КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1998 года по МПК B32B27/42 C08L61/14 C08K13/04 C08K13/04 C08K3/18 C08K5/07 C08K7/00 

Изобретение относится к композиционным материалам, предназначенным для изготовления деталей интерьера в авиации, судостроении, автомобилестроении и других отраслях народного хозяйства, в том числе и при изготовлении изделий сложной конфигурации.

К материалам для интерьера предъявляются следующие основные требования: при сохранении достаточной жесткости и прочности материалы должны иметь плотность и соответствовать требованиям ЕНЛГС и FAR по пожаробезопасности.

Известен легкий конструкционный материал по патенту ФРГ N 2549219 (C 08 Z 61/10, 3.11.75 г.), включающий 10-80 об.% минеральных присадок и 90-20 об. % вспененной отвержденной фенольной смолы, которая содержит 30-80% сульфата или сульфатгидрата кальция. Этот материал при малой плотности имеет повышенное дымовыделение.

Известен композиционный материал на основе связующего и тканого армирующего наполнителя на основе стеклянных волокон (патент ЕПВ N 0097921, B 32 B 5/24, 23.06.83 г.) при следующем составе связующего, мас.%:
Фенолформальдегидная смола резольного типа при молярном соотношении фенола и формальдегида 1:(1,3-2,0) - 60-90
Сополимер винилацетата и этилена при их соотношении 1:(0,4-0,7) - 10-40
Этот материал выбран за прототип. При удовлетворительных прочностных свойствах данный материал имеет плотность 1,7-1,8 г/см³ и высокое дымовыделение - оптическая плотность дыма через 1,5 мин - 100, через 4 мин - 200.

Перед авторами встала задача создать композиционный материал с малой плотностью и пониженным дымовыделением при сохранении высоких физико-механических свойств.

Эта задача была решена следующим образом: предлагается композиционный материал, включающий связующее на основе фенолформальдегидной смолы и армирующий наполнитель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит растворитель - водно-ацетоновую смесь в соотношении 1:1, в качестве связующего он содержит азотсодержащую фенолформальдегидную смолу резольного типа, модифицированную полиэтиленгликолем и фосдиолом, а в качестве армирующего наполнителя - наполнитель на основе гетероциклического полиамида, стеклянных волокон и их сочетаний, при следующем соотношении компонентов материала, мас.ч.:
Связующее на основе азотсодержащей фенолформальдегидной смолы, модифицированной полиэтиленгликолем и фосдиолом - 140
Растворитель - водно-ацетоновая смесь в соотношении 1:1 - 10-40
Указанный армирующий наполнитель - 30-180
Для получения композиционных материалов с малой плотностью может применяться вспенивающееся связующее, для чего в состав материала вводится вспенивающий агент - оксалат железа (III) в количестве 0,5-5,0 мас.ч.

В качестве связующего используется связующее ФП-520 (ТУ 1-595-25-276-91), представляющее собой 70%-ный водно-ацетоновый раствор азотсодержащей фенолформальдегидной смолы резольного типа, модифицированной полиэтиленгликолем и фосдиолом. Связующее имеет следующие характеристики:
Внешний вид - Прозрачный раствор от желтого до красно-коричневого цвета без механических включений
Вязкость при 20^oC: сСт - 60-360
Время желатинизации при 90^oC, мин - 50-140
Массовая доля нелетучих веществ, % - 70±5
Перед пропиткой армирующего наполнителя концентрация связующего доводится до 60%-ной путем добавления указанного количества водно-ацетоновой смеси.

В качестве армирующего наполнителя могут быть использованы наполнители различных структур на основе гетероциклического полиамида, стеклянных волокон и их сочетаний: ткани, нетканые материалы, трикотажи, маты, сетки жгуты и т.п.

В примерах были использованы: ткань на основе арамидного волокна СВМ арт. 56313 (ТУ 17ВНИИПХВ-350-88), стеклоткань из крученых стеклянных комплексных нитей (ГОСТ 19907-83), гибридная ткань техническая стеклосинтетическая (ТУ 6-48-05786904125-93), трикотажное полотно объемной структуры на основе нитей СВМ (ТУ 17-09-01-7-91) или имеющее гофрированную поверхность и дополнительно содержащее ряды однолицевой глади, при этом протяжки однолицевой глади являются основаниями гофр и расположены внутри трикотажного полотна.

Предлагаемый композиционный материал может быть изготовлен методами автоклавного и вакуумного формования, а также прямым прессованием препрега с отверждением связующего при температуре 150-170^oC.

Для получения композиционных материалов с малой плотностью также может применяться вспенивающееся связующее. При этом в качестве вспенивающего агента используется оксалат железа (III) общей формулы C₆H₁₂Fe₂•5H₂O (ТУ 6-09-09-269-86), представляющий собой порошок светло-зеленого цвета. Вспенивание связующего происходит в процессе его отверждения, кратность вспенивания составляет 2-10.

