каком- либо смесителе, для получения указанной оптимальной длины каверн необходимо связуощее разогнать до скорости порядка 15 м/с и снизить статическое давление в зоне перемешивания до 0,2 кг/см, Приг большом угле наклона лопастей 30 ( р80" (большом гидравлическом сопротивлении СК крыльчатки) и нтенсивном макросмешении компонентов для получения уаэанной оптимальной длины каверн достаточно невысокой скорости связующего (порядка 5 м/с) и снижения давления до 0,8 кг/см .Для доведения степени обработки до необходимой величины поток связующего подается по контуру 8 рециркуляции в емкость 1 и затем процесс вновь повторяется.П р и м е р 1. Иэ емкости 1, имеющей нагреватель, связующее. эпоксидная смола ЭД, отвердитель (ДЭТА). подогретые до 50 С подаются под давлением 5 кг/смг центробежным насосом 2, имеющим производительность ЗО м /ч, в устройство 3, При этом загромождение потока кавитатором (конусом) по диаметрам составляет 0.8, а число кавитации перед кэвитатором 1,5, длина осесимметричной каверны равняется 1,5 ее диаметра, Выделяющийся из связующего газ отсасывается при помощи, ротационного вакуум-насоса 5, имеющего производительность 1,5 нм /м по газу. Из устройства 3 связующее попадает в устройство 6 для кавитационного смешения и модификации связующего, В конфузоре этого устройства поток связующего разгоняется до скорости 6 м/с, а давление в зоне перемешивания снижается зэ счет этого до 0,8 кг/см . При этом угол наклона лопастей неподвижной СК крыльчатки относительно оси составляет 75 О, Длина геликоидальных суперкаверн равна одному диаметру потока. Кратность рециркуляции потока составляет 2,5, а длительность, всего процесса модицикэции 30 с,П р и м е р 2. Поток связующего аналогично примеру 1 подается в устройство 3 при 55 С. Загромождение потока кавитатором в устройстве 3 составляет 0.6, число кавйтации перед кавитатором 1, относительная длина осесимметричной каверны 1 = 1,8. Так же, как и в примере 1, удаляется гаэ из суперкаверны, Затем связующее разгоняется до скорости 8 м/с в конфуэоре устройства б, а давление в зоне перемешивэнияснижается до 0.6 кг/см . Угол наклона лопастей неподвижной СК крыльчаткл относительно оси составляет 60 и длина геликоидальных суперкаверн равна 1,2 диаметра потока. Кратность рециркуляции составляет 4. а длительность всего процесса модификации 15 с,П р и м е р 3. Поток связующего аналогично примеру 1 подается в устройство 3 при 55 С. загромождение потока кавитатором в устройстве 3 составляет 0,4, число кавитации перед кавитатором 0,6, относительная длина осесимметричной суперкаверны 1, = 2,2. Так же, как и в примере 1, удаляется гаэ иэ суперкаверны, Затем связующее разгоняется до скорости 12 м/с в конфузоре устройства б, а давление в зоне перемешивания снижается до 0.4 кг/см .2 Угол наклона лопастей неподвижной СКкрыльчатки относительно оси составляет 45", а длина геликоидальных суперкаверн равна 1,3 диаметра потока. Кратность ре. циркуляции потока составляет б, а длительность всего процесса модификации 60 с,П р и м е р 4. Поток связующего аналогично примеру 1, подают в устройство 3 при 60 С, Загромождение потока кэвитатором в устройстве 3 составляет 0,2, число кавитации перед кавитатором О,1. относительная длина осесимметричной суперкаверны 1 - 2,5. Так ке, как и в примере 1, удаляется гаэ из суперкэьерны, Затем связующее разгоняется до скорости 10 Способ получения эпоксидных связующих путем смешения эпоксидной смолы с отвердителем с последующим кавитэцион- ньпл воздействием, о т л и ч а ю щ и й с.я тем, что, с целью повышения физико-механических и технологических характеристик и ускорения процесса. поток смеси смолы с отвердителем одновременно дегазируют и 55 15 15 м/с в конфузоре устройства 6, а давлениев зоне перемешивания снижается до0,2 кг/см, Угол наклона лопастей неподгвижной СК крыл ьчатки относительно оси составляет ЗОО, а длина геликоидальных20 суперкаверн равна 1,5 диаметра потока,Кратность рециркуляции потока составляет5, а длительность всего процесса модификации 75 с.По указанным режимам производят об 25 работку композиций на основе смолы ЭДТ(отвердитель-ТЭАТ) и ЭКД (отвердитель -изометилтетрагидрофталевый ангидрид),при этом параметры обработки в опытах 5 и9 соответствуют примеру 1; в опытах б и 10 -ЗО примеру 2, в опытах 7 и 11 - примеру 3 и вопытах 8 и 12 - примеру 4,После обработки эпоксидной композиции проводят измерения вязкости, степенидегазации свяэук)щего, краевого угла сма 35 чивания и высоты подьема связующего поорганическому волокну СВМ.,Кроме этого производят отверждениеолигомеров и измерение адгеэионной прочности, прочности на растяжение, сжатие и40 изгиб.Полученные результаты приведены втабл. 1.В табл. 2 приведены, свойства композиций, полученных с отступлением от опти 45 мальных режимов обработки 1 приварьировании исследуемого параметра кавитационной обработки значения для остальных параметров выбираютусредненными).50Формула изобретенияЫа 7009 подвергают кавитационной обработке в режиме развитой гидродинамической кавитации в диапазоне чисел кавитации 0,1-1,5при соотношении длины осесимметричной каверны к ее диаметрам (1,5-2,5):1 с последующим перемешиванием в режиме раэвитой кавитации при скорости 5-15 м/с, давлении 0.2-0,8 кг/см и соотношении длиныггеликоидальных суперкаверн к диаметру потока (1,0-1,5):1 в течение 15-75 с и ри 2,5- 5 6,0 кратной непрерывной рециркуляции при50-б 0 С,Таблица 1 нные свяэуюц 1 егоч аракт вязкое 50" С. сП 65 87,85 мг/ гитг 39 гсж,143 14 гр 140 1 З 1 З 7 120 55 56 54 ггалг., МПа ф Верхнее значение дано для связующего ЭД О,среднее-для ЭДТ.нижнее - для ЭК-2 Таблица 2 ла амет ы кавитациоонной обработ Варьируемы Длина осесиметрическойкаве ныр Скорость свя.аеис 4 ное ющего, мыс 18 17 23 ггчтг, Мпа 12 гз 120 120 128 124 56 раст., МП 11 12 63 56 58 сг МП 59 63 60 62 67 64 ДТ, нижнее - для ЭКД 20, среднее - дл ф Верх я связующег ачение да КраевоймачиврадКоэффиоднород 118 116 100 110 115 45 47 110 115 45 47 48 120 124 120 119 1 гг 124 118 119 1 гз 117 127 130 57 116 121 126 122 124 126 54 59 52 1 гз 123 Т 24 124 126 124 52 119 125 119 Т 2 З 123 127 59 62 53 122 121 124 122 62 1 г 2 1 гб 122 124 126 119 119 124 119 124 127 124 120 122 125 129 621647009 Составитель А,АкимовТехред М.Моргентал Корректор В,Гирня эктор. И.Дербак г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Производственно-издательский комбинат "Па аказ 1378 Тираж 327 Подписнбе ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5