RU1807948C - Способ получени токопровод щего химически стойкого многослойного гибридного материала - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени ; способ включает пропитку углеродных и стекл нных тканей , вз тых в массовом соотношении 1:2-42, термореактивным св зующим, причем стекл нную ткань пропитывают жидким фенолоформальдегидным св зующим с в зкостью 500-900 мПа с, а углеродную - жидким фенолоформальдегидным св зующим с в зкостью 500-900 мПа с или раствором эпоксифенольной смолы на основе диметилвинилэтинилфенола с в зкостью 50-300 мПа с. 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  изготовлени  аппаратуры из слоистых токопровод щих гибридных углепластиков, имеющих пониженное электрическое сопротивление , способных снимать статическое электричество, имеющих пониженную горючесть и обладающих повышенной химической стойкостью, котора  необходима при движении электролитов, различных химических веществ, например, в ракетной технике, химической, топливно-энергетической промышленност х, и других отрасл х народного хоз йства.

Цель изобретени  - повышение эксплуатационных свойств, снижение горючести.

Данна  цель достигаетс  тем, что стекл нную ткань пропитывают жидким фенолоформальдегидным св зующим с в зкостью 500-900 мПа с, а углеродную - жидким фенолоформальдегидным св зующим с в зкостью 500-900 мПа с или раствором эпоксифенольной смолы на основе диметилви-. нилэтинилфенола с в зкостью 50-300 мПа с . а углеродную и стекл нную ткань берут в массовом соотношении 1:2-42.

Использование указанного соотношени  между углеродным и стекл нным сло ми позвол ет получать издели  с требуемыми свойствами изделий, которые эксплуатируютс  в услови х с различными требовани ми пожарной безопасности.

При соотношении слоев от 1 к 2-42 огнестойкость измен етс  в пределах от 3 до 19 мин. Таким образом, с огнестойкостью до 12 мин соответствуют издели  с меньшим соотношением слоев, а с огнестойкостью больше 12 мин удовлетвор ют издели  с большим соотношением слоев. Кислородный индекс измен етс  в пределах 41-90.

Применение жидких фенолформальде- гидных св зующих с в зкостью в пределах 500-900 мПа -с позвол ет примен ть различные органические кислотные катализа (/

С

00

о VI

2

00

со

торы (кроме бензолсульфокислоты - фенол- сульфокислоту, а также растворы БСК в фе- нольных смолах). Смола с в зкостью меньше 500 мПа с не позвол ет получать качественные издели , так как быстро проходит реакци  отверждени , и технологический процесс становитс  неуправл емым. При в зкости смолы более 90 мПа с неравномерно проходит пропитка волокнистых наполнителей, что отрицательно сказываетс  на эксплуатационных свойствах изделий и их качестве. Материал, полученный по предлагаемому способу, по испытани м на горючесть (испытани  по ГОСТ 12.1-044-84) относитс  к трудногорючим.

Из гибридного углепластика по предлагаемому способу возможно изготовление методом намотки воздуховодов дл  транспортировки высокоагрессивных кислых сред до температуры 200-250°С.

Модифицированное эпоксифенрльное св зующее представл ет собой совместный раствор эпоксидиановой смолы (ГОСТ 10587-84) с винилэтйнилфенольной азотсодержащей смолой (ФКУ) в органическом растворителе при следующем отношении компонентов, мас.%:

Эпоксидианова  смола43-36

Смола ФКУ13-18

Органический растворитель 44-46

Известна композици  эпоксидиановой смолы с гексафенольной смолой на основе диметилвинилэтинилфенола. Эта композици  получаетс  в расплаве и примен етс  в качестве заливочного компаунда с повышенной теплостойкостью. Св зующее по предлагаемому изобретению используетс  в виде раствора дл  пропитки углеродных тканей (лент).

Смолу ФКУ получают конденсацией в расплаве при 100-120°С перегнанного замещенного фенола (ТУ 6-05-02-2-81) и уротропина (ГОСТ 1381-73) при мол рном соотношении 1:0,15-0,2.

