Тканый препрег
Изобретение относится к изготовлению армированных пластиков на основе термопластичной матрицы, а именно к изготовлению препрегов, может найти применение в различных отраслях машиностроения, в медицине, на транспорте и позволяет повысить эксплуатационные характеристики путем увеличения степени вытяжки пластика на основе препрега при термоформовании. Препрег вьшолнен в виде ткани ажурного переплетения, уток и стоевые нити основы которой состоят из волокон термопластичного полимера с вязкостью расплава 250-2000 Па-с, а в качестве перевивочных использованы термостойкие органические, минеральные или углеродные нити или жгуты. Для улучшения пропитки армирующих волокон термопластичной матрицей и предохранения их от повреждений в качестве перевивочных используются нити с предварительно нанесенным на них слоем термопласта в количестве 5-40% от массы волокна. 1 з.п. ф-ль1, 2 ил. 2 табл.
СОЮЗ СОНЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (И) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНР6!ТИЙ (21) 4154004/31-12 (22) 28.11.86 (46) 30.11.88. Бюл. № 44 (71) Московский авиационный техноло гический институтим.К.Э.Циолковского (72) Г.С.Головкин, В.П.Дмитренко, Н.В.Салиенко, Б.В.Перов, Л.А.Квачева,.
Л.П.Иевляков, С.В.Катомин, Н,A.Óõîíà и А.А.Иартынова (53) 677.066 (088,.8) (56) Заявка ФРГ № 3341292, кл. В 29 D 3/02, 1985.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1198992, кл. D 03 D 15/00, 1984.
Химическая технология, 1981, № 6, с.9-12. (54) TKAHbIA ПРЕПРЕГ (57) Изобретение относится к изготовлению армированных пластиков на основе термопластичной матрицы, а именно (gD 4 D 03 D 1/00, 15/00 к изготовлению препрегов, может найти применение в различных отраслях машиностроения, в медицине, на транспорте и позволяет повысить эксплуатационные характеристики путем увеличения степени вытяжки пластика на основе препрега при термоформовании. Препрег выполнен в виде ткани ажурного переплетения, уток и стоевые нити осиовы которой состоят из волокон термопластичного полимера с вязкостью расплава 250-2000 Па.с, а в качеcòBå перевивочных использованы термостойкие органические, минеральные или углеродные нити нли жгуты. Для улучшения пропитки армирующих волокон термопластичной матрицей и предохранения их от повреждений в качестве перевивочных используются нити с предварительно нанесенным на них слоем термопласта в количестве 5-40% от массы волокна. 1 s.ï. ф-лы, 2 ил.
2 табл.
1440973
Изобретение относится к техническим тканям, предназначенным для изготовления армированных пластиков на основе термопластичной матрицы, а . именно к изготовлению препрегов, и может найти применение в различных отраслях машиностроения, в медицине, на транспорте.
Цель изобретения — улучшение эксплуатационных характеристик путем обеспечения возможности увеличения степени вытяжки получаемого пластика.
На фиг. 1 представлены варианты структуры получаемой ткани. 15
Тканый препрег состоит из термоь пластичных нитей утка 1, термопластичных стоевых нитей 2 и термостойких перевивочных нитей 3 основы. ..0
Выполнение стоевых нитей термопластичными, а перевивочных термостойкими связано с тем, что в процессе изготовления листовой заготовки под штамповку, плавкие нити основы и утка при нагревании превращаются
f в расплав, который пропитывает изви-. тые перевивочные нити и при последующем охлаждении фиксирует в пластике необходимую для последующей вытяжки извитую структуру перевивочных нитей.
В процессе штамповки такой заготовки пуансон действует на нити каждого слоя материала, выпрямляет извитые армирующие нити на величину извитости нитей в препреге, причем нити утка и етоевые нити основы не мешают процессу вытяжки, так как образуют после плавления монолитную термопластичную матрицу. 40
Выполнение препрега из нитей фенилон позволяет получить за счет растяжения нитей в пластике степень вытяжки 10-12%.
