СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ Российский патент 2008 года по МПК C08J5/24 

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к изготовлению антенных обтекателей ракет и радиопрозрачных окон.

Кроме этого, может найти применение в радиотехнической, электротехнической и других отраслях промышленности при создании изделий, обладающих радиопрозрачностью и герметичностью во всем диапазоне рабочих температур.

К изделиям из стеклопластиков, например, антенным обтекателям ракет, предъявляются очень высокие требования по прочностным и диэлектрическим характеристикам, стойкости к высоким температурам, герметичности.

Известен способ изготовления стеклопластиковых изделий на основе фенолофурфуролоформальдегидных смол (Гуртовник И.Г., Соколов В.И. Радиопрозрачные изделия из стеклопластиков, 1987), заключающийся в пропитке многослойной стеклоткани фенолофурфуролоформальдегидным связующим, формовании, отверждении и термообработке. Изделия, полученные этим способом, имеют большую пористость, что делает их негерметичными.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления изделий из стеклопластиков (патент РФ №2266928, С08J 5/24, 2005), который заключается в пропитке многослойной стеклоткани фенолофурфуролоформальдегидным связующим с последующим формованием и отверждением связующего, после чего проводят дополнительную термообработку, выдерживают в ацетоне, пропитывают продуктом МФСС-8 (метилфенилспиросилоксаном) и полимеризуют.

Недостатком этого способа является то, что при термообработке стеклопластика при температуре 320-350°С происходит частичная деструкция полимера, которая влечет за собой снижение прочностных характеристик стеклопластика, а повторная пропитка не уменьшает пористость материала изделия из-за низкой плотности пропитывающего состава.

Стеклопластик на основе фенолофурфуролоформальдегидной смолы, содержащий в своем составе большое количество реакционноспособного растворителя - фурфурола обладает существенным недостатком - большой пористостью (15-20%), которая является результатом выделения в процессе поликонденсации молекул воды и летучих. Пористость увеличивается при термообработке, которая применяется при изготовлении всех видов стеклопластиков для стабилизации свойств.

Как известно, в процессе изготовления изделий для защиты стеклопластика от климатического воздействия и создания герметичности применяют лакокрасочные покрытия.

Натурные испытания изделий из стеклопластика на основе фенолофурфуролоформальдегидной смолы с лакокрасочными покрытиями показали, что при минусовых температурах происходит стеклование пленкообразующих полимеров, входящих в состав лакокрасочных веществ, и их растрескивание, и как следствие - разгерметизация изделий из-за большой пористости стеклопластика.

При снижении пористости стеклопластика на основе фенолофурфуролоформальдегидной смолы при наличии эффекта растрескивания лакокрасочных покрытий, разгерметизации изделия не наблюдается.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в увеличении прочности и снижении пористости стеклопластика, а также улучшении структуры стеклопластика за счет образования химической связи между молекулами полимера первой и второй пропитки.

Кроме этого, значительно снижается трудоемкость изготовления изделий при нанесении лакокрасочных покрытий.

Указанный технический результат достигается тем, что способ изготовления изделий из стеклопластиков, включающий пропитку многослойной стеклоткани фенолофурфуролоформальдегидным связующим, формование изделия и отверждение связующего, отличается тем, что после отверждения связующего проводят термообработку при температуре 220-240°С в течение 2-4 часов, пропитывают фенолофурфуролоформальдегидным связующим в растворе спирта и ацетона в соотношении 6:1:1 в течение 0,8-1,0 часов на 1 мм толщины изделия и отверждают при температуре 150-170°С в течение 2-4 часов со скоростью подъема температуры 0,5 -1,0°С/минуту.

Термообработка стеклопластика при температуре 220-240°С обеспечивает стабилизацию диэлектрических и прочностных характеристик изделия. В интервале этих температур происходит окисление не прореагировавших молекул исходных веществ: формальдегида, фурфурола и молекул воды, химически связанных с полимером стеклопластика. При температуре выше 240°С начинается термоокислительная деструкция полимера. Время термообработки 2-4 часа - необходимо достаточно для удаления продуктов окисления не прореагировавших веществ.