В качестве эпоксидиановой смолы используют смолы ЭД-20 или ЭД-16.

В качестве органического растворител  примен ют ацетон, бутилацетон, толуол или их смеси между собой и с этиловым спиртом .

Использование модифицированного эпоксидного св зующего с в зкостью 50- 300 мПа С позвол ет повысить герметичность изделий и изготовл ть трубопроводы дл  транспортировки высокоагрессивных жидких сред различного давлени , а также обеспечить химическую стойкость изделий и в щелочных средах. Смола с в зкостью меньше 50 мПа- с не позвол ет получать

издели  с необходимым (40-60%) содержанием св зующего, что отрицательно вли ет на герметичность изделий.

Применение смолы с в зкостью более

5 300 мПа с снижает качество пропитки углеродной ткани (ленты), что также отрицательно вли ет на герметичность изделий и химическую стойкость.

Исход  из конкретных условий эксплуатации изделий, вместо стекл нной ленты (ткани) примен ют другие волокнистые наполнители .

Способ изготовлени  токопровод щего химически стойкого слоистого гибридного

5 углепластика состоит в следующем. Углеродную и стекл нную ткани (ленты) пропитывают в растворе катализатора (3-20% от массы наполнител ), высушивают в течение 1-1,5 ч при 20-25°С на воздухе либо 5-20 с

0 при 35-45°С при пропитке на пропиточной машине, пропитывают фенолформальде- гидной смолой в зкостью 500-900 (40-60 мас.% от массы издели ) и укладывают (наматывают) слои из углеродной, а

5 затем стекл нной тканей (лент) в соотношении 1 к 2-42 мас.% на подготовленную форму , изготовленную из любого материала, например из пластмассы, металла, дерева и др., предварительно обработав ее антиадге0 зионным составом.

- либо углеродную ткань (ленту) пропитывают модифицированным эпоксифеноль- ным св зующим в зкостью 50-300 мПа- с, высушивают и укладывают (наматывают) на

5 подготовленную форму, а затем укладывают (наматывают) стекл нную ткань (ленту) в том же соотношении и пропитанную катализатором и фенолоформальдегидной смолой описанным выше способом и термообраба0 тывают при температуре 140-180°С из расчета 10 мин на 1 мм толщины издели .

Ниже представлены примеры изготовлени  и испытани  материалов, получаемых по предлагаемому решению.

5

П р и м е р 1. Углеродную ткань марки Урал-Т-22 (ГОСТ 28005-88) и стекл нную ткань марки ТСФ (7а) - 7 с (ГОСТ 20907-75). вз тые в массовом соотношении 1-16,3 про0 питывают в спиртовом 20 мас.% растворе бензолсульфокислоты (ТУ 6-36-020 229-25- 89) (либо в ацетоновом, либо в спирто-аце- тоновом в объемном соотношении 1:1), высушивают в течение 1-1,5 ч при темпера5 туре 20-25°С на воздухе. Пропитывают фенолоформальдегидной смолой СФЖ-309 с в зкостью 650 мПа- с (ГОСТ 20907-75, внешний вид-однородна  прозрачна  жидкость от красновато-коричневого до темновишневого цвета без механических приме сей; в зкость 500-900 мПа с.; массова  дол  воды не более 20%) с содержанием смолы 50% от массы издели  и затем укладывают (наматывают) на подготовленную форму вначале углеродную ткань, а затем стекл нную.

Потер  прочности на изгиб образцов в кислой агрессивной среде в пластификаци- онной ванне (пластификационна  ванна производства искусственных волокон представл ет собой 10-40 г/л раствор серной кислоты, 10-20 г/л сульфата цинка, 80-150 г/л сульфата натри ; 001-0,5 г/л поверхностно-активные вещества; 0,05-0,1 мг/л сероводорода , и 0,1-0,6 г/л сероводорода 95-98°С) составл ет 12 % после двух лет экспозиции . Таким образом, согласно ГОСТ 12020-72, химическа  стойкость материала хороша . Кислородный индекс образца, определенный по ГОСТ 12.1.044-84, равен 68.

