Препрег Советский патент 1979 года по МПК C08J5/24 C08K7/02 B32B5/08 

I ..;-;- - ;у

Предаагается композиционный-магериал конструкционного назначения на основе полимерного связующего и комбини-рованной нетканой ленты ид углеродных нитей в сочетании со стеклянными используемый при изготовлении крупнргаШритных- деталей газотурбинных двигатеЯеЙ, таких как корпус вентилятора, проегаБка направляющего аппарата, лопатки вентилятора и т. д..

В настоящее время в авиационной Технике широко используются композиционные материалы на основе высокомойупь ных высокопрочных углеродных наполнителей и полимерных связукиих, применение которых позволяет .существенно- снижать вес изделий, повышать их жес-гкость и увеличивать ресурс их работы/

Известны композиционные матерйаяы конструкционного назначения марки КМУ на основе углеродных высокомо/: льных высокопрочных жгутов марки ВМН в полимерных связующих с оптимальной степенью наполнения углеродного волокна

:. : /;. .:;...., ., . : , ., .

57-63 об.% l. Технология получения ориентированного композиционного материала состоит из следующих операций:

намотка на цилиндрический барабан жгута углеродный волокон с одновременнвтм нанеЬёнием ни него раствора Полимерного сбяауюшего;

снятие намотанного препрега с барабана и подсушка на воздухе для удаления раствбриоёля из полуфабриката;

0

раскрой препрега на нужньте заготовки и сборка пакета в пресс-форму;

прессование композиционного матёриа. . . - ,. .

Однако использование такого компози5ционного материала ограничено из-за тругьностей вьткладки преПрегов из жгутов при изготовлении крупногабаритных изделий, так как размер препрега определяется размером барабана. Кроме того, следует

0 : отметить низкую производительность прсхцесса, связанную с продолжительностью сушки препрега на воздухе в течение суток для полного удаления растворителя, сложностью выкладки препрега при изго товлетш деталей сложной конфигурашга, а так же низкую трансверсарьную проч ность композиционного материала. Ближайшим к предлагаемому является препрег, сойержаший 20-45 вес. % термореактивного связующего и 55-80 вес,% комбинированной нетканой ленты, состоя.щей из системы продольных углеродных нитей - основы - и поперечных низко- . модульнь1Х нитей - утка, взятых в соотношении 99:1 Й5;15 соответственно 2 Однако материална основе игзвестного препрега обладает недостаточной трансверсальной прочностью.- , Кроме-того, известный композиционнь1 и материал получают методом намотки прапитанного пучка волокон tia круглую : оправку с последующими, выкладкой пакета из препрега ипрессованием. При изготовлений крупногабаритных деталей сложной конфигурацш, таких как корпус вентилятора, лопатки вентилятора, прос тйвка направляющего аппарата, применение данного материала связано с трудностями выкладки препрегов из-за их краткомбрности, так как размер препрега определяется-размером барабана, атак ; вследствие toro, что в препреге от сутствуёт поперечная скрепп{п6щай пйтгь, что приводит к развриентации волокон, В связи с тем, что Ьрейреги получают методом мокрой намотки, необходима их сушка на воздухе в течение суток для .полногоудаления растворителя, что обус, ловливает низкую производительность процесса.. - , , , . . Целью изобретенияя&ляэтся повышение трансверсальной прочности, упрощение те нологш и улучшение качества материала на основе предлагаемого препрега. Предлагаемый прейрег, сбдёржавдйй термореактиеное связуйщее и нетканую комбинированную ленту, состоящую из системы продольных углеродных нитей основы - и системы поперечных стеклянных нитей - утка, отличается тем, чтоон содержит ленту, состоящую йз/систё мы продольных углеродных нитей - основы и Системы поперечных стеклянных нитей утка, склеенных термопластичной нитью, - взятых в соотношении 93:3,5;1,5 95:Ъ:3,5 соответственно при следующем соотношении компонентов пре прега, об.%. Связукяцее35-45 Лента Остальное Комбинированная нетканая углеродностеклянная лента представляет собой ма териал со строго ориентированной структурой продольных высокомодульных углеродных жгутов - основы, склеенных термопластичными нитями в сочетаний с единственной стеклянной нитью. Содержание углеродного волокна в ленте 9395 вес.%, стеклянного волокна 3,5- 5 вес.%, термопластичной нити 1,5-3,5 вес.% Содержание составляюших компонентов в ленте постоянно, что гарантируется Технологией ее получения. Лента поставляется в виде рулонного материала шириной 1000 мм. Получение композиционного материала на основе нетканой комбинированной уг леродно-стеклянной ленты включает еледующие операции:, получение предварительно пропитанного препрега на пройиточной машине; раскрой препрега на заготовки и выкладка пакета в пресс-форму. Получение композиционного материала на основе комбинированной углеродностеклянной, нетканой ленты позволяет . использовать пропиточную машину, что дает возможность увеличить производительность процесса в 4 раза за счет, того, что в процессе пропитки на машине происходит одновременное удаление растворителя из препрега в сушильных камерах. Кроме того, использование нетканого наполнителя Позволяет получать крупногабаритные изделия сложной конфигурации, что обеспечивает увеличение производительности процесса и получение материала с высотами упругопрочностнымя. свойствами за счет сохранения высокой степени наполнения углеродных волокон вследствие отсутствия текстильных изгибов, которые наблюдаются в тканях. П р и м е р Д. Получение компози- ционного материала конструкционного назначения со следующим количеством сое- тавляюших компонентов: наполнитель 65 рб.%, связующее 35 об.% с использованием эпоксифенольного связующего и комбинированной углеродно-стеклянной нетканой ленты, состо5ицей из 95 вес.% углеродного волокна, 3,5 вес.% стеклянного волокна и 1,5 вес.% термопластичного волокна. Нетканую углеродно-стеклянную ленту пропитывают на пропиточной машине пок- сифенольным связующим 50%-ной концент рации. Полученный полуфабрикат раскраивают на заготовки размером 250x250 мм.

