Полиимидное связующее для армированных пластиков, препрег на его основе и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области получения полиимидов, а именно к области получения полиимидного связующего для армированных пластиков. Полиимидное связующее представляет собой продукт взаимодействия диангидрида бензофенон-3,3′-4,4′-тетракарбоновой кислоты и м-фенилендиамина и модифицирующую добавку - полидиметил(γ-аминопропилэтокси)фенилсилазан. Полиимидное связующее дополнительно содержит γ-аминопропилтриэтоксисилан в количестве 2-5 мас.%. Также изобретение относится области получения препрегов, представляющих собой полиимидное связующее в соответствии с изобретением и волокнистый материал. Полиимидное связующее в соответствии с изобретением способствует повышению теплостойкости и влагостойкости армированных пластиков и изделий из них. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области создания препрегов для получения высокопрочных, термостойких, негорючих и водостойких армированных пластиков с пониженной температурой отверждения на основе полиимидного связующего, предназначенных для изготовления изделий, длительно работающих при температурах 300-400°С в машиностроении и авиационной технике.

Известны плавкие полиимиды на основе ароматических диаминов, например 1,3-бис-(3-аминобснзокси)бензола, N,N-димстилацетамида и пиромеллитового ангидрида, предназначенные для использования в качестве связующих для композиционных материалов (патент РФ №2052469).

Недостатком известных связующих является то, что они используются в расплаве, что не позволяет изготавливать из них изделия сложной формы (двойной кривизны). Кроме того, получаемые с помощью известных связующих препреги перерабатываются в изделия при температурах выше 300°С.

Известны полиимидное связующее и композиция для его получения, включающая ароматическую полиэфирамидокислоту, ароматические имидные олигомеры, бисимиды и целевые добавки. Путем пропитки углеродного наполнителя указанным связующим получают препреги, которые также перерабатывают в изделия при температурах не ниже 300°С (патент США №4906730).

Известен препрег, выполненный в виде волокнистой основы, пропитанной концентрированным раствором полиамидокислоты на основе пиромеллитового ангидрида или диэфира пиромеллитовой кислоты и диамина. Слоистый углепластик получают путем формования препрега при температуре 371°С (патент РФ №2051158).

Известно частично кристаллическое плавкое полиимидное связующее, представляющее собой поли-[4,4'-бис(4″-фенокси)дифенил]амид на основе ароматической тетракарбоновой кислоты, выбранной из ряда 3,3',4,4'-дифенилтетракарбоновая кислота, 3,3',4,4'-дифенилоксидтетракарбоновая кислота, 1,3-бис(3',4-дикарбоксифенокси)бензол, и ароматического бисфтальимида или смеси ароматических бисфтальимидов, а также прспреги, полученные путем пропитки указанным связующим углеродных и стеклянных тканей (патент РФ №2279452).

Известен препрег полиимидного углепластика, включающий связующее на основе 2,2-бис-(3,4-дикарбоксифенил)гексафторпропана и диаминного компонента и углеродный волокнистый наполнитель, а также изделия, выполненные путем формования указанного препрега (патент РФ №2071486).

Недостатком известных связующих и препрегов является высокая температура переработки (300-430°С), что крайне ограничивает область их использования.

Наиболее близкими из аналогов, принятыми за прототип, являются:

Полиимидное связующее для слоистых пластиков, содержащее продукт взаимодействия N,N-бисимида ненасыщенной дикарбоновой кислоты с диамином и модифицирующую добавку - фурфурол при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Продукт взаимодействия N,N-бисимида
ненасыщенной дикарбоновой кислоты с диамином 90-50
Фурфурол 50-10

Препрег, включающий указанное связующее и волокнистый наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Связующее 30-50
Волокнистый наполнитель 50-70

Изделие, выполненное путем формования указанного препрега (авт. свид. СССР №763406).

Недостатком связующего-прототипа и препрегов является повышенная температура переработки в изделия - 250°С - и недостаточно высокая теплостойкость - материалы и изделия на их основе неработоспособны после воздействия температур 350-400°С.

