Полимерный композиционный материал и способ его получения

Авторы патента:

C08J5/06 - с использованием предварительно обработанных волокнистых материалов

Владельцы патента RU 2536969:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (RU)

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, в частности к углепластикам на основе полисульфона, которые применяются в авиа-, вертолето- и автомобилестроении. Задача настоящего изобретения заключается в получении композиционного материала на основе полисульфона, армированного углеродными волокнистыми наполнителями с улучшенной прочностью на сжатие, и разработке способа его получения. Изобретение позволяет повысить прочность на сжатие полисульфонового углепластика на 40-50% за счет введения термопластичного аппрета - полигидроксиэфира, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает взаимодействие между наполнителем и полисульфоновой матрицей. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Известно, что свойства композитов определяются не только свойствами армирующих волокон и матриц, но и их взаимодействием на границе раздела, в первую очередь, прочностью сцепления волокна с матрицей [Э.С. Зеленский, А.М. Куперман, Ю.А. Горбаткина, В.Г. Иванова - Мумжиева, А.А. Берлин. Армированные пластики - современные конструкционные материалы. // Рос.хим. ж. (Ж. Рос.хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2001, т.XLV. - №2. - с.56-74]. При получении углепластиков проблемой является образование пустот в материале из-за недостаточной смачиваемости углеродного наполнителя полимерной матрицей [Справочник по композиционным материалам. Кн.1. - Под ред. Дж. Любина. - Пер. с англ. - М.: Машиностроение. - 1988. - с.142]. Это приводит к ухудшению прочностных характеристик, в частности прочности на сжатие.

Известны полимерные композиции [Патент РФ №2201423 от 27.03.2003 г. Полимерное связующее и высокопрочные термостойкие композиционные материалы на его основе. Авторы: Глухова С.С., Гуняев Г.М., Давыдова И.Ф., Минаков В.Т. Каблов Е.Н., Кавун Н.С., Панина Т.В., Пономарев И.И., Раскутин А.Е., Румянцев А.Ф., Сидоренко В.И.], полученные на основе полимерного связующего (аппрет) и стеклоткани или углеродного наполнителя. Предварительно получают связующее - олигомер путем взаимодействия тетранитрила ароматической тетракарбоновой кислоты и ароматического бис-о-цианамина при температуре 170-180°С. Связующее получают в порошкообразном виде.

Основным недостатком приведенного решения является сложность процесса синтеза связующего. Неполная степень превращения мономеров во время синтеза может привести к выделению побочных низкомолекулярных продуктов реакции при совмещении связующего с наполнителем при повышенной температуре, а следовательно, к образованию пустот в композиционном материале, что будет приводить к ухудшению прочностных характеристик материала. Кроме того, порошкообразные аппреты могут недостаточно равномерно покрывать поверхность наполнителя.

Известен способ аппретирования углеродного волокна [Патент РФ №2054015. Способ аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика Опубл. 1996 г. Авторы: Головкин Г.С., Шибанов А.К., Степанова М.И.]. Способ включает смешение с растворителем блоксополимера, состоящего из звеньев бисметакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокси-триэтиленгликольфталата, пропитку углеродного наполнителя с последующей сушкой для удаления растворителя и полимеризации пленки аппрета на волокне, отличающийся тем, что смешение осуществляют в воде с одновременным воздействием ультразвукового излучения при частоте от 15 до 44 кГц и длительности воздействия от 5 до 14 минут.

Недостатками способа являются использование водных растворов блоксополимеров для смачивания гидрофобных поверхностей углеродного волокна и необходимость дальнейшей полимеризации на поверхности наполнителя. Следствием может быть неравномерное смачивание наполнителя, а следовательно, ухудшение свойств получаемого углепластика.

Наиболее близким к предлагаемому решению является полимерный композиционный материал [Патент РФ №2057767. Опубл. 10.04.1996. Головкин Г.С., Шибанов А.К., Степанова М.И., Антонов В.В. Полимерный композиционный материал] на основе полисульфоновой матрицы и углеродных армирующих волокон. Для получения аппрета углеродной ленты мономеры - метакриловую кислоту, диэтиленгликоль, бензолсульфокислоту в виде смеси в воде наносят на поверхность углеродных волокон и осуществляют их сополимеризацию при температуре 115-125°С в течение 1 часа. Для получения полимерного композита осуществляют сборку пакета из заготовок углеродной ленты и пленочного полисульфона в различных соотношениях, прессуют пакет при 295°С в течение 45 минут при давлении 2,0 МПа.

