Изобретение относится к области получения армированных полимерных композиционных материалов (АПКМ) на основе сетчатых полимеров, армированных химическими волокнами. Рассмотренный способ рекомендуется использовать для получения конструкционных материалов и изделий из АПКМ.
Известен способ получения АПКМ, включающий пропитку армирующей нити олигомерным связующим, формование, последующее отверждение в постоянном магнитном поле (ПМП) напряженностью Н 2500-8000 Э (0,25-0,8 Тл) в течение 2-4 часов (RU 2119502 Cl, кл. С 08 G 59/00, опублик. 10.06.1998).
Наиболее близким техническим решением является способ получения АПКМ на основе анилино-феноло-формальдегидного связующего и технической нити фенилон, включающий пропитку однонаправленной армирующей нити олигомерным связующим, формование и последующее отверждение, основанный на том, что с целью повышения разрушающего напряжения при статическом изгибе σи и ударной вязкости αуд пропитанную анилино-феноло-формальдегидной смолой нить фенилон подвергают воздействию ПМП напряженностью 800-1000 Э (0,08-0,1 Тл) в течение 5-7 часов при взаимно перпендикулярном расположении армирующих нитей и силовых линий ПМП. Оценку эффективности влияния напряженности ПМП Н на прочностные свойства АПКМ проводили на основе табличного сравнения полученных значений σи и αуд. (SU 1785909 A1, кл. В 29 С 35/08, опублик. 07.01.1993).
Недостатком прототипа является невысокие степени изменения прочностных характеристик АПКМ σи и αуд по сравнению с традиционным смесевым способом.
Техническим результатом данного изобретения является улучшение разрушающего напряжения при статическом изгибе σи получаемого материала с одновременной оценкой эффективности влияния магнитной индукции Тл постоянного магнитного поля на прочностные характеристики АПКМ σи и αуд.
Для решения поставленной задачи в способе получения армированного полимерного композиционного материала на основе анилино-феноло-формальдегидного связующего и технической нити фенилон, включающем пропитку однонаправленной технической нити олигомерным связующим, формование, последующее отверждение и магнитную обработку в ПМП на стадии отверждения, оценку эффективности влияния магнитной индукции на прочностные характеристики АПКМ, проводят магнитную обработку ПМП напряженностью 200-700 Э (0,02-0,07 Тл) в течение 6 часов, а оценку эффективности влияния проводят по формуле, имеющей общий вид
где Х - технологический параметр (в рассматриваемом случае , Тл);
среднее значение прочностной характеристики АПКМ (σи- разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа; αуд- ударная вязкость, кДж/м2 и т.д. );
абсолютное значение прочностной характеристики Y при Х=0, приходящееся на единицу Y (безразмерное значение характеристики при Х=0);
удельный относительный вклад технологического параметра Х в значение прочностной характеристики Y.
Эффективность влияния технологического параметра Х на прочностные характеристики АПКМ характеризуется значением величины Чем больше значение удельного относительного вклада технологического параметра Х в прочностную характеристику АПКМ тем эффективнее влияние технологического параметра X.
Для изготовления образцов и изделий из получаемых АПКМ предложено использовать в качестве связующего олигомерную анилино-феноло-формальдегидную смолу марки СФ-342А; в качестве отвердителя - полиэтиленполиамин ПЭПА (ТУ-6-02-694-70); в качестве наполнителей - технические нити: полиакрилонитрильная нить (нитрон) (ТУ-15897-79), углеродная нить.
Для образцов стандартных размеров определяли следующие характеристики:
- разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа (ГОСТ 4648-71);
- удельную ударную вязкость, кДж/м2 (ГОСТ 4648-71).
Максимальные абсолютные погрешности при определении величин σи и αуд равны соответственно ±2,84 МПА, ±2,8 кДж/м2.
Пример 1. По традиционному способу. Приготавливали 50% по массе раствор связующего СФ-342А в ацетоне. Этим раствором пропитывали техническую нить фенилон. Пропитанную связующим нить наматывали на мотовило, затем снимали с мотовила и отверждали при температуре 80-150oС (RU 2119502 C1, кл. С 08 G 59/00, опублик. 10.06.1998).
