Полимерная композиция для изготовления сотовых панелей

Изобретение относится к области создания конструкционных материалов (изделий) из полимерных композиций на основе эпоксидной смолы и стеклонаполнителей, которые обладают высокими прочностными, тепло- и шумоизоляционными показателями и могут быть использованы для изготовления различных конструкций, в том числе сотовых панелей, в авиакосмической технике, автомобилестроении, судостроении и других отраслях промышленности. В качестве отвердителя эпоксидной смолы используется полиэтиленполиамин. Полимерная композиция содержит эпоксидную смолу, в качестве наполнителей – плазмообработанное рубленое стекловолокно (стеклоровинг) и наночастицы фуллеренов и аэросила (диоксида кремния). Изделия, выполненные из полимерной композиции, обладают повышенной прочностью. 2 табл.

 

Изобретение относится к химии и технологическим процессам, а более конкретно к композициям на основе эпоксидной смолы, армированной плазмообработанным стекловолокном и наполненной наночастицами фуллеренов и аэросила. Данное изобретение может найти свое применение для изготовления различных конструкций сотовых панелей, в авиакосмической технике, автомобилестроении, судостроении и других отраслях промышленности.

Сотовые панели нашли широкое применение в областях, где требуется высокая прочность при небольшой массе. Сотопанели используются как легкий и прочный заполнитель во многих сэндвич-конструкциях. Они являются распространенным заполнителем из-за таких показателей, как отношение высоких прочности и сопротивления усталостным нагрузкам к небольшой массе. Для изготовления сотового заполнителя используют обширное количество материалов, включая металлы и композиционные материалы.

Для изготовления полимерного композиционного материала в качестве связующего используются эпоксидные смолы, как обладающие повышенным уровнем физико-механических показателей, в сочетании с такими свойствами, как высокая адгезия к металлам, наполнителям, стеклу, строительным и другим материалам, хорошими антикоррозионными характеристиками, водо- и химстойкостью. К тому же, в ходе химической реакции между эпоксидной смолой и отвердителем не выделяются низкомолекулярные продукты, в то же время усадка материала ниже, чем у фенольных или полиэфирных смол.

Известен препрег (композиционный материал-полуфабрикат) для изготовления слоистых изделий на основе эпоксидного связующего и волокнистого наполнителя в виде стеклянных, углеродных, органических жгутов, лент, тканей и/или сочетаний на их основе, при следующем

соотношении компонентов, мас. %:

эпоксидное связующее 28-45

указанный волокнистый наполнитель 55-72.

В качестве эпоксидного связующего препрег содержит, мас. ч:

эпоксиноволачная смола 15-25

эпоксидная смола на основе тетрабромдиана 16-24

эпоксидиановая смола низкомолекулярная 10-20

высокомолекулярная эпоксидная смола 3-6

бис(N,N'-диметилкарбамид)дифенилметан 3-5

растворитель - смесь алифатического спирта

и ацетона в соотношении 1:2 0-50.

Указанное связующее получают путем смешения компонентов с предварительным диспергированием бис(N,N'-диметилкарбамида) в части низкомолекулярной эпоксидиановой смолы, а высокомолекулярную эпоксидную смолу сначала сплавляют с оставшейся частью низкомолекулярной эпоксидиановой смолы, эпоксиноволачной смолой, эпоксидиановой смолой на основе тетрабромдиана при температуре 130-150°С, а затем при температуре 50-70°С совмещают с полученной дисперсией с возможным добавлением необходимого количества растворителя, см. RU Патент №2460745, МПК C08L 63/00 (2006.01), В32В 17/10 (2006.01), С08К 5/05 (2006.01) (2006.01), С08К 13/00 (2006.01), C08J 5/24 (2006.01), 2012.

Данное изобретение имеет следующие недостатки:

- сложный состав и способ изготовления эпоксидного связующего, в том числе использование сложного и энергоемкого процесса диспергирования;

- использование дефицитных веществ: тетрабромдиан, бис(N,N'-диметилкарбамид);

- изготовление препрега - это отдельная трудоемкая и энергоемкая операция;

- использование ацетона в качестве растворителя легковоспламеняющегося вещества, что переводит производство полимерного композиционного материала в повышенный класс пожароопасности. Использование высоких температур переработки 130÷150°С приводит к увеличению энергоемкости процесса.