Основным недостатком предлагаемого решения является использование водной среды для нанесения на углеродную ленту смеси мономеров. Так как углеродные волокна и ленты являются гидрофобными, добиться равномерного распределения водного раствора смеси мономеров сложно. В результате полимеризации также возможна неполная конверсия мономеров, что может привести к образованию и выделению воды на других этапах получения полимерного композита, что приведет к образованию пор и снижению прочностных характеристик. Наличие в водной среде бензолсульфокислоты может также приводить к накоплению ионов, что может ухудшить диэлектрические свойства.

Задача настоящего изобретения заключается в получении композиционного материала на основе полисульфона, армированного углеродными волокнистыми наполнителями с улучшенной прочностью на сжатие и разработка способа его получения.

Поставленная задача достигается тем, что композиционный материал, армированный углеродными наполнителями, получают предварительной обработкой углеродной ленты (волокна) аппретирующим материалом - полигидроксиэфиром на основе бисфенола А с молекулярной массой 50-60 тыс. в виде 3-7% растворов в легколетучих органических растворителях (хлороформ, тетрагидрофуран, промышленный растворитель 646 и др.). Такая обработка термопластичным аппретом - полигидроксиэфиром повышает смачиваемость наполнителя полисульфоном, позволяет снизить температуру прессования на 30-40°С, а также многократно проводить при необходимости термообработку без изменения свойств аппрета. Углеродный наполнитель покрывают аппретирующим составом путем распыления либо окунания, затем высушивают до постоянного веса и собирают пакет, чередуя наполнитель с пленкой полисульфона, и прессуют на гидропрессе при давлении 1,0-2,0 МПа при температуре 250-260°С в течение 30-40 минут.

Пример 1. Получение полимерного композиционного материала на основе промышленного полисульфона ПС-Н в качестве матрицы и армирующих углеродных лент предварительным аппретированием наполнителей. Готовят аппретирующий состав: 5%-й раствор термопластичного полигидроксиэфира на основе бисфенола А с молекулярной массой 50-60 тыс.в хлороформе, которым пропитывают углеродные ленты или волокна. Пропитанный наполнитель высушивают до постоянного веса, собирают пакет из слоев пленочного полисульфона и аппретированной углеродной ленты, прессуют при температуре 260°С в течение 30 минут, охлаждают. Свойства композиции приведены в таблице.

Пример 2. По примеру 1, в качестве аппретирующего состава применяют 3%-й раствор термопластичного полигидроксиэфира на основе бисфенола А с молекулярной массой 50-60 тыс.в техническом растворителе 646. Свойства композиции приведены в таблице.

Пример 3. По примеру 1, в качестве аппретирующего состава применяют 7%-й раствор термопластичного полигидроксиэфира на основе бисфенола А с молекулярной массой 50-60 тыс.в тетрагидрофуране. Свойства композиции приведены в таблице.

Таблица
Свойства полученных углепластиков
	ПС-Н-углелента	ПС-Н-углелента (3% р-р аппрета)	ПС-Н-углелента (5% р-р аппрета)	ПС-Н-углелента (7% р-р аппрета)
Прочность на сжатие, кгс/мм	50	68-70	73-75	70-75
*- исследования проводились в ФГУП ВИАМ.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении прочности на сжатие полисульфонового углепластика на 40-50% за счет введения термопластичного аппрета - полигидроксиэфира, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает взаимодействие между наполнителем и полисульфоновой матрицей.

1. Полимерный композиционный материал на основе полисульфона и армирующих углеродных лент или волокон, отличающийся тем, что в качестве аппрета используют термопластичный полигидроксиэфир на основе бисфенола А с молекулярной массой 50-60 тысяч.

2. Способ получения полимерного композиционного материала, включающий аппретирование углеродных лент или волокон путем нанесения аппретирующего материала из раствора с последующей сушкой и прессованием, отличающийся тем, что аппрет наносят из раствора с массовой концентрацией 3-7% в органических легколетучих растворителях и прессуют при температуре 250-260°С в течение 30-40 минут.

Изобретение относится к области получения препрегов для создания композиционных материалов на основе непрерывных высокопрочных высокомодульных полиэтиленовых волокон из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, которые могут быть использованы в различных областях техники, например, в вертолетостроении, авиации, автомобилестроении и судостроении.

Способ получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных углеродными волокнами // 2500697

Изобретение относится к способам получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных волокнами, и может быть использовано для получения полимерматричных композитов с улучшенными физико-механическими и трибологическими характеристиками.

Багассовый композит, способ его приготовления и материал для внутреннего применения, использующий его // 2493180

Изобретение относится к технологии производства композитов, в частности багассового композита, имеющего натуральную структуру и рисунок, аналогичные натуральной древесине, который может быть использован для внутреннего применения вместо других различных материалов и обработанной древесины.

