Способ получения армированного полимерного композиционного материала

Авторы патента:

C08J5/06 - с использованием предварительно обработанных волокнистых материалов

Владельцы патента RU 2538271:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (RU)

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.

Технический прогресс в современном машиностроении, самолето- и судостроении, радиоэлектронике, ракетной и атомной промышленности, в производстве товаров широкого потребления не осуществим без полимерных материалов (ПКМ). Решение многих народнохозяйственных задач: повышение качества, надежности и долговечности изделий, борьба с коррозией металлов, экономия металлов, непосредственно связано с применением полимерных композиционных материалов. Применение полимерных материалов в промышленности обусловлено весьма ценным сочетанием свойств, таких как высокая механическая прочность, стойкость в агрессивных средах, эластичность и упругость, износостойкость, с высокой технологичностью, а также доступностью и разнообразием исходного сырья.

В нынешних условиях актуально стоит проблема совершенствования технологических приемов при получении ПКМ, создание новейших технологий, базирующихся на малостадийных с пониженной материалоемкостью процессах.

Известен способ получения ПМ - аналог - в виде пленки с использованием электрического поля. Пленку пропускают в зазоре между двумя электродами. Один из них представляет собой неподвижный стержень, а другой - вращающийся ролик из электропроводящего материала. Варьируя напряжение, расстояние между электродами (от 0,25 до 3,75 мм) и скорость протяжки пленки (от 2 до 20 м/мин), меняют интенсивность обработки [Воронежцев Ю.И., Гольдаде В.Л., Пинчук Л.С., Снежков В.В. Электрические и магнитные поля в технологии полимерных композитов / Под ред. А.И. Свириденка. - Мн.: Наука и техника, 1990. - 263 с.: ил. - ISBN 5-343-00535-7].

Известен способ получения армированного полимерного материала - прототип - на основе эпоксидной смолы ЭД-20 и волокнистого наполнителя (технической нити), включающий операции пропитки волокнистого наполнителя смесью эпоксидной смолы ЭД-20 и отвердителя полиэтиленполиамина ПЭПА при массовом соотношении 9:1, формование и последующее отверждение [Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. - М.-Л., 1966, с.647, 665-667, Коршак В.В. Технология пластических масс. - М.: Химия, 1985, с.376].

Недостатками этого способа являются увеличение пористости и невысокие прочностные характеристики получаемого материала.

Задачей данного изобретения является повышение прочностных характеристик: разрушающего напряжения при статическом изгибе, удельной ударной вязкости, разрушающего напряжения при растяжении, понижение водопоглощения получаемого армированного полимерного композиционного материала.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения армированного полимерного композиционного материала, включающим пропитку волокнистого наполнителя смесью эпоксидной смолы ЭД-20 и отвердителя полиэтиленполиамина ПЭПА при массовом соотношении 9:1, формование и последующее отверждение, проводят формование пучка из отдельно пропитанных технических нитей и термическую обработку при температуре 30-70°C с одновременной импульсной обработкой сформованного пучка постоянным электрическим полем (ПЭП).

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что, на стадии пропитки волокнистого наполнителя применяется импульсная обработка постоянным электрическим полем свежепропитанного связующим волокнистого наполнителя в виде технических нитей.

Для изготовления образцов предложено использовать в качестве связующего олигомерную эпоксидную смолу ЭД-20 (ГОСТ 10587-93), в качестве отвердителя применяли полиэтиленполиамин (ПЭПА) (ТУ 6-02-594-85). В качестве наполнителя использовали следующие технические нити:

- базальтовые нити (БН) (ГОСТ);

- стеклянные нити (СП) (ГОСТ 17139-2000).

В ходе процесса отверждения методом золь-гель анализа контролировали степень превращения X, масс.%, исходного олигомерного связующего в нерастворимый продукт сетчатой структуры.

Для полученных образцов определяли следующие характеристики:

σ_и - разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа (ГОСТ 4648-71);

α_уд - удельную ударную вязкость, кДж/м² (ГОСТ 4647-88);

- w - суточное водопоглощение, % (ГОСТ 4650-80);

- Н_б - твердость по Бринеллю, МПа (ГОСТ 4670-91);

- ρ - плотность, кг/м³ (ГОСТ 15139-69);

- σ_р - разрушающее напряжение при растяжении, МПа.

Максимальные абсолютные погрешности при определении величин σ_и, α_уд, w, H_б равны ±3 МПа, ±3,5 МПа, ±0,9%, ±3,6 МПа соответственно.

Пример 1

Приготавливали смесь эпоксидной смолы (ЭД-20) и отвердителя холодного отверждения (ПЭПА) при массовом соотношении 9:1, полученным раствором пропитывали стеклянную нить, из пропитанных нитей формовали пучки и подвергали их термической обработке при 70°C в течение 10 минут с последующим отверждением при температуре 20-25°C в течение 24 часов.

