Препрег и изделие, выполненное из него


 


Владельцы патента RU 2427594:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области высокопрочных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей и полимерных связующих, которые могут быть использованы в авиационной промышленности, в машиностроении и других областях техники. Препрег включает (мас.%): эпоксидную клеевую композицию (30-60) и углеродный наполнитель (40-70), обработанный эпоксидным аппретом на основе жгутов, имеющих не более 2 круток на метр, линейную плотность 100-72000 текс и состоящих из элементарных волокон с прочностью 3000 МПа - 4500 МПа. Препрег обладает повышенной прочностью при растяжении, сжатии, сдвиге и повышенной стойкостью к ударному воздействию получаемых из него изделий. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области высокопрочных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей и полимерных связующих, которые могут быть использованы в авиационной промышленности, в машиностроении и других областях техники.

Известен препрег и композиционный материал на основе эпоксидного связующего, модифицированного каучуком, и углеродного волокна в качестве наполнителя, полученные пропиткой углеродных волокон эпоксидным связующим с последующим отверждением (патент EP №0927737).

Недостатком этого материала является снижение упругопрочностных и эксплуатационных характеристик вследствие того, что препрег получают пропиткой наполнителя связующим в виде раствора в спиртоацетоновой смеси, что вызывает необходимость удаления растворителя в процессе пропитки и приводит к повышенной пористости материала.

Известен препрег, включающий связующее на основе эпокситрифенольной смолы и углеродный жгут в качестве волокнистого наполнителя, и изделие, выполненное из него (патент РФ №2263690).

Недостатком изделий, выполненных из известного препрега, является невысокая прочность при сжатии и при растяжении.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является препрег, включающий в качестве связующего эпоксидную клеевую композицию, содержащую эпоксидиановую смолу или ее смесь с одной или несколькими эпоксидными смолами, выбранными из группы N,N-тетраглицидиловое производное 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана, полиглицидил-производное низкомолекулярного фенолформальдегидного новолака, триглицилпроизводное парааминофенола, отвердитель - дициандиамид и полиарилсульфон, и углеродную ткань или тканую ленту в качестве волокнистого наполнителя при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанная клеевая композиция 30-60
Указанный углеродный наполнитель 40-70

и изделие, выполненное путем формования указанного препрега (патент РФ №2230764).

В качестве волокнистого наполнителя в прототипе использована углеродная лента ЭЛУР-0,1П, выполненная из углеродных нитей с круткой 50 кр/м и линейной плотностью 10 текс, не разделяемых на элементарные волокна.

Недостатками препрега-прототипа и изделий из него являются недостаточная прочность при растяжении, сжатии и межслоевом сдвиге, а также невысокая стойкость к ударному воздействию. Кроме того, лента типа ЭЛУР не позволяет варьировать толщину монослоя получаемого полимерного композиционного материала и соответственно толщину изделия.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание препрега на основе эпоксидной клеевой композиции и волокнистого углеродного наполнителя с повышенной прочностью при растяжении, сжатии и сдвиге, с повышенной стойкостью к ударному воздействию получаемых из него изделий.

Для решения поставленной технической задачи предложен препрег, включающий эпоксидную клеевую композицию, содержащую эпоксидиановую смолу или ее смесь с одной или несколькими эпоксидными смолами, выбранными из группы N,N-тетраглицидиловое производное 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана, полиглицидилпроизводное низкомолекулярного фенолформальдегидного новолака, триглицилпроизводное парааминофенола, отвердитель - дициандиамид и полиарилсульфон, и волокнистый углеродный наполнитель при соотношении компонентов в мас.%: клеевая композиция 30-60, наполнитель 40-70, который в качестве волокнистого углеродного наполнителя содержит обработанный эпоксидным аппретом наполнитель на основе углеродных жгутов, имеющих не более 2 круток на метр, линейную плотность 100-72000 текс и состоящих из элементарных волокон с прочностью 3000 МПа - 4500 МПа.

Наполнитель на основе углеродных жгутов может быть выполнен в виде ленты с редким утком из органических или неорганических волокон.

Предложено также изделие, выполненное путем формования указанного препрега.

