Способ получения препрега

 

Изобретение относится к способу получения препрега, который может быть использован в авиа-, ракетостроении и других областях техники для изготовления изделий типа тел вращения (цилиндров, конусов и т.п.). Способ заключается в том, что широкую углеродную ленту, разреженную по утку, пропитывают раствором связующего на основе термореактивной смолы. Затем разделяют ее на узкие ленты путем разрыва уточной нити. Изобретение позволяет повысить упруго-прочностные показатели препрега.

Изобретение относится к способам получения высокопрочных высокомодульных волокнистых материалов, в частности, углеродных волокон и полуфабрикатов на их основе, и может быть использовано в авиа-, ракетостроении и других областях техники для изготовления изделий типа тел вращения (цилиндров, конусов и т.п.).

Ближайшим прототипом из числа известных технических решений является способ получения препрега на основе узкой углеродной ленты, включающий пропитку широкой углеродной ленты раствором полимера (аппрета) и разделение ее на узкие ленты.

Недостатком указанного способа является то, что углепластики, полученные на основе узких аппретированных лент, обладают более низкой прочностью по сравнению с углепластиками на основе неаппретированных углеродных лент. Как следует из приведенных ниже примеров, прочность при растяжении кольцевых образцов углепластиков на основе узкой аппретированной ленты составляет 40 кгс/мм ², в то время как на основе неаппретированной узкой ленты 90 кгс/мм².

Целью данного изобретения является погашение упругопрочностных показателей композиционного материала на основе узкой ленты.

В способе получения препрега на основе узкой углеродной ленты, включающем пропитку широкой углеродной ленты раствором полимера и разделения ее на узкие ленты, широкую углеродную ленту, разреженную по утку, пропитывают раствором связующего на основе термореактивной смолы с последующим ее разделением на узкие ленты путем разрыва уточной нити.

Пример 1.

В качестве исходного материала используют ленту шириной 100 мм из углеродного волокна марки ЛУ-П, полученную путем пиролиза ленты из ПАН-волокна с последующей поверхностной обработкой. Плотность ленты по основе 450 н/см, по утку 15 н/см. Углеродное волокно в нитях основы такой ленты имеет прочность 270 кгс/мм² и модуль упругости 27000 кгс/мм ². Раствор связующего представляет собой 50%-ный раствор смеси смол ЭД-20 и СФ-34IA в соотношении (10:7) в спирто-ацетоновой смеси (1:1). Ленту пропитывают раствором связующего и сушат при температуре 90±5°С. Процессы пропитки и сушки осуществляются непрерывным способом. Полученный препрег принимают на катушку с фланцами одновременно с полиэтиленовой пленкой для предотвращения слипания слоев препрега. Катушку с препрегом устанавливают на оси, снабженной тормозным устройством. Конец ленты обрезают перпендикулярно нитям основы, не допуская разрыва утка, и разделяют на длине 1 метр вдоль ленты на полоски шириной 10 мм. Полученные узкие ленты пропускают в зазор между двумя направляющими роликами и затем разводят, пропуская четные полоски над, а не четные - под разделяющим роликом. Затем полоски проводят через зазор второй пары направляющих роликов и каждую полоску наматывают отдельно на двухфланцевую катушку, служащую приемным устройством, одновременно с полоской полиэтиленовой планки той же ширины.

При протягивании ленты через ролики натяжение, создаваемое тормозным и приемным устройствами, обеспечивает разделение широкой ленты на узкие непосредственно после первой пары направляющих роликов.

Из полученных узких лент методом намотки изготавливают кольца, которые испытывают на растяжение.

Кольца имеют предел прочности 90 кгс/мм² и модуль упругости 12500 кгс/мм ². Из полученных узких ленточек препрега изготавливают методом послойной укладки и прессования листовой углепластик, имеющий прочность при изгибе 130 кгс/мм² , модуль 17000 кгс/мм² и прочность при межслоевом сдвиге 5 кгс/мм².

Пример 2.

Углеродную ленту шириной 70 мм, полученную путем пиролиза исходной разреженной по утку ленты из гидратцеллюлозной кордной нити, пропитывают раствором новолачной смолы марки СФ-010 в спирто-ацетоновой смеси.

