Изобретение относится к области высокопрочных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей и полимерных связующих, которые могут быть использованы в авиационной промышленности, в машино-, судостроении и других областях техники.
Известны композиционные материалы на основе препрегов, полученных пропиткой волокон из жесткоцепных ароматических полимеров эпоксидным связующим с последующим отверждением (Dhingra A.A., Pigliacampi J.J., Tanner D. Aramid fibers for general engineering. J. Metals. 1986, v.38, №3, p.21-25).
Эти материалы отличаются повышенной удельной прочностью и жесткостью и используются для изготовления конструкционных изделий в различных областях техники.
Недостатком этих материалов является пониженная межслойная прочность, склонность к расслаиванию под действием ударных нагрузок, а также малая жизнеспособность препрега, затрудняющая получение материала со стабильными свойствами.
Известны композиционные материалы, изготовленные путем формования слоев препрега на основе ароматического полиамидного волокна СВМ и эпоксидного связующего (Кудрявцев Г.И., Варшавский В.Я., Щетинин А.М., Казаков М.Е. «Армирующие химические волокна для композиционных материалов». - М.: «Химия», 1992 г., с.88-111).
Органопластики на основе волокна СВМ являются высокопрочными термостойкими материалами с малой плотностью. Однако высокое водопоглощение и снижение свойств в термовлажностной среде ограничивает использование этих материалов в ряде случаев, когда предъявляются повышенные требования к сохранению весовых и прочностных характеристик изделий в процессе эксплуатации.
Наиболее близким из аналогов, принятым за прототип, является препрег, содержащий волокнистый наполнитель и эпоксидное связующее при соотношении компонентов, мас.%:
который в качестве волокнистого наполнителя содержит стеклянные, углеродные или органические жгуты, ленты, ткани или нити, а в качестве эпоксидного связующего - триглицидилпроизводное парааминофенола марки ЭАФ, полиглицидилпроизводное низкомолекулярного феноформальдегидного новолака марки УП-643, продукт взаимодействия дифенилопропана с эпихлоргидрином марки Диапласт, отвердитель 4,4'-диаминодифенилсульфон и смесь изопропилового или этилового спирта и ацетона в качестве растворителя, а также изделие, полученное формованием этого препрега (патент РФ №2184128).
Недостатком препрега-прототипа является недостаточная жизнеспособность, что не позволяет осуществлять его длительное хранение и транспортировку потребителям в условиях централизованного специализированного производства.
Недостатками композиционного материала, полученного из препрега - прототипа, и изделий из него являются пониженная устойчивость к воздействию термовлажностной среды, высокое водопоглощение, снижение прочностных свойств после выдержки в атмосфере повышенной влажности, склонность к расслоению при ударе.
Технической задачей изобретения является создание высокотехнологичного долгоживущего препрега на основе арамидного наполнителя, выполненного из арамидных нейтральных нитей Русар, обладающего способностью к длительному хранению и пригодного для транспортировки потребителям в условиях централизованного производства. Композиционные материалы на основе заявляемого препрега и изделия, выполненные из него, имеют высокий уровень сохранения прочности после воздействия термовлажностной среды, пониженное водопоглощение, повышенную стойкость к удару, отсутствие коррозионной активности в контакте с алюминиевыми сплавами и другими металлами.
Для решения поставленной технической задачи предлагается препрег, включающий полимерное связующее и арамидный наполнитель, который в качестве наполнителя содержит арамидный наполнитель из нейтральных арамидных нитей Русар с номинальной линейной плотностью 14,3 текс, 29,4 текс и 58,8 текс; удельной разрывной нагрузкой не менее 210 сН/текс; удлинением при разрыве не менее 2,6%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Арамидный наполнитель выполнен в виде жгутов, лент, тканей.
Также предлагается изделие, полученное путем формования указанного препрега.
Использование в составе препрега наполнителя на основе нейтральных арамидных нитей Русар обеспечивает изделиям повышение эксплуатационных характеристик: снижение водопоглощения, повышение степени сохранения прочности после воздействия влаги, отсутствие коррозионной активности при контакте с металлами и сплавами.
В качестве полимерного связующего могут быть использованы связующие различной химической природы, но наиболее предпочтительно использовать связующие на основе эпоксидных и фенольных смол.
Примеры осуществления
Пример 1.
Изготовление плоских плит.
Раствор эпоксидного связующего, содержащий эпоксидные смолы ЭТФ и ЭД-20, полиэфирную смолу ТФ-82, отвердитель для эпоксидных смол УП-605/3, ацетон и изопропиловый спирт (ТУ 1-595-25-494-96), наносят на ткань Русар арт. 11954Н (ТУ 8378-008-18059169-02), выполненную из нитей Русар с номинальной линейной плотностью 14,3 текс, удельной разрывной нагрузкой 244 сН/текс и удлинением при разрыве 3,2%, и сушат при комнатной температуре. Содержание связующего в препреге - 52%. Подготовленный препрег прессуют по ступенчатому режиму с максимальной температурой нагрева 160°С при удельном давлении Руд=5 атм.
