Термоплавкое связующее, способ получения его, препрег и сотовая панель, выполненные на его основе


 


Владельцы патента RU 2486217:

Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) (RU)

Изобретение относится к химии и технологии производства полуфабрикатов из термоплавких композиций эпоксидных смол, препрегам и слоистым изделиям на их основе и может быть использовано в производстве трехслойных (сэндвич) панелей. Данное изобретение может найти свое применение в панелях пола воздушных судов, которые состоят из композитных сот и композитных обшивок. Состав термоплавкого связующего для препрега и сотовой панели на его основе содержит эпоксиноволачную смолу, эпоксидную смолу на основе тетрабромдиана, эпоксидиановую смолу, высокомолекулярную эпоксидную смолу, дициандиамид, бис(N,N'-диметилкарбамид) дифенилметан и полисульфон. Способ получения связующего для препрегов включает смешение компонентов с предварительным диспергированием дициандиамида, бис(N,N'-диметилкарбамида) в части низкомолекулярной эпоксидиановой смолы, при этом высокомолекулярную эпоксидную смолу и полисульфон сплавляют с оставшейся частью низкомолекулярной эпоксидиановой смолы, эпоксиноволачной смолой, смолой на основе тетрабромдиана при температуре 135-155°С, а затем при температуре 55-65°С совмещают с полученной дисперсией. Препрег содержит эпоксидное связующее и волокнистый наполнитель. Трехслойная панель включает средний слой полимерсотопласта и обшивки из препрега. Технический результат - получение препрегов, обладающих самозатухающими и самоклеющимися свойствами, для изготовления пожаробезопасных сотовых панелей с высоким сопротивлением равномерному отрыву и отслаиванию сот от обшивок, имеющих сниженную энергоемкость и высокую технологичность в производстве. 4 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 5 пр.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к химии и технологии производства полуфабрикатов из полимерных композиционных метриалов (ПКМ), а более конкретно к композициям эпоксидных смол и слоистых изделий на их основе, и может быть использовано в производстве трехслойных (сэндвич) панелей из ПКМ. Данное изобретение может найти свое применение, в частности, в панелях пола воздушных судов, которые состоят из композитных сот и композитных обшивок.

Уровень техники

Известно, что важное значение в конструировании любого летательного аппарата имеет снижение его общей массы. Важно, в частности, производить конструкции из ПКМ настолько легкими, насколько это возможно, одновременно сохраняя различные прочностные характеристики, которые требуются для конкретного типа, например, сотовой панели пола. Даже небольшое изменение в поверхностной (кг/м2) плотности панели пола повлияет на относительное изменение общей взлетной массы самолета. Таким образом, необходимо изготавливать панели пола легкими по весу и с конструкционными требованиями, обеспечивающими их использование в различных видах самолетов и на конкретных участках.

Используют различные приемы снижения массы сотовых сэндвич-панелей без снижения прочности конструкции. Один из применяемых способов снижения веса - это исключение отдельного адгезионного (клеевого) слоя [1]. Эта задача решается путем изготовления обшивок из препрегов, которые являются самоклеющимися. Связующее, которое используется в таких самоклеющихся препрегах, должно удовлетворять двум требованиям: обеспечивать высокую прочность обшивки, в то же время поддерживая достаточное прочное ее склеивание с сотовым заполнителем [2]. Детально самоклеющиеся обшивки описаны и опубликованы в европейских патентах ЕР 0927737 А1 и ЕР 0819723 А1 и U.S. Pat. Nos. 6,440,257 и 6,508,910.

Известны заготовки панелей пола, изготавливаемые ОНПП «Технология» по ТУ 1-596-417-01 [3]. Панели сотовые со стеклопластиковыми обшивками на основе стеклоткани Т-10-80 и связующего ЭП-2МК. Недостатком данных панелей являются большая масса, низкое значение усилия отслаивания обшивки от сот по ОСТ 1 90196-75 [4], а также низкая прочность при изгибе и чрезвычайно высокий прогиб при изгибе длинной балки по ОСТ 1.90265-78 [5]. Препреги на основе используемого связующего ЭП-2МК нетехнологичны в переработке (слишком высокая липкость и низкая жизнеспособность), могут быть получены только на основе тканых наполнителей, а также требуют длительной, высокотемпературной термообработки: 4-6 часа при Т=160-170°C.

Известен патент РФ 1445163 «Способ получения эпоксидной композиции».

