Способ получения композиционного материала — SU 1801968 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11) 019 О 01 Г 11/14 С 0 ЕНИЯ ПИ ГО СУДА Р СТ ВЕ ННОЕ ПАТЕ НТНВЕДОМСТВО СССР(71) Институт общей и неорганической химии АН БССР и Институт физико-органической химии АН БССР(56) Патент Японии Ь 56 - 43849,кл, В 25 О 3/02, 1975.Авторское свидетельство СССР %821470, кл, С 08 1 63/00, 1981.Авторское свидетельство СССР М 537953, кл. С 01 В 31/00, 1977. Изобретение относится к,области полимерных композиционных материалов, конкретно кобласти создания композитов на основе эпоксидного связующего и углеродных волокон и может быть использовано в производстве углепластиков различного технического назначения,Целью изобретения является повышение физико-механических показателей композиционного материала.Поставленная цель достигается тем, что в предложенном способе: получения композиционного материала путем пропитки фосфорсадержащего углеродного волокна в эпоксидной смоле с последующим отверждением на фосфорсодержащее углеродное волокно перед пропиткой наносят эпоксидированный сополимер стирола с пипериленом с содержанием эпоксиднь 1 х групп 4,2 - 6,0 мас, 0 в количестве 10-60 мас.(по сухому остатку) или эпоксидированный сополимер стирола с. пипериленом непосредственно вводят в эпоксидную диановую ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИЕРИАЛАизобретения; на углеродное ед пропиткой связующим, поксидную диановую смолу и дискретноволокнистое фосее углеродное волокно, наноас.(по сухому остатку) нного сополимера стирала с с содержанием эпоксидных ас. 0 или эпоксидированный ирола с пипериленом непосодят в эпоксидное связующее - 29 мас. ч. (по сухому остатку) поксидной смолы. 1 табл.(57) Сущностьволокно первключающим эотвердитель -фарсодержащсят 10-60 мэпоксидировапипериленомгрупп 4,2 - 6,0 мсополимер стредственно ввв количестве 8на 100 мас,ч. э смолу в количестве 8-28 мас. ч, (по сухому С остатку) на 100 мас, ч, эпоксидной смолы.Эпоксидированный сополимер стирола с пипериленом получают на основе сополимера стирала с пипериленом следующим образом, Сополимер стирола с пипериленом, полученный по известной методике, подвергают зпоксидированию, Для этого 35-40%-ный раствор сополимера с пипери- д леном в толуоле обрабатывают надмуравьи- О ной кислотой в соотношении 1;0,5 - 1,0 (по. О объему) втечение 2-х часов при температуре (О 50 С. Надмуравьиную кислоту получают при взаимодействии муравьиной кислоты с перекисью водорода, взятых в соотношенииювааЪ 1:2 (по объему) соответственно. Полученный раствор ЭССП обрабатывают этиловым спиртом для высаждения и промывки сополимера. Полученный эпоксидированный сополимер стирола с пипериленом обладает характеристической вязкостью 0,28 дл/г (определение в толуоле при 30 С) и содержит 4,2 - 6,0 мас. 0 эпоксидных групп,Нанесение ЭССП на фосфорсодержащие углеродные волокна проводят перед пропиткой их эпоксидной смолой из 10, - 30 о -ного раствора в одном из органических растворителей (диэтиловом эфире, хлороформе или циклогексане) из расчета привеса ЭССП на волокне 10 - 60 мас.(по сухому остатку). Удаление растворителя, после обработки фосфоруглеродных волокон раствором ЭССП проводят на воздухе при комнатной температуре или с дополнительным подогревом до температуры испарения растворителя (50 - 70 С). Введение ЭССП в эпоксидную смолу в количестве 8 - 28 мас, ч. (по сухому остатку) на 100 мас. ч. смолы осуществляют перед пропиткой ею углеродных волокон, Используют для этой цели 40 %- ый раствор ЭССП в одном из указанных выше органических растворителей. После тщательного перемешивания при температуре 25 С смесь смолы с ЭССП готова к, употреблению.П р и м е р 1. Отрезки фосфорсодержащей углеродной ткани (содержание фосфора 10,5 - 12,1 мас, о ) обрабатывают 10%-ным раствором ЭССП в диэтиловом эфире(хлороформе, или циклогексане) в соотношении 1:1. После сушки на воздухе при температуре 25 С или с подогревом до 50 - 70 С (для удаления растворителя) привес ЭССП на ткани составляет 10 мас. О .Обработанные ЭССП отрезки фосфоруг. леродной ткани пропитывают в эпоксидной смоле ЭД - 20 ГОСТ 10587 - 84) при температуре 25 С или с подогревом до 50 - 60 С в течение 15 мин, Затем отрезки ткани извлекают из смолы, послойно укладывают друг на друга и набранный пакет отжимают до соотношения волокнистый наполнитель-смола 1:1 расчет ведут на исходную массу наполнителя, то есть, не учитывая привес ЭССП на волокне), Композицию отверждают при температуре 180 С в течение 10 ч под давлением 5 кг/см . Свойства полученного композиционного материала приведены в таблице,П р и м е р 2, На поверхность отрезков фосфорсодержащей углеродной ткани. наносят.200 -ный раствор ЭССП в соотношении 1,0:1,75 соответственно, После удаления растворителя на воздухе при температуре 25 С или с дополнительным подогревом до 50-70 С привес ЭССП на волокне составляет 35 мас, %.