Препрег

 

.т) .:: . Ееф®ф ;ляот.-.,на МЬА, iii 653273

Союз Советсеа

Соцналмстических

Республик (61} Дополнительное к авт. свиа-вуХ (51) М. Кл.

С 08 3 5/24

С 08 К 7/02 В 32 В 5/08 (22} Заявлено 21.07. 76 (21} 2389772/23-05 с присоединением- заявки № (23} Приоритет

Государственны& номнтет

СССР

w делам нзабретений н открытий

Опубликовано 25.03.79.Бюллетень М ll (53) УДК 678.027.,94 (088.8 ) Лата опубликования описания 28.03.79

Г. М. Гуляев, Г. Г. Козлочкова, А. Ф. Румянцев, H. Н, Федькова, Э. И. Бадалова, С. В. Переплетчиков н А, Я. Елкина (72} Авторы изобретения (71} Заявитель (54) ПРЕПРЕГ

Предлагается композиционный. магериал конструкционного назначения на ос нове полимерного связующего и комбинированной нетканой ленты из углеродных нитей в сочетании со стеклянными,используемый при изготовлении крупногабарит- . 5 ных деталей газотурбинных двигателей, таких как корпус вентилятора, простаэка направляющего аппарата, лопатки вентилятора и т. д.

В настбящее время в авиационной тех- 1О нике широко используются композицион ные материалы на основе высокомодупь ных высокопрочных углеродных нацойшм телей и полимерных связующих, примене ние которых позволяет,сушестненно сни жать вес изделий, повышать их жесткость и увеличивать ресурс их работы.

Известны композиционные материалы конструкцнонного назначения марки КМУ на основе углеродных высокомодульных высокопрочных жгутов марки ВМН и IIw лимерных связуюших с оптимальной сте пенью наполнения углеродного волокна

257-63 об,% $1). Технология получения ориентированного композиционного материала состойт из следующих операций: намотка на цилиндрический барабан жгута углеродных волокон с одновременным нанесением на нет о раствора полимерного связутошего; снятие намотанного препрега с барабана и подсушка на воздухе для удаления растворителя из полуфабриката; раскрой препрега на нужные заготовки и сборка пакета в пресс-форму; прессование композиционного материала, Однако испольэование такого композиционного материала ограниченоиз-за трудностей выкладки препрегов иэ жгутов при изготовлении крупногабаритных изделий, так как размер IipeIipeia определяется размером барабана. Кроме того, следует отметить низкую производительность процесса, связанную с продолжительностью сушки препрега на воздухе в течение су ток для полного удаления растворителя, 3 65 сложностью выкладки препрега при изготовлении деталей сложной конфигурации, а так же низкую трансверса0ьную прочность композиционного материала, Ближайшим к предлагаемому является препрег, содержащий 20-45 вес.% термореактивного связующего и 55-80 вес.% комбинированной нетканой ленты, состоящей иэ системы продольных угчеродных нитей — основы - и поперечных низко- . модульных нитей — утка, взятых в соотношении 99:1-A5:15 соответственно f2).

Однако материал на основе известного препрега обладает недостаточной трансверсальной прочностью.

Кроме того, известный композиционный материал получают методом намотки пропитанного пучка волокон на круглую оправку с последующими выкладкой пакета из препрега и прессованием, При изготовлении крупногабаритных деталей сложной конфигурации, таких как корпус вентилятора, лопатки вентилятора, прос тавка направляющего аппарата, применение данного материала связано с rpyдri-ностями выкладки препрегов из-за их краткомерности, так как размер препрега определяется:размером барабана, а так же вследствие ого, что в препреге отсутствует поперечная скрепляющая нйть, что приводит к разериентации волокон.

В связи с тем, что препреги получают методом мокрой намотки, необходима их сушка на воздухе в течение суток для .полного удаления растворителя, что обусловливает низкую производительность процесса.

Целью изобретения является повышение трансверсальной прочности, упрощение тех нологии и улучшение качества материала на основе предлагаемого препрега.

Предлагаемый . препрег, сбдержаший термореактивное связующее и нетканую комбинированную ленту, состоящую из системы продольных углеродных нитейосновы - и системы поперечных стеклянных нитей - утка, отличается тем, что . он содержит ленту, состоящую из,системы продольных углеродных нитей - основы - и системы поперечных стеклянных нитей - утка, склеенных термоплас тичной нитью, - взятых в соотношении

93:3,5;1,5-95:5:3,5 соответственно при следующем соотношении компонентов препрега, об.%.