Клеевая композиция и способ обработки армирующих вкладышей // 2487144

Изобретение относится к клеевой композиции для обработки армирующих вкладок, предназначенных для производства армированных полимерных продуктов. .

Арамидные частицы, содержащие пероксидный инициатор радикало-цепной полимеризации // 2476467

Изобретение относится к арамидной частице, содержащей пероксидный инициатор радикало-цепной полимеризации, при этом частица содержит 3-40 мас.% пероксидного инициатора радикало-цепной полимеризации в расчете на массу арамидной частицы.

Антифрикционный композитный материал для изготовления элементов уплотнений судовой арматуры // 2463321

Изобретение относится к антифрикционным композитным материалам на основе термопластичных полимеров и может использоваться при изготовлении высоконапряженных узлов трения, в частности элементов уплотнений шаровой судовой запорной арматуры.

Частица, содержащая матрицу и радикальный инициатор // 2458081

Изобретение относится к частице, включающей композицию, содержащую матрицу и радикальный пероксидный или азо-инициатор, а также относится к обрезиненным продуктам, покрышкам, протекторам покрышек и ремням, содержащим системы частица - эластомер.

Впитывающие прокладки, включающие пероксисоединение и органическую соль цинка // 2432369

Изобретение относится к впитывающему изделию, такому как подгузник, памперс, гигиеническая прокладка и приспособление при недержании. .

Композиционный резинополимерный износостойкий материал для гидравлических устройств // 2425850

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.

Способ получения фрикционных полимерных материалов // 2419639

Изобретение относится к способу получения фрикционных полимерных материалов и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок железнодорожных вагонов и локомотивов, для автотранспорта, подъемных кранов, дисков сцепления и других изделий.

Способ получения армированного полимерного композиционного материала // 2538271

Способ получения армированного полимерного композиционного материала включает пропитку волокнистого наполнителя смесью эпоксидной смолы ЭД-20, отвердителя полиэтиленполиамина при массовом соотношении 9:1, формование пучка из отдельно пропитанных технических нитей, термическую обработку при температуре 30-70°C. Дополнительно проводят импульсную обработку сформованного пучка постоянным электрическим полем. Изобретение обеспечивает решение проблемы совершенствования технологических приемов при получении ПКМ, создание новейших технологий, базирующихся на малостадийных с пониженной материалоемкостью процессах. 1 ил., 1 табл.

Антифрикционный композитный материал для подшипников скольжения судовых валопроводов и гребных валов // 2554182

Изобретение относится к антифрикционным материалам на основе термопластичных полимеров и может быть использовано в судостроительной, машиностроительной и других областях промышленности при изготовлении высоконапряженных узлов трения различного назначения методом спекания материала. Антифрикционный композитный материал состоит из матрицы в виде кристаллического сополимера этилена с тетрафторэтиленом и армирующего наполнителя. В виде кристаллического сополимера этилена с тетрафторэтиленом применяют фторопласт-40П с насыпной плотностью 0,6 г/см3, а в качестве армирующего наполнителя - измельченную углеродную ткань марки Урал Т-22 (УТА) с термохимической обработкой волокон и со следующими характеристиками: разрывная нагрузка - 1428Н (по основе), 1071Н (по утку). В композицию добавлен модификатор в виде порошка дисульфида молибдена (MoS2) при следующем соотношении компонентов, мас.%: фторопласт-40П - 54-55, измельченная углеродная ткань Урал Т-22 - 35-36, дисульфид молибдена - остальное. Предложение обеспечивает улучшение физико-механических и антифрикционных свойств материала, а также его меньшее водопоглощение. 5 ил., 1 табл.

Композиционный материал, поглощающий излучение в ближней ик области спектра // 2561123

Изобретение относится к композиционным материалам, поглощающим инфракрасное излучение в ближней инфракрасной области, и может быть использовано, например, в оптических фильтрах и специальных панелях сложной формы. Композиционный материал включает переплетенные базальтовые волокна с диаметром от 70 до 200 мкм в количестве от 40 до 60 массовых процентов, пропитанные термопластичным полимером полифениленсульфидом (остальное). Изобретение приводит к увеличению поглощения излучения во всем диапазоне ближней ИК области спектра при одновременном повышении прочности материала. 5 пр.