Известен препрег (композиционный материал-полуфабрикат), полученный на основе термоплавкого эпоксидного связующего и волокнистого наполнителя в виде стеклянных, углеродных, органических жгутов, лент, тканей и/или сочетаний на их основе, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

эпоксидное связующее 28-44

указанный волокнистый наполнитель 56-72.

В качестве эпоксидного связующего препрег содержит эпоксидиановую низкомолекулярную смолу, высокомолекулярную эпоксидную смолу, бис(N,N'-диметилкарбамид) дифенилметан, дициандиамид, дополнительно содержит эпоксиноволачную смолу, эпоксидную смолу на основе тетрабромдиана и полисульфон и диоксид кремния, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

эпоксидиановая смола низкомолекулярная 20-40

высокомолекулярная эпоксидная смола 0,5-7

бис(N,N'-диметилкарбамид) дифенилметан 0,5-1,5

дициандиамид 4,2-5,3

эпоксиноволачная смола 16-38

эпоксидная смола на основе тетрабромдиана 26-32

полисульфон 0,5-7

двуокись кремния 0,5-2

Указанное связующее получают путем путем смешения компонентов с предварительным диспергированием бис(N,N'-диметилкарбамида) в части низкомолекулярнои эпоксидиановой смолы, а высокомолекулярную эпоксидную смолу сначала сплавляют с оставшейся частью низкомолекулярной эпоксидиановой смолы, эпоксиноволачной смолой, эпоксидиановой смолой на основе тетрабромдиана при температуре 130-150°С, а затем при температуре 50-70°С совмещают с полученной дисперсией с возможным добавлением необходимого количества растворителя, см. RU Патент №2486217, МПК C08L 63/00 (2006.01), С08К 13/00 (2006.01), С08К 5/00 (2006.01), В32В 17/10 (2006.01), 2013.

Данное изобретение имеет следующие недостатки:

- сложный состав полимерного связующего;

- использование дефицитных веществ: тетрабромдиан, бис(N,N'-диметилкарбамид), а также дорогостоящего материала полисульфона;

- изготовление препрега - это отдельная трудоемкая и энергоемкая операция.

Известен композитный материал, содержащий поли-п-фенилентерефталамид (ПФТА) и нанотрубки в виде волокон, пленок и других формованных изделий. Способ его получения включает стадии: а) добавления 12 мас. % и менее нанотрубок, характеризующихся аспектным отношением, по меньшей мере, равным 100, и диаметром поперечного сечения, равным 5 нм или менее, к серной кислоте при температуре, превышающей температуру затвердевания серной кислоты; b) уменьшения температуры до значения, меньшего температуры затвердевания серной кислоты, и перемешивания в течение периода времени, достаточного для затвердевания смеси; с) добавления ПФТА к твердой смеси; и d) нагревания до температуры, превышающей температуру затвердевания, и перемешивания смеси с последующим прядением, или поливом, или формованием полученной смеси.

Материал в виде комплексного волокна или нити содержит, по меньшей мере, 5 элементарных нитей и характеризуется пределом прочности при растяжении, по меньшей мере, равным 1,5 ГПа и модулем упругости, по меньшей мере, равным 50 ГПа, см. RU Патент № 2376403, МПК D01F 1/10 (2006.01), D01F 6/60 (2006.01), D01D 5/04 (2006.01), D01D 1/02 (2006.01), C08K 7/06 (2006.01), B82B 1/00 (2006.01), 2009.

Данное изобретение имеет следующие недостатки:

- использование серной кислоты для введения нанотрубок в композитный материал;

- необходимости наполнения нанотрубками до 12 мас. %, что значительно повышает стоимость готового изделия.

Известно также, что прочность композитного материала ограничивается способностью материала армирующих волокон к адгезии со связующим. Недостаточная адгезия приводит к преждевременному разрушению композитного материала с расслоением или отслоением армирующих волокон от массы связующего.

