RU2415884C2 - Способ получения наномодифицированного связующего, связующее и препрег на его основе - Google Patents
Способ получения наномодифицированного связующего, связующее и препрег на его основе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2415884C2 RU2415884C2 RU2008147219/05A RU2008147219A RU2415884C2 RU 2415884 C2 RU2415884 C2 RU 2415884C2 RU 2008147219/05 A RU2008147219/05 A RU 2008147219/05A RU 2008147219 A RU2008147219 A RU 2008147219A RU 2415884 C2 RU2415884 C2 RU 2415884C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- binder
- nanomodifier
- concentrate
- particles
- modified
- Prior art date
Links
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области получения композиционных материалов на основе наномодифицированного полимерного связующего и волокнистых наполнителей, которые могут использоваться в авиационной промышленности, в автомобиле-, судостроении и других областях техники. Наномодифицированное связующее получают следующим образом. Готовят концентрат диспергированием частиц наномодификатора в конденсационной смоле с вязкостью более 600 сП путем ультразвукового воздействия с мощностью излучения от 1 до 5 кВт и амплитудой от 20 до 80 мкм. Далее вводят полученный концентрат в связующее на основе конденсационной смолы. Изобретение позволяет получить связующее с хорошей редиспергируемостью и стабильностью наночастиц при хранении. Препреги на основе наномодифицированного связующего обладают улучшенным комплексом всех свойств на 15-30% в зависимости от используемой смолы. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к области получения композиционных материалов на основе связующих и волокнистых наполнителей, в частности к технологии и составу наномодифицированного полимерного связующего и препрега на его основе, которые могут быть использованы в авиационной промышленности, в автомобиле-, судостроении и других областях техники.
В патенте RU2278028 раскрывается способ изготовления наномодифицированного связующего. В соответствии с приведенным в патенте примером фуллерен С60 (0,01 мас.ч.), открытые углеродные нанотрубки NTA (0,1 мас.ч.), фуллероидный многослойный наномодификатор NTC - Астрален (0,5 мас.ч.) и аминопроизводное фуллерена С60 (0,02 мас.ч.) диспергировали в органическом разбавителе и полученную суспензию подвергали ультразвуковой обработке (частота - 35 кГц, продолжительность - 30 минут) в ванне наружного излучения. Далее полученную суспензию углеродных наночастиц вводили в 100 мас.ч. эпоксиаминной смолы ЭХД (N,N,N',N'-тетраглицидилдиамино-3,3'-дихлордифенилметан, к смеси добавляли 44 мас.ч. отвердителя - 4,4'-диаминодифенилсульфона, перемешивали и таким путем получали полимерное связующее.
В патенте также раскрывается состав полимерного связующего, включающего эпоксидный олигомер - N,N,N',N'-тетраглицидилдиамино-3,3'дихлордифенилметан, отвердитель - 4,4'-диаминодифенилсульфон, фуллерен C2n, где n не менее 30, открытые углеродные нанотрубки и фуллероидный многослойный наномодификатор Астрален, при этом полимерное связующее дополнительно содержит аминопроизводное фуллерена - продукт химического взаимодействия Фуллерена С60 с гептиламином (ГА) брутто-формулы С60 (ГА)6, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
N,N,N',N'-тетраглицидилдиамино-3,3'-дихлордифенилметан | 100 |
4,4'-диаминодифенилсульфон | 44 |
Фуллерен C2n, где n не менее 30 | 001-10 |
Открытые углеродные нанотрубки | 0,1-1,5 |
Фуллероидный многослойный наномодификатор Астрален | 0,5-10 |
Вышеуказанное аминопроизводное фуллерена С60 | 0,02-0,5 |
В патенте также раскрывается и препрег, содержащий, мас.%:
Полимерное связующее | 24-50 |
Волокнистый наполнитель | 50-76 |
К недостаткам данного известного изобретения относится способ введения различных наномодификаторов в виде суспензии в органическом разбавителе в вязкую эпоксидную смолу, в которой происходит их агрегирование и выделение в виде осадка, который трудно перемешивается после хранения и при последующем редиспергировании не удается получить связующее с модификатором наноразмерного уровня. Таким образом, к недостаткам данного изобретения следует отнести невозможность повторного редиспергирования и агрегирования наномодификатора в условиях хранения.