Пример 2. Способ-прототип. По примеру 1, отличающийся тем, что свежепропитанную связующим нить в течение 5-7 часов подвергали магнитной обработке в ПМП с магнитной индукцией 0,08-0,1 Тл.
Пример 3. По традиционному способу. По примеру 1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя использовали углеродную нить (УН).
Примеры 4-6. По способу прототипу, отличающиеся тем, что в качестве наполнителя используют однонаправленные углеродные нити (УН), расположенные вдоль силовых линий ПМП. Пропитанные связующим нити отверждали в ПМП напряженностью 200-700 Э (0,02-0,04 Тл) в течение 6 часов.
Примеры 7. По традиционному способу. По примеру 3, отличающийся тем, что в качестве наполнителя использовали нитрон.
Примеры 8-10. По примерам 4-6, отличающиеся тем, что в качестве наполнителя использовали нитрон, расположенный вдоль силовых линий ПМП.
Примеры 11-13. По примерам 4-6, отличающиеся тем, что однонаправленные углеродные нити располагали перпендикулярно силовым линиям ПМП.
Примеры 14-15. По примерам 8-10, отличающиеся тем, что однонаправленные нити располагали перпендикулярно силовым линиям ПМП.
Пример 16. Рассмотрим оценку эффективности влияния технологического параметра Х на прочностные свойства АПКМ на примере влияния магнитной индукции на разрушающее напряжение при статическом изгибе σи АПКМ (примеры 3-6, таблица 1). Находим среднее значение σи и
Зависимость σи от представляем в виде функции адекватной экспериментальным данным (примеры 3-6, таблица 1):
Почленно делим и умножаем левую и правую части уравнения (4) на средние значения σи и соответственно и получаем соотношение
1=0,83+k1-0,62, (5)
где k1=0,81 - удельный относительный вклад магнитной индукции в значение прочностной характеристики АПКМ σи.
nσ- степень изменения разрушающего напряжения при статическом изгибе σи, определяемая по формуле
где σi- значение σи при величине магнитной индукции Тл в i-ом опыте;
σ0- значение σи при магнитной индукции Тл.
nα - степень изменения ударной вязкости αуд, определяемая по формуле
где αi- значение αуд при величине магнитной индукции Тл в i-ом опыте;
α0- значение αуд при магнитной индукции Тл.
Изменение прочностных характеристик систем на основе СФ-342А определяется магнитной индукцией ПМП. Отверждение в ПМП приводит к увеличению σи и уменьшению αуд. Изменение αуд находится в области погрешности эксперимента.
Ориентация армирующих нитей относительно силовых линий ПМП также оказывает влияние на прочностные характеристики АПКМ. Ориентация армирующих нитей вдоль силовых линий приводит к большей степени изменения σи, чем при взаимно перпендикулярном расположении, что связано с изменением процесса образования сетчатой структуры и увеличения адгезии.
Из указанных условий получения АПКМ видно, что для прочностных характеристик материала предпочтительнее ориентация армирующих нитей вдоль силовых линий ПМП. Поэтому наиболее высокие степени изменения прочностных характеристик наблюдается в системах 5, 6 (наполнитель - УВ) и 8, 9 (наполнитель - нитрон).
Противофазное изменение разрушающего напряжения при статическом изгибе σи и ударной вязкости αуд выражено слабо для указанных систем.
Из таблицы 2 видно, что величина удельного относительного вклада k1, характеризующая эффективность влияния технологического параметра на прочностные характеристики АПКМ, изменяется от системы к системе. На основе таблицы 2 можно выделить системы с эффективным влиянием магнитной индукции на разрушающее напряжение при статическом изгибе σи АПКМ - это примеры 3-6; 7, 14-15 и 7-10: в этих системах величины удельных относительных вкладов имеют наибольшие значения 0,81, 1,20 и 1,06 соответственно.