Изобретение относится к способу получения эпоксидного связующего для получения препрегов и полимерных композиционных материалов с самозатухающими свойствами, в частности, может быть использовано в производстве сотовых конструкций. Однако присутствие жидкой низкомолекулярной смолы ДЭГ-1 (диглицидиловый эфир диэтиленгликоля) полностью исключает возможность использования препрегов на основе данной композиции в производстве сотовых конструкций методом совмещенного формования. При достижении температуры выше 80°C, и до начала отверждения при 125±5°C, связующее с верхней обшивки стекает по стенкам сот и при этом не обеспечивается достаточной для эксплуатации прочности приклеивания этой обшивки к сотам [2].

Известен патент РФ2176255 «Состав для получения связующего для препрегов, способ получения связующего для препрегов, препрег и изделие».

Недостатком указанного состава связующего является: отсутствие антипиренов (продуктов снижающих горючесть материала); содержание большого количества эпокситрифенольной и низкомолекулярной диановой смолы, обладающих высокой текучестью при повышенных температурах приводит, как показано в предыдущем примере, к стеканию связующего с верхней обшивки, делает невозможным осуществление совмещенного формования и склеивания обшивок с сотовым заполнителем.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является состав для получения связующего для препрегов, способ получения связующего для препрегов, препрег и изделие по патенту RU 2263690 «Связующее для препрегов, препрег и изделие, выполненное из него».

Согласно изобретению для получения связующего для препрегов берется эпокситрифенольная смола, низкомолекулярная эпоксидиановая смола, отвердители - дициандиамид и бис(N,N'-диметилкарбамид) дифенилметан в массовом соотношении: (40-60):(25-35):(3-6):(5,5-7,0):(0,05-2,0) растворитель (0-90) и двуокись кремния (1-6) масс. частей.

Способ получения связующего для препрегов, состоящий в смешивании предварительно приготовленной пасты - отвердителей с частью расплавленной низкомолекулярной эпоксидиановой смолы - с последующим совмещением пасты со сплавом оставшейся части низкомолекулярной эпоксидиановой смолы, эпокситрифенольной смолы и высокомолекулярной эпоксидиановой смолы при 160-170°C с последующим их совмещением при 65-75°C.

Препрег содержит предлагаемое эпоксидное связующее и волокнистый наполнитель в соотношении (30-42):(58-70) масс.% соответственно. В качестве наполнителя используются стеклянные, углеродные, органические жгуты, ленты, ткани и нити, а также их сочетания.

По сравнению с изобретением по патенту 2176255 улучшены реологические свойства предлагаемого связующего. Однако конечной целью является использование его в производстве толстостенных монолитных высокопрочных изделий из ПКМ, отверждение которых рекомендуется проводить при достаточно высокой температуре 180°C в течение не менее 3-х часов.

Сотовые панели, изготавливаемые с использованием заявленного состава и препрега на его основе, не могут быть использованы в конструкциях полов самолетов и других транспортных средств из-за своей горючести, не соответствующей требованиям АП-25 [6]. Процесс изготовления их возможен только методом раздельного формования с использованием дополнительно клеевой пленки, что, как указывалось ранее, повышает трудоемкость, энергоемкость, а также снижает производительность и рентабельность производства.

Сущность изобретения

Задачей данного изобретения является разработка состава термоплавкого связующего и высокотехнологичных, прецизионных препрегов на его основе, получаемых по расплавной технологии, обладающих совокупностью самозатухающего и самоклеющегося свойств, для изготовления методом совмещенного формования сотовых панелей пола с высоким сопротивлением к отрыву и отслаиванию обшивок от сотового заполнителя, имеющих сниженную энергоемкость и высокую технологичность в производстве.

Изделия, выполняемые с использованием связующего, например сотовые панели, должны иметь небольшую массу при высокой прочности склеивания сот с обшивками и обладать высокой технологичностью в производстве и пожаробезопасностью при эксплуатации.

Кроме того, термоплавкое связующее и расплавная технология производства т.н. прецизионных препрегов и изделий на его основе должны обеспечивать их стабильно высокое качество.

Прецизионные препреги - это препреги с высокой стабильностью свойств по содержанию связующего, толщине, стабильностью при хранении и переработке.