Если выполнить препрег так же, 45
° как и прототип, но вместо нитей фенилон использовать минеральные или углеродистые нити, то не удается получить степени вытяжки в пластике больше 0,1-2,5% (величина характеризуется относительным удлинением нитей), так как нити находятся в распрямленном состоянии и при больших удлинениях волокна начнут разрушаться.
Применение ажурных переплетений для таких нитей позволяет задать в полуфабрикате на стадии ткачества практически любую степень вытяжки, изменяя извитость перевивочных нитей.
С целью дополнительного увеличения степени вытяжки армирующих нитей до. 200% в качестве перевивочных используются текстурированные нити из волокон иа основе полигетероариленов.
Описанные варианты тканого препрега обеспечивают степень извитости армирующих нитей от 50 до 200%, что позволяет предотвратить повреждение непрерывной структуры нитей за счет выравнивания их в процессе термоформирования с вытяжкой.
Диапазон варьирования плотностей укладки стоевых и уточных нитей в каждом отдельном случае зависит. от требуемой степени извитости, объемного содержания используемых нитей, номенклатуры. В качестве термопластичных плавких нитей могут быть использованы нити на основе полиамида, полеолефинов, фторспластов, полифениленоксидов, полисульфонов, в качестве армирующих — ароматические полиамиды, полиоксадиазол, полиамидобензимид, полиимиды, стеклянные углеродные волокна (последние при условии, что критический радиус волокна
f нри изгибе должен быть не более 5мм).
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример ы 1-3. Тканый препрег ажурного переплетения садуржит в основе (стоевые нити) и уФке капроновую мононить, а в качестве перевивочной— комплексную углеродную нить.
Характеристики тканого препрега с различным соотношением плавких капроновых и неплавких углеродных йитей приведены в табл..1.
Из полученного препрега собирают пакет заготовок по схеме 1:0 (однонаправленное расположение имеет комплексная нить) толщино" 5 мм. Плоские образцы размером 200 200 мм прессуют по 535 К, давлении 1,5 MIIa в течение 15 мин с последующим охлаждением под давлением до 353 К. Вязкость расплава полимера во время процесса прессования составляет 250 Па с.
При вязкости расплавов менее
250 Па-с происходит значительный отжим связующего из пакета при прессовании, что ведет к значительному изменению содержания полимера в пластике. Кроме того, применение полимеров с низкими значениями вязкости расплава привоцит к снижению физико-механиз
144097 ческих характеристик пластиков па их основе.
Процесс термоформирования с вытяжкой осуществляется на пневмовакуум5 формовочной машине, снабженной нагревательным устройством контактного типа. Полученный при прессовании образец помещают в нагревательное устройство, где он нагревается, затем пере- 10 носят в рабочую зону пневмовакуумформовочной машины, где происходит процесс пневмоформования до полного выравнивания иэ витых армирующих волокон.
Пример 4-6. Тканый препрег ажурного переплетения содержит в основе (стоевые нити) и утка фторопластовые мононити, а в качестве перевивочных - нити на основе полиамидобензимида.
Характеристики тканого препрега с различным соотношением плавких фто- .. ропластовых и неплавких полиамидо-. бензимидовых нитей приведены в табл. 1.
Из полученного препрега собирают 25 пакет заготовок по схеме 1:0 (однонаправленное расположение имеет полиамидобензимидовая нить) толщиной
5 мм. Плоские образцы размером 200 к 200 мм прессуют с последующим охлаждением под давлением. Вязкость расплава полимера во время процесса прессования составляет 1200 Па.с. Процесс .термоформования с вытяжкой осущест вляется так же, как в примерах 1-3. 35!
Характеристики тканого препрега с различным соотношением плавких фториновых и неплавких стеклянных нитей приведены в табл. 1.
Из полученного препрега собирают пакет заготовок по схеме 1:0 (однонаправленное расположение имеют стеклянные нити) толщиной 5 мм. Плоские образцы размером 200 200 мм прессовали с последующим охлаждением под давлением.
Вязкость расплава полимера во время процесса прессования составляет
1200 Па с.
