Токопроводящее порошковое связующее на основе эпоксидной композиции и способ получения препрега и армированного углекомпозита на его основе (варианты) Российский патент 2024 года по МПК C08L63/00 C08J5/24 C09D5/46 B29C70/88 

Изобретение относится к токопроводящим порошковым связующим на основе эпоксидной композиции и способу получения препрега и армированного углекомпозита на его основе. Изобретение может быть использовано в производстве изделий из полимерных композиционных материалов, применяемых в приборостроении, автомобильной, авиационной, аэрокосмической, электротехнической, строительной и других отраслях промышленности.

При многих преимуществах эпоксидных смол одним из их недостатков является их неэлектропроводность, низкая теплопроводность и высокие коэффициенты термического расширения. Введения различных порошковых добавок резко повышает вязкость и потому актуальна задача создания на их основе порошковых композиций и использование порошковых технологий.

Благодаря большому разнообразию электропроводящих порошковых наполнителей возможно получение на их основе наполненных композиций с эпоксидными смолами, обладающих свойствами, необходимыми для достижения заданных целевых характеристик получаемых из них изделий.

Основной проблемой на дату представления является отсутствие порошковых токопроводящих эпоксидных связующих и технологии получения препрегов и композитов на их основе. Новизна заявленного порошкового токопроводящего эпоксидного связующего и способов получения препрега и композитов на его основе состоит в использовании в эпоксидном связующем компонентов находящихся при комнатной температуре в твердом состоянии, токопроводящего наполнителя, приготовление порошка, его напыление в электростатическом поле на углеродную ткань и разработка способов формования композитного изделия в том числе джоулевым нагревом.

Известна эпоксидная порошковая композиция по патенту RU 2129137 «Эпоксидная порошковая композиция для покрытий». Сущностью является эпоксидная порошковая композиция для покрытий, включающая твердую эпоксидную смолу, отвердитель, ускоритель, наполнитель и технологические добавки - поливинилбутираль и агент розлива, отличающаяся тем, что в качестве твердой эпоксидной смолы она содержит смесь продукта конденсации эпоксидиановой смолы с молекулярной массой 400 - 600 с кубовым остатком дистилляции фталевого ангидрида, твердой эпоксиноволачной смолой, а в качестве отвердителя - аддукт эпоксидиановой смолы с молекулярной массой 400 -1200 с дифенилолпропаном с массовой долей гидроксильных групп 8,5 - 9,5, и в качестве ускорителя - алкил-, алкиларилимидазол, N,N'-бис(салицилиден)-1,2-фенилендииминат цинка или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Продукт конденсации эпоксидиановой смолы с молекулярной массой 400 - 600 с кубовым остатком дистилляции фталевого ангидрида - 100, Твердая эпоксиноволачная смола - 10 - 40, Аддукт эпоксидиановой смолы с молекулярной массой 400 - 1200 с дифенилолпропаном с массовой долей гидроксильных групп 8,5 - 9,5 - 20 - 80, Алкил-, алкиларилимидазол, N,N'-бис(салицилиден)-1,2-фенилендииминат цинка или их смесь - 0,3 - 4,0, Наполнитель - 30 - 100, Поливинилбутираль - 1,0 - 5,5, Агент розлива - 0,5 - 1,5

Недостатком известной порошковой композиции является то, что она не предназначена в качестве связующего для композитов.

Известен метод для производства предварительно пропитанного волокнистого материала по патенту CN 109070391 «Способ получения волокнистого материала, предварительно пропитанного термопластичным полимером, в псевдоожиженном слое». Сущностью изобретения метод для производства предварительно пропитанный волокнистый материал, содержащий волокнистый материал из непрерывных волокон и по меньшей мере одну термопластичную полимерную матрицу, отличающийся тем, что предварительно пропитанный волокнистый материал изготавливают в виде одной однонаправленной ленты или множества параллельных однонаправленных лент, и что способ включает стадии: пропитки волокнистого материала в виде одного пучка нитей (81а) или нескольких параллельных пучков нитей по меньшей мере одной термопластичной полимерной матрицей в пудра форме, при этом стадию пропитки проводят сухим способом в резервуаре (20), а регулирование количества по меньшей мере одной термопластичной полимерной матрицы в волокнистом материале достигается путем регулирования времени пребывания волокнистого материала в пудра, при этом среднеобъемный диаметр D50 термопластичного полимера пудра частицы размером от 30 до 300 мкм, исключая преднамеренно заряженные электростатический процессы, при этом резервуар (20) содержит псевдоожиженный слой (22), и этап пропитки выполняется одновременно с роспуском нити (81а) или нитей между входом и выходом из псевдоожиженного слоя (22) , псевдоожиженный слой (22) содержит по меньшей мере одно натяжное устройство (82), причем пучок нитей (81а) или пучки нитей находятся в контакте с частью или всей поверхностью по меньшей мере одного натяжного устройства (82).

Недостатком изобретения является ограничение его применимости лишь для термопластичных полимеров.

