Пултрузионный профильный стеклопластик



Пултрузионный профильный стеклопластик
Пултрузионный профильный стеклопластик

 


Владельцы патента RU 2602161:

Непочатых Валерий Анатольевич (RU)

Изобретение относится к составам и способу получения стеклокомпозиционного профильного материала методом пултрузии для изготовления профильных стеклопластиков по поперечному сечению со сплошным сечением разной формы. Стеклопластик содержит наполнитель в виде порошка диоксида титана, антипирен - тугоплавкую алюмосиликатную глину, смолу эпоксидную, отвердитель изо-МТГФА (изометилтетрагидрофталевый ангидрид), ускоритель - Алкофен, песок кварцевый, пластификатор - смолу эпоксидную алифатическую ДЭГ-1. Изобретение обеспечивает химически стойкий и огнестойкий стеклопластик. 2 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к составу и способу получения одноосноориентированного пластика по высокоинтенсивному методу получения стеклопластиков, называемому также «протяжкой». Он основан на протягивании пучка стеклянных волокон, предварительно пропитанных полимерной композицией, через нагретую фильеру заданного профиля. В ней происходит формирование и отверждение стеклопластикового профиля. На выходе из фильеры получается готовый материал, имеющий сечение, задаваемое фильерой, и стабильные свойства как по длине, так и по сечению. Установленный после фильеры узел отрезания позволяет нарезать изделия любой длины с высокой точностью, причем заданная длина может определяться только транспортными возможностями заказчика и достигать десятков метров. Пултрузионная технология позволяет получать прямолинейные изделия любого постоянного сечения.

Готовый стеклопластик - многокомпонентный материал, поэтому технология его получения достаточно сложна. При получении стеклопластика методом пултрузии требуется максимальная синхронизация всех технологических операций, в противном случае изготовление профиля станет невозможно. Готовый стеклопластик обладает хорошими физико-механическими и диэлектрическими свойствами.

Известен состав связующего для стеклопластика и пултрузионный профиль из стеклопластика (патент РФ №2502602), указанное связующее включает полиэфирную смолу на основе изофралевой кислоты, наполнитель - антипирен в виде нанопорошка на основе арагонитового песка с размером кристаллов 30-100 нм, ускоритель отверждения, инициатор отверждения и ингибитор. Недостатком данного прототипа является ограниченная область применения композиционного связующего - для тонкостенного оконного профиля.

Известен огнестойкий стеклопластик, выполненный из слоев стекловолокнистого наполнителя, пропитанного отверждаемым связующим на основе полиэфирмалеинатной смолы, галогенсодержащего антипирена в сочетании с гидроксидом алюминия, трехоксидом сурьмы, оксидом цинка или железа (патент РФ №2015927, B32B 17/04, 1994 г. ).

Данный стеклопластик имеет низкую температуру отходящих газов, но при этом обладает повышенным дымовыделением и поэтому не может быть использован для оконных профилей.

Известен огнестойкий малотоксичный стеклопластик, сформированный из слоев стекловолокнистого наполнителя, пропитанного ненасыщенным полиэфирным связующим, содержащим оксид сурьмы, гидроксид алюминия, инициатор перекисный, ускоритель нафтената кобальта (патент РФ №1552518, B32B 27/36, 1995 г. ).

Недостатками стеклопластика являются токсичность и повышенное дымовыделение при горении.

В заявках США №№2006/0202177 и 2006/0202178 (опубл. 14109.2006) описаны огнестойкие композиции на основе полиэфира или пластмассы, в которые введены наночастицы меди и глина. Как известно, использование глин, т.е. силикатов с различной температурой деструкции (тальк, каолин и т.п.), обеспечивает каскадный эффект снижения горючести материала, в который добавлены эти глины. Этот эффект усиливается наночастицами меди. Однако входящая в наночастицы медь в таких композициях стремится окислиться, особенно в случае изделий, получаемых в пултрузионном процессе. При этом огнестойкость связующего понижается, что весьма негативно сказывается на возможности использования изделий, изготовленных с применением такого связующего.