Технической задачей заявляемого изобретения является снижение температуры переработки полиимидного связующего и препрегов на его основе и повышение теплостойкости и влагостойкости армированных пластиков на его основе.

Для решения поставленной технической задачи предложены:

Полиимидное связующее для армированных пластиков, включающее продукт взаимодействия карбоновой кислоты и ароматического диамина и модифицирующую добавку, в котором в качестве карбоновой кислоты используют диангидрид бензофенон-3,3'-4,4'-тетракарбоновой кислоты, в качестве диамина - м-фенилендиамин, а в качестве модифицирующей добавки - полидиметил(γ-аминопропилэтокси)фенилсилазан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный продукт взаимодействия 95-99
Указанная модифицирующая добавка 1-5

С целью улучшения технологичности получаемых в дальнейшем препрегов полиимидное связующее дополнительно содержит γ-аминопропилтриэтоксисилан в количестве 2-5 мас.%.

Препрег, включающий полиимидное связующее и волокнистый наполнитель, который содержит указанное связующее, а в качестве волокнистого наполнителя - углеродные или стеклянные нити, жгуты, ткани, ленты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиимидное связующее 25-40
Волокнистый наполнитель 60-75

Изделие, выполненное путем формования указанного препрега. Установлено, что полидиметил(γ-аминопропилэтокси)фенилсилазан содержит функциональные группы, способные взаимодействовать с амино- и карбоксигруппами полиимидообразующих компонентов связующего, в результате чего на основе данного связующего получаются высокопрочные, термостойкие армированные пластики и изделия из них при температуре 170°С (вместо 250°С по прототипу). Получаемые препреги являются долгоживущими и высокотехнологичными, что позволяет изготавливать из них изделия сложной кривизны методами автоклавного и вакуумного формования.

Для достижения технического результата в заявляемом изобретении могут быть использованы различные полиимидобразующие компоненты, но наиболее предпочтительно использовать продукт взаимодействия диангидрида бензофенон-3,3'-4,4'-тетракарбоновой кислоты и ароматического м-фенилендиамина, например марки СП-97С в виде 60-65%-ного раствора в этиловом спирте по ТУ 2224-415-00209349-2000, с динамической вязкостью при 25°С 0,60-1,20 Па·с, кислотным числом 120-150 мг КОН/г и плотностью при 20°С 1000-1200 кг/м3.

В качестве модифицирующей добавки использован полидиметил(γ-аминопропилэтокси)фенилсилазан в виде 30%-ного раствора в толуоле или бензоле по ТУ 6-02-1-343 с массовой долей кремния не менее 8-11% и массовой долей азота 3,0-4,7%.

В качестве волокнистого наполнителя могут быть использованы стеклоткани марок Т-10-80 (ГОСТ 19170), Т-15(П)-76 (ТУ 6-11-491), Т-45(П)-76, кварцевая ткань ТС-8/3К-ТО (ТУ 6-48-112), стеклотрикотаж ЛА-0,8 (ТУ 6-1-291), углеродная лента ЛУ-П (ТУ) и другие виды волокнистых наполнителей.

При использовании стеклотканей без аминосодержащего замасливателя в связующее дополнительно вводят γ-аминопропилтриэтоксисилан (ТУ 6-02-724) в количестве 2-5 мас.%. После добавления γ-аминопропилтриэтоксисилана связующее дополнительно перемешивают в течение 0,5 ч.

Примеры осуществления

Пример 1

К 95 мас.% указанного продукта взаимодействия добавляли 5 мас.% полидиметил(γ-аминопропилэтокси)фенилсилазана и перемешивали при комнатной температуре в течение 0,5-1 ч до получения однородного раствора. Затем полученным связующим в количестве 30 мас.% пропитывали стеклоткань Т-10-80 в количестве 70 мас.% на пропиточной машине. Полученный препрег нарезали на листы необходимого размера, укладывали в пакет и прессовали при температуре 170°С и Руд=0,5 МПа. Из полученного пластика изготавливали плоские плиты требуемой толщины.

Технология получения препрегов по примерам 2-4 аналогична примеру 1. В примере 2 путем автоклавного формования получали детали электрораспределительных устройств, в примере 3 - детали мотогондол, в примере 4 - подлокотники экипажных и пассажирских кресел.

