КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2010 года по МПК C08J5/24 C08L63/00 B32B27/38 

Изобретение относится к композиционным материалам на основе эпоксидного связующего и волокнистого наполнителя (жгута) арамидного типа, которые могут использоваться в конструкциях летательных аппаратов.

Известен композиционный материал марки ОП-ЖА/17-Н (Паспорт рег. №0553-35 от 04.09.97), содержащий в качестве наполнителя жгут «Армос» арамидного типа и связующее УП-2217. Состав связующего УП-2217, мас.%:

смола УП-610 (ТУ 2225-546-00203521-98 40 или ТУ 2225-606-11131395-2003)   смола ДЭГ-1 (ТУ 2225-027-00203306-97 6,67 или ТУ 2220-527-00203521-98)   смола ЭД-22 (ГОСТ 10587) 20 отвердитель Диамет-Х (ТУ 6-14-980-84) 33,33

Дополнительные сведения о компонентах представлены в таблице 1.

К недостаткам известного материала следует отнести уровень упругопрочностных свойств композиционного материала, многокомпонентность состава связующего и экологическую опасность в связи с высоким содержанием отвердителя, вероятно, канцерогенного вещества.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение уровня упругопрочностных свойств композиционного материала. Технический результат достигается применением нового эпоксидного связующего состава, мас.%:

смола УП-610 70,5 смола ДЭГ-1 12,5 смесь ароматических аминов 4,4'-диаминодифенилметана и   метафенилендиамина (УП-0638) 17

Таблица 1 № п/п Компонент Химическая основа Нормативная документация Класс опасности 1 Смола УП-610 Продукт конденсации п-аминофенола и эпихлоргидрина с последующим дегидрохлорированием щелочью ТУ 2225-546-00203521-98, ТУ 2225-606-1113195-2003 пара-аминофенол-2, эпихлоргидрин-2 2 Смола ДЭГ-1 Продукт конденсации эпихлоргидрина с многоатомными спиртами с последующим дегидрохлорированием щелочью ТУ 2225-027-00203306-97, ТУ 2220-527-00203521-98 эпихлоргидрин-2 3 Смола ЭД-22 Эпоксидно-диановая смола (полимер диглицидилового эфира) ГОСТ 10587 эпихлоргидрин-2 толуол-3 4 Отвердитель Диамет-Х Дихлордиаминодифенилметан ТУ 6-14-980-84 3, вероятно, канцерогенный продукт

Содержание связующего, мас.%: 25-35; содержание волокнистого наполнителя арамидного типа, мас.%: 65-75.

Технический результат достигается за счет совокупности физико-механических и адгезионных свойств новой полимерной матрицы вышеприведенного состава, который приводит к повышению результирующих физико-механических свойств композиционного материала.

Известно, что характеристикой молекулярной структуры эпоксидной полимерной матрицы является строение элементарного узла химической ковалентной сетки, которая определяется природой исходного диэпоксида. В наиболее известных эпоксиаминных полимерах - это трехфункциональный узел, который состоит из двух молекул эпоксидной смолы и одной - аминного отвердителя с центром узла - атомом азота

При отверждении аминами появляются новые гидроксильные группы и третичный атом азота в центре узла сетки.

Алифатические смолы (ДЭГ-1, ТЭГ-1 и др.) содержат большое количество эпоксидных (15-30%) групп и имеют низкую вязкость (при 25°С - 0,05-1 Па), что позволяет применять их в рецептурных составах в качестве активных разбавителей других эпоксидных смол, что способствует увеличению эластичности и ударной прочности отвержденных полимерных матриц.

Выбор ароматического амина в качестве отверждающего агента обусловлен теплостойкостью образующегося полимера (160-200°С). Для улучшения его совместимости с эпоксидными смолами целесообразно использовать низкомолекулярные эпоксидные смолы (М_ср=350-600) в сочетании с низковязкими алифатическими. При этом варьирование молекулярным строением эпоксидных олигомеров и их совмещением между собой и отвердителями позволяет направленно регулировать свойства полимерных матриц и композитов на их основе.