Углеродный волокнистый наполнитель в виде жгутов применяется в виде нетканых форм, т.е. углеродные жгуты предварительно не подвергаются текстильной переработке (не ткутся). Жгуты также могут быть зафиксированы в виде ленты с редким утком, при этом нити утка могут быть изготовлены из волокон различного состава и природы - органических и неорганических. Используемые в заявляемом изобретении углеродные жгуты с минимальной круткой обеспечивают лучшую смачиваемость наполнителя связующим по сравнению с прототипом. Кроме того, в отличие от углеродных лент прототипа углеродные жгуты предварительно аппретируются, и наличие аппрета также способствует улучшению смачиваемости наполнителя связующим на границе раздела. Вследствие этого в препреге минимизируется количество макро- и микродефектов, что приводит к повышению уровня прочностных свойств и их стабильности, а также к снижению разброса по свойствам. Наполнитель в виде углеродных жгутов с заданными характеристиками в сочетании с высоковязким клеевым связующим обеспечивает упорядоченность структуры и, как следствие, повышение прочности при сдвиге полученного материала и изделия. Использование жгутового наполнителя также дает возможность варьировать толщину получаемого препрега в зависимости от предъявляемых требований к конечному изделию. Сочетание в препреге по заявляемому изобретению уникального клеевого связующего и предлагаемого жгутового наполнителя позволяет получить материалы и изделия с повышенной прочностью при растяжении и сжатии как вдоль, так и поперек волокна, а также с повышенной прочностью при изгибе, при сдвиге и остаточной прочностью после низкоскоростного удара при сохранении трещиностойкости, усталостной и длительной прочности на уровне прототипа.

В качестве связующего в заявляемом изобретении используются клеевые композиции марок ВСК-14-3, ВСК-14-4, ВСК-14-4 м и др. по ТУ 1-595-14-1034-2008.

Примеры осуществления

Пример 1

Аппретированные углеродные жгуты (ТУ 1916-002-75969440) (крутка 1 кр/м) с линейной плотностью 72000 текс и прочностью элементарного волокна 3000 МПа пропитывали расплавом связующего, представляющего собой клеевую композицию ВСК-14-4 м, при температуре 140°C с получением препрега при соотношении компонентов: связующее - 30 мас.%, углеродный наполнитель - 70 мас.%. Путем формования препрега при температуре 180°C и давлении 0,8-1,2 кгс/см2 в течение 3 ч получали высоконагруженную панель центроплана.

Пример 2

Аппретированные углеродные жгуты (ТУ 1916-146-05763346) (крутка 1 кр/м) с линейной плотностью 800 текс и прочностью элементарного волокна 4500 МПа пропитывали расплавом клеевой композиции ВСК-14-3 при температуре 120°C с получением препрега при соотношении компонентов: связующее - 60 мас.%, углеродный наполнитель - 40 мас.%. Путем формования препрега по режиму примера 1 получали оребренную панель крыла.

Пример 3

На углеродную жгутовую ленту (ТУ 1916-167-05763346), изготовленную из аппретированных углеродных жгутов (нити основы) с линейной плотностью 100 текс, прочностью элементарного волокна 4000 МПа, круткой 2 кр/м и стеклянной уточной нити, наносили расплав связующего, представляющего собой клеевую композицию ВСК-14-4. Пропитку осуществляли при температуре 100°C при соотношении компонентов: связующее - 37 мас.%, углеродный наполнитель - 63 мас.%. Путем вакуум-автоклавного формования при температуре 180°C и давлении 5-6 кгс/см2 в течение 3 ч получали лонжерон.

Пример 4 - прототип

Углеродную ленту ЭЛУР-П, изготовленную на основе углеродной нити с круткой 50 кр/м и линейной плотностью 10 текс, пропитывали расплавом связующего при температуре 100°C с получением препрега при соотношении компонентов: связующее - 30 мас.%, углеродный наполнитель - 70 мас.%. Путем формования препрега по примеру 2 получали обшивку трехслойной панели.

В таблице 1 приведены составы препрегов, в таблице 2- свойства материалов и изделий.

Из данных таблицы 2 следует, что материалы и изделия, получаемые на основе заявляемого препрега, имеют по сравнению с прототипом повышенную на 45-50% прочность при растяжении вдоль волокна, на 25% поперек волокна, повышенную на 30% прочность при сжатии вдоль волокна и в 2 раза поперек волокна, а также повышенную на 20% прочность при изгибе, прочность при сдвиге и на 25% остаточную прочность после удара, что позволит оптимизировать схему армирования изготавливаемой конструкции, уменьшить на 10-20%) вес изделия по сравнению с прототипом и снизить на 10-15% трудоемкость изготовления изделия.

Таблица 1
Наименование компонентов Состав по примерам, мас.% Прототип
1 2 3 1
Связующее - клеевая композиция 30 60 37 30
Углеродный жгут (ТУ 1916-002-75969440) 70 - - -
Углеродный жгут (ТУ 1916-146-05763346) - 40 - -
Углеродная лента на основе углеродных жгутов - - 63
Углеродная лента ЭЛУР-П0,1 - - - 70
Таблица 2
Наименование свойств Примеры по изобретению Прототип
1 2 3
Прочность при растяжении вдоль волокна, МПа 1700 2000 1400 950
Прочность при сжатии вдоль волокна, МПа 1350 1500 1100 900
Прочность при растяжении поперек волокна, МПа 50 60 45 40
Прочность при сжатии поперек волокна, МПа 300 300 250 140
Прочность при изгибе, МПа 1750 1800 1600 1400
Прочность при сдвиге, МПа 120 118 ПО 90
Остаточная прочность после низкоскоростного удара, МПа 195 198 200 150

