Способ получения композиционного полимерного материала

 

Изобретение касается получения композиционных полимерных материалов для изготовления деталей узлов машин, работающих в условиях высокого нагружения, опор скольжения валов, корпусных деталей, может найти применение в станкостроении, сельскохозяйственном машиностроении, химической промышленности и позволяет повысить прочностные показатели материалов. Способ состоит в термообработке предварительно аппретированного наполнителя в электрическом поле переменной напряженностью E 50-300 B/см или в поле коронного разряда 2,0-80 кВ/см, изменяющейся по формуле E = KT, где K - коэффициент, характеризующий величину градиента напряженности электрического поля

T - время термообработки, равное 10-20 мин. При этом K = 2,5-30 В/мин<SP POS="POST">.</SP> см для поля напряженностью 50-300 В/см и 0,1-8,0 кВ/ мин<SP POS="POST">.</SP>см для поля коронного разряда. Изобретение позволяет также снизить энергозатраты и повысить производительность труда за счет уменьшения температуры и времени термообработки. 2 табл.

COIQ3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ1

РЕСПУБЛИК (st)s С 08 J 5/16, 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ :, Ок (21) 4481528/05 (22) 08.06,88 (46) 15.07,91.Бюл.¹ 26 (71) Институт механики металлополимерных систем АН БССР (72) И.M.Âåðòÿ÷èõ, Ю.И.Воронежцев, В,А,Гольдаде, Л.С.Пинчук, В.В.Снежков, P.Ë, Макиен ко и Н.Г.Черкасова (53) 678.674(088.8) (56) Заявка ЕПВ N 0198565, кл.С 08 J 5/06.

Авторское свидетельство СССР

N 1.014844..кл. С 08 J 5/16, 30.04.83. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение касается получения композиционных полимерных материалов для изготовления деталей узлов машин, работающих в условиях высокого нагружения, опор скольжения валов, корпусных деталей, Изобретение относится к композиционным полимерным материалам для изготовления деталей узлов машин, работающих в условиях высокого нагружения, опор скольжения валов, корпусных деталей и может найти применение для оборудования прокатных станов, станкостроении, сельскохозяйственного машиностроения, в оборудовании химической и ромы ш лен ности.

Цель изобретения — повышение прочностных свойств, таких как разрушающего напряжении при растяжении, изгибе, сжатии и ударной прочности, Способ осуществляют следующим образом.

«SU„, 1662998 А1 может найти применение в станкостроении, сельскохозяйственном машиностроений химической промышленности и позволяет повысить прочностные показатели материалов, Способ состоит в термообработке предварительно аппретированного наполнителя в электрическом поле переменной напряженностью (Е) 50-300 В/см или в поле коронного разряда напряженностью 2,080 кВ/см, измеряющейся по формуле Е=КТ, где К вЂ” коэффициент, характеризующий величину градиента, напряженности электрического поля; Т вЂ” время термообработки, равное 10-20 мин, При этом К= 2,5-30 А/мин см для поля напряженностью 50-300 В/см и

0,1-8,0 кВ/мин см для поля коронного разряда. Изобретение позволяет также снизить энергозатраты и повысить производительность труда за счет уменьшения температуры и времени термообработки . 2 табл.

Наполнитель обрабатывают аппретом, после чего производят его термообработку 0 между электродами в электрическом поле с.) переменной напряженности 500-300 В/см К) или в поле коронного разряда напряженно- с ) сти 2-80 кВ/см, рассчитанной по зависимо- pg сти Е = КТ, выведенную математической обработкой экспериментальных данных, Величину напряженности электрического поля повышали путем увеличения напряжения, подаваемого на электроды в процессе термообработки наполнителя. Коэффициент К характеризует величину градиента напряженности поля во времени.