Известен пултрузионный профиль из композиционного материала на основе стекловолокна (патент РФ №2336404, опубл. 20.10.2008), включающий в качестве связующего полиэфирную смолу, в качестве наполнителя могут быть использованы до 40% мела, доломита, талька, микрокальцита, каолина и до 40% антипиреновых добавок.

Однако из патента неизвестно соотношение компонентов связующего, его состав, природа антипирена и физико-химические свойства материала, в особенности его огнестойкость.

Задача изобретения - создание стеклокомпозиционного профильного материала методом пултрузии для изготовления профильных стеклопластиков по поперечному сечению со сплошным сечением разной формы, такой как прямоугольной, трапецеидальной, круглой, полукруглой, сегментной, обладающего улучшенными физико-механическими характеристиками, химической стойкостью и огнестойкостью.

Достигается это тем, что при изготовлении изделий используются следующие материалы:

Стеклорровинг 2400-4800 tex;

Смола эпоксидная ЭД-20;

Отвердитель изо-МТГФА (изометилтетрагидрофталевый ангидрид);

Пластификатор - смола эпоксидная алифатическая ДЭГ-1;

Ускоритель Алкофен;

Песок кварцевый 0,4-0,8 мм;

Антипирен в виде огнеупорной глины;

Наполнитель в виде порошка диоксида титана.

Соотношение потребления ровинга к связующему составу равно 70/30…80/20.

Профильный стеклопластик получают методом пултрузии следующим образом. Используют следующие сырьевые материалы: стеклорровинг, смола эпоксидная, отвердитель, пластификатор, ускоритель.

Особенность технологии заключается в непрерывной протяжке через фильеру ровинга из нитей-волокон (стеклянных, базальтовых, синтетических и других), предварительно пропитанного многокомпонентной системой на основе связующих из различных смол, отвердителей, разбавителей, наполнителей, красителей. Конфигурация сечения пултрузионных профилей обеспечивается конструкцией фильер; длина профилированных изделий может быть любой.

В качестве связующего обычно используются низковязкие смолы, быстро отверждающиеся при повышенных температурах, например эпоксидные, ненасыщенные полиэфирные. Для снижения вязкости композиции и придания ей необходимой пропитывающей способности, а также высоких показателей физико-механических характеристик готовой продукции применяются хорошо совмещающиеся со смолой активные разбавители, то есть вступающие в химическое взаимодействие с основными компонентами. Отверждение пропитывающей полимерной композиции происходит в присутствии специальных катализаторов.

Оптимальные свойства и относительно низкая стоимость стеклопластика обеспечиваются за счет добавления недорогого наполнителя в состав пропитывающей композиции, что, в конечном итоге, способствует повышению конкурентоспособности изделия на рынке аналогичной продукции. Сечение стеклопластикового профиля может быть прямоугольным, трапецеидальным, круглым, полукруглым, сегментным.

Пример 1

Наполнитель в виде порошка диоксида титана TiO2 - это стабильное, нелетучее, нерастворимое в кислотах, щелочах и растворах при нормальных условиях вещество. Двуокись титана отличается высокой реакционной устойчивостью к различным соединениям, в том числе и к токсичным, содержащимся в воздушной среде. Из-за своей инертности диоксид титана нетоксичен и, в общем, считается очень безопасным веществом.

Стеклопластику наполнитель в виде диоксида титана придает химическую стойкость и огнестойкость.

Дополнительно вводится антипирен - тугоплавкая алюмосиликатная глина, которая при горении образовывает защитный слой на поверхности стеклопластика, непроницаемый для кислорода и изолирующий от дальнейшего нагревания. Этот слой состоит из нелетучих остатков (главным образом, оксидов металлов), образующихся при разложении неорганических соединений, создает своего рода физический барьер действию пламени на стеклопластик, затрудняет диффузию горючих газов в пламя.

Для испытания был взят состав, мас. ч.:

Смола эпоксидная ЭД-20 - 100;

Отвердитель изо-МТГФА (изометилтетрагидрофталевый ангидрид) - 4;

Пластификатор - смола эпоксидная алифатическая ДЭГ-1 - 4;

Ускоритель Алкофен - 4;

Песок кварцевый 0,4-0,8 мм - 10;

Антипирен - тугоплавкая алюмосиликатная глина - 14;

Наполнитель в виде порошка диоксида титана - 10.