Пример 2.
Изготовление намоточных изделий.
Связующим (без растворителя) по примеру 1 пропитывают нить Русар Н 29,4 текс (ТУ 2272-023-51605609-2002) с удельной разрывной нагрузкой 238 сН/текс и удлинением при разрыве 3,3%. Содержание связующего в препреге - 40%. Сформированную ленту наматывают на оправку для последующей установки на станок.
Намотку изделий осуществляют на намоточном станке.
Формование намоточного изделия проводят по температурно-временному режиму, указанному в примере 1.
Пример 3.
Изготовление многослойных деталей сложной конфигурации.
Раствор эпоксидного связующего, включающего эпоксидные смопы ЭД-22 и ЭТФ, эпоксидную бромсодержащую смолу УП-631, отвердитель №9 (ТУ 1-595-12-672-2002) наносят на ткань по примеру 1, сушат при комнатной температуре. Содержание связующего в препреге - 55%. На предварительно подготовленную поверхность пресс-формы выкладывают слои препрега и формуют в автоклаве по ступенчатому режиму с максимальной температурой нагрева 140°С при удельном давлении Руд=5 атм.
Пример 4.
Изготовление намоточных изделий.
Пропитку и намотку осуществляют аналогично примеру 2. Наполнитель - нить Русар Н 58,8 текс (ТУ 2272-023-51605609-2002) с удельной разрывной нагрузкой 233 сН/текс и удлинением при разрыве 3,2%. Содержание связующего в препреге - 35%.
Формование намоточного изделия проводят по режиму, указанному в примере 3.
Пример 5.
Изготовление плоских плит.
Раствор смеси эпоксиноволачной и 3-функциональной эпоксидной смолы с ароматическим диамином в качестве отвердителя (ТУ 1-595-12-542-98) наносят на ткань по примеру 1, сушат. Содержание связующего в препреге - 50%. Подготовленный препрег прессуют по ступенчатому режиму с максимальной температурой нагрева 175°С при удельном давлении Руд=5 атм.
Пример 6.
Изготовление намоточных изделий.
Пропитку и намотку осуществляют аналогично примеру 2. Наполнитель - по примеру 4. Содержание связующего в препреге - 42%. Формование намоточного изделия проводят по режиму, указанному в примере 5.
Пример 7.
Изготовление намоточных изделий.
Пропитку и намотку осуществляют аналогично примеру 2. Наполнитель - жгут Русар, полученный трощением нити Русар 58,8 текс по примеру 4. Содержание связующего в препреге - 38%.
Формование намоточного изделия проводят по режиму, указанному в примере 5.
Пример 8.
Изготовление плоских плит.
Раствор фенолоформальдегидного связующего (ТУ 1-5955-25-276-95) наносят на ткань по примеру 1. Сушат при комнатной температуре. Содержание связующего в препреге - 45%. Подготовленный препрег прессуют по ступенчатому режиму с максимальной температурой нагрева 170°С при удельном давлении Руд=5 атм.
Пример 9.
Изготовление намоточных изделий.
Пропитку и намотку осуществляют аналогично примеру 2. Наполнитель - по примеру 4. Содержание связующего в препреге - 40%.
Формование намоточного изделия проводят по режиму, указанному в примере 8.
Пример 10 (прототип).
Изготовление многослойных деталей сложной конфигурации.
Раствор связующего по примеру 5 наносят на ткань СВМ арт. 56313 (ТУ 17 ВНИИПХВ 350-88), изготовленную из нити СВМ с разрывной нагрузкой 208 сН/текс и относительным удлинением при разрыве 4,3%, и сушат при комнатной температуре. Содержание связующего в препреге -30%. На предварительно подготовленную поверхность пресс-формы выкладывают первые слои препрега, нагревают при температуре 110-130°С в течение 30 мин, охлаждают, затем последовательно выкладывают остальные слои.
Деталь формуют в автоклаве по режиму примера 5.
Пример 11 (прототип).
Изготовление намоточных изделий. Связующее - по примеру 5. Наполнитель - нить СВМ по примеру 10.
Содержание связующего в препреге - 42%.
Формование намоточного изделия проводят по режиму, указанному в примере 5.
Пример 12 (прототип).
Изготовление намоточных изделий.
Пропитку и намотку осуществляют аналогично примеру 2. Наполнитель - жгут СВМ. Содержание связующего в препреге - 42%.
Формование намоточного изделия проводят по режиму, указанному в примере 5.
В таблице 1 приведены составы заявляемого препрега по примерам 1-9 и препрега-прототипа по примерам 10-12.