Известен метод нанесения порошковых покрытий по патенту WO 2010008599 «Усовершенствованный метод нанесения порошковых покрытий в виде покрытия в форме на композитные формы или композитные инструменты», состоящей в основном из эпоксидных и полиэфирных смол или их смесей. Сущностью является 1. Способ нанесения покрытия в форме формованного изделия, включающий стадии: (a) обеспечение электропроводящей формы для придания формы; (b) электрическое подключение формы к электрическому заземлению; (c) получение композиции порошкового покрытия, включающей частицы термореактивной смолы, выбранной из группы, состоящей в основном из эпоксидных и полиэфирных смол или их смесей; (d) обеспечение проводящей волокнистой среды, содержащей преимущественно углеродные волокна; (e) обеспечение, необязательно, придающей прочность волокнистой среды, содержащей стекловолокно; (f) нанесение указанной порошкообразной композиции покрытия на поверхность формы для придания формы вместе с указанной проводящей волокнистой средой и, необязательно, указанной волокнистой средой, придающей прочность, по существу при комнатной температуре таким образом, чтобы указанная проводящая волокнистая среда находилась в электрическом контакте с указанной электропроводящей средой, инструмент или форма для придания формы, а также с указанным электрическим заземлением через указанный инструмент или форму; (g) нагревание указанной порошковой композиции покрытия и указанной проводящей волокнистой среды до достаточно высокой температуры для отверждения указанной термореактивной смолы и сжатие, как порошковой композиции, так и волокнистой среды под достаточно высоким давлением для получения формованного композитного изделия с высоким модулем прочности. 2. Способ нанесения покрытия в форме по п.1, отличающийся тем, что указанная форма изготовлена из металлического или электропроводного композиционного материала. 3. Способ нанесения покрытия в форме по п.1, отличающийся тем, что указанная проводящая волокнистая среда представляет собой углеродные волокна. 4. Способ нанесения покрытия в форме по п.3, отличающийся тем, что указанные углеродные волокна выполнены в виде листа ткани из углеродного волокна. 5. Способ покрытия в форме по п.1, отличающийся тем, что указанный волокнистый материал, придающий прочность, представляет собой частицы стекловолокна. 6. Способ нанесения покрытия в форме по п.5, отличающийся тем, что указанные частицы стекловолокна имеют форму листа стекловолокна. 7. Способ покрытия в форме по п.1, в котором указанная электропроводящая форма для придания формы состоит из металла. 8. Способ нанесения покрытия в форме по п.1, в котором указанная электропроводящая форма для придания формы состоит из электропроводящего композиционного материала с высокой температурой плавления. 9. Способ нанесения покрытия в форме по п.1, в котором указанная порошковая композиция для покрытия отверждается при температуре примерно 60-288 градусов по Цельсия. 10. Способ нанесения покрытия в форме по п.9, отличающийся тем, что указанную композицию порошкового покрытия сжимают под давлением примерно от 0.09 до 0.69 МПа. в процессе отверждения для формирования готового изделия. 11. Способ нанесения покрытия в форме по п.10, отличающийся тем, что указанную порошкообразную композицию покрытия прессуют с помощью вакуумного мешка для уплотнения композиции в процессе отверждения. 12. Способ нанесения покрытия в форме по п.1, отличающийся тем, что дополнительный слой, содержащий порошковую композицию на основе сложного полиэфира, приклеивают к отвержденному эпоксидному или винилэфирному покрытию для придания защиты от ультрафиолета и придания блеска. 13. В качестве готового изделия комбинированная электропроводящая пресс-форма, имеющая форму, придающая форму, и отлитое в форму композитное изделие, сформированное на указанной поверхности, придающей форму, указанной инструментальной формы, причем указанная инструментальная форма дополнительно включает средства для соединения указанной инструментальной формы с землей. отшлифованное, указанное отлитое в форму композитное изделие имеет по меньшей мере одну свою поверхность, находящуюся в физическом контакте с указанной поверхностью, придающей форму, причем по меньшей мере часть указанного композитного тела находится в физическом и электрическом контакте с указанной инструментальной формой, причем указанная часть указанного композитного тела содержит твердую и отвержденную композицию из термореактивной смолы, содержащую волокна из электропроводящего материала, делающего указанную часть электропроводной, так что, по меньшей мере, указанная часть указанного композитного тела заряжается отрицательно через указанные средства для соединения указанной пресс-формы с заземлением. 14. Композитное изделие, отлитое в форму, по п.12, в котором указанные волокна из электропроводящего материала представляют собой углеродные волокна.

Недостатком известного изобретения является отсутствие электропроводящих свойств связующего.