1662998 позиционного мате и полнителя СТ. Hanoi

3%-ным раствором чего производят его электродами в элек менной напряженн меняющейся по

Коэффициент К взят мообработки Т=15 м мообработки поро каждый слой наполни тавливали прямым при давлении 100 М

250 С. Иэготавлива зиционного мате предлагаемым спосо рушающее напряжен

120 до 196 МПа, пр

МПа и повышают уд

68 кДж м

Пример2,И ники опоры скольже го материала на осн готавливают подшипия из композиционнове ЛБ марки ЛБС-1 и олнитель, обработанс-9, термообрабатываи в переменном поле напряженностью до ейся по зависимости взят равным 8, вре10 мин. По окончании ропитывают ЛБ и суо наполнителя ФН, На ный апп ретом Лаурек ют между электрода коронного разряда

80 кВ/см, изменяю

Е=КТ. Коэффициент мя термообработки термообработки ФН шат с сушильном шк до 120 С в течение вая подшипники о композиционного ма предлагаемым.спасо шающие напряжени

280 МПа, при изгибе ударную вязкость с 4

П ример3, Изго клапана бурового на ного материала на нителя ЛН. Наполн аппретом СКД-1 терм электродами в перем го разряда напряж изменяющейся по за эффициент К взяли термообработки 10 м мообработки наполни пастном смесителе получения однородно изготавливают метод

55 ем на термопластавт

В случае поля с переменной напряженностью К=2.5-30 В/мин см, а в случае поля коронного разряда К=-0,1-8,0 кВ/мин см, Температура термообработки типовая для обработанных аппретами материалов, 5

По окончании термообработки B электриче ском поле аппретированный наполнитель ! совмещают с полимерным связующим. Совмещение лавсановых нитей (ЛН) осущест- вляют путем смешивания гранул полимера 10, в лопастном смесителе до получения одно1 родной смеси. При применении в качестве связующего бакелитового лака (ЛБ), пропи,.танные им фениленовые нити (ФН) сушат в, сушильном шкафу при 50 С в течение 3 ч. 15 Образцы для испытания изготавливали путем прямого прессования (давление 3040 МПа при 145-150 С) с предварительным

, подогревом до 120 С в течение 5-6 мин. Из приготовленной смеси на основе термопла- 20 ( стичного связующего и лавсановых нитей

, образцы для испытаний формовали мето, дом литья под давлением. Технологические режимы переработки выбирали в зависимости от применяемого связующего. В данном 25 случае температура переработки составляла 180-190 С, давление литья 50 МПа, При применении в качестве армирующего наполнителя стекловолокна (СТ) совмещение с полимерным связующим осуществляли 30 путем нанесения порошка полиамида на

1 каждый слой армировки. Образцы для ис( пытаний изготавливали прямым прессова нием. Давление прессования 200 МПа, температура переработки 220-250 С.

Для проверки способа были выбраны

, следующие материалы; полиамид6(ПА); лак

,бакелитовый (ЛБ) марки ЛБС-1, поливи, нилхлорид (ПВХ)-пластикат марки ПЛ-6, В качестве наполнителей применяли ткани из стеклянных нитей, фенилоновые нити (ФН), лавсановые нити (ЛН), Аппретирование наполнителей производили аппретами марок лаурокс-9, СКД-1 и силиконовым аппретом, представляющим собой 3%-íûé раствор тетраоксисилана (Cg HzoOqSi).

У полученных образцов определяли соответственно разрушающие напряжения при растяжении, сжатии и изгибе. Испытания проводили на разрывной машине ZP-10 при скорости нагружения 50 кгс/с. Ударную вязкость определяли с помощью маятникового коп ра УД-4.

Данные о составах композиционного материала, технологическим параметрам термообработки наполнителя и прочностные характеристики приведены в табл.1.