Поставленная задача решается тем, что:

в составе и способе изготовления термоплавкого связующего, препрега и сотовой панели использовано связующее, включающее: эпоксидиановую смолу, высокомолекулярную эпоксидную смолу, бис(N,N'-диметилкарбамид)дифенилметан, дициандиамид, связующее содержит дополнительно эпоксиноволачную смолу, эпоксидную смолу на основе тетрабромдиана и полисульфон при следующем соотношении компонентов (в масс.ч)

- эпоксиноволачная смола 16-38
- эпоксидная смола на основе тетрабромдиана 26-32
- эпоксидиановая смола низкомолекулярная 20-40
- высокомолекулярная эпоксидная смола 0,5-7
- полисульфон 0,5-7
- бис(N,N'-диметилкарбамид) дифенилметан 0,5-1,5
- дициандиамид 4,2-5,3

Кроме того, в состав может быть введена двуокись кремния (0,5-2 масс.ч.).

В способе получения связующего для препрегов путем смешения компонентов с предварительным диспергированием бис(N,N'-диметилкарбамида) и дициандиамида в части низкомолекулярной эпоксидиановой смолы диспергирование производят при температуре 40-60°C, а высокомолекулярную эпоксидную смолу и (или) полисульфон сначала сплавляют с оставшейся частью низкомолекулярной эпоксидиановой смолы, эпоксиноволачной смолой, смолой на основе тетрабромдиана [7] при температуре 130-155°C, а затем при температуре 50-60°C совмещают с полученной дисперсией под вакуумом 0,4-0,8 кгс/см2 в течение 40-80 минут;

в препреге, полученном на основе эпоксидного связующего и волокнистого наполнителя в виде жгутов, лент, тканей, в качестве связующего используют состав при следующем соотношении компонентов (в масс.%):

- эпоксидное связующее 28-44
- волокнистый наполнитель 56-72,

а в качестве волокнистого наполнителя используется стекловолокнистый ровинг с линейной плотностью от 1000 до 3000 текс или стеклоткань сатинового плетения 8/3 из высокомодульного алюмагнийсиликатного волокна или алюмоборосиликатного стекловолокна;

в трехслойной панели, состоящей из среднего слоя полимерсотопласта и обшивок из полимерного композиционного материала, обшивки изготовлены из вышеуказанного препрега формованием при температуре 120-130°C в течение 1-2-х часов.

Изобретение позволяет производить по расплавной технологии прецизионные препреги с самоклеящими свойствами, обеспечивающими высокую прочность и пожаробезопасность изготавливаемых из них сотовых панелей при минимальных расходах материалов, электроэнергии и трудозатрат, а сами сотовые панели, изготовленные по данному изобретению, при близких и даже лучших весовых параметрах имеют более высокие механические свойства по результатам специальных испытаний, проводимых для панелей пола пассажирских самолетов и характеризующих воспринимаемые ими эксплуатационные нагрузки.

Осуществление изобретения

1. Согласно изобретению в качестве компонентов эпоксидного самоклеящегося связующего с пониженной горючестью используются:

- эпоксиноволачные смолы (глицидиловые эфиры новолаков СФ-0121 и СФ-0113) ЭН-6 (примеры 1-3, 5) и УП-643 (пример 4), изготавливаемые по ТУ 2225-11131395-2003;

- эпоксидная смола на основе тетрабромдиана под маркой УП-631, изготавливаемая по ТУ 2225-652-11131395-2008 (примеры 1-5);

- эпоксидиановые смолы ЭД-22 (пример 1, 4, 5), ЭД-20 (примеры 2, 3), изготавливаемые по ГОСТ 10587-84;

- полисульфон порошкообразный (продукт взаимодействия дифенилпропана с дихлордифенилсульфоном) марок ПСК-1 (пример 1), ПСК-2 (примеры 3-5), выпускаемый по ТУ 6-06-46-90;

- высокомолекулярные эпоксидные смолы: диапласт (ТУ 2225-386-11131395-97) (примеры 1-3) и Э-49П (ТУ 210-1592-76) (пример 5);

- бис(N,N'-диметилкарбамид)дифенилметан - отвердитель №9, ТУ 2494-480-04872688-2006;

- дициандиамид (примеры 1, 2) ГОСТ 6988-73 и марки Dyhard 100SF (примеры 3-5) производства ALZ Chem GmbH.

В состав компонентов может также вводиться двуокись кремния (аэросил (пример 1), выпускаемый по ГОСТ 14922-77, или белая сажа (пример 3-5) ГОСТ 18307-78).

2. Приготовление связующего осуществляют в смесителях механического перемешивания с двумя мешалками: быстроходной зубчатой (диспергатор) и тихоходной (рамной). Смеситель должен быть оснащен: рубашкой обогрева и системой вакуумирования, например СПЕМП-2/0,03-ВК-Р70 производства ООО НПП «Диспод».