Из таблицы 3 видно, что σи в заявляемом способе на 29% больше, чем в традиционном смесевом способе (примеры 3, 5);
σи в заявляемом способе на 107% больше, чем в традиционном смесевом способе (примеры 7, 12);
σи в заявляемом способе на 103% больше, чем в прототипе (примеры 2, 5);
Таким образом, заявляемый способ позволяет получать армированные полимерные композиционные материалы с высокими прочностными характеристиками, превышающими прочностные характеристики АПКМ, полученные традиционным смесевым способом и по способу-прототипу, на 29-107%.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННОГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА | 2007 |
|
RU2324709C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ | 1997 |
|
RU2135530C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННОГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА | 2013 |
|
RU2538271C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ | 1994 |
|
RU2102407C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ | 1996 |
|
RU2132341C1 |
Способ получения волокнонаполненного композиционного материала | 1990 |
|
SU1785909A1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ | 2005 |
|
RU2280655C1 |
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ НЕНАСЫЩЕННОЙ ПОЛИЭФИРНОЙ СМОЛЫ | 2002 |
|
RU2232175C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕПРЕГА ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ | 2012 |
|
RU2516526C2 |
Способ упрочнения армированных углеродным волокном полимерных композиционных материалов | 2017 |
|
RU2687930C1 |
Изобретение относится к области получения армированных полимерных композиционных материалов на основе сетчатых полимеров, армированных химическими волокнами. В способе получения армированного полимерного композиционного материала на основе анилино-феноло-формальдегидного связующего осуществляют пропитку однонаправленной технической нити олигомерным связующим, формование, последующее отверждение и магнитную обработку в постоянном магнитном поле на стадии отверждения. Затем осуществляют оценку эффективности влияния технологического параметра Х на прочностные свойства армированного полимерного композиционного материала на основе табличного сравнения полученных значений разрушающего напряжения при статическом изгибе σи и ударной вязкости αуд. Магнитную обработку проводят в постоянном магнитном поле с магнитной индукцией 0,02-0,07 Тл в течение 6 ч, а оценку эффективности влияния технологического параметра Х на прочностные характеристики армированного полимерного композиционного материала проводят по формуле l = b0/Y + b1/Y • X, где Х - любой технологический параметр (toС - температура, Тл - магнитная индукция, и т.д.), среднее значение прочностной характеристики армированного полимерного композиционного материала (σи, αуд и т.д.), b0/Y - абсолютное значение прочностной характеристики Y при Х=0, приходящееся на единицу Y (безразмерное значение характеристики при Х=0), b1/Y - удельный относительный вклад технологического параметра Х в значение прочностной характеристики армированного полимерного композиционного материала. Способ позволяет получать армированные полимерные композиционные материалы с высокими прочностными характеристиками, превышающими прочностные характеристики материалов, полученных смесевым способом. 3 табл.
Способ получения армированного полимерного композиционного материала на основе анилино-феноло-формальдегидного связующего, включающий пропитку однонаправленной технической нити олигомерным связующим, формование, последующее отверждение и магнитную обработку в постоянном магнитном поле на стадии отверждения, оценку эффективности влияния технологического параметра Х на прочностные свойства армированного полимерного композиционного материала на основе табличного сравнения полученных значений разрушающего напряжения при статическом изгибе σи и ударной вязкости αуд, отличающийся тем, что проводят магнитную обработку в постоянном магнитном поле с магнитной индукцией 0,02-0,07 Тл в течение 6 ч, а оценку эффективности влияния технологического параметра Х на прочностные характеристики армированного полимерного композиционного материала проводят по формуле
где Х - любой технологический параметр (to, С - температура, Тл - магнитная индукция, и т. д. );
среднее значение прочностной характеристики армированного полимерного композиционного материала (σи, αуд и т. д. );
- абсолютное значение прочностной характеристики Y при Х= 0, приходящееся на единицу Y (безразмерное значение характеристики при Х= 0);
- удельный относительный вклад технологического параметра Х в значение прочностной характеристики армированного полимерного композиционного материала.
Способ получения волокнонаполненного композиционного материала | 1990 |
|
SU1785909A1 |
RU 2119502 С1, 27.09.1998 | |||
Молчанов Ю.М | |||
и др | |||
Структурные изменения полимерных материалов в магнитном поле | |||
Механика полимеров, № 4, 1973, с | |||
МУСОРОСОЖИГАТЕЛЬНАЯ ШАХТНАЯ ПЕЧЬ | 1923 |
|
SU737A1 |
Авторы
Даты
2002-05-10—Публикация
1999-07-23—Подача