Наиболее близким по технической сущности является препрег (композиционный материал-полуфабрикат) для изготовления сотовых панелей, включающий эпоксидную клеевую композицию и волокнистый наполнитель - стеклянные или углеродные ткани или ленты, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

эпоксидная клеевая композиция 30-60

указанный волокнистый наполнитель 40-70,

а эпоксидная клеевая композиция включает эпоксидную основу и отвердитель, в качестве эпоксидной основы она содержит эпоксидную диановую смолу или ее смесь с одной или несколькими эпоксидными смолами, выбранными из группы N,N-тетраглицидиловое производное 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана, полиглицидилпроизводное низкомолекулярного фенолформальдегидного новолака, триглицидилпроизводное парааминофенола, в качестве отвердителя - дициандиамид и дополнительно содержит полиарилсульфон с концевыми гидроксильными группами, с молекулярной массой 25000 - 45000 и температурой стеклования 190-260°С, являющийся продуктом нуклеофильной поликонденсации бис-(галогенарил)сульфонов с бисфенолами, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

указанная эпоксидная диановая смола или ее смесь

с одной или несколькими эпоксидными смолами 59-77

дициандиамид 6-11

указанный полиарилсульфон 12-35,

см. RU Патент №2230764, МПК C09J 163/00 (2000.01), C09J 163/02 (2000.01), C08J 5/24 (2000.01), В32В 27/38 (2000.01), В32В 3/12 (2000.01), 2004.

Недостатками указанного композиционного материала являются:

- одним из этапов изготовления стеклопластика является пропитка стекловолокна (стеклоткани), что часто может быть недостаточным для обеспечения адгезии стекловолокон к полимерному связующему. Известно, что прочность композитного материала ограничивается способностью материала армирующих волокон к адгезии с полимерным связующим. Недостаточная адгезия может привести к преждевременному разрушению композитного материала с расслоением или отслоением армирующих волокон от массы связующего;

- изготовление препрега достаточно трудоемкая и энергозатратная технология, что приводит к повышению себестоимости готового изделия.

- сложность состава эпоксидной клеевой композиции.

- композиционный материал имеет сложный состав, технология изготовления сотовых панелей энергоемка и сложна, из него можно изготавливать изделия только в виде листов, что ограничивает его использование для изготовления сотовых панелей сложных конфигураций.

Задачей технического решения является повышение прочности композитного материала на основе заявленной полимерной композиции и упрощение технологии изготовления из нее изделий.

Техническая задача решается полимерной композицией для изготовления сотовых панелей на основе эпоксидной диановой смолы и отвердителя полиэтиленполиамина, включающая волокнистый стеклонаполнитель, которая в качестве волокнистого стеклонаполнителя содержит плазмообработанное рубленое стекловолокно и дополнительно фуллерены и аэросил, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

эпоксидная диановая смола 41-52

полиэтиленполиамин 7-8

плазмообработанное рубленое

стекловолокно 40-50

фуллерены 0,01-0,05

аэросил 0,5-2,0

Решение технической задачи позволяет повысить прочность композитного материала на основе заявленной полимерной композиции и упростить технологию изготовления из нее изделий.

В качестве волокнистого стеклонаполнителя используют плазмообработанное стекловолокно. Для этого его подвергают воздействию высокочастотного емкостного разряда (ВЧЕ) пониженного давления. Преимущества этого метода заключаются в ускоренном методе обработки (от 30 с до 30 минут), что экономит энергоресурсы. Для возможности придания различной формы изделиям из полимерного композиционного материала плазмообработанный стеклоровинг подвергают рубке с помощью специального электрического дискового ножа.

Составы полимерной композиции по примерам 1-5 приведены в таблице 1.

Полимерную композицию получают путем смешения компонентов, указанных в таблице 1.

Из полимерной композиции по примерам 1-5 готовят образцы стеклопластиков, определяют их физико-механические показатели (см. Таблица 2), в соответствии с ГОСТ 24778-81 «Пластмассы. Метод определения прочности при сдвиге в плоскости листа», ГОСТ 4651-2014 (ISO 604:2002) «Пластмассы. Метод испытания на сжатие», ГОСТ 32659-2014 (ISO 14130:1997) «Композиты полимерные. Методы испытаний. Определение кажущегося предела прочности при межслойном сдвиге методом испытания короткой балки».

Полимерная композиция для изготовления сотовых панелей на основе эпоксидной полимерной композиции, рубленого плазмообработанного стекловолокна и с наполнением наночастицами фуллеренов и аэросила обеспечивают высокие прочностные свойства:

- на уровне прототипа - при определении трещиностойкости при растяжении, длительной прочности, усталостной прочности;

- при определении прочности при растяжении, прочности при сжатии, прочности при межслоевом сдвиге - до 10%.

