СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫМ ВОЛОКНОМ МАТЕРИАЛОВ Советский патент 1974 года по МПК D01F11/14 D06M15/21 

1

Изобретение относится к прозводству армированных углеродным волокном материалов.

Известен способ подучения арированных углеродным волокном ма- 5 техиалов путем смешения углеродных волокон с TepyiopeiaKTHBHHM связующим и последущего формования, Од« нако получаемые этим способом матер алы не обладают высоким преде- ю ом прочности на сдвиг.

Целью изобретения является разработка способа, обеспечивающего получение материала с высоким пределом прочности на сдвиг, is

Эта цель достигается тем, что углеродные волэкна предварительно оор1абатывают блок- или привиты1л сополимером, содержащим два типа полимерных звеньев, один из 20 KOTopix способен химически связываться с углеродным волэкном, другой - со связующшд. Сначала углеродные волэкна обрабатывают одним типом полимерного звена, способным 25

I химически связыватьсяс углеродным вожжном, а затем другим, способным химически связываться со связующим.

Обработанные таким образом леродные волокна вводят в термореактивное связующее,выработанное из группы, содержащей полиэфирное, эпоксидаое или полиимидное связующее.

В предлагаемом способе используют блок-сополимер типа А-В, в котором В фиксировано в конце цепи А, или привитой сополимер типа А-В, в котором В в виде привитых ветвей фиксирвано на звене полимерной цепи А,

Блок-сополимер может также быть типа А-В-А или типа В-А-В, где А представляет собой звено полимера, способное образовывать химическую связь с волокном углерода, В - звено голимерной цепи, совместимое со смолой,

