Полимерное связующее для композиционных материалов

Изобретение относится к полимерному связующему для композиционных материалов, используемых в качестве конструкционных материалов в машиностроении, авиастроении, приборостроении. Связующее содержит следующее соотношение компонентов, мас.ч.: 50-60 эпоксидной смолы ЭД-20, 40-50 фенолоформальдегидной смолы РФН-60, 6-7 добавки. В качестве добавки используют смесь триэтаноламина 6 мас.ч. и салицилаль-5-метокси-8-аминохинолина 0,5 мас.ч. Изобретение позволяет уменьшить время отверждения, повысить прочность на изгиб и снизить коэффициент трения композиционного материала. 2 табл.

 

Изобретение относится к полимерным связующим и композиционным материалам на их основе, которые могут быть использованы в качестве конструкционных материалов в машиностроении, авиастроении, приборостроении.

Известна эпоксидная композиция, включающая эпоксидную смолу и аминный отвердитель, представляющий собой продукт взаимодействия β-оксиэтилгидразина и пара (диметиламино - бензальдегида) (авт. св. СССР №1641832, МПК С08L 59/50).

Недостатком данной композиции является ее низкая жизнеспособность из-за высокой реакционной способности отвердителя и применение такой композиции в полимерных композиционных материалах, что не позволяет получать композиционный материал с высокими физико-механическими свойствами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является эпоксидная смола, отверждаемая фенолоформальдегидной смолой в присутствии тетра-4-карбоксифталоцианина меди (патент №2148598, С08J 5/24).

Недостатком данной композиции является низкая прочность на изгиб и длительный процесс отверждения (4, 5 часа).

Технической задачей изобретения является разработка полимерного связующего для получения конструкционных материалов с высокими значениями прочности на изгиб, низким коэффициентом трения и сокращенным временем отверждения.

Поставленная техническая задача достигается тем, что полимерное связующее, включающее эпоксидную смолу, фенолоформальдегидную смолу и добавку, в качестве добавки содержит смесь триэтаноламина и салицилаль-5-метокси-8-аминохинолина при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная смола ЭД-20	50-60
Фенолоформальдегидная смола РФН-60	40-50
Добавка (смесь триэтаноламина 6 мас.ч. и
салицилаль-5-метокси-8-аминохинолин 0,5 мас.ч.)	6-7

Сущность изобретения заключается в том, что введение в состав полимерного связующего смеси триэтаноламина и салицилаль-5-метокси-8-аминохинолина способствует образованию координационных соединений, активирует процесс отверждения предлагаемой композиции, сокращает время отверждения композиционного материала в 2 раза (по прототипу время отверждения составляет примерно 4,5 часа), повышается прочность на изгиб.

Используемая в качестве добавки смесь состоит из триэтаноламина формулы N(СН₂СН₂OH)₃ и салицилаль-5-метокси-8-аминохинолина

Используемая добавка получена конденсацией салицилового альдегида и Шиффова основания. ГОСТ и ТУ на данное вещество отсутствуют и получена только в лабораторных условиях.

Разработанное полимерное связующее было использовано для получения композиционных материалов путем пропитки углеродной ткани предлагаемым связующим.

Для пропитки использовали фенолоформальдегидную смолу РФН-60 (ТУ 48-4803-158-88).

При выполнении данной работы для пропитки предлагаемой смесью использовали ряд волокнистых материалов: базальтовое волокно, волокно "Арамид", трикотаж на основе волокна "Арамид" и медной проволоки, углеродную ткань. Однако только для углеродной ткани были получены хорошие результаты. Пропитка других материалов не позволила получить покрытия с хорошими физико-механическими характеристиками.

Составы разработанных связующих для композиционных материалов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Составы связующих
Наименование компонента	Содержание, мас.ч.
1	2	3
Эпоксидная смола ЭД-20	50	55	60
Фенолоформальдегидная смола РФН-60	40	45	50
Добавка (смесь триэтаноламина 6 мас.ч. и салицилаль-5-метокси-8-аминохинолин 0,5 мас.ч.)	6,0	6,5	7,0

Пример получения разработанного связующего и полимерного материала на его основе.

В смеситель загружают эпоксидную и фенолоформальдегидную смолы и тщательно перемешивают. Отдельно готовят смесь триэтаноламина и салицилаль-5-метокси-8-аминохинолина и после перемешивания добавляют в смеситель.

Полученной смесью пропитывают заготовленные куски углеродной ткани и подсушивают на воздухе 30-40 минут. Затем собирают их в пакет по 7-8 штук и прессуют с одновременным отверждением при температуре 180-190°С в течение 70-90 мин.

Полученные образцы проверяли на статический изгиб по ГОСТ 4648-71 и на торцевой машине трения определяли коэффициент трения. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Свойства композиционного материала
Показатели	Номер композиции
1	2	3	Прототип
Прочность на изгиб, МПа	107	107	108	100
Коэффициент трения при Руд=5 МПа, V=0,048 м/с, трение всухую	0,25	0,25	0,25	0,3
Длительность процесса отверждения, мин	110	120	130	270

Таким образом, применение предлагаемого полимерного связующего позволяет сократить время сушки и отверждения композиционного материала, повысить прочность на изгиб и улучшить эксплуатационные характеристики.

На основании вышеизложенного считаем, что предлагаемое полимерное связующее для композиционных материалов может быть защищено патентом Российской Федерации.

Полимерное связующее для композиционных материалов, содержащее эпоксидную смолу ЭД-20, фенолоформальдегидную смолу и добавку, отличающееся тем, что в качестве фенолоформальдегидной смолы содержит фенолоформальдегидную смолу РФН-60, в качестве добавки - смесь триэтаноламина 6 мас.ч. и салицилаль-5-метокси-8-аминохинолина 0,5 мас.ч. при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная смола ЭД-20	50-60
Фенолоформальдегидная смола РФН-60	40-50
Вышеуказанная добавка	6-7