3. Получение препрега осуществляют из тканей, тканых лент или из ровингов и жгутов по расплавной технологии на установках типа УОЛ-300 производства ОАО САВМА или УПГМ-700, разработанной ОАО НИАТ, а также иных моделей импортного производства.

4. Для изготовления препрега по примерам табл.2 использованы волокнистые наполнители:

- пример 1 - стеклоровинг ЕС-13 1260Н-78(252) из алюмоборосиликатного волокна ТУ 6-48-00205009-116-97;

- пример 2 - стеклоровинг из высокомодульного алюмомагнийсиликатного волокна марки марки ВМП выпускается под маркой РВМПН10-1260-78 по ТУ 6-48-70-91 в НПК «Терм»;

- пример 3 - стеклоткань Т-10-14 ГОСТ 19170-73;

- пример 4 - стеклоткань Т-10(ВМП)-4С ТУ 5952-183-05786904-04;

- пример 5 - все перечисленные по примерам 1-4 волокнистые материалы (табл.3).

5. Средний слой трехслойной панели изготавливается из полимерсотопласта средней (60-100) и высокой (120-150 кг/м3) плотности отечественного или зарубежного производства. По примерам 1-4 таблицы 3 изготовлен из полимерсотопласта ПСП-1-2,0-96 ТУ 1-596-231-01.

Формование трехслойных панелей осуществляется в многоэтажном гидравлическом прессе с плитами, обогреваемыми термальным маслом, при температуре 120-140°C и давлении 1-4 кгс/см2, в течение 1-2-х часов.

Пример 1

В смесителе с быстроходной зубчатой и тихоходной рамной мешалкой диспергируют дициандиамид (5,3 масс.ч.) и отвердитель 9 (0,5 масс.ч.) с эпоксидиановой смолой ЭД-22 (10 масс.ч.) до тонкодисперсного состояния. Перемешивание с диспергированием производят под вакуумом 0,6±0,1 кгс/см2 и температуре 50±5°C в течение 60±15 мин. Полученный аддукт (дисперсию) разливают в полипропиленовые ведра с плотнозакрываемой крышкой и хранят при температуре 20±5°C в течение не более 3-х месяцев или в холодильной камере до 1 года.

В аналогичный большего объема смеситель загружают эпоксидиановую смолу ЭД-22 (19 масс.ч.), эпоксиноволачную смолу ЭН-6 (29 масс.ч.), бромдиановую смолу УП-631 (26 масс.ч.), нагревают при перемешивании до 145-155°C, порциями добавляют диапласт (5 масс.ч.), полисульфон ПСК-1 (5 масс.ч.) и перемешивают в течение 90±30 минут. Полученный расплав охлаждают до температуры 60°C и загружают полученный ранее аддукт (15,8 масс.ч.), после чего производят перемешивание компонентов в течение 60±15 мин при температуре 55±5°C и вакууме 0,6±0,1 кгс/см2.

Полученное связующее охлаждают до комнатной температуры и разливают в плотнозакрываемые полипропиленовые или оцинкованные ведра. Хранят полученное связующее при температуре не выше 25°C и не более 3-х мес или до 1 года в холодильной камере.

Свойства связующего:

Вязкость при 80°C-8,9 Па*с,

Время желирования при 120°C - 70 мин,

Жизнеспособность при 80°C>8 часов.

Полученным расплавом связующего пропитывают тканый волокнистый наполнитель с использованием установок каландрового типа.

Расплавленное в фильерно-ракильном устройстве связующее выливается через щелевой зазор на транспортирующую антиадгезионную подложку, совмещается с волокнистым материалом и поочередно (2-3 цикла) подогревается на обогреваемом столе и прокатывается в горячих каландрах, затем полученный таким образом препрег охлаждается и сматывается в рулоны.

Полученные препреги сохраняют свои реокинетические свойства, т.е. жизнеспособность к дальнейшей переработке при температуре не выше +25°C не менее 3-х месяцев и не менее 1 года при температуре не выше -8°C.

Полученные препреги используют при изготовлении сотовых панелей методом совмещенного горячего прессования. На металлический лист, обработанный антиадгезионной смазкой, выкладывают из препрега нижнюю обшивку, поверх обшивки укладывают сотовый заполнитель, разрезанный на листы заданной высоты, поверх сотового заполнителя укладывается верхняя обшивка и обработанный антиадгезионной смазкой металлический лист.