Связующее 35-45

Лента Остальное

Комбинированная нетканая углеродностеклянная лента представляет собой ма териал со строго ориентированной структурой продольных высокомодульных углеродных жгутов - основы, склеенных термопластичными нитями в сочетаний с единственной стеклянной нитью. Содержание углеродного волокна в ленте 9395 вес,%, стеклянного волокна 3,510 5 вес.%, термопластичной нити 1,5-3,5 вес.%

Содержание составляющих компонентов в ленте постоянно, что гарантируется технологией ее получения. Лента поставляется в виде рулонного материала шириИ ной 1000 мм.

Получение композиционного материала на основе нетканой комбинированной углеродно-стеклянной ленты включает следующие операции: получение предварительно пропитанного препрега на прожиточной машине; раскрой препрега на заготовки и выкладка пакета в пресс-форму.

Получение композиционного материала на основе комбинированной углеродностеклянной, нетканой ленты позволяет использовать пропиточную машину, что дает возможность увеличить производительность процесса в 4 раза эа счет, то30 го, что в процессе пропитки на машине происходит одновременное удаление растворителя иэ препрега в сушильных камерах. Кроме того, использование нетканого

4 наполнителя позволяет получать крупнь35 габаритные иэделия сложной конфигурации, что обеспечивает увеличение производительности процесса и получение материала с высокими упругопрочностными свойствами эа счет сохранения высокой

4О степени наполнения углеродных волокон

* вследствие отсутствия текстильных изгибов, которые наблюдаются в тканях.

Пример 1. Получение компози45 ционного материала конструкционного назначения со следующим количеством составляющих компонентов: наполнитель

65 об.%, связующее 35 об.% с использованием апоксифенольного связующего и комбинированной углеродно-стеклянной нетканой ленты, состоящей из 95 вес.% углеродного волокна, 3,5 вес.% стеклянного волокна и 1,5 вес.% термопластич1 ного волокна.

Нетканую углеродно-стеклянную ленту пропитывают на пропиточной машине -апоксифенольным связующим 50%-ной концентрации. Полученный полуфабрикат раскраивают на заготовки размером 250х250 мм.

Пример 3. Получение композиционного материала с содержанием компонентов: наполнитель 55 об.%,, связующее 45 об.% с использованием полиимидt ного связующего и углеродно-стеклянной нетканой ленты, состоящей из 95 вес.% углеродного волокна, 3,5 вес.% стеклянного волокна и 1,5 вес.% термопластичного волокн&.

Нетканую ленту пропитывают на пропиточной машине полимерным связующим

45%-ной концентрации.

Полученный полуфабрикат раскраивают на нужные заготовки размером 250х

250 мм.

Композиционный материал прессуют по о следуюшему режиму: 160 С х 30 мин;

250 С х 4 ч. Удельное давление прессования 15 кг/мм

Получают композиционный материал с толщиной 1 мм, содержащий, об.%:

Наполнитель 5 5

Связующее 45

Физико механические свойства композиционных материалов приведены в табл. l.

Показа те

Содержание наполнителя, об.%

60 . 60 55

Содержание связующего, об.%

40 . 40 . 45 45

1,5 1,5 1,45

Плотность, г/см, 100 100

110 105

Предел прочности, при изгибе, кг/ммй

105 100 100

105

14500 15000 13500. Модуль упругости при изгибе, кгlмм

14000 14000 15000

40 35 35 . 32 32

Предел прочности при сжатии, кг/мм

Предел прочности при сдвиге, кг!мм

38 28 34 25 25.

Трансверсальная прочность

2,5 0,75 2,3 0,7 2,0

0,8.

5 65337

Лалее композиционный материал прессуют при подьеме температуры в прессе до о

150 С и выдержке при етой температуре в течение 4 ч при удельном давлении

5 кг/мм . 3

Получают композиционный материал толщиной l;5 мм, содержащий, об.%:

Наполнителб 65

Связующее 35

Пример 2. Получение композйци- 16 онного материала конструкционного назначения с содержанием компонентов: на-, полнитель 60 об.%, связующее 40 об.% с использованием связующего и углерод-,,но-стеклянной нетканой ленты в качест- 3$ ве наполнителя, состоящей из 95 вес.% углеродного волокна, 3,5 вес.% стеклянного волокна и 1,5 вес.% термопластичного волокна.