Пример 7-9. Тканый препрег ажурного переплетения содержит в основе (стоевые нити) и утке мононити фторопластика, а в качестве переви- 40 вочных — стеклянные нити.
Характеристики тканого препрега. с различным соотношением плавких фторопластовых и неплавких стеклянных нитей приведены в табл. 1.
Иэ полученного препрега собирают пакет заготовок по схеме 1:0 (однонаправленное расположение имеет стеклянная нить) толщиной 5 мм. Плоские образцы размером 200 200 мм прессуют с последующим охлаждением под давлением. Вязкость расплава полимера во время процесса прессования составляет 2000 Па с. При вязкостях расплавов более 2000 Па с ухудшается смачи- 55 ваемость армирующих волокон полимерной матрицей, что приводит к образованию большого количества крупных пор в пластике, которые в значитель3
4 ной степени ухудшают его физико-механические характеристики. Процесс термоформования с вытяжкой осуществляется так же, как в причерах 1-6.
Температура образца 543 К.
Пример ы 10-12 ° Тканый препрег ажурного переплетения содержит в основе стоевые полиамндобенэимидовые нити и стеклянные перевивочные нити, а в утке — капроновую нить.
Характеристики тканого препрега с различным содержанием плавких капроновых и неплавких нитей приведены в табл. 1.
Иэ полученного препрега собирают пакет заготовок по схеме 1:0 (однонаправленное расположение имеют не-плавкие нити) толщиной 5 мм. Плоские образцы размером 200 200 мм прессуют с последующим охлаждением под давлением.
Вязкость расплава полимера во время процесса прессования составляет
250 Па с.
При вязкостях расплавов менее
250 Па с происходит значительньпr отжим связующего из пакета при прессовании, что ведет к значительному изменению процентного содержания полимера в пластике.
Кроме того, применение полимеров с низкими значениями вязкости расплава приводит к снижению физико-механических характеристик пластиков на их основе.
Процесс термоформования с вытяжкой осуществляется на пневмовакуумформовочной машине, снабженной нагревательным устройством контактного типа.
Пример ы 13-15. Тканый препрег ажурного переплетения содержит в основе стоевые и перевивочные нити, а в утке — фторапластовые мононити.
14409
Процесс термоформования с вытяжкой осуществляется так же, как в примерах 10-12.
Пример ы 1б-18. Препрег тканый ажурного переплетения содержит в основе стоевые нити феннлон и перевивочные полиамидобензимид ы нити, а в утке — фторопластовую мононить.
Характеристики тканого препрега 1П с различным соотношением плавких фториновых и неплавких фенилоновых и полиамидобензимидных нитей приведены в табл. 1.
Из полученного препрега собирают 15 пакет заготовок по схеме 1:0 толщиной 5 мм.
Плоские образцы размером 200
< 200 мм прессуют при 1,5 МПа в течение 15 мин с последующим охлажде- 2р нием под давлением. Рязкость расплава полимера во время процесса прессования составляет 2000 Па с, При вязкостях расплавов более
2000 Па с ухудшается смачиваемость 25 армирующих волокон полимерной матрицей, что приводит к образованию большого количества крупных пор в пластике, которые в значительной степени ухудшают его физико-механические ха- 30 рактеристики.
Процесс термоформования с вытяжкой осуществляется так же, как в примерах 10-15.
Пример ы 19"-23. Тканый препрег ажурного переплетения содержит в основе (стоевые нити) и утке мононити фторопласта, а в качестве перевивочных — нити полиамидобензимида с предварительно нанесенным из раствора 40 фторопласта в диметилацетамиде слоем термопласта.
Характеристики тканого препрега с содержанием 5-40% термопласта на волокне полиамидобензимида приведены в табл. 2.
Выбор нижней (5%) и верхней (40%) границ диапазона нанесения термопласта на волокно обусловлен тем, что при содержании термопласта меньше 5% .5> от массы волокна не удается обеспечить сплошности покрытия, а при содержании большем 40% нарушается выбранное соотношение матрицы и армирующего волокна (30:70 — 70:30).