Технология пултрузии основана на протягивании волокнистых армирующих материалов, предварительно пропитанных полимерной композицией, через нагретую формообразующую фильеру, в которой происходит управляемый термореактивный процесс полимеризации связующего полимера. Армирующий состав (стеклорровинг) подается и пропускается через преформовочное устройство, которое придает ему желаемую форму и выравнивает волокна. После прохождения преформовочного устройства материал пропускается через инжекционный бокс, где он пропитывается связующим полимером и подается в нагретую фильеру.

Комплект нагревателей, находящийся в прямом контакте с фильерой, нагревает ее до необходимой температуры 130°C. Под действием тепла полимерная матрица обволакивает армирующие материалы и происходит процесс полимеризации.

На выходе получается армированный профиль заданной конфигурации, имеющий сечение, задаваемое фильерой, и стабильные свойства как по длине, так и по сечению. Он извлекается из фильеры тянущим устройством и направляется к отрезной машине для нарезки на готовые изделия.

Параметры обработки оказывают значительное влияние на целостность композитного изделия. Правильный выбор скорости протяжки, температурный профиль фильеры, оптимальный объем волокна, выбор и совместимость волокон и полимерной матрицы, хорошая упаковка волокон, кинетические свойства полимера и правильная пропитка полимером являются ключевыми факторами, определяющими качество продукта.

Пример 2

Для испытания был взят состав, мас. ч.:

Смола эпоксидная KER-828, производство Kumho Р&В Chemicals, Южная Корея - 100;

Отвердитель Изо-МТГФА (Изометилтетрагидрофталевый ангидрид) - 4;

Пластификатор - смола эпоксидная алифатическая ДЭГ-1 - 4;

Ускоритель Алкофен - 4;

Песок кварцевый 0,4-0,8 мм - 10;

Антипирен - тугоплавкая алюмосиликатная глина - 14;

Наполнитель в виде порошка диоксида титана - 12.

Готовую композицию подавали в пропиточную ванну стеклоровинга пултрудера перед секцией горячего формования профиля. Температура в секции формования составляла 130°C.

Пример 3

Для испытания был взят состав, мас. ч.:

Смола эпоксидная BE-188 производства компании Chang Chun Chemical (Jiangsu) Co., Китай - 100;

Отвердитель изо-МТГФА (изометилтетрагидрофталевый ангидрид) - 4;

Пластификатор - смола эпоксидная алифатическая ДЭГ-1 - 4;

Ускоритель Алкофен - 4;

Песок кварцевый 0,4-0,8 мм - 10;

Антипирен - тугоплавкая алюмосиликатная глина - 14;

Наполнитель в виде порошка диоксида титана - 8.

Готовую композицию подавали в пропиточную ванну стеклоровинга пултрудера перед секцией горячего формования профиля. Температура в секции формования составляла 130°C.

Огнезащитные свойства готового профиля проверяли по значениям линейных и массовых скоростей выгорания материала, величине коксового остатка, скорости тепловыделения и дымообразования согласно ГОСТ 21207.81 и стандартам ASTM 1354-92 и ISO/DIS 13927. Результаты испытаний, проведенных на составах, описанных выше, приведены в таблице 1.

Испытания на механическую прочность были Проведены на образцах готового профиля, полученного пултрузией. Прочность, деформация и модуль упругости при растяжении определяли согласно ASTM D638M; прочность и модуль упругости на изгибу - согласно ASTM D790; ударная прочность по Шарпи - согласно ASTM D256. Результаты испытаний на механическую прочность, проведенных на составах, описанных в настоящем изобретении, приведены в таблице 2.

Химическую стойкость оценивали по потере массы и прочности образцов стеклопластика, подвергнутого воздействию 20% серной кислоты, нагретой до 50°C.

Результаты, приведенные в таблицах 1 и 2, демонстрируют, что многофункциональный наполнитель в виде диоксида титана согласно примеру 3, используемый с разработанной рецептурой полимерного связующего для производства профильного стеклопластика пултрузионным способом, дает лучшие результаты с точки зрения химической и огневой стойкости, механических свойств.