Термостойкость образцов по термогравиметрической кривой составл ет 200°С. Срок службы опытного образца трубы в пластификационной ванне составл ет 6 лет. Теплостойкость по Вика 260°С.

П р и м е р 2. Углеродный трикотаж марки Урал ТР-3/2-22 ЭХО и стекл нную ткань марки ТСФ - (7э) - 7 с, вз тые в массовом соотношении 1:6,5, пропитывают в спиртовом, либо в спирто- ацетоновом растворе в объемном соотношении 1:1, высушивают в течение 5-20 с при температуре 35-40°С при пропитке на пропиточной машине , пропитывают фенолоформальде- гидной смолой СФЖ-3032 с в зкостью 900 мПа с (ГОСТ 20907-75, внешний вид - однородна  прозрачна  жидкость от красновато-коричневого до темно-вишневого цвета, в пределах партии-одного цвета, без механических примесей, плотность 1,20- 1,25 г/см, 7,8-8,2 рН; в зкость 250- 1200 мПа с.; массова  дол  свободного фенола не более 10%; массова  дол  нелетучего остатка при поликонденсации не менее 65%; число осаждени , не менее 35 мл; врем  желатинизации 95-130 с; содержание смолы 40% от массы издели  и затем укладывают (наматывают) на подготовленную форму в начале углеродный трикотаж, а затем стекл нную ткань.

Потер  прочности на изгиб образцов составл ет 10% после двух лет экспозиции впластификационной ванне (см. пример 1), т.е. химическа  стойкость хороша . Срок службы опытного образца трубы в этой среде составл ет 8 лет.

Термостойкость образцов по термогр - виметрической кривой составл ет 195°С. Теплостойкость по Вика 258°С. Кислородный индекс образцов составл ет 50,

П р и м е р 3, Углеродную ткан ь Урал Т-22 5 и стекл нную ткань марки ТСФ-(7а) - 7 с берут в массовом соотношении 1:2. пропитывают в 25%-ном спиртовом растворе бен- золсульфокислоты, высушивают в течение

5-20 сек при температуре 35-40°С, пропи0 . тывают фенолоформальдегидной смолой

СФЖ - 3042 с в зкостью 540 мПа- с (ТУ

6-05-1826-77, внешний вид - однородна  жидкость красно-коричневого цвета без

5 механических примесей; в зкость в момент выпуска не более 70 с; массова  дол  нелетучих веществ (сухого остатка) не менее 65%; массова  дол  свободного фенола

0 методом отгонки с вод ным паром, не более 17%.

хроматографическим методом, не более 19%

массова  дол  свободного формальде5 гида не более 2%

Содержание смолы 60% от массы издели  и затем укладывают (наматывают) на подготовленную форму в начале углеродную ткань, затем стекл нную.

0 Потер  прочности на изгиб образцов составл ет 5% после двух лет экспозиции в .пластификационной ванне (см. пример 1), т.е. химическа  стойкость хороша . Срок службы опытного образца трубы в этой сре5 де составл ет 8 лет.

Термостойкость образцов по термогравиметрической кривой составл ет. 196°С. Теплостойость по Вика 256°С. Кислородный индекс образцов составл ет 41.

0П р и м е р 4. Углеродную ткань Урал Т-22 и стекл нную ткань марки ТСФ-7а)-7 с. вз тые в массовом соотношении 1:42, пропитывают в спиртовом 3%-ном растворе бензолсульфокислоты, высушивают в тече5 ние 5-20 с при температуре 35-40°С. пропитывают фенолоформальдегидной смолой СФЖ-309 с в зкостью 550 мПа с содержанием смолы 54% от массы издели  и затем укладыают (наматывают) на подготовлен0 ную форму вначале углеродную ткань, затем стекл нную..