Адгезив для текстильных армирующих вставок и применение указанного адгезива // 2564447

Изобретение относится к порошкообразному адгезиву для текстильных армирующих вставок, способному к диспергированию в воде, для производства армированных резиновых изделий. Описан порошкообразный адгезив для текстильных армирующих вставок, способный к диспергированию в воде, состоящий из: (A) 35-94,9 мас.%. по меньшей мере одного по меньшей мере частично кэпированного низкомолекулярного изоцианата, при этом указанный по меньшей мере один низкомолекулярный изоцианат, подлежащий кэпированию, имеет молярную массу меньше или равную 500 г/моль, (B) 0,1-10 мас.%. по меньшей мере одного смачивающего агента, (C) 5-40 мас.%. по меньшей мере одного связующего вещества, выбранного из группы, состоящей из поливиниловых спиртов, солей полиакриловой кислоты, солей сополимеров полиакриловой кислоты, и смесей указанных соединений, (D) 0-5 мас.%. по меньшей мере одного катализатора, и (E) 0-10 мас.%. по меньшей мере одной добавки, при этом доли компонентов (А)-(Е) в совокупности составляют 100 мас.%. Также описан способ получения порошкообразного адгезива для текстильных армирующих вставок, способного к диспергированию в воде, включающий следующие стадии: i) получения при перемешивании дисперсии, состоящей из (А) 35-94,9 мас.%. по меньшей мере одного низкомолекулярного изоцианата, (В) 0,1-10 мас.%. по меньшей мере одного смачивающего агента, (С) 5-40 мас.%. по меньшей мере одного связующего вещества, (D) 0-5 мас.%. по меньшей мере одного катализатора и (Е) 0-10 мас.%. по меньшей мере одной добавки, при этом доли компонентов (А)-(Е) в совокупности составляют 100 мас.%.; ii) измельчения полученной дисперсии и iii) высушивания полученной дисперсии. Раскрыто применение указанного адгезива для обработки армирующих вставок для производства армированных резиновых продуктов. Технический результат - получение адгезивов в виде свободнотекучих малопылящих порошков с уменьшенным размером частиц, способных к диспергированию в воде. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 пр.

Резиновая смесь, вулканизированная резина и шина, изготовленная с их использованием // 2569447

Изобретение относится к резиновой смеси, вулканизированной резине и шине. Резиновая смесь включает каучуковый компонент и волокно, выполненное из гидрофильной смолы. Волокно сформировано со слоем покрытия его поверхности. Слой покрытия выполнен из смолы, имеющей сродство к каучуковому компоненту. Вариант резиновой смеси использует волокно, в котором образуется полость. Резиновая смесь включает пенообразователь. Изобретение позволяет улучшить стойкость к разрушению получаемой шины из резиновой смеси при сохранении хороших характеристик отвода воды и улучшить характеристики шины на обледенелом дорожном покрытии и ее износостойкость. 5 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 45 пр.

Способ получения углепластиков на основе термостойкого связующего // 2572139

Изобретение относится к технологиям изготовления углепластиков на основе углеродных наполнителей и термостойких связующих и может быть применимо при изготовлении элементов рабочего колеса центробежного компрессора. Описан способ получения углепластика на основе термостойкого связующего, в котором на поверхности волокнистого углеродного наполнителя, выбранного из углеродной равнопрочной или однонаправленной ткани, размещают фталонитрильное связующее в виде порошка, пропитывают им наполнитель и из пропитанного связующим наполнителя формуют углепластик в прессформе. Преформу формуют путем наложения слоев наполнителя друг на друга с их взаимной фиксацией с помощью раствора цианового эфира в ацетоне в количестве 3-10 мас.% цианового эфира к массе наполнителя, укладывают преформу в прессформу, размещают связующее в виде порошка на поверхности преформы или между слоями наполнителя и проводят вакуумную пропитку преформы расплавленным связующим, затем из преформы формуют углепластик в прессформе в режиме ступенчатого нагревания с последующей термообработкой углепластика в инертной атмосфере. Технический результат - обеспечение возможности изготовления сложнопрофильных изделий на основе углепластика с температурой эксплуатации до 400°C, уменьшение потерь связующего при получении углепластика, обеспечение возможности точного задания соотношения компонентов в получаемом углепластике при сохранении физико-механических характеристик на высоком уровне. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 пр.