Известна отверждаемая композиция по патенту US 20220185977 «Композиция смолы, отвержденное формованное изделие, формовочный материал из пластмассы, армированной волокнами, пластмасса, армированная волокнами, формованное изделие из слоистого пластика, армированного волокнами, и способы их получения», сущностью является композиция на основе смолы, которая содержит первую смолу и вторую смолу, отличную от первой смолы, и проявляет способность к отверждению за счет термического сшивания, при этом первая смола представляет собой одну или более смол, выбранных из группы, состоящей из бифункциональной эпоксидной смолы, имеющей средневесовую молекулярную массу 4000 или более, и феноксисмолы, и вторая смола представляет собой поликарбонатную смолу. Многослойное формованное тело из армированного волокном пластика, которое содержит фенокси смолу, поликарбонатную смолу и армирующее волокно и состоит из множества слоев, включающих один или несколько участков межслойного соединения, в которых слой, содержащий феноксисмолу, и слой, содержащий поликарбонатную смолу, связаны реакцией сшивания на границе ламинирования между двумя слоями.

Недостатком известной композиции является отсутствие электропроводящих свойств связующего.

Известен способ изготовления армирующего материала по патенту US 20100040857 «Устройство и способ изготовления реактивных полимерных препрегов». Сущностью является способ изготовления армирующего материала, предварительно пропитанного реактивным полимером, включающий: обеспечение практически нелетучей композиции, содержащей практически полностью твердые частицы по меньшей мере одной отверждаемой при нагревании термореактивной смолы, где единственными летучими компонентами композиции являются остаточная вода или остаточный растворитель; нанесение слоя по существу нелетучей композиции на пропитываемую ткань или сборку армирующих волокон, при этом частицы по существу нелетучей композиции являются твердыми при температуре окружающей среды и наносятся на ткань или сборку армирующих волокон, подлежащих пропитке, при температуре окружающей среды; и формирование препрега путем нагревания практически полностью твердых частиц практически нелетучей композиции, так что практически полностью твердые частицы частично расплавляются, при этом ткань или сборка пропитываются частично расплавленной композицией, а частично расплавленные твердые частицы практически нелетучий состав прилипает к ткани или набору армирующих волокон.

Недостатком известного изобретения является отсутствие состава отверждаемой композиции и описание лишь общих принципов изготовления препрега.

Известно изобретение по патенту RU 2565184 «Многослойное электропроводящее покрытие на основе термостойкого связующего», содержащее по меньшей мере два токопроводящих слоя равнопрочного углеродного наполнителя сатинового или саржевого плетения, по меньшей мере два диэлектрических слоя, чередующиеся с указанными токопроводящими слоями. Токопроводящие слои имеют электросопротивление не более 10 Ом, диэлектрические слои содержат эпоксидное или цианэфирное связующее с температурой стеклования 200-280°C и температурой начала деструкции 320-420°C и частицы размером не более 100 нм, содержащие углеродную фазу. Концентрация частиц, содержащих углеродную фазу, составляет 0,05-1 мас.%, причем углеродная фаза представляет собой терморасширенный графит с насыпной плотностью 0,01-0,015 г/см3. Покрытие по п. 1, отличающиеся тем, что частицы, содержащие углеродную фазу, представляют собой металл/углеродный нанокомпозит, их концентрация в покрытии составляет 0,5-3 мас.%, при этом углеродная фаза представляет собой нанопленочную структуру. Покрытие по п. 3, отличающиеся тем, что металл/углеродный нанокомпозит представляет собой медь/углеродный нанокомпозит или никель/углеродный нанокомпозит. Покрытие по п. 3, отличающиеся тем, что нанопленочная структура представляет собой углеродные нановолокна.

Недостатком известного технического решения является то, что состав данного покрытия не предназначен для использования в качестве связующего для получения углепластиков.

Известно изобретение по патенту RU 2631299 «Композитные материалы», сущностью является отверждаемый композитный материал содержащий по меньшей мере один структурный слой армирующих волокон, пропитанных отверждаемой смолистой матрицей, и по меньшей мере одну проводящую композитную частицу, расположенную рядом или вблизи с указанными армирующими волокнами. Указанная проводящая композитная частица содержит проводящий компонент и полимерный компонент. Указанный полимерный компонент содержит один или более термопластичных полимеров. Термопластичные полимеры первоначально находятся в твердой фазе и по существу не растворимы в отверждаемой смолистой матрице до отверждения композитного материала, но способны подвергаться по меньшей мере частичному фазовому переходу в жидкую фазу за счет растворения в смолистой матрице во время цикла отверждения композитного материала. Термопластичные полимеры имеют температуру стеклования (Тст) более 200°С. Изобретение позволяет повысить электрическую проводимость композита в направлении толщины, улучшить ударную прочность и устойчивость к расслоению многослойной композитной структуры.

Недостатком известного технического решения является то, что в изобретении не раскрыта технология получения композиционного материала и не расписаны требования к связующему.

