Полимерная композиция для изготовления оправки
Владельцы патента RU 2346784:
Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" (RU)
Изобретение относится к высоконаполненным полимерным композициям, применяемым для изготовления разрушаемых оправок, используемых при намотке высокопрочных изделий из композиционных материалов. Композиция содержит, мас.ч.: кварцевый песок 100-1000, поливиниловый спирт 3-80, нанодисперсный наполнитель аэросил 4-6. Введение аэросила в состав композиции в виде нанодисперсного наполнителя способствует повышению коэффициента теплопроводности оправки за счет изменения плотности и более однородной структуры отвержденной полимерной композиции. Достигается повышение эксплуатационных характеристик изделия, получаемого методом намотки. 1 табл.
Изобретение относится к высоконаполненным полимерным композициям на основе поливинилового спирта и может быть использовано для изготовления разрушаемых оправок, применяемых при намотке изделий из композиционных материалов.
Известна неорганическая композиция для изготовления разрушаемых водой оправок (а.с. №249995, В28B 07/34 от 22.01.68), содержащая наполнитель в виде хлоридов металлов и вяжущее вещество - каустический магнезит, затворенный 37%-ным раствором хлористого магния. Эта композиция обладает низкой прочностью 80-100 кгс/см2, что приводит к разрушению оправки на ее основе при намотке.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является полимерная композиция (а.с. №642337 В22С 1/22 от 02.08.77), содержащая кварцевый песок, поливиниловый спирт и в качестве добавки сополимер винилового спирта с винилацетатом и полиэтиленгликоль. Недостатком данной композиции является невысокая теплопроводность полимерного материала оправки. В результате в процессе термообработки изделия даже в случае двустороннего подвода тепла как со стороны намотанных слоев композиционного материала, так и со стороны оправки обеспечить симметричные (оптимальные с точки зрения максимальной реализации ФМХ ПКМ) условия нагрева по толщине пакета слоев ПКМ изделия затруднительно. При этом происходит ухудшение эксплуатационных характеристик изделия, полученного методом намотки.
Технической задачей данного изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик изделия, получаемого методом намотки, за счет увеличения теплопроводности материала оправки.
Технический результат достигается тем, что полимерная композиция, содержащая кварцевый песок и поливиниловый спирт, в качестве добавки содержит нанодисперсный наполнитель аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Кварцевый песок | 100-1000 |
| Поливиниловый спирт | 3-80 |
| Нанодисперсный наполнитель аэросил | 4-6 |
Для приготовления используют следующие компоненты:
Кварцевый песок по ГОСТ 2138-91
Поливиниловый спирт по ГОСТ 10779-78
Нанодисперсный наполнитель аэросил по ГОСТ 14922-78
Пример 1. В смеситель загружается 3 мас.ч. поливинилового спирта (ПВС), 400 м.ч. воды. Перемешивают в течение 30-40 мин при температуре 60°С до полного растворения ПВС.К полученному раствору добавляют 1000 мас.ч. песка, 4 мас.ч. дополнительного компонента - нанодисперсного наполнителя аэросила и перемешивают в течение 30 мин. Полученную массу загружают в форму и проводят термообработку в термокамере при 80°С в течение 3 часов, при 130°С в течение 6 часов с последующим охлаждением до 30°С.
Пример 2. Процесс осуществляют аналогично примеру 1, но дополнительный компонент нанодисперсный аэросил берут в количестве 5 мас.ч.
Пример 3. Процесс осуществляют аналогично примеру 1, но дополнительный компонент нанодисперсный аэросил берут в количестве 6 мас.ч.
Свойства композиций, полученных по примерам 1-3, в сравнении с известной приведены в таблице.
| Показатели | Пример, номер | Композиция по прототипу (а.с. 642337 В22С 1/22 от 02.08.77 г.) | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Прочность при сжатии, кгс/см2, при Т=150°C | 260 | 280 | 290 | 270 |
| Скорость растворения при 60°С образца размером 30×30×30 мм, мин | 65 | 80 | 105 | 20 |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К) | 0.75 | 0.83 | 0.9 | 0.7 |
| Плотность, г/см2 | 1.6 | 1.7 | 1.9 | - |
Как видно из таблицы, указанный диапазон изменения нанодисперсного наполнителя аэросил в составе полимерной композиции оправки является оптимальным для решения поставленной задачи -повышения теплопроводности материала оправки.
Введение в состав полимерной композиции нанодисперсного наполнителя аэросила >6 мас.ч. приводит к увеличению времени растворения, что при изготовлении крупногабаритных изделий из ПКМ приводит к значительному удлинению процесса извлечения оправки и как следствие к удлинению производственного цикла. Уменьшение содержания аэросила <4 мас.ч. приводит к снижению прочности при сжатии, что может привести к разрушению оправки при намотке.
Оптимальное количество нанодисперсного наполнителя аэросила в составе полимерной композиции способствует повышению коэффициента теплопроводности материала оправки не менее чем на 20% за счет изменения плотности и более однородной структуры материала оправки без ухудшения ее физико-механических показателей.
При этом эффект от использования материала оправки с увеличенным коэффициентом теплопроводности позволяет создать более симметричные условия нагрева по толщине пакета слоев ПКМ в процессе термообработки изделия при двустороннем подводе тепла, обеспечить максимальную реализацию ФМХ ПКМ и как следствие улучшить эксплуатационные характеристики изделия.
Полимерная композиция для изготовления оправки, содержащая поливиниловый спирт и кварцевый песок, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит нанодисперсный наполнитель аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Кварцевый песок | 100-1000 |
| Поливиниловый спирт | 3-80 |
| Нанодисперсный наполнитель аэросил | 4-6 |