Потер  прочности на изгиб образцов составл ет 11 % после двух лет экспозиции в пластификационной ванне (см. пример 1),

5 т.е. химическа  стойкость хороша . Срок службы опытного образца трубы в этой среде составил 7 лет.

Термостойкость образцов по термогравиметрической кривой составл ет 200°С.

Теплостойкость по Вика 260°С. Кислородный индекс 90.

П р и м е р 5. Углеродную ткань марки Урал Т-22 и стекл нную ткань марки ТСФ- (7а)-7с, вз тые в массовом соотношении 1:42, пропитывают в смеси фенрлоформаль- дегидной смолы марки НРВ-125 с в зкостью 500 мПа с катализатором марки Ларкс-080-80 в массовом соотношении 30:1, с получением содержани  смолы 53% от массы издели  и затем укладывают (наматывают ) на подготовленную форму вначале углеродную ткань, затем стекл нную.

Фенолоформальдегидна  смола ре- зольна  марки НРВ-125, ТУ 6-55-221- 1049-89, динамическа  в зкость при 25°С 500-680 мПа с.; массова  дол  свободного фенола не более 12%; массова  дол  свободного формальдегида 1,0%; массова  дол  воды 9,5-14,0%; 6,2-7.0 рН. Бензолсульфокислота (ТУ 6-36-0204229- 25-89; внешний вид - кристаллическа  масса темно-серого цвета; массова  дол  моносульфокислоты не менее 91,0%; массо- ва  дол  свободной серной кислоты в пределах 2,5-3,5%; массова  дол  бензола не более 0.1%.

Катализатор марки Ларкс - 080-70, ТУ 6-14-05-57-87 представл ет собой коллоидную систему; состо щую преимущественно из бензолсульфокислоты, фено- лоформальдегидного новолака и воды; внешний вид - однородна  в зка  жидкость темно-коричневого цвета без твердых включений; кислотное число 120-190 мг КОН на 1 г продукта; кинематическа  в зкость при температуре 25+2°С составл ет 6,5-27-10 4 м2/с.

Потер  прочности на изгиб образцов, полученных по примеру 5, составл ет 14% после двух лет экспозиции в пластификаци- онной ванне (см. пример 1), т.е. химическа  стойкость хороша .

Термостойкость образцов по термогравиметрической кривой составл ет 190°С. Теплостойкость по Вика 250°С. Кислородный индекс образцов составл ет 65.

П р и м е р 6. Углеродный трикотаж Урал-ТР-3/2-22 ЭХО и стекл нную ткань марки ТСФ-{7а-)7с, вз тые в массовом соотношении 1:22, пропитывают в смеси смолы НРВ-125 (см. пример 5) с в зкостью 580 мПа- с с катализатором Ларкс-060-70 (см. пример 5) в массовом соотношении 18:1 с получением содержани  смолы 51 % от массы издели  и затем укладывают (наматывают ) на подготовленную форму в начале углеродный трикотаж, а затем стекл нную ткань.

Потер  прочности на изгиб образцов составл ет 9% после двух лет экспозиции в пластификационной ванне (см, пример 1), т.е. химическа  стойкость хороша .

Термостойкость образцов по термогравиметрической кривой составл ет 190°С. Теплостойкость по Вика 250°С. Кислородный индекс образцов составл ет 60.

Пример. Углеродную ткань марки

0 Урал Т-22 и стекл нную ткань марки ТСФ- (7а)-7 с берут в массовом соотношении 1:2, пропитывают в смеси смолы НРВ-125 (см. пример 5) с в зкостью 650 мПа-с с катализатором Ларкс-045-70 (см. пример 5) в массо5 вом соотношении 6: ,1 с получением содержани  смолы 48% от массы издели  и затем укладывают (наматывают) на подготовленную форму в начале углеродную ткань, а затем стекл нную.

0 Потер  прочности на изгиб образцов составл ет 10% после двух лет экспозиции в пластификационной ванне (см, пример 1), т.е. химическа  стойкость хороша .