Известно изобретение по патенту RU 2653176 «Электропроводящая композиция и способ изготовления нагревательных панелей на ее основе», сущностью является пленкообразующее связующее и углеродсодержащий наполнитель, в качестве углеродсодержащего наполнителя используют дегидратированный минерал шунгит Зажогинского месторождения в количестве от 30-70% от массы связующего с соответствующими отвердителем и/или растворителем, который вводят в виде смеси фракций, полученных дроблением - размерностью 22-50 мкм и помолом - размерностью 0,1-20 мкм. Электропроводящая композиция по п. 1. отличающаяся тем, что в качестве пленкообразующего связующего используют жидкое стекло, эпоксидную смолу, олифу, кремнийорганические смолы, жидкую резину с соответствующими растворителем и/ или отвердителем. Способ изготовления электронагревательных панелей, включающий многослойное размещение электропроводящей композиции с пленкообразующим связующим и углеродсодержащим наполнителем между параллельно закрепленными электродами по краям предварительно подготовленной диэлектрической подложки, отличающийся тем, что электропроводящая композиция включает дегидратированный минерал шунгит Зажогинского месторождения в виде смеси фракций размерностью 22-50 мкм и размерностью 0,1-20 мкм, при их массовом соотношении 1:9-1:1, в количестве от 30-70% от массы связующего, при этом электропроводящую композицию наносят послойно от электрода к электроду до взаимокомпенсации статической погрешности удельной электропроводимости поверхности со снижением удельного сопротивления и со смещением 1-2 верхних слоев на 2-3% межэлектродного расстояния, а в качестве электродов используют медную луженую плетенку.

Недостатком известного технического решения в отношении состава является наличие летучих растворителей, вследствие чего известное техническое решение обладает более низкими потребительскими свойствами, так как данное связующее не позволяет качественно пропитать армирующий наполнитель.

Известно изобретение по патенту RU 2680052 «Антистатическое связующее для композитных материалов», сущностью является Антистатическое связующее для композитных материалов, включающее эпоксидную смолу, интеркалированный графит, фосфорсодержащее соединение - трикрезилфосфат и/или трифенилфосфат, ингибитор распространения пламени - гидроксид алюминия и/или магния и/или борат цинка, отвердитель, ускоритель, отличающееся тем, что в качестве эпоксидной смолы оно содержит эпоксивинилэфирную смолу, дополнительно содержит графит электропроводящий, сажу электропроводящую, минеральные наполнители - карбонат кальция, и/или каолин, и/или оксид сурьмы, смесь деаэратора и лубрикатора в равном соотношении.

Недостатком известного технического решения в отношении состава является наличие летучих растворителей, вследствие чего известное техническое решение обладает более низкими потребительскими свойствами, так как данное связующее не позволяет качественно пропитать армирующий наполнитель.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту RU 2412963 «Эпоксидное связующее для армированных пластиков», включающее эпоксидно-диановую смолу, отвердитель - анилинофенолоформальдегидную смолу, 2,2’-бис-(3,5-ди-бром-4-гидроксифенил)-пропан, модификатор, ускоритель отверждения и растворитель - спирто-ацетоновую смесь (при массовом соотношении спирта и ацетона 1:1), дополнительно содержит электропроводящий наполнитель - углерод технический печной электропроводный и графит карандашный порошковый, а в качестве модификатора и ускорителя отверждения - феноло-поливинилацетальный клей БФ-4

Недостатком известного технического решения в отношении состава является наличие летучих растворителей, вследствие чего известное техническое решение обладает более низкими потребительскими свойствами, так как данное связующее не позволяет качественно пропитать армирующий наполнитель.

Выявленные аналоги совпадают с заявленным техническим решением по отдельным совпадающим признакам, поэтому прототип не определён, и формула изобретения составлена без ограничительной части.

Техническим результатом заявленного технического решения является разработка порошкового токопроводящего связующего на основе эпоксидной композиции и способа получения препрега и армированного углекомпозита на его основе (варианты), позволяющего достигать:

- исключение использование растворителей при получении препрегов;

- исключение длительного высокотемпературного нагрева связующего при получении препрега:

- высокую тепло- и электропроводность;

- высокие механические свойства получаемого углепластика;

Сущностью заявленного технического решения является порошковое токопроводящее связующее на основе эпоксидной композиции, включающее твердую эпоксидную смолу, токопроводящий наполнитель, твердый отвердитель в следующем соотношении компонентов, мас. ч:

эпоксидная смола
токопроводящий наполнитель 100
25-55 отвердитель Стехиометрическое количество

Способ получения армированного углекомпозита на основе токопроводящего порошкового связующего по п.1, заключающийся в том, что на 1 этапе получают порошковое связующее, для чего берут 100 мас.ч твердой эпоксидной смолы, 25-55 мас.ч. токопроводящего наполнителя и стехиометрическое количество твердого отвердителя, перемешивают их и измельчают до получения однородного порошка; полученную смесь экструдируют в двухшнековом смесителе при температуре 60°С - I и II зона, 80°С - III зона; полученные проэкструдированные гранулы измельчают до частиц размером не более 100 мкм; на 2 этапе получают армированный углекомпозит, для чего токопроводящее порошковое связующее, полученное на 1 этапе, наносят в электростатическом поле с одной иди двух сторон на углеткань, закрепленную на токопроводящей рамке; после напыления ткань нагревают до температуры 90°С, связующее оплавляется и пропитывает ткань за счет низкого поверхностного натяжения расплава связующего с электростатическим зарядом на поверхности; полученные пропитанные листы ткани собирают в технологический пакет и помещают в вакуумный мешок; далее создают вакуум с остаточным давлением 50 мбар в технологическом пакете, и затем начинают подъем температуры до 90°С пропусканием электрического тока через консолидируемую пластину; затем охлаждают технологический пакет, получают консолидированную пластину, извлекают ее и используют для получения изделия методом термоформования между матрицей и пуансоном пресс-формы, нагретыми до температуры 250°С.