1. Препрег, включающий связующее - эпоксидную клеевую композицию, содержащую эпоксидиановую смолу или ее смесь с одной или несколькими эпоксидными смолами, выбранными из группы N,N-тетраглицидиловое производное 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана, полиглицидилпроизводное низкомолекулярного фенолформальдегидного новолака, триглицидилпроизводное парааминофенола, отвердитель - дициандиамид и полиарилсульфон и волокнистый углеродный наполнитель при соотношении компонентов в мас.%: клеевая композиция 30-60, наполнитель 40-70, отличающийся тем, что в качестве волокнистого углеродного наполнителя он содержит обработанный эпоксидным аппретом наполнитель на основе углеродных жгутов, имеющих не более 2 круток на метр, линейную плотность 100-72000 текс и состоящих из элементарных волокон с прочностью 3000 - 4500 МПа.

2. Препрег по п.1, отличающийся тем, что наполнитель на основе углеродных жгутов выполнен в виде ленты с редким утком из органических или неорганических волокон.

3. Изделие, отличающееся тем, что оно выполнено путем формования препрега по п.1 или 2.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в машиностроении для изготовления износостойких уплотнений штоков и цилиндров гидравлических устройств вместо шевронных резинотканевых манжет, а также для изделий конструкционного назначения в горнодобывающей, нефтегазодобывающей и химической промышленности.
Изобретение относится к резинотехнической промышленности, в частности к резиновым смесям для изготовления морозостойких прокладок-амортизаторов рельсовых скреплений железнодорожного пути.

Изобретение относится к области получения высокопрочных термостойких негорючих композиционных материалов - стекло и углепластиков на основе полимерного связующего, которые могут быть использованы для изделий авиационной техники - лопаток компрессоров, огнезащитных экранов, теплоизолирующих прокладок, воздухозаборников и т.п.

Изобретение относится к смеси блок-олигомеров, содержащей по меньшей мере три разных соединения формулы (I), отличающихся значением n, где n=3-15, R1 означает водород или C1-C8 алкил, R2 означает C2-C12 алкилен, А означает -N(R4)(R5) или группу формулы (II), R4 и R5 означают водород, C1-C18 алкил или C2-C4 алкил, замещенный группой OH-, C1-C8 алкокси, или -N(R4)(R5) означает группу формулы (III); Y означает -O-; X означает >N-R6, R6 означает C1-C18 алкил или группу формулы (IV), R=R6, B=A, в индивидуальных структурных единицах соединения формулы (I) радикалы B, R, R1 и R2 имеют одинаковые или разные значения.

Изобретение относится к области технической химии, а точнее к полимерным антифрикционным материалам, используемым в машиностроении и приборостроении в качестве антифрикционных покрытий.

Изобретение относится к химии и технологии высокомолекулярных соединений, в частности к композиционным полимерным материалам, которые могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства, где к этим материалам предъявляются высокие требования к таким свойствам, которые позволяют композиционным материалам выдерживать длительное воздействие жестких факторов холодного климата и глубокой солнечной УФ-радиации с минимальными потерями физико-механических показателей.

Изобретение относится к композиционным материалам, таким как синтактические пеноматериалы. .
Изобретение относится к области получения эпоксидных связующих для производства методом пултрузии высокопрочных профильных стеклопластиков электротехнического назначения.

Изобретение относится к способу получения антифрикционных покрытий и может использоваться в машиностроении, в частности для станков и приборов, имеющих в конструкции узлы трения/скольжения.
Изобретение относится к области создания эпоксидных связующих для полимерных композиционных материалов конструкционного назначения на основе волокнистых углеродных наполнителей, которые могут быть использованы в авиационной, космической, машино-, судостроительной промышленности и других областях техники.
Изобретение относится к области создания эпоксидных связующих для полимерных композиционных материалов конструкционного назначения на основе волокнистых углеродных наполнителей, которые могут быть использованы в авиационной, космической, машино-, судостроительной промышленности и других областях техники.

Изобретение относится к эпоксидным композициям и может применяться в машиностроении. .

Изобретение относится к термопластичным поликарбонатным формовочным композициям для производства различных формованных изделий. .

Изобретение относится к лакокрасочным композициям, предназначенным для экранирования электромагнитного излучения. .

Изобретение относится к связующим и способам их получения для препрега. .
Изобретение относится к способам получения огнестойкого связующего для создаваемых в пултрузионном процессе композиционных материалов и к огнестойкому связующему и изделию.
Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в машиностроении для изготовления износостойких уплотнений штоков и цилиндров гидравлических устройств вместо шевронных резинотканевых манжет, а также для изделий конструкционного назначения в горнодобывающей, нефтегазодобывающей и химической промышленности.
Наверх