Термостойкость образцов по термогра5 виметрической кривой составл ет 190°С. Теплостойкость по Вика -250°С. Кислородный индекс образцов составл ет 41.

Примерв. Углеродную ткань марки Урал-Т-22 и стекл нную ткань марки ТСФ 0 (7а)-7с берут в массовом соотношении 1:6,5 .затем углеродную ткань Урал Т-22 пропитывают св зующим с в зкостью 175 мПа-с, представл ющим собой смесь термореактивной азотсодержащей фенольной

5 смолы (ФКУ) в органическом растворе (ацетона ) с эпоксидианрвой смолой ЭД-20 с содержанием соответственно 13-18; 44-46 и 36-43 мас.% высушивают.

Затем пропитывают стекл нную ткань

0 марки ТСФ-(7а)-7с в 12%-ном спиртовом растворе бензолсульфокислоты, высушивают в течение 5-20 с при 35-40°С. После этого укладывают (наматывают) на подготовленную форму углеродную ткань с про5 питанной смолой (см. выше), т.е. препрег с содержанием смолы 50% от массы п реп ре- га, затем пропитывают стекл нную ткань ТСФ-(7а)-7с (с нанесенной бензолсульфо- кислотой см. выше) в смоле СФЖ-309 (ха0 рактеристику. см. пример 1) с в зкостью 720 мПа«с и укладывают (наматывают) на подготовленный (уложенный) углеродный препрег Урал -Т-22 (см. выше) и термообрабатывают при температуре 1405 180°С из расчета 10 мин на 1 мм толщины издели . Общее содержание смолы составл ет 52% от массы издели .

Потер  прочности на изгиб образцов составл ет 14% после двух ле.т экспозиции в

пластификационной ванне (см. пример 1) и

10% после первого года экспозиции в 6%- ном растворе NaOH, т.е. химическа  стойкость в обеих средах - хороша .

Термостойкость образцов по термогравиметрической кривой составл ет 180°С. Теплостойкость по Вика 240°С. Кислородный индекс образцов составл ет 48.

Герметичность опытных труб, изготовленных согласно примера 8, хороша . Герметичность труб определ лась путем подачи во внутрь трубы воды давлением до 10 атм и выдержкой в течение 30 мин (согласно технологического регламента № 90404 НПО Химволокно на изготовление химически стойких трубных изделий из гибридного углепластика).

В таблице представлены основные свойства материалов, полученных согласно предлагаемому и известному технических решений.

Химическа  стойкость оценивалась согласно ГОСТ 12020-72 химическа  стойкость пластмасс оцениваетс  уровнем потери механических свойств образцов до и после экспозиции образцов, в агрессивной среде, %:

Хороша от 0 до 15 Удовлетворительна  от 15,1 до 25 Плоха  Свыше 25 Химическа  стойкость пластмасс также оцениваетс  временем натурных испытаний изделий (или модельных образцов) с

0

сохранением свойств, предъ вл емых к изделию до испытаний, которые позвол ют эксплуатировать изделие.

Термостойкость определ лась термогравиметрическим методом. Количественной характеристикой термостойкости принимали температуру, при которой начиналась интенсивна  потер  массы образца.

Герметичность определ лась путем подачи под давлением воды во внутрь трубы , изготовленной прелагаемым и известным способами при давлении до 1.0 атм, выдержке 30 мин.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ получени  токопровод щего химически стойкого многослойного гибридного материала, включающий пропитку углеродных и стекл нных тканей термореактивным св зующим, сборку в пакет и последующее отверждение, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эксплуатационных свойств и снижени  горючести, стекл нную ткань пропитывают жидким

   фенолоформальдегидным св зующим с в зкостью 500-900 мПа с, углеродную - жидким фенолоформальдегидным св зующим с в зкостью 500-900 мПа- с или раствором эпоксифенольной смолы на основе диметилвинилэтинилфенола с в зкостью 50-300 мПа с, а углеродную и стекл нную ткань берут в массовом соотношении 1:2-42.

   Основные свойства материалов