Собранный таким образом пакет помещается между обогреваемыми плитами гидравлического пресса. Подается давление формования из расчета от 2 до 4 кгс на см2 формуемой панели. Отверждение при давлении проводится при 125±5°C в течение 1-2-х часов. Плиты пресса охлаждаются под давлением до 60±10°C и готовые панели извлекают из пресса.

Недостаток состава по примеру 1 - высокая вязкость связующего при 80°C, что сокращает скорость получения препрега на его основе.

Пример 2

Связующее получают при следующем соотношении компонентов:

- эпоксиноволачная смола ЭН-6 16
- эпоксидная смола на основе тетрабромдиана УП-631 32
- эпоксидиановая смола низкомолекулярная ЭД-20 40
- высокомолекулярная эпоксидная смола (диапласт) 7
- полисульфон ПСК-2 0,5
- бис(N,N'-диметилкарбамид) дифенилметан 1,5
- дициандиамид 4,2

Процесс изготовления аналогичен примеру 1, но получение расплава эпоксидных смол с диапластом осуществляют при температуре 155°C в течение 120 минут, а приготовление связующего производят при температуре 60°C в вакууме 0,4 кгс/см2 в течение 80 минут.

Получаемое связующее имеет невысокую вязкость, улучшающую условия переработки в препреги, короткий низкотемпературный цикл отверждения, но увеличенное до 1,5 масс.ч. количество отвердителя 9 существенно сокращает время желатинизации и жизнеспособность связующего в процессе переработки при 80°C.

Пример 3

Связующее получают при следующем соотношении компонентов:

- эпоксиноволачная смола ЭН-6 29
- эпоксидная смола на основе тетрабромдиана УП-631 28
- эпоксидиановая смола низкомолекулярная ЭД-20 29
- высокомолекулярная эпоксидная смола (Э-49П) 5
- полисульфон (ПСК-2) 3
- бис(N,N'-диметилкарбамид) дифенилметан 1,0
- дициандиамид 5,0

Процесс изготовления аналогичен примеру 1, но сплавление эпоксидных смол с высокомлекулярной смолой Э-49П и полисульфоном ПСК-2 осуществляют при температуре 145°C в течение 90 минут, а приготовление связующего производят при температуре 55°C и вакууме 0,5 кгс/см2 в течение 60 минут.

Получаемое по примеру 3 связующее, препреги и сотовые панели на его основе обладают хорошей технологичностью в переработке, достаточно высокими механическими свойствами и уровнем горючести, полностью удовлетворяющим требованиям АП-25.

Пример 4

Связующее получают при следующем соотношении компонентов:

- эпоксиноволачная смола УП-643 38
- эпоксидная смола на основе тетрабромдиана УП-631 27
- эпоксидиановая смола низкомолекулярная ЭД-22 22
- высокомолекулярная эпоксидная смола Э-49П 0,5
- полисульфон (ПСК-2) 7
- бис(N,N'-диметилкарбамид) дифенилметан 0,9
- дициандиамид 5,1

Процесс изготовления аналогичен примеру 1, но сплавление эпоксидных смол с полисульфоном ПСК-2 осуществляют при температуре 130°C в течение 40 минут, а приготовление связующего производят при температуре 50°C под вакуумом 0,7 кгс/см2 в течение 40 минут.

Оптимизированное соотношение отвердителя 9 с дициандиамидом позволяет сократить время отверждения с 2-х часов до 1,5 часа, снизить температуру отверждения до 120°C при сохранении хорошей теплостойкости (температура стеклования 145°C) и жизнеспособность при 80°C.

Пример 5

Аналогично примеру 1 изготавливают расплав связующего при следующем соотношении компонентов:

- эпоксиноволачная смола ЭН-6 23
- эпоксидная смола на основе тетрабромдиана УП-631 28
- эпоксидиановая смола низкомолекулярная ЭД-22 37
- высокомолекулярная эпоксидная смола (Э-49П) 2,0
- полисульфон (ПСК-2) 4,0
- бис(N,N'-диметилкарбамид) дифенилметан 0,9
- дициандиамид 5,1

В отличии от примера 1, приготовление расплава эпоксидных смол с высокомолекулярной эпоксидной смолой Э-49П и полисульфоном ПСК-2 осуществляют при температуре 150°C в течение 90 минут. Приготовление связующего осуществляют при температуре 50°C в течение 60 минут под вакуумом 0,6 кгс/см2.

Полученное связующее имеет наиболее оптимальный набор физико-химических свойств:

1. Заданное содержание бромдиановой смолы обеспечивает устойчивую самозатухаемость.