Заявляемый объект по сравнению с прототипом позволяет повысить прочность композитного материала, создать высокопроизводительную технологию изготовления сотовых конструкций одинарной и сложной кривизны за один технологический цикл формования, при этом трудоемкость снижается в 3 раза, энергоемкость - в 2 - 3 раза.

Полимерная композиция для изготовления сотовых панелей на основе эпоксидной диановой смолы и отвердителя полиэтиленполиамина, включающая волокнистый стеклонаполнитель, отличающаяся тем, что в качестве волокнистого стеклонаполнителя она содержит плазмообработанное рубленое стекловолокно, дополнительно фуллерены и аэросил, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

эпоксидная диановая смола 41-52
полиэтиленполиамин 7-8
плазмообработанное рубленое
стекловолокно 40-50
фуллерены 0,01-0,05
аэросил (диоксид кремния) 0,5-2,0



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полимерным композициям, применяемым в электротехнике при изготовлении высоковольтной изоляции, в частности корпусных вводных и выводных изоляторов электронно-лучевых пушек, работающих при воздействии радиации в вакууме при коммутации тока до 30 А, напряжении до 85 кВ, класс нагревостойкости Н.

Изобретение относится к эпоксидным композициям для использования их в препрегах в качестве отверждаемой матрицы и к эпоксидным композициям, армированным волокном, а также к слоистым конструкциям, содержащим один или несколько слоев отвержденного препрега.

Изобретение относится к циклоалифатической смоле, содержащей силаны с эпокси- и алкокси-силанольными функциональными группами, полученной реакцией: a) эпокси-функционального силана, имеющего формулу где каждый R1 независимо выбран из метила, метокси-, этокси- или пропокси-группы; "X" может представлять собой эпокси-циклогексил или глицидокси-группу; и "n" представляет собой целое число от 1 до 6; и b) гидрированного бисфенола, имеющего формулу где R2 представляет собой метил, этил или атом водорода.

Изобретение относится к области создания расплавных эпоксидных связующих для конструкционных полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе волокнистых наполнителей, получаемых по препреговой технологии, с энергоэффективными режимами отверждения, которые могут быть использованы в авиационной, вертолетной, машино-, авто-, судостроительной промышленности и других отраслях техники.

Изобретение относится к области получения волокнистых композиционных материалов из препрегов на основе эпоксидных связующих и может быть использовано для изготовления изделий из композиционных материалов в приборостроении, автомобильной, авиационной, аэрокосмической, электротехнической, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области получения пленочных связующих на основе эпоксидных смол и может быть использовано в производстве полимерных композиционных материалов, применяемых в приборостроении, автомобильной, авиационной, аэрокосмической, электротехнической, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу формования высокотеплостойкого шумопоглощающего и изоляционного материала, а также к способу снижения шума шумообразующего устройства, в котором размещен этот шумопоглощающий и изоляционный материал.

Изобретение касается разработки эпоксидного состава для оперативного исправления дефектов технологической оснастки, используемой при изготовлении изделий методом литья под давлением на термопластавтомате, контактирующей с материалом, имеющим температуру 150-175°С, и может быть использовано в различных областях при изготовлении изделий.

Изобретение предназначено для использования в таких отраслях, как строительство, в качестве наливных бесшовных полов, в машиностроении, ракетно-космической технике, для обеспечения пожарной безопасности, защитных покрытий, имеющих повышенную деформационную стойкость.

Изобретение относится к полимерным композициям для изготовления деталей из композиционного материала и к соответствующим композиционным материалам. Предложена полимерная композиция для изготовления детали из композиционного материала, содержащая: первый смоляной компонент, содержащий эпоксидную смолу на основе глицидилового эфира; второй смоляной компонент, содержащий эпоксидную смолу на основе ароматических углеводородов нафталинового ряда, а также аминофенилфлуореновый отверждающий агент; в которой эпоксидные смоляные компоненты а) и b) содержат до 33% масс.

Изобретение относится к эпоксидным композициям для использования их в препрегах в качестве отверждаемой матрицы и к эпоксидным композициям, армированным волокном, а также к слоистым конструкциям, содержащим один или несколько слоев отвержденного препрега.
Изобретение относится к применению соединения структурной формулы R1CO2-R2CO2-Zn2+ в качестве катализатора сополимеризации смеси ангидрида карбоновой кислоты и оксирана.