Способ получения армированного углекомпозита на основе электропроводящего порошкового связующего по п.1, заключающийся в том что на 1 этапе получают порошковое связующее, для чего берут 100 мас.ч эпоксидной смолы, 25-55 масс.ч электропроводящего наполнителя и стехиометрическое количество твердого отвердителя, перемешивают их и измельчают до получения однородного порошка; полученную смесь экструдируют в двухшнековом смесителе при температуре 60°С - I и II зона, 80°С - III зона; полученные проэкструдированные гранулы измельчают до частиц размером не более 100 мкм; на 2 этапе получают армированный углекомпозит, для чего порошковое связующее, полученное на 1 этапе, наносят в электростатическом поле с одной стороны на углеткань, выложенную на металлическую оснастку, и проводят оплавление при температуре 90°С в течение 10 мин; затем проводят выкладку и напыление последующих слоев с оплавлением связующего; углеткань раскраивают согласно карте раскроя, обеспечивающей максимальный коэффициент использования материала, собирают вакуумный мешок и создают вакуум с остаточным давлением 50 мбар в технологическом пакете и затем начинают ступенчатый подъем температуры до 200°С пропусканием электрического тока через углекомпозит.

Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг.1 - Фиг.2.

На Фиг.1 представлена Таблица 1, в которой приведены составы заявленного порошкового токопроводящего связующего

На Фиг.2 представлена Таблица 2, в которой приведены свойства заявленного связующего и углекомпозита на его основе

Далее заявителем приведено описание заявленного технического решения.

В заявленном техническом решении использовали следующее оборудование и исходные компоненты.

Прочность на растяжение определяли по ГОСТ Р 56785-2015 «Композиты полимерные. Метод испытания на растяжение плоских образцов». Прочность на изгиб определяли по ГОСТ Р 56810-2015 «Композиты полимерные. Метод испытания на изгиб плоских образцов».

Теплостойкость определяли по температуре стеклования отвержденных образцов методом динамического механического анализа на приборе DMA 242 E (NETZSCH) при скорости нагрева 5 К/мин.

Теплопроводность определяли по ГОСТ 57830-2017 «Композиты. Определение теплопроводности и температуропроводности методом дифференциальной сканирующей калориметрии с температурной модуляцией»

Электропроводность определяли по ГОСТ 20214-74 «Пластмассы электропроводящие. Метод определения удельного объемного электрического сопротивления при постоянном напряжении»

Для приготовления порошкового связующего использованы твердые эпоксидные смолы на основе бисфенола А и эпоксиноволачные смолы.

В качестве эпоксидной смолы на основе бисфенола А использованы: D.E.R.671, ЭД-8, ЭД-10.

В качестве эпоксиноволачной смолы использованы: D.E.N.439, EPOTEC YDPN 664.

В качестве отвердителей использованы: диаминодифенилсульфон (ДАДФС), диаминодифенилоксид (ДАДФО), бензидин, фталевый ангидрид (ФА), тетрагидрофталевый ангидрид (ТГФА), янтарный ангидрид.

В качестве токопроводящих наполнителей использованы: порошки металлов (Медный порошок по ГОСТ 4960-68, Никелевый порошок по ГОСТ 9722-61, Серебряный порошок ПСр 45 по ГОСТ 19738-74), графита (марки ГИИ-А, ГЛ-1) и металлизированного графита. Металлизированные графиты: посеребренный (Ag-Гр), омедненный (Cu-Гр), никелированный (Ni-Гр) получали металлизацией по методике описанной в книге (Шелкаускас М., Вишкялис А. Химическая металлизация пластмасс. -Л.: Химия, 1985. -144с.)

Порошки получали с использованием шаровой мельницы PM100 (Retsch), двухшнекового смесителя Scientific LTE 16-40 (Labtech Engineering), струйной мельнице lnj-v6 lab.

Электростатическое напыление проводили в переносном комплексе для нанесения порошковых покрытий "МИНИСТАРТ" с помощью пистолета-распылителя порошковой краски СТАРТ-50.

Содержание компонентов выбрано, исходя из сочетания оптимальных свойств связующего (теплостойкости, теплопроводности, электропроводности и механических характеристик углепластика).