Составы связующего и препрегов приведены в таблицах 1 и 2, свойства - в таблице 3.

Изобретение не ограничивается приведенными примерами.

Таблица 1
Наименование компонентов Состав по примерам, мас.% Прототип
1 2 3 4
Полиимидная смола 95 97 98 99 50
полидиметил(γ-аминопропилэтокси)фенилсилазан 5 3 2 1 -
Фурфурол - - - - 50
γ-аминопропилтриэтоксисилан - - 3 - -

Таблица 3
Наименование свойств Примеры по изобретению Прототип
Стеклопластик Углепластик Стеклопластик Углепластик
1 2 3 4
Температура формования, °С 170 170 170 170 250 250
Плотность, г/м3 1,7 1,4 1,7 1,55 1,9 1,8
Прочность при изгибе, МПа, при температуре, °С
300 350 370 310 504 350 390
300-1000 ч 335 360 300 480 - -
350 250 275 220 456 138 156
350-200 ч 220 230 200 400 не работает не работает
400 240 270 190 344
400-50 ч 128 130 100 275 не работает не работает
Водопоглощение за 24 ч, % 1,0 1,3 1,5 1,6 2,0 2,5

Из данных таблицы 2 видно, что использование связующего с модифицирующей добавкой по изобретению позволило не только снизить температуру формования до 170°С, но и сохранить высокую механическую прочность получаемых материалов после воздействия температур 350-400°С и обеспечить длительную работоспособность изделий при повышенных температурах. Кроме того, получаемые пластики и изделия из них имеют повышенную в 1,5-2 раза водостойкость и более низкую плотность по сравнению с прототипом.

Предлагаемые материалы являются огнестойкими, отличаются низким дымовыделением, высокой радиационной стойкостью, стойкостью к воздействию различных сред и микроорганизмов и имеют хорошие теплоизоляционные характеристики. Применение материалов по заявляемому изобретению позволяет снизить энергозатраты при производстве и повысить ресурс и надежность изделий, выполненных из них.

1. Полиимидное связующее для армированных пластиков, включающее продукт взаимодействия карбоновой кислоты и ароматического диамина и модифицирующую добавку, отличающееся тем, что в качестве карбоновой кислоты используют диангидрид бензофенон-3,3′-4,4′-тетракарбоновой кислоты, в качестве ароматического диамина - м-фенилендиамин, а в качестве модифицирующей добавки - полидиметил(γ-аминопропилэтокси)фенилсилазан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный продукт взаимодействия 95-99
Указанная модифицирующая добавка 1-5

2. Полиимидное связующее по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит γ-аминопропилтриэтоксисилан в количестве 2-5 мас.%.

3. Препрег, включающий полиимидное связующее и волокнистый наполнитель, который в качестве связующего содержит связующее по пп.1 и 2, а в качестве волокнистого наполнителя - углеродные или стеклянные нити, жгуты, ткани, ленты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиимидное связующее 25-40
Волокнистый наполнитель 60-75

4. Изделие, отличающееся тем, что оно выполнено путем формования препрега по п.3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к синтезу полиимидов, а именно к способу применения цитраконового ангидрида и итаконового ангидрида. .

Изобретение относится к технологии получения термопластичных пленок, обладающих свойством пламезадержания. .

Изобретение относится к подшипниковому элементу с металлическим опорным телом, расположенным на нем слоем подшипникового металла, а также с расположенным поверх него слоем полимера, причем слой полимера включает в себя полиамидимидную смолу, дисульфид молибдена (MoS2) и графит.

Изобретение относится к электропроводящим полимерным композиционным материалам. .

Изобретение относится к частично кристаллическому плавкому полиимидному связующему для термостойких композиционных материалов, применяемых при производстве термостойких материалов для авиации, автомобиле- и судостроении, строительства, а также к композиции для получения этого связующего.
Изобретение относится к способу получению фрикционного материала, который может быть использован для изготовления деталей узлов трения различных механизмов и машин, таких как тормозных элементов барабанных и дисковых тормозов, муфт сцепления автомобилей и т.п.