Введение обработанных ЭССП отрезков ткани в эпоксидную смолу и формирование композиционного материала осуществляют как описано в примере 1. Отличие: соотношение компонентов фосфоруглеродное волокно:эпоксидная смола составляет 1:2 соответственно (оасчет ведут55 100 мас. ч, смолы составляет 18 мас. ч Для изготовления композиционного материала используют необработанные ЭССП отрезки фосфорсодержащей углеродной ткани. Приготовление композиции, ее отверждение осуществляют как в примере 4.Отличие: соотношение компонентов углевона массу исходных, то есть, необработанныхЭССП отрезков ткани), Свойства полученного композиционного материала приведеныв таблице.5 П р и м е р 3. Нанесение на поверхностьфосфосодержащего углеволокнистого наполнителя осуществляют из 30%-ного раствора сополимера при соотношенииволокно;раствор сополимера 1:2, После уда 10 ления растворителя путем сушки отрезковткани на воздухе при температуре 25 С(илис подогревом до 50-70 С) привес ЭССП наволокне составляет 60 мас. ,В ведение обработанных ЭССП отрезков15 фосфорсодержащей углеродной ткани в эпоксидную смолу и формирование композиционного материала осуществляют как описано впримере 1. Отличие: соотношение наполнитель:смола составляет 1:3 (расчет ведут на20 массу исходных, то есть необработанныхЗССП бтрезков фосфорсодержащей ткани).Свойства полученного композиционного материала приведены в таблице,П р и м е р 4; Модифицируют эпоксид 25 нуюсмолу ЗД - 20 эпоксидированным сополимером стирола с пипериленом, Для этогов 100 мас. ч. эпоксидной смолы ЭД - 20 вно.сят 20 мас, ч, 40%-ного раствора ЗССП вхлороформе (диэтиловом эфире или цикло 30 гексане), Смесь тщательно перемешиваютдо получения гомогенного состава. Такимобразом, содержание ЭССП в эпоксиднойсмоле составляет (по сухому остатку) 8 мас.ч, на 100 мас. ч. смолы.35 Для изготовления композиционного материала используют необработанные ЭССП отрезки форсфорсодержащей углеродной ткани.Отрезки пропитывают в приготовленной смеси эпоксидной смолы с ЭССП как в примере 1.40 Затем извлекают пропитанные отрезки тканииз связующего, укладывают послойно друг надруга и набранный пакет отжимают от избыткасвязующего до соотношения наполнитель;эпоксидная смола 1:1. Отверждение на 45 бранного пакета проводят при температуре180 С в течение 10 час под давлением 5 кг/смСвойства полученного композиционного материала приведены в таблице.П р и м е р 5. Модификацию связующего50 осуществляют как описано в примере 4, Отличие; в эпоксидную смолу ЭД - 20 вводят 45мас. ч. 40 о -ного раствора ЗССП, то есть, содержание ЭССП (по сухому остатку) налокно;эпоксидная смола после отжима пропитанныхотрезков составляет 1:2. Свойства композиционного материала после отверждения приведены в таблице,П р и м е р 6, Модификацию связующего осуществляют как в примере 4. Отличие: в эпоксидную смолу ЭД - 20 вводят. 70 мас. ч.40%-ного раствора ЭССП, то есть, содержа-. ние ЭССП на 100 мас, ч: смолы составляет 28 мас. ч. (по сухому остатку).Для изготовления композиционного ма-. териала используют необработанные ЭССП отрезки фосфорсодержащей углеродной ткани, Приготовление композиции, ее отверждение проводят как описано в примере 4. Отличие; соотношение компонентов композиции углеволокно:эпоксидная смола после отжима пропитанных отрезков ткани составляет 1:3, Свойства полученного композиционного материала приведены в таблице 1.П р и м е р 7. Обработку отрезков фосфо содержащей углеродной ткани проводят из 10%-ного раствора ЭССП при соотношении 1:0,9 соответственно как описано в примере 1, После сушки привес ЭССП на волокне (по сухому остатку) составляет 9% мас. Введение обработанных волокон в эпоксидную смолу ЭД - 20, формирование композиции и ее отверждение осуществляют как в примере 1. Свойства полученного композиционного материала приведены в таблице 1.П р и м е р 8, Обработку отрезков фосфосодержащей углеродной ткани проводят из 30%-ного раствора ЭССП, как описано в примере 3, при соотношении углеволокно:раствор ЭССП 1:2,2. После сушки привес ЭССП на волокне составляет 66% мас. (по сухому остатку), Введение обработанных отрезков в смолу, формирование композиции и ее отверждение проводят как в примере 3. Свойства полученного композиционного материала приведены в таблице 1.