Для достижения заявленного технического результата в предлагаемом токопроводящем порошковом связующем на основе эпоксидной композиции, включающем эпоксидную смолу, отвердитель и токопроводящий наполнитель, согласно изобретению, в качестве эпоксидной смолы используют твердые эпоксидные смолы и твердые отвердители, с температурой размягчения не ниже 40°С, в качестве токопроводящего наполнителя используются порошки металлов, графита и металлизированного графита при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Твердая эпоксидная смола 100 Токопроводящий наполнитель 25-55 Отвердитель Стехиометрическое количество

Использование в качестве основы твердых эпоксидных смол на основе бисфенола А и твердых эпоксиноволачных смол обеспечивает нахождение предлагаемых составов при комнатной температуре в твердом виде и после реакции отверждения получение высокопрочных и теплостойких полимеров.

В качестве армирующего наполнителя использовали углеткани с поверхностной плотностью 100 и 200 г/см².

Количество связующего на единицу площади ткани рассчитывали, исходя из того, чтобы соотношение армирующего наполнителя и отвержденного связующего в композиционном материале было в интервале 40:60 - 60:40.

Далее заявителем приведено описание заявленного токопроводящего порошкового связующего на основе эпоксидной композиции и заявленного способа получения препрега и армированного углекомпозита на его основе.

На 1 этапе получают порошковое связующее, для чего берут 100 мас.ч. гранул или порошка эпоксидной смолы и 25-55 масс.ч. порошка токопроводящего наполнителя, стехиометрическое количество порошка отвердителя, перемешивают компоненты и измельчают при температуре 10-25°С в шаровой мельнице в течение 10-30 мин до получения однородного порошка. Полученную смесь экструдировали в двухшнековом смесителе при температуре 60°С (I и II зона), 80°С - III зона. Полученные проэкструдированные гранулы измельчали в струйной мельнице до частиц размером не более 100мкм. Готовые порошковое связующее наносили на углеткань в электростатическом напылением с помощь пистолета и изготавливали изделие по двум вариантам реализации заявляемого способа получения армированного углекомпозита.

По первому варианту порошковое связующее наносят в электростатическом поле с одной иди двух сторон на углеткань, закрепленную на токопроводящей рамке. После напыления ткань нагревается до температуры 90°С в течение 10 мин, связующее оплавляется и пропитывает ткань за счет низкого поверхностного натяжения расплава связующего с электростатическим зарядом на поверхности, затем напыленную ткань охлаждают. Полученные пропитанные листы ткани собираются в пакет и помещают в вакуумный мешок. Вакуумным насосом создается вакуум с остаточным давлением 50 мбар в технологическом пакете, и затем пропускают электрический ток для подъема температуры до 90°С в течение 15 мин. Затем охлаждают технологический пакет, извлекают консолидированную пластину и используют ее для получения изделия методом термоформования между матрицей и пуансоном пресс-формы, нагретыми до температуры 250°С.

По второму варианту порошковое связующее наносят в электростатическом поле с одной стороны на углеткань выложенную на металлическую оснастку и проводят оплавление при температуре 90°С в течение 10 мин. Затем проводят выкладку и аналогичное напыление последующих слоев ткани с оплавлением связующего. Углеткань раскраивали согласно карте раскроя, обеспечивающей максимальный коэффициент использования материала. Собирают вакуумный мешок и вакуумным насосом создается вакуум с остаточным давлением 50мбар в технологическом пакете и затем начинают подъем температуры до 200°С пропусканием тока через углекомпозит.

Далее заявителем приведены примеры осуществления заявленного технического решения.

Пример 1 . Токопроводящее порошковое связующее на основе эпоксидной композиции состава D.E.R.671 (100масс.ч.), медный порошок (55 масс.ч.) и ДАДФС (12.1масс.ч) и способ получения армированного углекомпозита на его основе по первому варианту.

На 1 этапе получают порошковое связующее, для чего берут 100 мас.ч. гранул эпоксидной смолы D.E.R.671, 55 масс.ч. медного порошка и 12.1масс.ч. ДАДФС перемешивают их и измельчают в шаровой мельнице до получения однородного порошка. Полученную смесь экструдировали в двухшнековом смесителе при температуре 60°С (I и II зона), 80°С - III зона. Полученные проэкструдированные гранулы измельчали в струйной мельнице до частиц размером не более 100мкм.

На 2 этапе готовые порошковые связующее наносили в электростатическом напылением с помощь пистолета с двух сторон на углеткань, закрепленную на токопроводящей рамке. После напыления ткань нагревается до температуры 90, связующее оплавляется и пропитывает ткань за счет низкого поверхностного натяжения расплава связующего с электростатическим зарядом на поверхности. Полученные пропитанные листы ткани собираются в пакет и помещают в вакуумный мешок. Вакуумным насосом создается вакуум с остаточным давлением 50мбар в технологическом пакете, и затем начинают подъем температуры до 90°С пропусканием электрического тока консолидируемую пластину. Затем охлаждают технологический пакет, извлекают консолидированную пластину и используют ее для получения изделия методом термоформования между матрицей и пуансоном, нагретыми до температуры 250°С

Результаты приведены в Таблице 1.

Примеры 2 - 8. Токопроводящее порошковое связующее на основе эпоксидной композиции и способ получения армированного углекомпозита на его основе по первому варианту.