Промотор адгезии на основе карбодиимидов, содержащая промотор адгезии водная резорцин-формальдегидная дисперсия латекса, волокна с улучшенной адгезией, композиции промотора адгезии, способы их получения и их применение // 2573525

Изобретение касается промотора адгезии на основе карбодиимидов, содержащей промотор адгезии водной резорцин-формальдегидной дисперсии латекса, волокон с улучшенной адгезией, композиций промотора адгезии, способа их получения и их применения для улучшения адгезии в шинах. Карбодиимид выбран из группы соединений формул и/или где R означает С1-С18-алкилен, С5-С18-циклоалкилен, арилен и/или C7-C18-аралкилен и j внутри молекулы являются одинаковыми или различными и имеют значение от 1 до 5, и p означает 0-500, который поверхностно дезактивирован реакцией обмена по меньшей мере с одним амином, выбранным из группы, включающей мультифункциональные первичные и вторичные амины. Промотор адгезии обеспечивает превосходную адгезию, при его обработке в дальнейшем процессе не выделяются токсичные мономерные изоцианаты, и он может быть получен простым способом производства. 7 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

Водные резорцин-формальдегидные дисперсии латекса, композиция промотора адгезии, волокна с улучшенной адгезией, способ их получения и их применение // 2573874

Изобретение касается водной резорцин-формальдегидной дисперсии латекса, композиции промотора адгезии, волокон с улучшенной адгезией, способа их получения и их применения для улучшения адгезии в шинах. Резорин-формальдегидная дисперсия латекса содержит по меньшей мере один диизоцианат формулы (I) , где X означает и/или и где n, m могут быть одинаковыми или различными и соответствуют 1, 2, 3 или 4 и R и R′ могут быть одинаковыми или различными и представляют собой С1-С4-алкил, который поверхностно дезактивирован реакцией обмена по меньшей мере с одним моно-, ди- или полиамином. Предложенная дисперсия латекса обеспечивает хорошую адгезию в небольшой концентрации. 6 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 табл.

Водная резорцин-формальдегидная дисперсия латекса, ее применение, способ ее получения, волокна с улучшенной адгезией, способ их получения и их применение // 2576270

Изобретение касается области обработки армирующих волокон, в частности водной резорцин-формальдегидной дисперсии латекса, ее применения, способа ее получения, волокон с улучшенной адгезией, способа их получения и их применения. Водная резорцин-формальдегидная дисперсия латекса содержит по меньшей мере один карбодиимид на основе соединений формулы (I):. Водная резорцин-формальдегидная дисперсия латекса обеспечивает превосходную адгезию синтетических волокон (корда) к резине. У данной дисперсии также есть такое преимущество, что при обработке в дальнейшем процессе не выделяются токсичные мономерные изоцианаты и она может быть получена простым способом производства. 6 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 табл.

Высокопрочный водостойкий органокомпозит и способ его изготовления // 2604621

Изобретение относится к области создания легких высокопрочных водостойких органокомпозитов на основе волокнистых наполнителей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и полимерного связующего и может быть использовано в элементах конструкций в различных областях техники: авиационной, машино-судостроительной, химической, оборонной и др. Предлагается высокопрочный водостойкий органокомпозит, выполненный из волокнистого наполнителя на основе высокопрочных высокомодульных многофиламентных полиэтиленовых волокон и полимерного связующего на основе эпоксидной смолы с аминным отвердителем. Поверхность наполнителя предварительно обрабатывают в плазме барьерного разряда воздействием импульсного барьерного разряда в воздухе при атмосферном давлении при воздействии переменного напряжения с частотой 10-50 кГц, с удельной мощностью разряда 50-500 Вт/м2, со скоростью обработки 0,3-7 м/мин. Затем обрабатывают ацетоновым раствором суспензий металлосодержащих наноструктур в углеродполимерных средах. Затем наполнитель сушат, пропитывают полимерным связующим, приготовленным механическим смешением компонентов, и осуществляют формование органокомпозита с температурой отверждения, не превышающей 75°С. В качестве эпоксидной смолы полимерного связующего органокомпозит содержит смесь эпоксидианового (А) и эпоксиалифатического (Б) олигомеров в соотношении А:Б от 10:1,3 до 10:3. В качестве аминного отвердителя - эвтектическую смесь метафенилендиамина (МФДА) и 4,4′-диаминодифенилметана (4,4′-ДАДФМ) при их массовом соотношении от 22:78 до 78:22; и дополнительно содержит смесь олигоэфирциклокарбонатов, форполимер уретановый. Соотношение компонентов в органокомпозите, масс. ч.: волокнистый наполнитель - 250-700; эпоксидиановый олигомер (А) - 100; эпоксиалифатический олигомер (Б) - 13-30; смесь олигоэфирциклокарбонатов - 10-20; форполимер уретановый - 5-25; эвтектическая смесь МФДА + 4,4′-ДАДФМ - 28-45. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства и водостойкость органокомпозита при обеспечении экологической чистоты и технологической простоты процесса при реализации промышленного производства. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 6 пр.