Пример 2 по примеру 1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют базальтовую нить.

Пример 3 по примеру 2, отличающийся тем, что базальтовую нить после пропиточной ванны пропускают через однородное постоянное электрическое поле с напряжением 12 В.

Пример 4 по примеру 3, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют стеклянную нить.

Пример 5 по примеру 3, отличающийся тем, что базальтовую нить после пропиточной ванны пропускают через однородное постоянное электрическое поле с напряжением 25 В.

Пример 6 по примеру 5, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют стеклянную нить.

Пример 7 по примеру 6, отличающийся тем, что базальтовую нить после пропиточной ванны пропускают через однородное постоянное электрическое поле с напряжением 35 В.

Пример 8 но примеру 7, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют стеклянную нить.

Из сравнения физико-механических характеристик образцов (Табл. 1.), полученных по примерам 2 и 4 следует, что при обработке свежепропитанных связующим нитей в постоянном электрическом поле с напряжением 12 В наблюдается увеличение прочностных характеристик σ_и на 8-16%, α_уд на 8-28%, водопоглощение в этих образцах снижается: в образцах с базальтовой нитью на (24)%, а в образцах со стеклянной нитью на (16)%.

Анализируя примеры 5, 6 можно увидеть, что увеличение напряжения ПЭП от 12 до 25 В заметно снижает водопоглощение в образцах с базальтовой нитью на 51%, а в образцах со стеклянной нитью, напротив, величина водопоглощения увеличивается на 12%, растет и величина σ_и в образцах с базальтовой нитью на 34%, а в образцах со стеклянной нитью на 18%. Заметно увеличивается и величина α_уд в образцах с базальтовой нитью на 19%, а в образцах со стеклянной нитью на 30%.

Рассматривая примеры 7, 8, можно отметить, что дальнейшее увеличение напряжения ПЭП также приводит к росту прочностных характеристик σ_и на 21% и α_уд на 27% в образцах с базальтовой нитью, и на 32% в образцах со стеклянной нитью. Кратковременная обработка свежепропитанных связующим нитей (препрега) в постоянном электрическом поле (ПЭП) приводит к упрочнению материалов, полученных из этих препрегов, что объясняется ориентирующим воздействием ПЭП на полярные олигомерные молекулы связующего. Дальнейший рост напряжения ПЭП способствует увеличению прочностных характеристик. Это объясняется тем, что более ориентированной становится структура полимерной матрицы при увеличении напряжения в электрическом поле, однако дальнейшее упрочнение имеет тенденцию к замедлению (Фиг.1.)

Фиг.1 - Зависимости разрушающего напряжения при статическом изгибе σ_и от напряжения электрического поля U: 1 - наполнитель СП, 2 - наполнитель БП.

Полученные результаты свидетельствуют также о том, что материалы, армированные стеклянными нитями, обладают более высокой ударной прочностью и стойкостью к изгибающим нагрузкам, чем материалы, армированные базальтовыми нитями. Водопоглощение полученных образцов стеклопластиков значительно ниже, чем водопоглощение образцов базальтопластиков (Таблица 1).

Из полученных результатов видно, что эффект влияния величины напряжения на плотность материалов находится в пределах погрешности определения плотности. Это значит, что изменение напряжения электрического поля в изученных пределах практически не влияет на плотность материалов.

Таблица 1 - Физико-механические характеристики образцов ПМ.

Способ получения армированного полимерного композиционного материала, включающий пропитку волокнистого наполнителя смесью эпоксидной смолы ЭД-20, отвердителя полиэтиленполиамина ПЭПА при массовом соотношении 9:1, формование пучка из отдельно пропитанных технических нитей, термическую обработку при температуре 30-70°C, отличающийся тем, что дополнительно проводят импульсную обработку сформованного пучка постоянным электрическим полем (ПЭП).

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, в частности к углепластикам на основе полисульфона, которые применяются в авиа-, вертолето- и автомобилестроении.

Способ получения препрега для композиционных материалов // 2516526

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.

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.

Способ получения эпоксидного компаунда горячего отверждения // 2612669

Изобретение относится к получению эпоксидных компаундов горячего отверждения, предназначенных для производства пресс-материалов и премиксов с высоким содержанием базальтоволокнистых армирующих компонентов с малым диаметром элементарных волокон. Описан способ получения эпоксидного компаунда горячего отверждения, предназначенного для производства пресс-материалов и премиксов с высоким содержанием базальтоволокнистых армирующих компонентов с малым диаметром элементарных волокон - 15 мкм и менее, в котором при его приготовлении вводят полиэтиленоксид, модифицированный гептаметилтрисилоксаном, с концевыми метиловыми группами, с молекулярной массой 600-1200, в количестве 0,2 мас. % от количества эпоксидного компаунда. Технический результат: получен эпоксидный компаунд горячего отверждения для производства пресс-материалов и премиксов с высоким содержанием базальтоволокнистых армирующих компонентов.