Проводят последовательность действий по Примеру 1, отличающуюся тем, что берут различные марки компонентов и соотношения компонентов.

Результаты приведены в Таблице 1.

Пример 9. Токопроводящее порошковое связующее на основе эпоксидной композиции состава D.E.N.439 (100масс.ч.), медного порошка (55 масс.ч.) и бензидина (45.9 масс.ч) и способ получения армированного углекомпозита на его основе по второму варианту.

На 1 этапе получают порошковое связующее, для чего берут 100 мас.ч. гранул эпоксидной смолы D.E.N.439 и 55 масс.ч. медного порошка, 45.9 масс.ч. бензидина, перемешивают их и измельчают при температуре 10-25°С в шаровой мельнице в течение 10-30 мин до получения однородного порошка. Полученную смесь экструдировали в двухшнековом смесителе при температуре 60°С (I и II зона), 80°С - III зона. Полученные проэкструдированные гранулы измельчали в струйной мельнице до частиц размером не более 100мкм.

На 2 этапе готовое порошковое связующее наносили в электростатическом напылением с помощь пистолета с одной стороны на углеткань выложенную на металлическую оснастку и проводят оплавление при температуре 90°С в течение 10 мин. Затем проводят выкладку и напыление последующих слоев с оплавлением связующего. Углеткань раскраивали согласно карте раскроя, обеспечивающей максимальный коэффициент использования материала. Собирают вакуумный мешок и вакуумным насосом создается вакуум с остаточным давлением 50мбар в технологическом пакете и затем начинают ступенчатый подъем температуры до 200°С пропусканием электрического тока через углекомпозит.

Результаты приведены в Таблице 1.

Примеры 10 - 16. Токопроводящее порошковое связующее на основе эпоксидной композиции и способ получения армированного углекомпозита на его основе по второму варианту.

Проводят последовательность действий по Примеру 9, отличающуюся тем, что берут различные марки компонентов и соотношения компонентов.

Результаты приведены в Таблице 1.

Из данных, приведенных в Таблице 1, видно, что получены составы токопроводящего порошкового связующего на основе эпоксидной композиции во всем интервале заявленных значений содержания компонентов.

В Таблице 2 приведены свойства полученного по Примерам 1 - 16 токопроводящего порошкового связующего на основе эпоксидной композиции и армированного углекомпозита на его основе.

Как видно из Таблицы 2, заявленное токопроводящее порошковое связующее на основе эпоксидной композиции и армированный углекомпозит на его основе (Примеры 1 - 16) имеет:

- высокие физико-механические свойства: прочность при растяжении;

- высокую теплостойкость;

- процесс пропитки (переработки) осуществляется без применения растворителей;

- высокую тепло и электропроводность.

Таким образом, из описанного выше можно сделать вывод, что заявителем достигнут заявленный технический результат, а именно, разработан состав токопроводящего порошкового эпоксидноого связующего и способ получения препрега и армированного углекомпозита на его основе (варианты), а именно:

- высокие прочностные свойства связующего за счёт подбора совокупности компонентов;

- высокая теплостойкость связующего;

- показано, что заявленное порошковое связующее обладает высокими электропроводностью и теплопроводностью;

- простота способа получения токопроводящего порошкового связующего на основе эпоксидной композиции за счёт экспериментального подбора твердых компонентов.

Таким образом, заявленный технический результат достигнут тем, что подобран оптимальный состав компонентов токопроводящего порошкового связующего и способ получения армированного углекомпозита на его основе (варианты), что позволило получить связующее с высокими электропроводностью и теплопроводностью, а также высокой теплостойкостью и высокими физико-механическими свойствами композита после отверждения.

