Экструзионный способ получения композитных материалов
Владельцы патента RU 2478475:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ангарская государственная техническая академия" (RU)
Изобретение относится к технологии получения конструкционных материалов с особыми механическими свойствами. Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение аппаратного оформления процесса, улучшение адгезии компонентов, управление дисперсностью, с широкими возможностями получения желаемых направлений волокон. Технический результат достигается экструзионным способом получения композитного материала, в котором компоненты будущего материала формуются в жидком виде методом экструзии из множества отверстий и тонкоструйного истечения с последующим совместным затвердеванием струй. При этом тонкие струи компонентов укладываются в необходимом направлении с заданным количеством слоев. При этом тонкие струи компонентов могут быть уложены прямолинейно или волнообразно. Укладка струй может осуществляться за счет движения экструзионных отверстий или/и за счет движения подложки. 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технологии получения конструкционных материалов с особыми механическими свойствами.
Уровень техники
Прототипом предлагаемого способа является изобретение (RU 2376403), относящееся к композитному материалу в виде волокон, пленок и других формованных изделий, содержащему поли-п-фенилентерефталамид (ПФТА) и нанотрубки. Способ его получения включает стадии: а) добавления 12 мас.% и менее нанотрубок, характеризующихся аспектным отношением, по меньшей мере, равным 100, и диаметром поперечного сечения, равным 5 нм или менее, к серной кислоте при температуре, превышающей температуру затвердевания серной кислоты; b) уменьшения температуры до значения, меньшего температуры затвердевания серной кислоты, и перемешивания в течение периода времени, достаточного для затвердевания смеси; с) добавления ПФТА к твердой смеси; и d) нагревания до температуры, превышающей температуру затвердевания, и перемешивания смеси с последующим прядением, или поливом, или формованием полученной смеси. Материал в виде комплексного волокна или нити содержит, по меньшей мере, 5 элементарных нитей и характеризуется пределом прочности при растяжении, по меньшей мере, равным 1,5 ГПа и модулем упругости, по меньшей мере, равным 50 ГПа.
Достоинства описанного способа заключаются в возможности получения материала с особыми свойствами.
Недостатком способа является то, что он включает в себя сложные технологические манипуляции.
Аналогом предложенного способа является изобретение (RU 2008128406), заключающее в себе способ получения композитного продукта, включающий экструдирование смеси материала экструдером, причем смесь содержит волокнистый материал и, по меньшей мере, один пластик, отличающийся тем, что он дополнительно включает сшивание, по меньшей мере, одного пластика таким образом, чтобы, по меньшей мере, поверхность стенки продукта имела степень сшивки, которая выше степени сшивки внутренней части стенки продукта.
Достоинством этого способа является возможность получения композитного материала.
Недостатком этого способа является то, что он предполагает смешивание твердого волокна и жидкого наполнителя, что требует больших затрат на их качественное перемешивание, адгезирование, устранение неоднородностей структуры.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка способа получения композитного материала волокнистого типа с простым аппаратурным оформлением процесса его получения, качественной адгезией компонентов, управляемой дисперсностью, с широкими возможностями получения желаемых направлений волокон.
Предлагаемый способ получения композитных материалов заключается в следующем. Материалы матрицы и наполнителя должны представлять собой вязкие жидкости, например, на основе эпоксидных смол, реактопластов или термопластов. Первая жидкость при затвердевании должна давать жесткий материал для основы, а вторая - связующий наполнитель. Количество компонентов может быть два или более.
Каждый компонент экструдируется из своей группы отверстий 1 (фиг.1) на поверхность подложки 2, на которой происходит затвердевание уложенных слоев струй 3 заданного количества. Струи экструдированных материалов 4 истончаются по мере их течения от отверстий 1 к подложке 2, таким образом формируются тонкие нити будущего композита. Экструзионные отверстия 1 смонтированы на коллекторе 5. Число коллекторов требуется равное числу компонентов композита.
Тонкие струи жидкостей основы и наполнителя можно укладывать соответствующими движениями экструзионных отверстий 1 или (и) движением подложки 2 в необходимом направлении (одном или в разных направлениях), с заданным количеством слоев, формируя, таким образом, будущие свойства листа или детали более сложной формы. В том числе можно укладывать прямые струи, или волнообразно с перехлестом нитей основы 6 и нитей наполнителя 7, или волнообразно-перпендикулярно, как показано на фигуре 2, или в других подобных сочетаниях.
При реализации изобретения могут быть получены следующие результаты:
1. Хорошая адгезия компонентов композита за счет их соединения в жидком виде с последующим совместным затвердеванием.
2. Широкие возможности к формированию свойств будущей детали за счет соответствующего направления укладки струй компонентов.
3. Возможность управлять дисперсностью будущего материала за счет скорости экструзии и скорости движения экструзионных отверстий.
4. Простота аппаратурного оформления процесса.
Краткое описание прилагаемых фигур
На фигуре 1 изображена схема экструзии одного из компонентов композита.
На фигуре 2 изображена схема вариантов укладки струй для получения различных свойств композита.
Экструзионный способ получения композитного материала, отличающийся тем, что компоненты будущего материала формуются в жидком виде методом экструзии из множества отверстий и тонкоструйного истечения с последующим совместным затвердеванием струй, при этом тонкие струи компонентов укладываются в необходимом направлении с заданным количеством слоев, при этом тонкие струи компонентов могут быть уложены прямолинейно, волнообразно, при этом укладка струй может осуществляться за счет движения экструзионных отверстий или/и за счет движения подложки.
