Полимерный композиционный материал

 

Использование: производство углепластиков на основе полисульфоновой матрицы и углеродных армирующих волокон. Сущность изобретения: полимерный композиционный материал содержит полисульфоновую матрицу и углеродные волокна, причем углеродные волокна содержат на поверхности в качестве аппретирующего слоя сополимер, состоящий из звеньев метакриловой кислоты, диэтиленгликоля и бензосульфокислоты в молярном соотношении от 49,5:49,5:1 до 49: 49: 2 в количестве 0,52 - 5,0% от массы волокна при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродные армирующие волокна, содержащие сополимер, 25 - 75; полисульфоновая матрица остальное. Использование в качестве аппретирующего слоя указанного сополимера позволяет в 1,8 - 2,2 раза повысить межслоевую прочность при сдвиге полисульфоновых углепластиков. 1 табл.

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, в частности к углепластикам на основе полисульфоновой матрицы и углеродных армирующих волокон.

Известны полимерные композиционные материалы [1, 2] в которых углеродные волокна совмещают с матрицами на основе алифатических полиамидов, полиолефинов, термопластичных полиэфиров для создания углепластиков с повышенной ударной вязкостью и коррозионной стойкостью.

Основными недостатками таких композиций является недостаточная теплостойкость термопластичной матрицы и ее сравнительно низкая жесткость, что не позволяет в полной мере реализовать возможности углеродного наполнителя.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является полимерный композиционный материал, в котором углеродные волокна совмещают с теплостойкой термопластичной матрицей на основе полисульфона [3] Основным недостатком такой композиции является низкая прочность сцепления компонентов на границе раздела. Низкая прочность сцепления на границе раздела обуславливает низкие значения межслоевой прочности при сдвиге полисульфонового углепластика и, как следствие этого, невысокие характеристики при других видах нагружения, особенно при сжатии.

Техническим результатом изобретения является повышение межслоевой прочности при сдвиге композиционного материала.

Технический результат достигается тем, что в полимерном композиционном материале на основе полисульфоновой матрицы и армирующих углеродных волокон, углеродные волокна дополнительно содержат на поверхности в качестве аппретирующего слоя сополимер, состоящий из звеньев метакриловой кислоты, диэтиленгликоля и бензосульфокислоты при молярном соотношении указанных звеньев от 49,5:49,5:1 до 49:49:2 в количестве 0,5-5,0% от массы волокна, при следующем соотношении компонентов материала, мас. углеродные волокна, содержащие на поверхности в качестве аппретирующего слоя сополимер, 25-75; полисульфоновая матрица остальное.

В качестве матрицы используют полисульфон базовой марки ПС-Н (ТУ 6-05-1969-84) или его модификации, в качестве армирующего наполнителя нити или ленты из углеродных волокон.

Для получения аппрета используют метакриловую кислоту (МРТУ 6-09-1768-64), диэтиленгликоль (МРТУ 6-09-6131-69) и бензосульфокислоту (МРТУ 6-09-3578-67). Указанные мономеры наносят на поверхность углеродных волокон из раствора их в смеси в воде.

Сополимер, используемый в качестве аппретирующего слоя, состоит из звеньев метакриловой кислоты (мономер 1), диэтиленгликоля (мономер 2) и бензосульфокислоты (мономер 3) при соотношении указанных звеньев от 49,5: 49,5: 0,1 до 49:49:2,0 мол. соответственно. Аппретирующий слой получают сополимеризацией мономера 1, мономера 2 и мономера 3 на поверхности углеродных волокон в процессе их термообработки при 115-125^оС в течение 1 ч.

П р и м е р 1. Углепластик, состоящий из матрицы на основе полисульфона (ПС-Н, ТУ 6-06-1969-84) из углеродной ленты типа ЭЛУР-П (ТУ 6-06-486-81) без замасливателя с промышленной окислительной обработкой, содержит на поверхности волокон 2,0% метакриловой кислоты, диэтиленгликоля и бензосульфокислоты в соотношении 49:49:2 мол. соответственно. Содержание наполнителя с аппретирующим слоем из указанного сополимера на поверхности волокон составляет 85 мас. Свойства композиции приведены в таблице.

П р и м е р ы 2-23. Составы композиций и их свойства приведены в таблице.

Изготовление композиций в примерах 1-23 включает следующие основные операции: обработку ленты ЭЛУР-П из углеродных нитей водным раствором смеси метакриловой кислоты, диэтиленгликоля и бензосульфокислоты с различной концентрацией и соотношением компонентов, термообработку ленты для удаления воды и сополимеризации мономеров при 115-125^оС в течение 1 ч, сборку пакета заготовки из слоев углеродной ленты ЭЛУР-П и пленки полисульфона с различным соотношением слоев: прессование пакета при 295^оС в течение 45 мин при давлении 2,0 МПа.

Прототип. Углепластик, состоящий из матрицы на основе полисульфона (ПС-Н) и углеродной ленты типа ЭЛУР-П без замасливателя (аппрета) с промышленной окислительной обработкой. Содержание матрицы составляет 35 мас. содержание наполнителя 65 мас. Свойства композиции приведены в таблице.

Представленные результаты показывают, что использование в качестве аппретирующего слоя указанного сополимера позволяет в 1,8-2,2 раза повысить межслоевую прочность при сдвиге полисульфоновых углепластиков (при содержании армирующего наполнителя 65-75 мас.).

Формула изобретения

ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ на основе полисульфидной матрицы и армирующих углеродных волокон, отличающийся тем, что углеродные волокна дополнительно содержат на поверхности в качестве аппретирующего слоя сополимер на основе метакриловой кислоты, диэтиленгликоля и бензосульфокислоты при молярном соотношении звеньев указанных мономеров 49,5 49,5 1 49 49 2 соответственно в количестве 0,5 5,0% от массы волокна при следующем соотношении компонентов материала, мас.

Углеродные волокна, содержащие на поверхности в качестве аппретирующего слоя сополимер 25 75 Полисульфоновая матрица Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1