Настоящее изобретение относится к токопроводящему порошковому связующему для получения армированного углекомпозита на основе эпоксидной композиции, содержащее твердую эпоксидную смолу, отвердитель и токопроводящий наполнитель в следующем количестве, мас.ч.: твердая эпоксидная смола – 100; токопроводящий наполнитель – 25-55; твердый отвердитель - стехиометрическое количество. Также описан способ получения армированного углекомпозита на основе токопроводящего порошкового связующего по п.1, заключающийся в том, что на 1 этапе получают порошковое связующее, для чего берут 100 мас.ч. твердой эпоксидной смолы, 25-55 мас.ч. токопроводящего наполнителя и стехиометрическое количество твердого отвердителя, перемешивают их и измельчают до получения однородного порошка; полученную смесь экструдируют в двухшнековом смесителе при температуре 60°С – I и II зона, 80°С – III зона; полученные проэкструдированные гранулы измельчают до частиц размером не более 100 мкм; на 2 этапе получают армированный углекомпозит, для чего токопроводящее порошковое связующее, полученное на 1 этапе, наносят в электростатическом поле с одной иди двух сторон на углеткань, закрепленную на токопроводящей рамке; после напыления ткань нагревают до температуры 90°С, связующее оплавляется и пропитывает ткань за счет низкого поверхностного натяжения расплава связующего с электростатическим зарядом на поверхности; полученные пропитанные листы ткани собирают в технологический пакет и помещают в вакуумный мешок; далее создают вакуум с остаточным давлением 50 мбар в технологическом пакете, и затем начинают подъем температуры до 90°С пропусканием электрического тока через консолидируемую пластину; затем охлаждают технологический пакет, получают консолидированную пластину, извлекают ее и используют для получения изделия методом термоформования между матрицей и пуансоном пресс-формы, нагретыми до температуры 250°С. Описан способ получения армированного углекомпозита на основе электропроводящего порошкового связующего по п.1, заключающийся в том что на 1 этапе получают порошковое связующее, для чего берут 100 мас.ч. эпоксидной смолы, 25-55 мас.ч. электропроводящего наполнителя и стехиометрическое количество твердого отвердителя, перемешивают их и измельчают до получения однородного порошка; полученную смесь экструдируют в двухшнековом смесителе при температуре 60°С – I и II зона, 80°С – III зона; полученные проэкструдированные гранулы измельчают до частиц размером не более 100 мкм; на 2 этапе получают армированный углекомпозит, для чего порошковое связующее, полученное на 1 этапе, наносят в электростатическом поле с одной стороны на углеткань, выложенную на металлическую оснастку, и проводят оплавление при температуре 90°С в течение 10 мин; затем проводят выкладку и напыление последующих слоев с оплавлением связующего; углеткань раскраивают согласно карте раскроя, обеспечивающей максимальный коэффициент использования материала, собирают вакуумный мешок и создают вакуум с остаточным давлением 50 мбар в технологическом пакете и затем начинают ступенчатый подъем температуры до 200°С пропусканием электрического тока через углекомпозит. Технический результат – исключение использования растворителей и длительного высокотемпературного нагрева связующего при получении препрега; высокая тепло- и электропроводность, высокие механические свойства получаемого углепластика. 3 н.п. ф-лы, 16 пр., 2 ил.

1. Токопроводящее порошковое связующее для получения армированного углекомпозита на основе эпоксидной композиции, содержащее твердую эпоксидную смолу, отвердитель и токопроводящий наполнитель в следующем количестве, мас.ч.:

Твердая эпоксидная смола 100 Токопроводящий наполнитель 25-55 Твердый отвердитель стехиометрическое количество

2. Способ получения армированного углекомпозита на основе токопроводящего порошкового связующего по п.1, заключающийся в том, что на 1 этапе получают порошковое связующее, для чего берут 100 мас.ч. твердой эпоксидной смолы, 25-55 мас.ч. токопроводящего наполнителя и стехиометрическое количество твердого отвердителя, перемешивают их и измельчают до получения однородного порошка; полученную смесь экструдируют в двухшнековом смесителе при температуре 60°С – I и II зона, 80°С – III зона; полученные проэкструдированные гранулы измельчают до частиц размером не более 100 мкм; на 2 этапе получают армированный углекомпозит, для чего токопроводящее порошковое связующее, полученное на 1 этапе, наносят в электростатическом поле с одной иди двух сторон на углеткань, закрепленную на токопроводящей рамке; после напыления ткань нагревают до температуры 90°С, связующее оплавляется и пропитывает ткань за счет низкого поверхностного натяжения расплава связующего с электростатическим зарядом на поверхности; полученные пропитанные листы ткани собирают в технологический пакет и помещают в вакуумный мешок; далее создают вакуум с остаточным давлением 50 мбар в технологическом пакете, и затем начинают подъем температуры до 90°С пропусканием электрического тока через консолидируемую пластину; затем охлаждают технологический пакет, получают консолидированную пластину, извлекают ее и используют для получения изделия методом термоформования между матрицей и пуансоном пресс-формы, нагретыми до температуры 250°С.

3. Способ получения армированного углекомпозита на основе электропроводящего порошкового связующего по п.1, заключающийся в том что на 1 этапе получают порошковое связующее, для чего берут 100 мас.ч. эпоксидной смолы, 25-55 мас.ч. электропроводящего наполнителя и стехиометрическое количество твердого отвердителя, перемешивают их и измельчают до получения однородного порошка; полученную смесь экструдируют в двухшнековом смесителе при температуре 60°С – I и II зона, 80°С – III зона; полученные проэкструдированные гранулы измельчают до частиц размером не более 100 мкм; на 2 этапе получают армированный углекомпозит, для чего порошковое связующее, полученное на 1 этапе, наносят в электростатическом поле с одной стороны на углеткань, выложенную на металлическую оснастку, и проводят оплавление при температуре 90°С в течение 10 мин; затем проводят выкладку и напыление последующих слоев с оплавлением связующего; углеткань раскраивают согласно карте раскроя, обеспечивающей максимальный коэффициент использования материала, собирают вакуумный мешок и создают вакуум с остаточным давлением 50 мбар в технологическом пакете и затем начинают ступенчатый подъем температуры до 200°С пропусканием электрического тока через углекомпозит.