Способ получения композиционных полимерных материалов Советский патент 1981 года по МПК C08J3/28 

Йаофегенне относигся к способам получевня композиционных полимерных маге риалов и может быгь использовано в различных отраслях техники, где требуются материалы повышенной изотропности, с одинаковой радиопрозрачностью во всех направлениях, например в радиотехнической промьшшенности. Известен способ получения полимерных композиционных материалов, включающий бфаботку наполненной полимерной компо аиции в процессе отверждения ультразвуковьо И колебаниями l. Указанный способ обеспечивает относи тельно равномерное распределение наполнителя в связующем, однако полученные материалы не являются изотропными. Наиболее близким из известных решений является способ получения полимерньо композиционных материалов, включающий обработку наполненной полимерной композипии в прсщессе отверждения ультразвуксжыми колебаниями в режиме, обеспечивающем образова}гне стоячих волн L2J. Недостатком известного способа является то, что облучение проводят в какомлибо одном направлении, в результате чего материал обладает невыссжой изотропностью и, следовательно, радиопроэрачность его в различных навравл 1иях неодинакова. Цель изобретения - псжышение изотропности и достижение одинаковой радиопрозрачности материала во всех направлениях. Поставленная цель достигается тем, что в способе получения композиционных полимерных материалов, включающем о аботку наполнение полимернсА композиции в процессе отверждения ультразвуком в режиме офазования стоячих волн, облучение проводят ош{оврем {но в п-«а правлениях, где ,3, при этом используют дискретный наполнитель,имеющий плотность больше или меньше плотности полимерной матрицы, и размеры частиц не равные резонансным. Облучение в разных направле|ниsIX проводят волнами различной длины, от Хдо 2 h X , где ,2,3. 385 Способ основан на гом, что под дейсгвием ультразвукового поля на каждую частицу наполнителя действует импульс сил, получаемый часгидей при расстоянии падаю щей на нее . При этом абсолютная величина силы будет больше в случае, если реакционноспособная среда обладает вязкостью (добавляется сила трения, обусловленная звуковым полем), если частица характеризуется поглощающими свойствами и бели движение частиц происходит в стоячей волне. Под действием импульса сил частицы перемещаются в звуковом поле таким , чтобы занять места, соответствующие минимуму потенциальной энергии, причем для частоты с плотностью р 0,4 р среды этими местами являются узлы колебательной скорости стоячей звуковой волны, а для частиц с плотность р О,4 р среды пучности. В случае полых микросфер в узлы устремляются микросферы с радиусом, меньшим длины волны, в пучности микросферы с радиусом, большим длины волны. Изменяя в нулевом направлении длину ультразвуковой волны, можно менять плотность упаковки дискрет ного наполнителя и тем самым управлять распределением дифференциальной плотности, а также механическими свойствами материала. В результате отверждения частицы наполнителя замораживаются в уз лах и, пучностях колебательной скорости стоячей ультразвуковой волны и таким об разом получают полимерный композиционный материал с регулярноймакроструктурой, П р и м е р 1. Реакционноспособную смесь составляют из порошкообразного эпоксидно-новолачного блок-сополимера марки 6Э18Н6О с температурой размягчения 45-65 С, вспенивающего агента 4X3-57 и дискретного наполнителя в виде стекляЕнньгх полых микросфер. Вспенивающий агент предназначен для образования газовых пор, преимущественно закрытоячеистсхго типа, которые с достаточно ба1ьшой точностью можно предста вить как газовые полые сферические оболочки, и которые наряду со стеклянными микросферамй предназначены для армирова ння полимерного материапа. Композиция представляет сыпучий порошок с насыпным эесом от О,2 до 0,3 кг/см в зависимос ти от содержания микросфер. Пен опласт на осяюве указанной композиции получают следующим офазом. Измельченный известным способом эпоксидно-новолачный блок-сополимер про 4 еивают через- сито С размером ячеек не олее 2« мм и смешивают при темпел. атуре 10-20 С в смесителе с необходиым количеством микросфер и вспениваюего агента в течение 2-10 ч, в зависиости от типа смесителя и количества поучаемого порошка. После этого порошок помещают в форму, оверхности которой обработаны антиадгезивом. Три стороны формы выполняют в иде акустических плоско вогнутых линз, в окусах которых расположены три пьезолектрических преобразователя с ксицентаторами, являющимися источниками сфериеских упругих волн. Сами преофазователи агружены электрически на генераторы сиусоидальньсх сигналов через усилители мощности и расположены кюветах, заполненных жидкостью, форму с порошком и пьезоэлектрическими преобразователями помещают в обогревательную камеру с температурой нагревания 8О-140 с.,Температуру повышают постепенно в течение 10 ч. После помещения формы в обогревательную камеру вспенивающий порошок облучают с трех сторон ультразвуковыми волнами до времени геле образования, после чего отверждают композицию по ступенчатому режиму в течение 9 ч при температуре 8О-14ООС. П р и м е р 2. Композицию составляют из эпоксидной смолы ЭД-20, отвердителя триэтаноламина и дискретного наполнителя в виде стеклянных полых микросфер. Стеклянные микросферы отбирают (отсеивают) таким образом, что их диаметр заведомо меньше длины упругой волны, а плотность микросфер составляет величину меньшую чем плотность полим ной матрицы. Отверждение полимерной матрицы пр«ьизводят в термостате при 8О-1ОО С в течение 6 ч. Реакционноспособную смесь х)звучивают в трех направлениях в режиме стоячих волн в течение ЗО мни до времени образования гель-фракции. . Армирование полимерной матрицы при указанных условиях носит регулярный характер, при этом дискретный наполнитель (стеклянные микросферы) распределяют в объеме в местах, соответствующих узлам смещений стоячей ультразвуковой волны. П р и м е р 3. Реакцисйноспособную смесь составляют из эпоксидно-новолачного блок-сополимера (на идитоле) (ШБС) марки вЭИ60-5. В качестве наполнителя примен51ют окись свинца PtiOB виде порошкообразного материала. Совмещение