Изобретение относится к препрегам, к способу изготовления стабильных при хранении полиуретановых препрегов, к плоским волокнистым композитным деталям, содержащих препрег, к способу изготовлению этих деталей и применению препрегов и волокнистых композитных деталей.

Изобретение относится к области создания расплавных эпоксидных связующих для конструкционных полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе волокнистых наполнителей, получаемых по препреговой технологии, с энергоэффективными режимами отверждения, которые могут быть использованы в авиационной, вертолетной, машино-, авто-, судостроительной промышленности и других отраслях техники.

Изобретение относится к области получения пленочных связующих на основе эпоксидных смол и может быть использовано в производстве полимерных композиционных материалов, применяемых в приборостроении, автомобильной, авиационной, аэрокосмической, электротехнической, строительной и других отраслях промышленности.

Настоящее изобретение относится к способу получения композитного материала, армированного волокнами. Описан способ получения композитного материала, армированного волокнами, включающий стадию приведения в контакт (i) радикально-отверждаемой смолы, при этом смола представляет собой ненасыщенную полиэфирную смолу, винилэфирную смолу или (мет)акрилатную смолу, (ii) волокон с суммарным содержанием воды 0,5-20% по весу относительно суммарного веса волокон, (iii) по меньшей мере одного соединения, содержащего переходный металл, выбранного из соединений марганца, железа и меди, и (iv) пероксида.

Изобретение относится к полимерным составам на основе лакового раствора фенолформальдегидной смолы и к способам изготовления полуфабрикатов на их основе. Эти составы применяются для изготовления полуфабрикатов прессовочных материалов общепромышленного назначения.
Препреги // 2649440
Изобретение относится к комбинированным материалам из препрега для изготовления конструктивных деталей и элементов из композиционных материалов, которые используются прежде всего в качестве деталей в авиационной промышленности, для ветровых колес, для спорттоваров, кораблей, поездов и иных транспортных средств.

Изобретение относится к полимерным композициям для изготовления деталей из композиционного материала и к соответствующим композиционным материалам. Предложена полимерная композиция для изготовления детали из композиционного материала, содержащая: первый смоляной компонент, содержащий эпоксидную смолу на основе глицидилового эфира; второй смоляной компонент, содержащий эпоксидную смолу на основе ароматических углеводородов нафталинового ряда, а также аминофенилфлуореновый отверждающий агент; в которой эпоксидные смоляные компоненты а) и b) содержат до 33% масс.

Изобретение относится к удаляемым слоям для подготовки поверхности композитных подложек. Предложен обогащаемый смолой удаляемый слой для подготовки поверхностей различных композитных подложек, содержащий плетеную ткань, пропитанную отверждаемой матрицей на основе смолы, полученной из композиции смолы, содержащей смесь эпоксидно-фенольной новолачной смолы и новолачной эпоксидной смолы, содержащей дициклопентадиеновый скелет; дифункциональную эпоксидную смолу, выбранную из диглицидиловых простых эфиров многоатомных фенолов; трифункциональную эпоксидную смолу, выбранную из триглицидиловых простых эфиров аминофенолов; отверждающий агент и частицы неорганического наполнителя, при этом в удаляемом слое содержание смолы составляет по меньшей мере 20% мас.

Изобретение относится к электролитическому способу получения наноразмерных порошков интерметаллидов лантана с кобальтом, включающему синтез интерметаллидов лантана с кобальтом из расплавленных сред в атмосфере очищенного и осушенного аргона при температуре 700°С.

Изобретение относится к области создания конструкционных материалов из полимерных композиций на основе эпоксидной смолы и стеклонаполнителей, которые обладают высокими прочностными, тепло- и шумоизоляционными показателями и могут быть использованы для изготовления различных конструкций, в том числе сотовых панелей, в авиакосмической технике, автомобилестроении, судостроении и других отраслях промышленности. В качестве отвердителя эпоксидной смолы используется полиэтиленполиамин. Полимерная композиция содержит эпоксидную смолу, в качестве наполнителей – плазмообработанное рубленое стекловолокно и наночастицы фуллеренов и аэросила. Изделия, выполненные из полимерной композиции, обладают повышенной прочностью. 2 табл.

Наверх