Композиционный материал изготавливают методом "мокрой намотки". В реакторе путем последовательного смешения компонентов формируется эпоксидное связующее, которое транспортируется в ванну. Через ванну протягивается жгут (ровинг или ткань), поступающий на оправку для намотки изделия.

Для определения физико-механических свойств образцы композиционного материала изготавливали путем намотки пропитанного жгута «Армос» на специальную оправку. Оправку помещали в термошкаф, где проводился режим отверждения связующего ступенчато по технологической схеме:

подъем до 85°С - свободный;

выдержка при 85°С - 6 часов;

подъем до 100°С - свободный;

выдержка при 100°С - 2 часа;

подъем до 140°С - свободный;

выдержка при 140°С - 2 часа;

подъем до 160°С - свободный;

выдержка при 160°С - 6 часов;

охлаждение в термостате.

После охлаждения с оправки производили съем образцов композиционного материала для последующего определения физико-механических характеристик - разрушающего напряжения при растяжении и модуля упругости композиционного материала по ОСТ 92-1473-78.

Результаты экспериментальных исследований предложенного композиционного материала приведены в таблице 2. Например, для композиции со следующим соотношением компонентов, мас.%

смола УП-610 20,4 смола ДЭГ-1 3,6 смесь ароматических аминов 4,4'-диаминодифенилметана и   метафенилендиамина (УП-0638) 6 волокнистый наполнитель арамидного типа 70

соответствуют значения разрушающего напряжения при растяжении при 20°С - 2,57 ГПа, модуля упругости - 123 ГПа.

Для полученного материала величина разрушающего напряжения при растяжении при 20°С на 4,9% выше по сравнению с аналогом, величина модуля упругости выше на 23%.

Таким образом, при использовании связующего вышеуказанного нового рецептурного состава получен новый композиционный материал, имеющий более высокие физико-механические характеристики.

Таблица 2 Показатель Базовый вариант композиционного материала: жгут «Армос» + связующее УП-2217 Предложенный композиционный материал Жгут «Армос» (75 мас.%) + новое эпоксидное связующее Жгут «Армос» (70 мас.%) + новое эпоксидное связующее Жгут «Армос» (65 мас.%) + новое эпоксидное связующее Разрушающее напряжение при растяжении 20°С, ГПа 2,45 2,56 2,57 2,54 Модуль упругости, ГПа 100 120 123 121

Изобретение относится к композиционным материалам, которые могут использоваться в конструкции летательных аппаратов. Композиционный материал выполнен из волокнистого наполнителя (жгута) арамидного типа и композиции, состоящей из смеси эпоксидных смол в качестве полимерной матрицы и ароматического амина в качестве отверждающего агента, при следующем соотношении компонентов, мас.%: эпоксидная смола УП-610 17,6-24,7; эпоксидная смола алифатическая ДЭГ-1 3,1-4,4; ароматический амин УП-0638 4,2-6,0; волокнистый наполнитель арамидного типа 65-75. Композиционный материал обладает улучшенными упругопрочностными свойствами, в частности модуль упругости при растяжении равен 123 ГПа, а разрушающее напряжение при растяжении 2,57 ГПа. 2 табл.

Композиционный материал, выполненный методом мокрой намотки из волокнистого наполнителя (жгута) арамидного типа и композиции, состоящей из смеси эпоксидных смол в качестве полимерной матрицы и ароматического амина в качестве отверждающего агента при следующем соотношении компонентов, мас.%:
эпоксидная смола УП-610 17,6-24,7 эпоксидная смола алифатическая ДЭГ-1 3,1-4,4 ароматический амин УП-0638 4,2-6,0 волокнистый наполнитель арамидного типа 65-75