Время пропитки определяется максимальным заполнением пор фенолофурфуролоформальдегидным связующим в растворе спирта и ацетона в соотношении 6:1:1 и экспериментально определено, что оно составляет 0,8-1,0 часа на миллиметр толщины изделия и зависит от плотности пропитываемого материала.

Температурный 150-170°С и временной 2-4 часа интервалы отверждения выбраны из условия полного отверждения связующего. При температуре ниже 150°С связующее находится в вязкотекучем состоянии и окончательное отверждение происходит при 170°С в течение 2-4 часов, что обеспечивает полное удаление растворителя: ацетона и спирта.

Скорость подъема 0,5-1,0°С/мин является оптимальной, так как предотвращает преждевременное желирование связующего. Этот режим обеспечивает получение полимера, молекулы которого имеют пространственную структуру: полимер не растворяется ни в каких растворителях и не плавится. Кроме этого, происходит образование химической связи между молекулами полимера первой и второй пропитки.

Основные технологические операции заявленного способа изготовления изделий заключаются в следующем:

- пропитка под давлением многослойной стеклоткани фенолофурфуролоформальдегидным связующим;

- формование изделия;

- отверждение фенолофурфуролоформальдегидного связующего;

- термообработка при 220-240°С в течение 2-4 часов;

- пропитка фенолофурфуролоформальдегидным связующим в растворе спирта и ацетона в соотношении 6:1:1 в течение 0,8-1,0 часов на 1 мм толщины изделия;

- отверждение при 150-170°С в течение 2-4 часов со скоростью подъема температуры 0,5-1,0°С/мин.

Примеры конкретного выполнения и сравнительные характеристики приведены в таблице.

ТаблицаНаименование параметров Пример 1 Пример 2 Пример 3 Термообработка
Температура, °С220230240Выдержка, час 432Пропитка
Время пропитки, час/мм 0,8 0,91,0Отверждение
Температура, °С150160170Выдержка, час 432Пористость
Исходная, %15,015,015,0Полученная по заявленному способу, % 6,06,16,0Прочность при статическом изгибе
Исходная, кгс/см²300,0300,0300,0Полученная по заявленному способу, кгс/см²390,0396,0395,0

Предложенный способ позволяет снизить пористость изделий из стеклопластика на основе фенолофурфуролоформальдегидного связующего более, чем в два раза и увеличить прочность стеклопластика на 30%.

Изделия изготавливают из стеклопластиков путем пропитки многослойной стеклоткани фенолофурфуролоформальдегидным связующим, формование и отверждение связующего. После отверждения связующего проводят термообработку изделия при температуре 220-240°С в течение 2-4 часов, пропитывают фенолофурфуролоформальдегидным связующим в растворе спирта и ацетона в соотношении 6:1:1 в течение 0,8-1,0 часов на 1 мм толщины изделия и отверждают при температуре 150-170°С в течение 2-4 часов со скоростью подъема температуры 0,5-1,0°С/минуту. Изобретение позволяет снизить пористость изделий и увеличить их прочность. Полученные изделия могут быть использованы в области авиационной и ракетной техники для антенных обтекателей, ракет и радиопрозрачных окон. 1 табл.

Способ изготовления изделий из стеклопластиков, включающий пропитку многослойной стеклоткани фенолофурфуролоформальдегидным связующим, формование изделия и отверждение связующего, отличающийся тем, что после отверждения связующего проводят термообработку при температуре 220-240°С в течение 2-4 ч, пропитывают фенолофурфуролоформальдегидным связующим в растворе спирта и ацетона в соотношении 6:1:1 в течение 0,8-1,0 ч на 1 мм толщины изделия и отверждают при температуре 150-170°С в течение 2-4 ч со скоростью подъема температуры 0,5-1,0°С/мин.