Пултрузионный профильный стеклопластик, получаемый из стеклокомпозиционного материала методом пултрузии по поперечному сечению со сплошным сечением разной формы, такой как прямоугольной, трапецеидальной, круглой, полукруглой, сегментной, при этом содержит стеклорровинг 2400-4800 tex и связующее в виде композиции, содержащей наполнитель в виде порошка диоксида титана, антипирен - тугоплавкую алюмосиликатную глину, смолу эпоксидную, отвердитель изо-МТГФА (изометилтетрагидрофталевый ангидрид), ускоритель - Алкофен, песок кварцевый, пластификатор - смолу эпоксидную алифатическую ДЭГ-1, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
Смола эпоксидная - 100;
Отвердитель изо-МТГФА (изометилтетрагидрофталевый ангидрид) - 4;
Пластификатор - смола эпоксидная алифатическая ДЭГ-1 - 4;
Ускоритель - Алкофен - 4;
Песок кварцевый 0,4-0,8 мм - 10;
Антипирен - тугоплавкая алюмосиликатная глина - 14;
Наполнитель в виде порошка диоксида титана - 8.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к прикладной химии, а именно к твердым горючим (ТГ) для прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД) активно-реактивных снарядов (АРС). Твердое горючее содержит органическое горючее-связующее, ультрадисперсный порошок высокоэнергетического металла и карборан и/или фенилкарборан.

Изобретение относится к эпоксидным связующим для создания конструкционных полимерных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей и может быть использовано в строительной индустрии, авиационной, космической, автомобиле-, судостроительной промышленности и других областях техники.

Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе этиленпропилендиеновых каучуков, которые могут использоваться в авиа- и ракетостроении. Теплозащитный материал на основе СКЭПТ-50 содержит серу, дитиодиморфолин, тиурам Д, 2-меркаптобензотиазол, оксид цинка, стеарин, белую сажу БС-120, технологическую добавку-технический углерод П-324 и модифицирующую добавку.
Группа изобретений относится к негорючим композитным материалам для изготовления негорючих листов, в том числе ламинированных, негорючим конструкционным материалам, в том числе в виде профилей, негорючих формованных изделий и пр., которые могут быть использованы в авиа-, судо- и автомобилестроении, строительстве, в инфраструктурных проектах, а также к связующему для получения негорючего композитного материала.

Изобретение относится к лакокрасочным композициям, предназначенным для поглощения (и/или уменьшения уровня отражения) СВЧ электромагнитного излучения. Лакокрасочная радиопоглощающая композиция представляет полимерное связующее на основе эпоксидной смолы с электропроводящим радиопоглощающим наполнителем.

Изобретение относится к области высокопрочных эпоксидных клеев повышенной теплостойкости конструкционного назначения. Эпоксидная клеевая композиция для соединения металлов и/или ПКМ включает эпоксидную основу и отвердитель.
Настоящее изобретение относится к покрытию, образованному с помощью компонентов на основе как кислоты Льюиса, так и основания Льюиса. Описана композиция зернистого покрытия, включающая смесь двух компонентов: 1) экструдированного первого компонента, включающего по меньшей мере одно содержащее эпоксидную группу соединение, по меньшей мере один поликарбоксильный полимер и по меньшей мере одно органическое основание Льюиса, и 2) отдельно экструдированного второго компонента, включающего по меньшей мере одно содержащее эпоксидную группу соединение, по меньшей мере один поликарбоксильный полимер и по меньшей мере одну органическую кислоту Льюиса, где указанный поликарбоксильный полимер представляет собой функционализированный карбоксильной группой сложный полиэфир; указанная кислота Льюиса представляет собой органическое фосфониевое соединение; указанное основание Льюиса представляет собой N-гетероциклическое соединение.