2. Принятое соотношение дициандиамида с отвердителем 9(5,1:0,9) и эпоксидных смол обеспечивает длительную жизнеспособность при переработке (>7 часов при 80°C), невысокую температуру отверждения (120°C) при сравнительно небольшом времени (~1,5 часа) и высокую температуру стеклования (143°C).

3. Выбранное сочетание добавок, влияющих на вязкотекучие свойства связующего в режиме переработки при 80°C (диапласт, полисульфон, 2:4 масс.ч.), обеспечивает хорошую текучесть (эффективная вязкость 3,7 Па*с) и хорошую драппируемость и липкость получаемых препрегов.

На основе связующего состава по примеру 5 изготовлены препреги на основе различных волокнистых наполнителей и с различным содержанием связующего. Из полученных препрегов и сотового заполнителя ПСП-1-3-96 высотой 10 мм отформованы и испытаны образцы трехслойных панелей. В таблице 3 приведены механические параметры полученных панелей в сравнении с панелями, изготовленными из препрегов на основе связующего состава по примеру 3 прототипа (патент RU 2263690).

Из приведенных в таблице примеров видно, что благодаря установленному соотношению эпоксидных смол и модифицирующих добавок (высокомолекулярной эпоксидной смолы и полисульфона) прочность на равномерный отрыв и отслаивание сот от обшивок на предлагаемом связующем в 1,5-2,5 раза превышает аналогичные показатели, полученные при использовании связующего состава-прототипа.

Высокая прочность склеивания обшивок с сотовым заполнителем во всех приведенных примерах, приводящая в большинстве случаев к разрушению последнего, достигается благодаря оптимальному соотношению в составе связующего высоковязкой эпоксиноволачной смолы, полисульфона и высокомолекулярной эпоксидной смолы с низкомолекулярной низковязкой эпоксидиановой смолой и получению на основе предлагаемого связующего т.н. самоклеящихся препрегов.

Таблица 1
Состав связующего
Наименование компонентов Состав по примерам, масс.ч. Прототип
1 2 3 4 5
Эпокситрифенольная смола - - - - - 40-60
Эпоксиноволачная смола 29 16 29 38 23 -
Низкомолекулярная эпоксидиановая смола 29 40 29 22 37 25-35
Тетрабромдиановая смола 26 32 28 27 28 -
Высокомолекулярная эпоксидная смола 5 7 5 0,5 2 3,6
Полисульфон 5 0,5 3 7 4 -
Дициандиамид 5,3 4,2 5,0 5,1 5,1 5,5-7,0
Бис(N,N'-диметилкарбамид) дифенилметан 0,5 1,5 1,0 0,9 0,9 0,05-2,0
Двуокись кремния - - - - - 1-6

Таблица 3
Параметры сотовых панелей на основе связующего по примеру 5 табл.1 (прототип: состав связующего и препрега по примеру 3 пат. RU)
Наименование параметров Стеклоровинг Стеклоровинг Стеклоткань Стеклоткань
ЕС 13 1260Н-78 РВМПН-1260 Т-10-14 Т-10(ВМП)-4С
Пример 1 Прототип Пример 2 Прототип Пример 3 Прототип Пример 4 Прототип
Содержание связующего в препреге
- внутренняя обшивка 34 37 34 37 36 37 28 37
- наружная обшивка 34 37 40 37 36 37 44 37
Масса 1 м2 панели, кг 2,1 2,3 2,5 2,6 2,5 2,8 2,8 3,2
Изгиб длинной балки:
- прогиб при 450 Н, мм 12 14 9 11 16 18 12 13
- усилие разрушения, Н 2030 1880 2400 2100 1060 970 1800 1650
Равномерный отрыв сот от обшивок, МПа 3,1 1,9 4,0 2,2 3,4 2,0 4,6 1,8
Отслаивание обшивки от сот на барабане, Н/75 мм 320 170 440 150 350 220 420 190
Для панелей с высотой сотового заполнителя ПСП-1-3-96-10 мм и двухслойными обшивками с ориентацией 0°/90°
Пример 3 прототипа взят за основу как наиболее близкий по составу отвердителя и по составу препрега примеру 5.

Использование, эффективность

Предлагаемое связующее - термоплавкое, то есть может использоваться для получения препрегов, не содержащих остаточного растворителя, по расплавной технологии; на основе однонаправленных текстильных и волокнистых наполнителей, изготовленных из волокон различной природы - стекло-, органо-, и углеродных, а также их сочетаний (гибридные препреги).

