175640. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gyorsan kötő, fröccsönthető epoxi gyanta kompozíció előállítására
3 175640 4 Leggyakrabban használt vegyületek az alifások közül a dietilén-triamin, a trietilén-tetramin, a tetraerilén-pentamin, a hexametilén-diamin és a dicián-diamid, az aromások közül a metafenilén-diamin, a diamino-difenilmetán és diamino-difenil-szulfon. A katalizátorok ma még csak kivételes esetekben használatosak önálló hálósító ágensekként, mint a BF3 és komplexei, inkább hálósító kompozíciókban gyorsítóként használják, mint pl. a különféle tercier aminok. Ha a hálósítószerek két csoportját, az anhidrideket és az aminokat összehasonlítjuk, akkor a következők állapíthatók meg: 1. Az anhidridekkel történő hálósítás termékei jobb termomechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az amin-hálósítás termékei, de az a körülmény, hogy az anhidridek reakciói 150—200 °C hőmérsékleten mennek végbe, korlátozzák az alkalmazási területeket. Vannak ugyan olyan anhidrid-eutektikumok, amelyek szobahőmérsékleten is hálósítanak, de ezek a reakciók lassúak, ami gyakorlati szempontból hátrányos, és ezen egyes esetekben gyorsító katalizátorok adagolásával segítenek. 2. Az alifás aminok kitűnnek reaktivitásukkal, amiért a normál hőmérsékleten végzett keményítések általánosan használt reagensei. Ezen igen nagy technikai előnynyel szemben áll azonban az alifás aminokkal történő hálósítás esetén a viszonylag alacsony Martens hőállóság. 3. Aromás aminokkal a hálósítás 150 °C—200 °C körül történik, és a termékek igen jó termostabilitással és korrózióállósággal tűnnek ki. Az aminokkal történő hálósítási reakció során új szekunderalkoholos OH-csoportok képződnek, amelyek polárosságuk folytán növelik az adhezív tulajdonságokat. A 6 613 737 számú holland és a 7 587 499 számú japán szabadalmi leírás térhálósító rendszereket ismertet epoxigyantához, ezek alkalmazásának hátránya a viszonylag hosszú gélesedési idő. Az epoxi gyanta termékek igen sok alkalmazási területe közül egyik legfontosabb iparág a villamosipar, ahol különösen beváltak kiváló elektromos szigetelő képesség mérethű formadarabokká való feldolgozhatóságuk, csekély zsugorodásuk, jó mechanikai tulajdonságaik miatt. A különböző epoxikompozíciók évek óta ismeretesek és beváltak mint tekercselések és kábelfejvégződések szigetelő és kiöntőanyaga, továbbá mint elosztók, transzformátorok, áram- és feszültségváltók, oltókamrák, támszigetelők szerkezeti anyaga. Az utóbbi években ismertté vált az epoxi öntvények készítésének egy újabb módja, amikor a szerszámba öntött kompozíció nyomás alatt gélesedik, térhálósodik ; ennek egy továbbfejlesztett racionális módozata az az eljárás, amikor a formaadás módosított fröccsöntőgép alkalmazásával történik, igen rövid ciklusidőkkel. Ezt az eljárást automatikus nyomás alatti gélesítésnek (automatische Druckgelierverfahren, röv. ADG) nevezik. Segítségével lehetővé válik a formatestek szériagyártása, mert a ciklusidő perc nagyságrendű, és jelentősen csökkennek a gyártás költségei. Lényeges különbség a nyomás alatt térhálósító eljárás és a korábbi atmoszferikus kiöntési eljárások között az, hogy a szerszám hőmérséklete magasabb a térhálósodási reakció exoterm felmelegedése által kialakuló hőmérsékletnél, és ennek következtében a térhálósodási folyamat kívülről befelé, a szerszám falától az öntvény közepe felé halad. Ez a körülmény, valamint a nyomás lehetővé teszi a frissanyag utánpótlást, ami által a zsugorodás okozta térfogat-kontrakció kompenzálódik, és mérethű darabok nyerhetők. E szemponton túlmenően a nyomás alatti térhálósítás kedvezően hat a buborékképződéssel szemben is. Az automatikus, fröccsöntőgépen kivitelezhető, nyomás alatti térhálósítási eljárás megjelenésével együtt ismeretessé váltak azok az epoxi gyanta kompozíciók, amelyek alkalmasak az említett eljárás kivitelezésére. Az ilyen célra kidolgozott eddig ismert epoxikompozíciók műszaki haladást jelentettek, mert lehetőséget adtak a szériagyártás szempontjából szükséges rövid ciklusidőkre. Ez azt jelenti, hogy például 5—10 kg-os formatestek esetében 180 °C-on és 3—5 atm nyomáson a ciklusidő 12—14 perc volt. Hátrányuk azonban, hogy nem teszik lehetővé olyan villamosipari tekercsek beágyazását, amelyeknek szigetelése ilyen hőm. tartományban károsodik, mert ezek általában az F hőosztályba tartoznak, amely max. 155 °C hőállóságot jelent. A 155 °C alatt végzett keményítés viszont a ciklus időt nagy mértékben megnöveli. A találmány célja olyan eljárás kidolgozása, amely lehetővé teszi az eddiginél lényegesen gyorsabban kötő epoxi-kompozíciók előállítását. A találmány alapja az a felismerés, hogy a fenti cél elérhető, ha módosítatlan folyékony epoxi gyantához ftálsavanhidrid-típusú speciális hálósítót és tercier-amintípusú speciális gyorsítót adunk. Fentiek alapján a találmány eljárás gyorsan kötő, fröccsönthető epoxi-kompozíció előállítására, ahol módosítatlan, folyékony epoxi gyantához ftálsavanhidridtípusú hálósítót és tercier-amin-típusú gyorsítót, továbbá szervetlen töltőanyagot és pigmentet adunk. A találmány értelmében úgy járunk el, hogy ftálsavanhidridtípusú térhálósítóként metil-hexahidroftálsavanhidridet, míg tercier-amin-típusú gyorsítóként 2-4-6-tri-(dimetilamino-metil)-fenolt használunk. A találmány szerinti eljárással előállított gyanta kompozíció mindazon előnyökkel rendelkezik, amelyekkel a korábban ismert és ilyen célra alkalmazott kompozíciók is rendelkeznek, mint amilyenek a tárolhatóság, a kb. 8 óra feldolgozhatósági idő, a töltőanyaggal való tölthetőség (100—400%), a teljes kikeményedés utáni kiváló elektromos és mechanikai tulajdonságok. A találmány szerinti epoxi-kompozíciónak a fentieken túlmenő további előnye, hogy a megszilárdulás ideje 4—ötször rövidebb a korábban ismert kompozíciókéhoz viszonyítva, így pl. 5—10 kg-os formatest esetében 165 °C-on 3—5 atmoszféra nyomás alatt a kötési idő 2—3 perc, és az eljárásban alkalmazott gyanta komponens tiszta diánepiklórhidrin-alapú gyanta, és így a kompozícióban nincs olyan komponens, amely gyengítené az epoxigyanta kiváló mechanikai és elektromos tulajdonságait, valamint kémiai ellenállóképességét. A találmány szerinti eljárás foganatosítására az alábbi kiviteli példákat adjuk meg: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