В таблице 2 представлены технологические свойства препрегов по составам примеров 1-9 в сравнении с прототипом по примерам 10-12.
В таблице 3 представлены свойства композиционных материалов, полученных на основе препрегов по примерам 1-9 в сравнении с прототипом по примерам 10-12.
Изобретение не ограничивается приведенными примерами.
Из приведенных данных следует, что заявленные препреги обладают улучшенными технологическими свойствами по сравнению с препрегами по прототипу. Заявленные препреги имеют более длительную жизнеспособность (в 1,5-4 раза), что позволяет осуществлять их длительное хранение и транспортировку потребителям в условиях централизованного специализированного производства. Температура отверждения препрегов ниже или на уровне прототипа, что обеспечивает возможность снижения энергозатрат на производство изделий из композиционного материала.
- 750 ч
- 1500 ч
Композиционные материалы на основе заявляемых препрегов имеют высокую стабильность свойств при воздействии термовлажностной среды. Сохранение прочности при изгибе изделия после выдержки в течение двух месяцев при влажности ϕ=98% и температуре 70°С на 10-20% выше, чем у прототипа.
Водопоглощение заявляемого композиционного материала примерно в 2 раза ниже по сравнению с прототипом. При этом рН водной вытяжки материала составляет 6-7, что обеспечивает отсутствие коррозионной активности по отношению к металлическим сплавам и допускает возможность его применения в контакте с алюминиевыми сплавами анодированными, конструкционными сталями с кадмиевым и фосфатным покрытиями с защитой ЛКП, титановыми сплавами и коррозионностойкими сталями.
Заявляемые изделия обладают повышенной стойкостью к низкоскоростному удару. При ударе с кинетической энергией 12 Дж/мм площадь повреждения у заявляемого изделия в 1,3-2,0 раз меньше, чем у изделия-прототипа.
Изобретение позволяет получить препрег со стабильными технологическими свойствами, длительной жизнеспособностью, а также получить из него многослойные и намоточные изделия с повышенной эксплуатационной надежностью, повышенным уровнем сохранения прочностных свойств после воздействия термовлажностной среды, с пониженным водопоглощением, повышенной стойкостью низкоскоростному удару, обеспечивающие отсутствие коррозионной активности в контакте с металлом.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ПРЕПРЕГ | 2018 |
|
RU2687926C1 |
ПРЕПРЕГ ГЕРМЕТИЧНОГО ОРГАНОПЛАСТИКА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО | 2009 |
|
RU2395535C1 |
ПРЕПРЕГ АНТИФРИКЦИОННОГО ОРГАНОПЛАСТИКА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО | 2009 |
|
RU2404202C1 |
ПРЕПРЕГ И СТОЙКОЕ К УДАРУ И БАЛЛИСТИЧЕСКОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО | 2005 |
|
RU2304270C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА | 2009 |
|
RU2405675C1 |
ПОЛИМЕРНЫЙ КОНСТРУКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2019 |
|
RU2720119C1 |
ОРГАНОПЛАСТИК И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2022 |
|
RU2800151C1 |
КОРДНАЯ НИТЬ | 2009 |
|
RU2391452C1 |
АРМИРОВАННАЯ ОБОЛОЧКА | 2008 |
|
RU2369801C1 |
Равноплотная ткань, способ её изготовления, композиционный материал и баллистический защитный пакет | 2018 |
|
RU2680129C1 |
Изобретение относится к области высокопрочных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей и полимерных связующих, которые могут быть использованы в авиационной промышленности, в машино-, судостроении и других областях техники. Описывается препрег, включающий полимерное связующее и арамидный наполнитель, причем в качестве арамидного наполнителя он содержит наполнитель из нейтральных арамидных нитей Русар с номинальной линейной плотностью 14,3 текс, 29,4 текс и 58,8 текс; удельной разрывной нагрузкой не менее 210 сН/текс; удлинением при разрыве не менее 2,6%. Арамидный наполнитель может быть выполнен в виде жгутов, лент, тканей. Также предлагается изделие, полученное путем формования указанного препрега. Изобретение позволяет получить препрег со стабильными технологическими свойствами, длительной жизнеспособностью, а также получить из него многослойные и намоточные изделия с повышенной эксплуатационной надежностью, повышенным уровнем сохранения прочностных свойств после воздействия термовлажностной среды, с пониженным водопоглощением, повышенной стойкостью низкоскоростному удару, обеспечивающие отсутствие коррозионной активности в контакте с металлом. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА | 1992 |
|
RU2018540C1 |
US 6670006 B1, 30.12.2003 | |||
CN 1242792 A, 26.01.2000 | |||
Источник сейсмических колебаний | 1983 |
|
SU1117555A1 |
Авторы
Даты
2005-11-20—Публикация
2004-06-25—Подача