Далее композиционный материал прессуют при подьеме температуры в прессе до 150 С и выдержке при этой температу ре в течение 4 ч при удельном давйении 5 кг/мм. ; , . .

Получают композиционный материал ; толщиной 1,5 мм, содержащий, об.%:

Наполнители 65

Связующее35

П р и м е р 2. Получение композйционйого материала конструкционного назначения с содержанием компонентов: на-, полнитель 60 об.%, связующее 40 о6.% с использованием связующего и углерод-/ . но-стедшяннойнетканой ленты в качест ве наполнителя, состоящей из 95 вес.% ; углеродного волокна, 3,5 вес.% стеклянного волокна и 1,5 вес.% термопластичного волокна.

Аналогично примеру 1 с использованием связующего 45%-кой концентрации получают композиционный материал толщиной 1,5 мм, содержащий, об.%; ,

Наполнитель 60

Связующее40

П р и м е р 3. Получение композиционного материала с содержанием компонентов: наполнитель 55 об.%,, связую шее 45 .об.% с использованием полиимидного связующего и углеродно-стеклянной нетканой ленты, состоящей из 95 вес,% углеродного волокна, 3,5 вес.% стеклянного волокна и 1,5 вес.% термопластичного ьолокна.

Нетканую ленту пропитывают на пропиточнбй машине полимерным связующим 45%-ной концентрации.

Полученный полуфабрикат раскраивают на нужньте заготовки размером 250х 25О мм,..

Композиционный мате)эиал прессуют п следующему режиму: 160 С х 30 мин; 250 С X 4 . Удельное давление прессования 15 кг/мм

Получают композиционный материал с толщиной 1 мм, содержащий, об.%:

Наполнитель55

Связующее45

Физико-механические свойства композиционных материалов приведены в табл.