Пример 1, Изготовление кронштейнов крепления вала. Их изготавливают из комала на основе ПА нанитель обрабатывают етраоксисилана, после ермообработку между грическом поле пере)сти до 80 В/см, из ависимости Е=КТ равным 12, время терлн, По окончании тер ок ПА наносили на геля. Кронштейны иэгорессованием в форме

1а и температуре 220кронштейны из компоиала, полученного зом, увеличивают разие при растяжении СО изгибе со 190 до 226 рную вязкость с 41 до афу при 50 С в течение

3 ч, Подшипники изг тавливали путем прямого прессования при давлении 30-40 МПа при 145-150 С с предварительным подогревом о

5-6 мин. Изготавлиор скольжения иэ ериала, полученного ом, повышают разрупри сжатии с 120 до со 100 до 209 МПа и до 105 м авливают уплотнения оса из композиционснове ПВХ и наполтель, обработанный обрабатывают между нном поле короннонностью 2,0 кВ/см, исимости E-— КТ. Коравным 0,2, время н, По окончании терель смешивают в логранулами ПВХ до смеси, Уплотнения м литья под давлениате. Температура пе1662998 реработки 180-190 С, давление литья до

50 Mila, Изготавливая уплотнения из композиционного материала. полученного предлагаемым способом, повышают разрушающие напряжения при растяжении с 39,7 до 82 МПа, при изгибе с 44,2 до

89,7 МПа.

Пример 4, Изготавливают лицевую панель приборной доски из композиционного материала на основе ПА и наполнителя из СТ. Наполнитель обрабатывают 3 -ным раствором тетраоксисилана, после чего производят его термообработку между электродами в электрическом поле переменной напряженности до 300 В/см, изменяющейся по зависимости Е= КТ.

Коэффициент К взят равным 15, время термообработки 20 мин. По окончании термообработки порошок ПА наносят на каждый слой армировки. Панель изготавливают прямым прессованием в форме при давлении 100 МПа и температуре 220-250 С. Изготавливая панели из композиционного материала, полученного предлагаемым способом, увеличивают разрушающие напряжения при растяжении со 120 до 232,7

МПа, при изгибе — со 190 до 256,6 МПа, ударную вязкость с 41 до 87,5 кДж

Пример 5. Изготавливали поддоны коробки передач из композиционного материала на основе ЛБ и наполнителя ФН.

Наполнитель обрабатывали аппретом Лаурокс-9 и термообрабатывали между электродами в электрическом поле переменной напряженности до 50 В/см, изменяющейся по зависимости Е=-KT. Коэффициент К взят равным 5, время термообработки Т=10 мин.

По окончании термообработки ФН пропитывалиЛБ исушили всушильном шкафупри

50 С в течение 3 ч; Поддоны изготавливали путем прямого прессования при давлении

30-40 МПа, при 145-150 С с предварительным подогревом до 120 С в течение 5-6 мин.

Изготавливая поддоны из композиционного материала, полученного предлагаемым способом, повышают разрушающие напряжения при сжатии со 120 до 193,6 МПа, при изгибе со 100 до 136,3 МПа, ударную вязкость с 40 до 73,7 —— кДж

Пример 6. Изготавливали листовой материал из композиционного материала на основе ПА и наполнителя СТ. Наполнитель обрабатывали 3 -ным раствором тетраоксисилана, после чего производили его термообработку между электродами в переменном поле коронного разряда напряженностью до 40 кВ/см, изменяющейся по зависимости Е= КТ, Коэффициент К взяли равным 2,7, время термообработки 15 мин.

По окончании термообработки ПА наносили на каждый слой армировки. Листы изготавливали прямым прессованием при давлении

110 МПа и температуре 220-250 С. Изготавливая листы из композиционного материала, полученного предлагаемым способом, увеличивают разрушающее напряжение со

120 до 268,8 МПа, при изгибе с 190 до 284,4

МПа, ударную вязкость с 41 до 98,2 кДж м

В табл.2 приведены данные, подтверждающие технологичность процесса по сравнению с известным, Формула изобретения

Способ получения композиционного полимерного материала на основе термопласта и волокнистого наполнителя, включающий термообработку наполнителя с последующим воздействием электрического поля, совмещения наполнителя с термопластом и плавление, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных свойств материала, снижения энергоемкости и повышения производительности процесса, осуществляют термообработку предва40 рительно аппретированного наполнителя в течение 10-20 мин в электрическом поле переменной напряженностью 50-300 В/см или в поле коронного разряда напряженностью 2,0-80,0 кВ/см, изменяющейся по

45 формуле Е= КТ, где К вЂ” коэффициент, характеризующий величину градиента напряженности электрического поля, а Т— время термообработки, и ричем К=2,530,0 В/мин,см в случае поля с переменной напряженностью и К=- 0.1-8,0 кВ/мин-см в случае поля коронного разряда.