Изобретение относится к полимерным материалам с особыми электрическими свойствами. .

Изобретение относится к термореактивным полимерным композициям, которые могут найти применение в качестве покрытий, клеев, компаундов, связующих для слоистых пластиков.

Изобретение относится к полимерным материалам с особыми электрическими свойствами. .
Изобретение относится к способу получения полимерного материала, к полимерному материалу и его применению для изготовления фасонных химически или биологически стойких материалов или изделий, предпочтительно целостных изделий, а также к способу формования таких материалов или изделий и полученным таким способом материалам или изделиям
Изобретение относится к области получения композиционных материалов, а именно к стеклопластиковому сотовому заполнителю, и способу получения

Изобретение относится к области производства композиционных материалов, в частности к связующим и препрегам на их основе, и может быть использовано при изготовлении высокопрочных конструкционных материалов в ракетной и космической технике, авиации, судостроении, машиностроении, электротехнике, радиоэлектронике, приборостроении
Изобретение относится к связующему для нагревостойких профильных стеклопластиков электротехнического назначения

Изобретение относится к полому волокну, композиции прядильного раствора для формования полого волокна, а также к способу получения полого волокна
Изобретение относится к области высокомолекулярной химии, а именно к получению связующих для полимерных композиционных материалов (ПКМ), применяемых для изготовления конструкций на основе волокнистых углеродных наполнителей с рабочей температурой 200-400°C, и могут быть использованы в авиационной, аэрокосмической, автомобильной, судостроительной и других отраслях промышленности. Полимерное связующее для композиционных материалов состоит, мас.ч.: тетранитрил ароматической тетракарбоновой кислоты - 100, термопласт полиэфиримидный - 2-10, аминный отвердитель - 2-6. Предложен также препрег, включающий предлагаемое полимерное связующее и волокнистый наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас.%: полимерное связующее - 30,0-40,0, волокнистый наполнитель - 60,0-70,0. В качестве волокнистого наполнителя используют стеклоткань или углеволокнистый наполнитель. Технический результат - создание высокопрочных изделий с сохранением прочности 80-90% от исходной при повышенной температуре до 400°C. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к производству композиционных материалов. Изобретение включает связующее, его использование в препрегах, способ получения связующего. Термоотверждаемое связующее содержит следующие компоненты: (A) по меньшей мере, один бисмалеимид в количестве от 46 до 66 масс.%, (B) 4,4'-(пропан-2,2-диил)бис(2-аллилфенол) в количестве от 18 до 40 масс.%; (C) по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, включающей 4'-(пропан-2,2-диил)бис(аллилокси)бензол) и бис-(4-(аллилокси)фенил)дифенилметан в количестве от 2 до 15 масс.%; и (D) по меньшей мере, один полиимид на основе ароматических диаминов и диангидридов ароматических тетракислот в количестве от 5 до 25 масс.%. Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление технологии получения связующего и препрега на его основе, а также увеличение температуры стеклования связующего при обеспечении удовлетворительной липкости. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 табл., 9 пр.
Изобретение относится к термостойким адгезивам для соединения кристаллов и металлов с полиимидным основанием. Адгезивы (составы) содержат в качестве полимерного связующего новый преполимер - поли(о-гидроксиамид) - продукт реакции поликонденсации 3,3′-дигидрокси-4,4′-диаминодифенилметана и 1,3-бис-(аминопропил)-тетраметилдисилоксана с изофталоилхлоридом. При подготовке адгезива для применения осуществляют выдержку реакционного раствора, содержащего каталитические количества HCl, при 180-200°C течение 30-40 мин. Соединение кристалла или металла с полиимидным основанием осуществляют при 200-270°C в течение 30-40 мин. Сформированные из предлагаемых адгезивов пленки образуют высокотермостойкие гидрофобные клеевые слои, не содержащие пузырей, причем термическая обработка этих слоев осуществляется при температурах 200-270°C, что не вызывает окисления металлов в металлической разводке по кристаллу.

Изобретение относится к области получения полиимидов, а именно к области получения полиимидного связующего для армированных пластиков

Наверх