Аналогично примеру 1 с использованием связующего 45 /-ной концентрации получают композиционный материал толшиной 1,5 мм, содержащий, об.%;

Наполни тель 6 0

Связующее 40

1,45 1,42 1,42

653273 и комбинированной углеродно-стеклянной ленты следующего состава, вес.%:

; Углеродное волокно 93

Стеклянное волокно 3,5

5 Термопластичная нить 3,5

Соотношение в материале связующего и наполнителя 4-0-60. Свойства полученного материала и известного привепены в табл. 2, 10 Таблица 2

100

13800

0,8

3,8

Углепластик, содержащий 3,5 вес.% стекловолокна +

+3,5 вес,% термопластичной нити

15000

4,2

3,5

В качестве склеиваюшей термопластичной нити использовали полиамипное волок»но, ВнивлОновое волокно, лавсановое во локно и:полипропиленовое волокно.

36

Волокна, предназначенные для переработки в нетканую ленту, полжйы удовлетворять следующим основным требованиям: температура плавления нити не должна превышать 270 С; расплавленная нить полжна иметь хорошую адгеэию к углеродному волокну и склеивать его; .термопластичная нить должна выпус- .40 каться промышленностью высокого метрического номера.

Сопержание, об.%

Предел прочности при изгибе, кг/мм редел чн ости сдвиге, кг/мм связующеее ! наполнитель

ИМиамидное волокно

3,8

15000

105

3,0

3,2.В ивлоновое 65

B0lI0KH0

4,0

14800 авсановое волокно

15000

108

4,0

14900

Полипроп иле новое волокно, 106

3,0

Пример 4. Получают материал на основе полимерного связующего слее дующего состава, вес.ч:

Эпоксидная смола ,ЭД-20

Отвердитель (анилинофенолформальдегидная смола

5-21 1Б) Углепластик содержащий 3 вес.% 138 стекловолокна

Иэ данных табл. 2 видно, что на физико-механические свойства компоэицион ных материалов не влияет тип выбранной термопластичной нити при условии, что она удовлетворяет указанным требовациям, В табл. 3 для сравнения приведены физико-механические свойства компоэи ционных материалов на основе полимерного апоксифенольного связующего и комбинированной углеродно-стеклянной ленты с различными термопластичными нитями.

Соотношение компонентов наполнителя в ленте, вес.%: углеродйое волокно 94, стеклянное волокно 3,5, термопластичная нить 2,5.

Таблица 3

3273 ленту, состоящую из системы продольных углеродных нитей - основы - и системы поперечных стеклянйых нитей - утка, о ъличающийся тем, что,сцелью повышения трансвефсальной прочности, упрощения технююжй я улучшенйя качбст = ва материала на его основе, препрег содержит лейту; бйойшуй из скстеьйи про- дольных углеродных нятей - основы - и

te системы попефййьа стекляйных нитей утка, склеенных те ййФластйЖой нитью, взятых в соотношении 93;3,5:1,595:5:3,5 соответственно при следующем соотношении компонентов прейрега, об.%:

Связующее 35-45

Лента Остальное, 26

Формула изобретеняя

Составитель В. Чистякова

Tezpen Э. Чужих Корректор Л. Небола

Редактор О. Кузйепова

Заказ 1223/20 Тираж 584 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 65

Как видно яз табл. 3 предлагаемый .композиционный материал обладает высо кими упругопрочностными свойствами, соизмеримыми со свойствами композиционных материалов на основе высокомодульных углеродных жгутов, а по неко- торым параметрам превосходит их. Прочность матерйала при сдвиге повышается на 1 -209o, резко (в 3-3,5 раза) возрастает его трансверсальная прочность.

Кроме того, следует отметить улучшение качества композиционного материала, что связано с текстильной структурой ленты. Отсутствие текстильных перегибов, улучшение выкладки црепрегов положительно сказываются на свойствах композиционного материала, так как удается избежать разориентацяи выеокоанизотрон ных углеродных волокон.

Препрег, содержащий термореактивное связующее и нетканую комбинированную

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пластические массы ¹ 7, 1974, М., Химия, с. 27, 2. Авторское свидетельство% 558927, кл. С 08 К 7/02, 1975.