1662998

Т<3б/(ИЦа 1

Матерна>п E

Свлзукв(ее

+ иаиол)>пирет (>сжимь те рмоо бра Нотки и а поли и тели

Про ииос гиь ьз кар .I:Tf. pl>i тики иаирлжсиие

>р, И Па си», lit!I китель

6 ь, ИНа

KosII>I»>ци> ит К кй мии.

Темиеирами! жил а>

)i)I fff ритуря, С

В/си кВ/см см

Силановый

300

30

140

224,4

232, 7

178,2

I 85,4 !

96,1

233,2

256, 6

212,5

223,:)

225, 8

8 1, 1

300

15

140

87,5

50

140

62,7

20

2,5

17i0

65,6

180

1 15

140

73,9

СЩ" 1

CIOf-1

СКД- I

СКД-1

300

30

110

70,6

74>1

86,4

76,3

300

15

110

79,8

79,8

1 10

110

7>2, 2

56,3

62,7

216,9

220,1

193,6

198,4

204,7

55,7

56,4 2,5

20

1Е0

63,2

61,5

180

15 15

12 . (10

69,5

68,?

Лаурокс-9

Лауракс-9

300

100

1 60,4

171,8

136,3

141,2

154>7

295>3

30?,6

267,1

278,1

284,4

92. 4

300

15

100

94,3

73,7

20

2,5

76>1

180

15 (?

100

83,9

140 280,3

Снлановый

97> 3

140

290,5

102,9

95,5

0 2

140

251

0,1

1 7>0

262, ?.

268, 8

96,:3

101, 7

92,8

2,7

140

98,2

llBX+JlIl

ШЗХ+ЛН

fI BX+ Jill

ПВХ+ЛН

ПВХ+ЛН

ЛБ+ФН

ЛБ+ФН

ЛБ+ФН

ЛБ+ФН

ЛБ+Ф((СКД-1

СКД- I

110

95 >2

91,6 (08,6 95,4

110

0,2

110

82,2

89,7

68,8

О, 1

110

83,9

96,4

73,8

110

2,7

89,4

102,1, 209,3

84, 1

Лауракс-9

Лаурокс-9

110

280, 8

286,2

248,4

254, 8

764, 3

I 05,9 !

07,5

80 20

260 tО

110

216

0,2

110

184,6

190,1

198,7

99,3

Г>

2,0 20

40 15

0,4

1l0

99,6

2,7

110

102,4

Известный 2

ПЛ+Ст ((8 X+ Jill

ЛВС+Ф (25

Силаиовый

С KJI-1

Лаурокс-9

300

156,3

192,8

39,6 .

I 25, 4

74,(32

15

1 I 0

36 >4

31,5

15

171,2

110

68,3

Известный 1

ПВХ+ЛН

ПВХ+)!Н

80 20

? 0 20

110 38,3

110 31, 1

40,4

31,4

35 7

?8> В

Только )Ьия образцов на основе ЛБ+ФН.

1 IIA+ СТ

2 IIA+CT

Э П>1+ СТ

4 IIA+ СТ

5 JIA+ СТ

6 ПВХ+ЛН

7 ПВХ+ЛН

8 I I 8 X+ J IH

9 IIBX+ JHf

10 ПВХ+ЛН ! 1 ЛБ+ФП

12 ЛБ+ФН

13 ЛБ+ФН

14 ЛБьФН

15 ЛБ+ФН

16 (IA+CT

1 7 ПА+ СТ

18 Пй+ СТ

19 НЛ+СТ

20 ПЛ+СТ

80 10

80 20

2,0 !О

2,0 20

40 15

8О 10

80 20

2,0 10

2>0 20

40 15

80 10

1662998

Таблица 2

Составитель Г.Платошкина

Редактор М.Недолуженко Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т,Палий

Заказ 2236 Тираж 326 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101