Полученный после сушки при 40°С препрег принимают на двухфланцевую катушку, которую устанавливают на устройстве для разделения широкой ленты. Ленты перед разделением пропускают через печь с температурой 40°С и разделяют на полоски шириной 5 мм способом, описанным в примере 1. После разделения ленточки принимают на узкие двухфланцевые катушки. Из полученных ленточек путем намотки изготавливают кольца, которые отверждают и испытывают на растяжение, как в примере 1. Прочность полученных колец составляет 50 кг/мм² при модуле упругости 3000 кг/мм ². Ту же углеродную ленту аппретируют 2%-ным водным раствором поливинилового спирта, сушат при 100°С и разрезают неподвижными ножами на ленточки шириной 5 мм. Из ленточек готовят препрег, используя в качестве связующего новолачную смолу СФ-010. Препрег подогревают до 40°С и наматывают на оправу диаметром 150 мм, полученные кольца отверждают и испытывают на растяжение. Их прочность 32 кг/мм² и модуль упругости 1920 кг/мм².

Пример 3.

Разреженную по утку углеродную ленту марки ЛУ шириной 220 мм (ТУ 6-06-И34-77) пропитывают 50%-ным раствором эпоксифенольного связующего ЭТФ в спирто-ацетоновой смеси и сушат при температуре 90±5°C. Препрег разделяют на узкие ленточки шириной 20 мм способом, описанным в примере 1. Полученные ленточки прессуют в плоской пресс-форме с одновременным отверждением. Прочность полученных образцов при изгибе 136 кг/мм² при модуле упругости 15400 кг/мм². Для сравнения ту же ленту аппретируют 5%-ным водным раствором сополимера стирола и после сушки разрезают на полоски шириной 20 мм. Полоски пропитывают смолой ЭТФ, сушат и из препрега прямым прессованием изготавливают пластик, который имеет прочность 36 кг/мм² при модуле упругости 13600 кг/мм².

Пример 5.

Разреженную по утку углеродную ленту марки Кулон (ТУ 6-06-31-162-77) пропитывают раствором эпоксиполиэфирного связующего следующего состава: эпоксидная ЭД-20 - 80 частей, полиэфирная смола ПН-1 - 16 частей, ацетон - 51 часть, триэтаноламинтитанат - 15 частей. После сушки при 100±5°C ленту препрега разделяют, как в примере 1, на ленточки шириной 15 мм, из которых намоткой изготавливают кольца диаметром 150 мм. Кольца после отверждения имеют прочность при растяжении 85 кг/мм ² при модуле упругости 25200 кг/мм² .

Пример 6.

Параллельно ту же ленту Кулон аппретируют 2%-ным раствором поливинилового спирта, сушат и режут ножами на ленточки шириной 15 мм. Ленточки пропитывают раствором эпоксиполиэфирного связующего, аналогичного описанному выше, и сушат при 100±5°С. Из препрега изготавливают кольца, которые испытывают на растяжение. Прочность колец 62 кг/мм² при модуле упругости 21300 кг/мм².

Пример 7 (прототип).

Ленту (как в примере 1) аппретируют 2%-ным водным раствором карбоксиметилцеллюлозы, сушат и режут неподвижными ножами на узкие ленточки шириной 10 мм. В процессе резки крайние нити основы ленточки частично повреждаются. Полученные ленточки пропитывают раствором эпоксидной смолы (как в примере 1) и из препрега намоткой изготавливают кольца для испытаний. Кольца имеют предел прочности при растяжении 40 кгс/мм² и модуль Юнга 10200 кгс/мм².

Из полученных узких ленточек после пропитки раствора связующего изготавливают методом послойной укладки и прессования листовой углепластик, его прочность при изгибе 80 кгс/мм², модуль при изгибе 15000 кгс/мм² и прочность при межслоевом сдвиге 2 кгс/мм².

Формула изобретения

Способ получения препрега на основе узкой углеродной ленты, включающий пропитку широкой углеродной ленты раствором полимера и разделения ее на узкие ленты, отличающийся тем, что, с целью повышения упругопрочностных показателей композиционного материала на основе узкой ленты, широкую углеродную ленту, разреженную по утку, пропитывают раствором связующего на основе термореактивной смолы с последующим ее разделением на узкие ленты путем разрыва уточной нити.