Неожиданным эффектом заявляемого изобретения является то, что при использовании заявляемого связующего и наполнителей можно получить композиционные материалы с плотностью от 0,9 до 1,6 г/см³, а при использовании в качестве вспенивающего агента оксалата железа (III), ранее применявшегося как светочувствительный материал в копировальной технике, плотность композиционных материалов снижается до 0,34-0,55 г/см³, при этом физико-механические свойства композиционных материалов сохраняются на высоком уровне, а дымовыделение снижается. Применение известных органических вспенивателей неэффективно, так как это вызывает резкое увеличение дымовыделения, что не соответствует нормам летной годности.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими конкретными примерами.

Пример 1. В емкость с мешалкой загружают 140 мас.ч. связующего ФП-520, добавляют 10 мас. ч. водно-ацетоновой смеси и ведут перемешивание до получения гомогенной ткани СВМ. После этого собирают пакет и прессуют его при температуре 170^oC и давлении 5 кг/см² в течение 2 ч.

Технология приготовления материала по примерам 2-4 аналогична примеру 1.

Пример 5. В емкость с мешалкой загружают 140 мас.ч. связующего ФП-520, добавляют 24 мас.ч. водно-ацетоновой смеси, 0,5 мас.ч. оксалата железа и ведут перемешивание до получения гомогенной массы. Полученным связующим пропитывают 70 мас.ч. арамидной ткани СВМ и 70 мас.ч. трикотажного полотна. После этого собирают пакет и прессуют его при температуре 170^oC в течение 2 ч.

Технология приготовления материала по примерам 6 и 7 аналогична примеру 5.

Составы и свойства композиционных материалов по примерам 1-7 и прототипа приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что при использовании заявляемого связующего и различных видов армирующих наполнителей можно получать композиционные материалы с плотностью от 0,9 до 1,6 г/см³ и пониженным дымовыделением - оптическая плотность дыма в режиме горения через 1,5 мин - 2-3, через 4 мин - 10-12, что в 10-100 раз ниже, чем у прототипа. При этом физико-механические свойства композиционных материалов сохраняются на высоком уровне - прочность при изгибе в 3-3,5 раз выше, чем у прототипа. При использовании вспенивающегося связующего можно получать композиционные материалы с пониженным дымовыделением и с еще более низкой плотностью - от 0,34 до 0,55 г/см³.

По сравнению с пенопластами, имеющими также низкую плотность, заявляемый композиционный материал с трикотажным заполнителем имеет более высокие физико-механические показатели. Использование сочетания трикотажного заполнителя с другими армирующими наполнителями (примеры 5-7) при малой плотности позволяет значительно увеличить жесткость конструкции и дает возможность получать изделия сложной конфигурации за счет хорошей драпируемости материала.

По сравнению с композиционными материалами с сотовым заполнителем заявляемый материал с объемным трикотажем более технологичен, хорошо выкладывается на сложной кривизне, и получение композиционного материала происходит за один технологический цикл без применения дополнительных клеевых прослоек.

Кроме того, заявляемый композиционный материал более экологичен по сравнению с известными, так как количество непрореагировавших мономеров в его составе минимально и составляет 0-0,7 мас.%.

Таким образом, заявляемый композиционный материал имеет малую плотность, высокие физико-механические свойства и соответствует нормам летной годности ЕНЛГС и FAR по дымовыделению.

Сущность: композиционный материал, обладающий пониженными плотностью и дымовыделением, содержит, мас.ч.: азотсодержащая фенолформальдегидная смола резольного типа, модифицированная полиэтиленгликолем и фосдиолом 140; растворитель - водно-ацетоновая смесь в соотношении 1:1 10-40 и армирующий наполнитель 30-180. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Композиционный материал, выполненный на основе армирующего волокнистого наполнителя, пропитанного отверждаемым фенолформальдегидным связующим резольного типа, отличающийся тем, что в качестве связующего он содержит азотсодержащую фенолформальдегидную смолу резольного типа, модифицированную полиэтиленгликолем и фосдиолом, и дополнительно растворитель водно-ацетоновую смесь в соотношении 1 1 и в качестве армирующего наполнителя наполнитель на основе гетероциклического полиамида, стеклянных волокон и их сочетаний при следующем соотношении компонентов материала, мас. ч.

Азотсодержащая фенолформальдегидная смола резольного типа, модифицированная полиэтиленгликолем и фосдиолом 140
Растворитель водно-ацетоновая смесь в соотношении 1 1 10 40
Армирующий наполнитель 30 180
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что связующее дополнительно содержит вспенивающий агент оксалат железа (III) в количестве 0,5 5,0 мас.ч. и в качестве армирующего наполнителя материал содержит трикотажное полотно объемной структуры на основе гетероциклического полиамида.