Применение расплавной технологии при производстве препрегов является наиболее перспективным направлением с точки зрения механизации, экологичности и безопасности производства, позволяет существенно повышать качество и стабильность получаемых т.н. прецизионных препрегов.

Изобретение позволяет производить препреги с самоклеящими и самозатухающими свойствами, обеспечивающими высокую прочность и пожаробезопасность изготавливаемых из них сотовых панелей при минимальных расходах материалов, электроэнергии и трудозатрат.

Сотовые панели, изготовленные по данному изобретению, при близких и даже лучших весовых параметрах имеют более высокие механические свойства по результатам специальных испытаний, проводимых для панелей пола пассажирских самолетов и характеризующих воспринимаемые ими эксплуатационные нагрузки.

Предлагаемое связующее, препрег и сотовые панели могут изготавливаться из компонентов отечественного производства, что при равных технических параметрах с зарубежными аналогами позволяет снизить стоимость их производства.

Сотовые панели, изготовленные из препрегов на основе связующего, предлагаемого в данном изобретении, по пожаробезопасности соответствуют нормам АП-25 и НЛГС.

Предлагаемое изобретение решает задачи создания новых авиационных конструкций, материалов и технологий, в частности, может быть использовано при изготовлении панели пола пассажирского салона, которая представляет собой панель, включающую полимерный сотовый заполнитель и обшивки из эпоксидного самозатухающего стеклопластика на основе самоклеящего связующего и волокнистого наполнителя в виде тканей или ровингов.

Изготовление панелей осуществляется по препреговой бесклеевой технологии совмещенного формования склеивания, то есть формируется пакет из сотового заполнителя с обшивками из препрега на основе волокнистого наполнителя и эпоксидного модифицированного самозатухающего связующего. Собранный пакет помещается между обогреваемыми плитами гидравлического пресса и формуется при давлении от 2 до 4 кгс/см2 по температурному режиму, установленному для разработанного связующего.

Обеспечение пожаробезопасности панелей (соответствие требованиям АП-25) достигается введением в состав связующего эпоксидиановой смолы на основе тетрабромдиана.

Для предотвращения стекания связующего из верхней обшивки по сотам на нижнюю и повышения прочности склеивания верхней обшивки с сотами в составе связующего дополнительно введен полисульфон. Полисульфон, как и диапласт, улучшает клеящие свойства препрега, но в отличии от него более существенно повышает прочность отслаивания обшивок от сот и при этом не снижает теплостойкость композиции, а вместо эпокситрифенольной смолы в состав связующего введена высоковязкая эпоксиноволачная смола.

Для качественного приклеивания к сотовому заполнителю в слоях препрега, прилегающих к сотовому заполнителю, может содержаться количество связующего 39±5%, а в наружных слоях для повышения изгибной жесткости панели содержание связующего снижается до 33±3%.

Благодаря применяемой технологии совмещенного формования обшивок и склеивания их с сотовым заполнителем сокращается трудоемкость процесса изготовления панели, цикл производства и себестоимость, благодаря отсутствию дорогостоящего клея, ряда вспомогательных материалов, используемых при раздельном формовании, энергозатрат на производство, соответственно, стоимость получаемой панели.

Источники информации

1. Кардашов Д.А. Петрова А.П. Полимерные клеи. Создание и применение. - М.: Химия, 1983.

2. Шокин Г.И. Разработка высокотехнологичных армированных пластиков для многослойных авиационных конструкций. - дисс. канд. техн. наук. - Москва: 1988, ВИАМ.

3. ТУ 1-596-417-11 Заготовки панелей пола

4. ОСТ 190196-75 Клеи. Метод испытания на прочность при отслаивании клеевого соединения сотового заполнителя с обшивкой.

5. ОСТ 1.90265-78 Пластмассы. Метод определения прочности при изгибе трехслойных материалов с сотовым заполнителем.

6. АП-25. Авиационные правила. Часть 25.

7. В.А.Бобылев. Специальные эпоксидные смолы для клеев и герметиков. Клеи, герметики, технологии №5, 2005 г.