Таблица 1

Содержание напол6565 .60 нителя, об.% Содержание CBS зуюшего, об.% Плотность, г/см® 1,51,51,45 Предел прочности . при изгибе, кг/мм .Модуль упругости при изгибе, кг/мм Предел прочности при сжатии, ifr/MM Предел прочности 3 3,8 2,8 при сдвиге, кг/мм Трансверсальная 0,8 2,5 0,75 прочность 40 40 35 ,100«.100«ЮО .95 ,110105105ЮЗ 1ОО 1ОО 14500150ОО1350014000 14000 15000 60 55 40 : 45 1,45 1,42 1,42 353232 . 3,42,52,5. 2,30,72,0

П р и м е р 4. Получают материал на основе полимерного связующего спедукхйего срста ва, вес. ч:

Эпоксидная смола

,ЭД-20100

Отвердитель (анилинофенолформальдегидная смола

5-211Б)70

Углеплйстик со138держаший 3 вес.% стекловолокна

Углепластик, содержащий 3,5 вес. °/ стекловолокна + +3,5 вес. % термопластичной нити

В качестве склеивающейтермопластичн ной нити использовали полиамидное волок- но, енивлоновое волокно, лавсаноизё волокно иполипропиленовое волокно.

Волокна, предназначенные для переработки в нетканую ленту, должны удовлетворять следующим основным требованиям: . -,;- , температура плйвления нити не дрлжна превышать 270 С;.:

расплавленная нить должна иметь хорошую адгезию к углеродному волокну и склеивать его;

термопластичная нить должна выпускаться промышленностью высокого мет- рического номера.

и комбинированной углеродно-стеклянной ленты следующего состава, вес.%: iУглеродное волокно93

Стеклянное волокно3,5

Термопластичная нить3,5

Соотношение в материале связующего и наполнителя 40-60. Свойства полученного материала и известного приведены в табл. 2.

Таблица2

0,8

3,8

13800

15000

3,5

4,2

Из данных табл, 2 видно, что на физико-механические св ойства КОМПОЗИЦИОН-. ных материалов не влияет тип выбранной термопластичной нити при условии, что она удовлетворяет указанным требовййщям

В табл. 3 для сравнения приведены физико-механические свойства кбмпозиционных материалов на основе полимерного эпоксифенольного связующего и комбинированной углеродно-стеклянной ленты с различнйгмй термопластичными нитямза. CbOTHomeiffle компонентов наполнителя в ленте, вес.%: углеродное волокно 94, стеклянное волокно 3,5, термопластичная

Нить 2,5. :Т а б л и д а 3 96 Как видно яз табл. 3 предлагаемый .композиционный материал обладает высол кими упругопрочностными свойствами, соизмеримыми со свойствами композиционных материалов на основе выбоксмодульных углеродных жгутов, а по некоторым параметрам превосходит их Прочность материала при сдвиге повышается на 1О-20%, резко (в 3-3,5 раза) во, растает его трансверсальная прочность. Кроме того, следует отметить улучше нйе качества композииионнбгб материала, что связано с текстильной структурой лен1ы. Отсутствие текстильных перегибов улучшение выклйдки препрегов пойожйтедьно сказываются на свойствах йомпознциойного материала, так как удаетсй избежать разориентации высокоанизотропных углеродных волокон.

Формула изобретения

Препрег, содержащий термореактявноё связующее я нетканую комбинированную

2.Авторское свидетельство №55 892 7, кл. С б8 К 7/О2. 1975. 3 ленту, состоящую из системы ПродольнБтХ углеродных нйГёй - основы - и системы поперечных стеклййНЫх нитей - утка, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения траневе рЯсал1ьной прочности, упрощения тёхншьгйй а улучшений качеств, ва материала на eipo основе, прёпрег содержи , 1ййШШ$1Г и;э дольных углеродных нитей - основы - и системы 1Гбйё|)ёЧ1ьЙс стёклШЙйх итёК утка, скЛёШИЙх т ёрКГОПЙаЙтй яой нитью, взятых в соотйой1ё1Гйй 93:3,5;1,5 95:5:3,5 соответственно при следующем соотношений компонентов препрега, об. %: Связуюшеё35-45 ЛентаОстальное. Источники информации, принятые во внимание при эксйёртиэё