кнгредиентов осущесгвляюг в термостате при ЮО С путем перемешивания ультразвуковыми волнами в трех направлениях в кавитационном режиме после чего устанавливается режим стоячих волн и температуру увеличивают до 180 С. Наблюдается регулярное распределение наполнителя, при этом максимальная концентрация наполнителя соответствует пучностям смещений стоячей волны, так как плотность наполнителя больше плотности полимерной матрицы. Озвучивают смесь до времени офазования гель-фракции в течение 2Омш после чего смесь отверждают в течение 1О ч при 18О°С.

П р и м е р 4. Реакционноспособную смесь составляют из полиэфирной смолы марки ПН-1, отвердителя - нафтенаг кобальга R дискрегного наполнигеля - мелко- рубленного стекловолокна. этом отдельные частицы напошсвгеля имеют размеры меньше ДЛйны волны ультразвуковых колебаний.

Частота звукового воздействия имеет эначенне, равное ЮО.кГц, а длина волны составляет несколько сантиметров.

Плотность наполнителя меньше плотно сти полимерной матрицы. Отверждение производят в термостате при 80 С в течй1Ве 2О мин при озвучивании в грех напра&ле- до щ)еменй образования гельфракдйВ, Наблюдается ре1 Л5фное распределение наполнителя в местах, соответствующих узлам смешений стоячих волн.

Испытание отвержденных офазцов производяг путем измерения степени анвзо-тропии. Степень анизотропии контролируют с использованием ультразвуковых методов путем измерения времени прохождения ультразвуковой волны в трех взаимоперпендикулярных направлениях. При этом в качестве показателя изотропности выбирают безразмерный коэффициент (К), равный отношению времени прохождения звука в на-, правлении оси X ко времени прохождения звука в направлении осей K,V, 2. - соответственно. Причем время прохождения звука вдоль оси X имеет максимальное значение.

Результаты опытов по примерам 1-4

приведены в табл. 1. Для сравнения в табл. 2 П(жазаны коэффициенты, измеренные в материале, в котором наполнитель распределен регуаярно только в одном направлении.

Испытания отвержденных офазцов, описанньсх в примерах 1,2,4, производятся на предм т определения радиопрозрачности в трех направлениях.

Радиопрозращюсть контролируется с иопользованием электромагнитных волн СВЧдиапазона путем просвечивания в трех взаимоперпендикулярных направлениях. Длина. волнь соответствует 8 мм, а измеряется

интенсивность П{)сииедшей электромагнитой волны. Степень радиопрафачности хаактеризуется безразмерным коэффициеном,

к-.

де i. X, V , Zr соответственно;

. X - 1гнтевсивность прошедшей электромапгятной волны; -максимальное знач@1Ие

прошедш волны.

Как видно из табл. 2 регулярное распределение дискретного напопнвтвпя в поимерной матрице аозвопяет хянтвзировать попт1лерные материалы с явно выраженной изотропией свойств а с {фактвческв оввваковой во всех направлениях радяоорозрачостью.

985716410

Формула изобретенияцы, в размеры часгвц - не раы{ые резо

1. Способ попученвя композиционных2. Способ по п. 1, о т а в ч а ю попвмерных материалов, вклхзчаюшвй обра-щ и и с я тем, что обпучанве в разных,

ботку наполненной полвмерной композиции 5направлениях волнами р&алвчной в процессе отверждения ультразвуком -в -длины, от X ДО 2 П Л где И -1,2,3. режиме образования стоячих волн, о т личаюшийся тем, что, с цельюИсточники информацнв,

повышения взотропноств в достижения принятые во внимание при

.одинаЕов( радвопроарачвости материала 1. Авторское свидетельство СССР по

во всех направлениях, облучение проводятзаявке № 2517746/23-О5,

одаовремевнЬ;В и- направленвях, где . С О8 J 3/28, 1978, ,3, при этом вспользуют дискретный2. Басов Н. И. в др. Вв(Н офс1рмц ованаполнвтель, вмеюший плотность большенве полимеров. А., Хвмвя, 1979, с, 35,

влв меньше плотности полимерной м--три- 64,85-87,93 (прототип).

нансным.