П р и м е р 9, Модифицируют эпоксидную смолу путем введения 15 мас. ч. Э ССП на 100 мас, ч. эпоксидной смолы ЭД - 20 как описано в примере 4. Таким образом, содержание Э ССП на.100 мас. ч, смолы составляет 6 мас, ч. (по сухому остатку), Для приготовления композиции используют необработанные ЭССП фосфорсодержащие отрезки углеродной ткани. Введение их в состав связующего, формирование композиции и ее отверждение осуществляют как в примере 4, Свойства полученного композиционного материала приведены в таблице 1,П р и м е р 10, Модифицируют эпоксидную смолу как описано в примере 6. Отличие: вводят в смолу 75 мас. ч. 40%-ного раствора ЭССП, то есть содержание ЭССП на 100 мас, ч, смолы составляет 30 мас, ч, (по сухому ос 10 15 30 Свойства полученного композиционного материала приведены в табл. 1,Анализ данных, приведенных в табл, 1, свидетельствует о том, что нанесение на фосфорсодержащие углеродные волокна 35 40 45 50 нению с композиционным материалом, изготовленным по способу приготовления композиции-прототипа) 55 Правильность выбора количественного соотношения наносимого сополимера на йоверхность углеволокнистого материала или вводимого в эпоксидную смолу перед пропиткой в ней волокнистого материала 20 25 татку). Формирование композиции на основе необработанных ЭССП отрезков фосфосодержащей углеродной ткани, отверждение композиции осуществляют как описано в примере 6. Свойства полученного композиционного материала приведены в таблице 1.П р и м е р 11. Приготавливают композицию-прототип. Для этого используют необработанные ЭССП отрезки фосфорсодержащей углеродной ткани и немодифицированную ЭССП смолу ЭД - 20. Отрезки фосфорсодержащей углеродной ткани пропитывают эпоксидной смолой ЭД, извлекают их из смолы и укладывают послойно друг на друга. Набранный пакет отжимают от избытка смолы до соотношения углеволокно:смола 1:1, Затем композицию отверждают при температуре 180 С в течение 10 ч под давлением 5 кг/см . Результаты испытаний полученного композиционного материала приведены е таблице 1.П р и м е р 12 (контрольный). Приготавливают композицию-прототип как описано в примере 11. Отличие: соотношение углеволокно:смола составляет 1:2 соответственно, Свойства полученного композиционного материала приведены в таблице 1,П р и м е р 13 контрольный), Приготавливают композицию-прототип, как описано в примере 11, Отличие: соотношение углеволокно:смола составляет 1:3 соответственно эпоксидированного сополимера стирола с пипериленом с содержанием эпоксидных групп 4,2 - 6,0 мас; % в количестве 10 - .60% мас. (по сухому остатку) перед введением волокон в эпоксидную смолу или же введение 8 - 28 мас, ч, (по сухому остатку) на 100 мас. ч, смолы того же самого сополимера непосредственно в эпоксидную смолу перед пропиткой в ней углеволокон приводит к получению положительного результата, выраженного в повышении физико-механических показателей композиционного материала, изготовленного на основевышеуказанных компонентов, а именно: предел прочности при изгибе увеличивается в 1,43-1,87 раз, предел прочности при растяжении возрастает в 1,42 - 1,67 раз (по срав1801968 Расчет для сравнения производили как отношение предела прочности комматериала, изготовленного по заявляемому техническому решению, к предекомпозиционного материала, изготовленного согласно методу, описанному впир одинаковом соотношении компонентов углеволокно:смола,озиционного лу прочности .с. М 537953,подтверждается примерами 7 - 10 с запредельными значениями. При недостаточном нанесении количества ЭССП на поверхность фосфоругольных волокон не обеспечиваются увеличение прочностных показателей получаемого композиционного материала, избыток ЭССП как на волокнах, так и в смоле, пластифицирует систему, что также не приводит к заметному повышению прочности композита.Ф о р мул а из обре те н и я Способ получения композиционного материала, включающий пропитку фосфор- содержащего углеродного волокна эпоксидной диановой смолой с последующим отверждением, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения физико-механических показателей композиционного материала фос форсодержащее углеродное волокно передпропиткой наносят 10 - 60 мас,по сухому остатку эпоксидированного сополимера стирола с пипериленом с содержанием эпоксидных групп 4,2 - 6,0 мас, ф или эпок сидированный сополимер стирола с пипериленом непосредственно вводят в эпоксидную диановую смолу в количестве 8-28 мас. ч, по сухому остатку на 100 мас. ч.эпоксидной смолы,15