1. Состав для получения термоплавкого связующего для препрега и сотовой панели на его основе, содержащий эпоксидиановую низкомолекулярную смолу, высокомолекулярную эпоксидную смолу, бис(N,N'-диметилкарбамид) дифенилметан, дициандиамид, отличающийся тем, что содержит дополнительно эпоксиноволачную смолу, эпоксидную смолу на основе тетрабромдиана и полисульфон при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

эпоксиноволачная смола 16-38
эпоксидная смола на основе тетрабромдиана 26-32
эпоксидиановая смола низкомолекулярная 20-40
высокомолекулярная эпоксидная смола 0,5-7
полисульфон 0,5-7
бис(N,N'-диметилкарбамид) дифенилметан 0,5-1,5
дициандиамид 4,2-5,3

2. Состав для получения термоплавкого связующего для препрега и сотовой панели на его основе по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введена двуокись кремния в количестве 0,5-2 мас.ч.

3. Способ получения термоплавкого связующего для препрегов путем смешения компонентов по п.1 с предварительным диспергированием дициандиамида, бис(N,N'-диметилкарбамида)дифенилметана в части низкомолекулярной эпоксидиановой смолы, отличающийся тем, что полисульфон и высокомолекулярную эпоксидную смолу сначала сплавляют с оставшейся частью низкомолекулярной эпоксидиановой смолы, эпоксиноволачной смолою, эпоксидиановой смолою на основе тетрабромдиана при температуре 130-155°С, а затем при температуре 50-60°С и вакууме 0,4-0,8 кгс/см2 совмещают с полученной дисперсией.

4. Препрег, полученный на основе термоплавкого эпоксидного связующего и волокнистого наполнителя в виде стеклянных, углеродных, органических жгутов, лент, тканей и/или сочетаний на их основе, отличающийся тем, что в качестве связующего используют состав по п.1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

эпоксидное связующее 28-44
волокнистый наполнитель 56-72

5. Трехслойная панель, состоящая из среднего слоя полимерсотопласта и обшивок из полимерного композиционного материала, отличающаяся тем, что обшивки изготовлены из препрега по п.4.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полимерным композициям для изготовления пористых высокоэластичных абразивных и алмазных инструментов, предназначенных для зачистки, полирования стальных лент, листов и изделий из цветных металлов.
Изобретение относится к способам антикоррозионной защиты металлических конструкций и крупногабаритного промышленного оборудования, эксплуатируемых в атмосферных условиях, путем нанесения на поверхность лакокрасочного покрытия.

Изобретение относится к связующим на основе эпоксидных смол, применяющихся для изготовления полимерных композиционных материалов, и может быть использовано в авиастроении и других областях техники.
Изобретение относится к области создания двухкомпонентных эпоксидных композиций холодного отверждения для изготовления препрегов, которые могут быть использованы в строительстве, а также в авиационной, машиностроительной, судостроительной и других областях техники.
Изобретение относится к полимерным композициям на основе эпоксидных смол и латентных отвердителей и может быть использовано в качестве эпоксидных заливочных компаундов, связующих для стеклопластиков, клеев, покрытия и других целей.

Изобретение относится к области получения полимерных композиций на основе эпоксидных смол и циклоалифатических диокисей, предназначенных для изготовления крупногабаритных изделий из композитных материалов.

Изобретение относится к способу получения отвердителей эпоксидных смол и может применяться для получения эпоксидных композиций с улучшенными технологическими свойствами.

Изобретение относится к получению эпоксидных композиций для изготовления высокопрочных полимерных материалов. .

Изобретение относится к каучуковым смесям, которые особенно подходят для протекторов шин. .

Изобретение относится к каучуковым смесям, которые особенно подходят для протекторов шин. .

Изобретение относится к каучуковым смесям, которые особенно подходят для протекторов шин. .

Изобретение относится к каучуковым смесям, которые особенно подходят для протекторов шин. .
Изобретение относится к морозостойкой резиновой смеси и может быть использовано в автомобильной и резинотехнической промышленности для изготовления уплотнительных деталей, используемых в подвижных узлах механизмов, эксплуатирующихся в условиях низких температур.
Изобретение относится к морозостойкой резиновой смеси и может быть использовано в автомобильной и резинотехнической промышленности для изготовления уплотнительных деталей, используемых в подвижных узлах механизмов, эксплуатирующихся в условиях низких температур.
Изобретение относится к морозостойкой резиновой смеси и может быть использовано в автомобильной и резинотехнической промышленности для изготовления уплотнительных деталей, используемых в подвижных узлах механизмов, эксплуатирующихся в условиях низких температур.

Изобретение относится к способу получения полимерной композиции. .

Изобретение относится к способу получения полимерной композиции. .

Изобретение относится к каучуковым смесям, которые особенно подходят для протекторов шин. .
Наверх