В качестве полимеров, составляющих звено полшерюй цепи А сополшдера, используют полиизопрен, полибутадиен, оопэлшлер бутадиенакриловая кислота, сополшлер бутад ен-метакршговая кислота, полиизобутен, полисилоксаны, полиакрилаты Полимер В должен быть совместим со СМОЛ) и, т.е. должен сод ержать полярные группы, напр1мер ангидридше: сло)шЬэйирные,нитрильные гидроксил, карбоксил, или двойные связи. В качестве полимеров, предста ляющих собой звено полшлерной цепи В сополшлера, используют сополшлер винилацетат-винилхлорид,чередующийся сошлитлер стирол-члалеиновый ангидрид, с.опол1шер метилметакрилат-малеиновый ангидюиц. сополимер полиэтилен-глалеиновыя ангидрид, сополимер поливинил-пиридан. Привитой сополжлер типа А-В фиксирует следуьэщюл образом: сначала jJiKCHpyioT звено А на волокне, затем прививают звено В к А, Увено эластомера А фиксируют на воло1ше путем прививки его по радшсальному или ионному механизму 11рививка по радикальному меха низму состоит в полшлерпзации при нагреваюш в присутствии таких веществ, как перекиси, гидроперекиси азопроизводные, или окислительновосстановительной систеглы или под действием излучения. Прививка по анионному механиз му заключается в дезактивации анио ного полимера А на поверхности углеродного волокна или в нарастании полимерной цепи А непосредственного на волокне, предварительно металлироваином, напршлер, литием, Яойшо тшсже фиксировать звено эластомера А на волжне ионными связями 1водородно11, дипольной свя зью, за счет образования соли), дл получения которых создают пункциональные полярныегруппы, такие как карбоксильные, одновременно на волокне и на полшлере а. Hanpi-шер сополшлеризуя полимер А с мономером, наприлер с акриловой кислотой или метакриловой кислотой, или под вергая его взашлоделствию с реактивом, ташш как тиогликолевая кислота. После фиксировагшя звена поли мера А на вшюкне фиксируот звено полимера В на полшлере А ковалентн ми ши ионными связягли, Jiiqe один вариант способа заключается в том. что непосредственlio на волокне фиксируют предвариельно по;учешшй блок-сополимер -В путем прививки звена А по аниоН ояу механиау1у или за счет образоваия ионных связей;. Пример. Окисляют волока углерода озоном при в течеие 5 час. После обработки 0,1 и. аствором едкого натра при кипении течение 8 час и подкисления 0,1 н. лористоводородной кислотой промыают волокна дистиллированной водой, ушат их и обрабатывают метанолатом натрия в присутствии фенолфталеина. Далее смачивают волокна в течение 24 час в растворе 0,1 г блоксополимера, предварительно обработанного метанолатом натрия, в ТОО смЗ бензола с 10 ацетона, Блок-сополиглер представляет собой блок-сополимер карбоксилированного изопрена со стиролом и малеиновым ангидридом. Проьшвают волокна ацетоном и сушат их в вакууме при , Условия форлования следующие: Количество, г эпоксидная смола Ю отвердитель , . , , , . ,0,25 Давление формования, кг/см 2 Температура, Продолжительность, час2 До форлЬвания предварительно пропитывают волокна в течение 30 мин npi 80°С растюром смолы (8 г смолы в 2 г ацетона) После обезвоживания их снова пропитывают при тех же продолжительности и теглпературе сможй и отвердителем. Измеряет разрывную нагрузку при сдвиге(б| р j проб арлированных коглпозиций, изготовленных предлагавшм способом, Ддя сравнения измеряют разр1Вную нагрузку армированных композиций, содержащих юлокпа. обработанные только озоном при в течение 5 час). ЬР при окислении О 5,245,58 КГ/ММ, при окислении Оо+ о блок-сополимер 6,43 - 8,13 кг/шл Следует отметить, что разрывная нагрузка сдвига ашированноЛ композиции, содержащее необработанные вожжна, составляет 4,7 кг-мм, П р и м е р 2. Окисляют и обра батывают волокна углерода в услориях примера 1.3атом смачивают волокна в растворе чистого карбоксисодержащего сополимера изопрена со стиролом и малеиновыгл ангидридом () со следую111Им соотношением звеньев Ш (М ;25.рОО) 23,6 9 76,4 Затем проглывают вожша и вводят их в эпоксидную смолу типа CIBA 24/556/ЁТ973. Т зрывная нагру ка на сдвиг полученной кошюзщии составляет 6,82 кгАил-, Примерз, Окисляьэт и обрабатывавзт водокна углерода, как в предыдущих прмерахо йтем смачивают волокна в растворе карсЗоксилосодерзкащего сополимера ПЙ-СМ (сырец;, содержащего 4I/S полиизопрена, мол.в„32 000. Далее поступают, как в предыдущем приглере. Разрывная нагрузка на сдвиг ариированной композиции 6,66 кгДпл-, П р и м е р 4. После окисления и обработки волокон углерода в тех же условиях, что и в предыдущих пршлерах, вводят их в рзствор карбоксилсодетэжащего привитого сополимера ПИ-С1 5А (сырец),который содержит 44,5/i полиизопрена и 55,5/о стирол-малеинового ангидрида. Затем смачивают их в эпоксидной смоле в аналопигшх условиях. Разрывная нагрузка на сдвиг полученной ар.шрованной композиции составляет 7,7 1сгДш. П р и м е р 5. Пр1шеняют не содержащей карбоксильных групп сопо лшлер Ш/СШ., где звенья иш привиты к полш1зопрену, в следующих прр- - -у. . -. порщшх (М 15 000) ШТ 15я,СМА 85/S А астворяют полиизопрен только в ацетоне и получают эк1ульсию. Затем обрабатывают 0,1 н. едкюл натром так, чтобы обрабатывать одну ангидридную группу из двух. Далее смачивают воло1ша, предварительно окисленные и обработанные, как в предыдущих пршлерах, в сополимере, затем в эпоксидной смоле. ;: венья полш лерной цепи Ci.lA реагируют одновременно с основным компонентом и с воликналаи.Г зршная нагрузка сдвига полученной композщии составляет 6,12 кг/мм. Пример 6, Пршленяют звено эластомера, состоящего из карбоксильного полибутадиена (Мо 15 000), содержащего 0,7 - 0,8,1СР групп СООН/г полшлера. После фиксирования этого звена полимерной цепи на предварительно окисленном воздухо л волокне пр1вивают в присутствии перекиси бензоила сошшмер СТЛА при 60 С в бензольной среде. Разрывная нагрузка сдвига составляет 6,95 КГ/ША. -Предмет изобретения I, Способ получения армированных углеродныгл волокном материалов путем смешения углеродных шло кон с термореактивныгл связующшд, выбранным из группы, содержащей иолиэ(1)ирное,или эпоксидное, или полиш.щдное связующее, и последующего (тюрмования, отличающийся тем, что, с целью повышения предела прочности на сдвиг, углеродные вожжна предварительно обрабатывают блок- или пр1титы1;1 соголшлером, содержащш-л два типа полимещых звеньев, один . из которых способен химически связываться с углеродным волокном,другой - со .связующим. 2. Способ по п. I,отличающийся тем, что сначала углеродные войокна обрабатывают одншл типом полимерного звена, способным xiaiiiчески связываться с углеродным волокном, а затем другж, способным хш,шчески связываться со связующшл.