Изобретение относится к полимерным композициям для получения препрегов и изделий из композиционного материала. Предложена полимерная композиция, включающая в состав эпоксидную смолу с вязкостью 100-10000 Па·с, защищенный изоцианат, полибутадиен с концевыми гидроксильными группами, содержащий гидроксильные группы в количестве 0,65-0,95 миллиэкв/г, причем отношение эквивалентного количества изоцианатных групп к эквивалентному количеству ОН-групп полимера находится в диапазоне 0,60-1,1, и латентный сшивающий реагент, выбранный из дицианамида и диаминофенилсульфона.
Изобретение относится к композиции, которая может быть применена в качестве покрытия. Композиция содержит (мас.%): полисульфид или смесь полисульфидов 10-25, эпоксидную смолу или смесь эпоксидных смол 2-20, соединение, выбранное из соединений, имеющих вторичную и/или третичную аминогруппу, и соединений, имеющих амидную группу, 2-20, полисилоксан или смесь полисилоксанов 1-10 и волокна или смесь волокон 0,5-10.

Изобретение относится к связующим материалам на основе эпоксидных смол для электролюминесцентных источников света. Связующее включает эпоксидную смолу, модифицированную следующими добавками в расчете на 100 грамм эпоксидной смолы: 13,2-13,6 г себациновой кислоты, 0,3-0,6 г диметилбензиламина, 41-48 г триэтиленгликольдиметакрилата, 0,08-0,12 г гидрохинона и 9,0-9,4 г акриловой кислоты.

Группа изобретений относится к препрегу для использования в производстве неотвержденного ламината, композиционной детали, сформированной отверждением неотвержденного ламината и к способу получения ламината.

Изобретение относится к изделию, предотвращающему запотевание, с превосходными характеристиками предотвращения запотевания и дополнительно с превосходной износоустойчивостью, такой как стойкость к истиранию и сопротивление отслаиванию, и внешним видом, и способ его получения.

Изобретение относится к конструкционному клею, который подходит для высокопрочного склеивания металлов и аэрокосмических конструкционных материалов. Конструкционный клей, отверждаемый при или ниже 93°C (200°F), получают путем смешивания смолосодержащего компонента (А) с каталитическим компонентом (В).

Изобретение относится к теплостойким эпоксидным связующим для изготовления методом пропитки под давлением изделий из полимерных композиционных материалов, применяемых в авиакосмической технике.

Изобретение относится к области создания эпоксидных связующих для конструкционных полимерных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей с энергоэффективными режимами отверждения, которые могут быть использованы в авиационной, машино-, авто-, судостроительной промышленности.

Изобретение относится к области получения полимерных композиционных материалов, применяемых в авиакосмической технике, в частности к составу эпоксибисмалеимидной смолы и способу получения состава.

Изобретение относится к области создания эпоксидных связующих для термостойких полимерных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей, которые могут быть использованы в авиационной, машино-, авто-, судостроительной промышленности.

Изобретение относится к области создания многослойных полимерных пленочных покрытий для применения в составе изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), в том числе, когда формирование полимерного покрытия и изделия из ПКМ происходит за один технологический цикл, а также для нанесения полимерных покрытий на металлические материалы, которые могут быть использованы в авиационной, машино-, авто-, судостроительной промышленности.

Изобретение относится к области получения стеклотекстолитов фольгированных, применяемых для изготовления печатных плат (ПП). Стеклотекстолит облицован с одной или двух сторон металлической фольгой, изготавливается прессованием фольги и стеклоткани.

Изобретение относится к получению склеивающих прокладок на основе эпоксидных смол и стеклотканей, применяемых для изготовления многослойных печатных плат. Материал представляет собой склеивающую прокладку и изготавливается с применением стеклоткани, пропитанной смесью эпоксидной диановой смолы, 4,4'-диаминодифенилсульфона, ацетилацетоната никеля, наполнителя - порошка сферических частиц полимера субмикронного размера и кремнеорганического вещества.

Группа изобретений относится к транспортному машиностроению, в частности к формованному подкрылку со свойством шумоизоляции и способу его изготовления. Способ изготовления подкрылка с шумоизоляцией заключается в том, что одну или несколько шумопоглощающих накладок из нетканого синтетического материала фиксируют в заданных местах с внутренней стороны матрицы.
Наверх