Получение плоских образцов и процесс термоформования с вытяжкой осуществляются, как в примерах 4-6.
73 6
Ниже приведены данные по максимальной степени вытяжки пластиков на основе известного и предлагаемого препрегов при сохранении сплошности материала, %:
Сравнение с прототипом показывает, что предлагаемый препрег позволяет получить значительные степени вытяжки в пластиках на его основе без повреждения непрерывной структуры армирующих волокон, а следовательно, перерабатывать современные композиционные материалы в объемные изделия высокопроизводительными методами термоформования, такими как штамповка, пневмо-, вакуумное формование и т.д.
Формула изобретения
1. Тканый препрег, содержащий основу,,включающую термостойкие и термопластичные нити, и уток иэ термопластичных нитей, о т л и ч а ю— шийся тем, что с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем обеспечения возможности увеличения степени вытяжки получаемого пластика, препрег выполнен ажурным переплетением, при этом перевивочные основные нити представляют собой термостойкие,нити на основе органических
Прототип
По примеру 1
3
4 г
7
9
11
12
13
14
1б
17
18
19
21
22
12
50 1440973
2. Тканый препрег по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что в ка >естве перевивочных нитей использованы нити с предварительно нанесенным на них слоем термопласта в количестве 5-40Х от массы волокна. или стеклянных или углеродных волокон, стоевые основные нити представ ляют термопластичные нити, при этом уточ . ые и стоевые термопластичные нити имеют вязкость расплава 250—
2000 Па с.
Таблица 1
Характеристики тканого препрега
Степень извиОбьемное соотношение
Плотность ткани нить/см
Нить в утке
Нить в основе
Пример матри- волокца но тости
7 основа уток стоевая перевивочная
Капрон ф0,3 мм 4
КомплекКапрон ф0,3 мм
0,4 0,6
50 сная углеродная
То же
Капрон ф0,4 мм
2 Капрон ф0,4 мм
0,5 0„5
0,4 0,6
100
150
То же
3 То же
4 Фторо- Полиамипласт добензф 0,09 мм имид
0,7
0,3
50 фО 09 мм 16
Ф-2М ф0,13 мм 12
То же
0,5
0,5
100
То же
18 16
0,6.7 0,3
150
7 Фторо- Стеклян- Фторопласт ная пласт ф0,09 мм 14,4 текс. ф0,09 мм 20
100
То же
t1 м
150
10 Полиами- Стеклян- Капрон добенз- ная ф 0,13 мм 20 имидная
0,5 0,5
10
Капрон ф0,2 мм 12
0,6 0,4
0,7 0,3
100
150
22 12
То же
Фторопласт ф0,13 мм 20
0,3
0,7
0,5 0,5
100
То же 18
14
Фторопласт ф0,13 мм
8 То же То же
0,6 0,4
0,5 0,5
0,5 0,5
1440973
Продолжение табл.!
Степень ть в но извитости, матри- олокоснова уток пер воч
Ж ца о
Фторопласт ф 0,09 мм 20 15
150
0,3
0,7
Фторопласт ф 0,13 мм 18
0,3 0,7
То же 16
100
0,5
Фторопласт
0,7
0,3
18 14
150
Таблица 2
Обьеиное соотношение отирсть тка, нить/см ть в ке теень ь,в утоМ матри ца арм волок" ев
19 Полиами- Ф!1оро- Феородобеиа- пласт пласт имид фО!09 мм фО, 09 мм
50 35 65
20,11, 50 40 60 а
50 50 50
«!!»,И, 20 16
50 60 40,50 70 30
«е»
40 16
16 Фенилон Полиамидобензииид
18 Фенилон
0,09 мм
Ц»!!«
23.
Плотность Tlc ни нить/см.5 16 8
10 16 8
30 16 B
Явности
Обьемное соотношение
1! 440973
Составитель Н.Самарина
Редактор Л.Веселовская Техред А.Кравчук
Корректор И.Муска
Закаэ 6147/31 . Тиржк 420
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий
113035, Москва, -35 Раушская наб., д. 4/5
Подписное
Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