Задачей изобретения является получение наномодифицированного редиспергируемого связующего на основе конденсационных смол без агрегирования наномодификаторов в условиях хранения.
Поставленная задача решается способом изготовления наномодифицированного связующего, включающим получение концентрата путем диспергирования частиц наномодификатора в матрице в процессе ультразвукового воздействия и введение упомянутого концентрата в эпоксидное связующее, в соответствии с которым в качестве матрицы и связующего используют, по меньшей мере, одну конденсационную смолу с вязкостью более 600 сП, а ультразвуковое воздействие при получении концентрата осуществляют с мощностью излучения от 1 до 5 кВт и амплитудой от 20 до 80 мкм.
В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что в качестве частиц наномодификатора используют частицы, по меньшей мере, одного наномодификатора, выбранного из группы, включающей никель, медь, алюминий и нанотрубки.
Желательно, чтобы частицы наномодификатора имели средний размер, не превышающий 50 нм.
Поставленная задача также решается наномодифицированным связующим, полученным в соответствии с вышеописанным способом его получения, которое содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Наномодификатор | 0,005-0,1 |
Конденсационная смола | |
с вязкостью более 600 сП | остальное |
Поставленная задача также решается препрегом, содержащим наполнитель и связующее, в соответствии с которым наполнитель изготовлен из неорганических армирующих материалов в форме волокон, нетканых материалов или тканей и пропитан вышеупомянутым наномодифицированным связующим.
Сущность изобретения состоит в следующем.
При получении композитов с высоким уровнем свойств на основе термоотверждаемой смолы конденсационного типа и волокнистого наполнителя нежелательно использовать поверхностно-активные вещества, которые снижают адгезионную прочность на границе «волокнистый наполнитель - полимерная матрица» в композите. Поэтому при введении модификаторов и наномодификаторов в связующее возникает проблема их коллоидной стабилизации, которая бы впоследствии не приводила к ухудшению комплекса свойств.
Проведение процесса диспергирования модификаторов, а в особенности наномодификаторов, имеющих очень большую поверхность из-за их малого размера, в растворителе (известный способ) приводит к агрегированию частиц, поскольку растворитель не участвует в образовании поверхностных слоев, а присутствие полимера в низковязком растворе является малоэффективным при образовании поверхностного коллоидно-защитного слоя на поверхности частиц.
Для интенсификации процесса диспергирования применяют ультразвуковое воздействие, которое способствует эффективному разрушению агрегатов частиц, однако для стабилизации образующейся поверхности в условиях ультразвукового воздействия необходимо присутствие смолы, имеющей функциональные группы и обладающей вязкостью более 600 сП, для препятствования последующему агрегированию.
Смолы конденсационного типа с вязкостью более 600 сП, к которым относятся эпоксидные олигомеры, фенольные смолы, полиэфиры, полиимиды, полиамидоимиды, полиамиды имеют в своей структуре функциональные группы, которые могут образовывать межмолекулярные водородные связи с поверхностными группами нанонаполнителя. Проведение процесса ультразвукового диспергирования наночастиц модификатора в присутствии смол, имеющих функциональные группы, приводит к образованию полимерных слоев на поверхности наночастиц, которые будут способствовать их стабилизации и получению концентрата наночастиц в полимерной матрице, стабильной при хранении.
Регулирование параметров ультразвукового воздействия, таких как амплитуда от 20 до 80 мкм и мощность излучения от 1 до 5 кВт, позволяет подобрать оптимальные режимы для каждого типа смолы поликонденсационного типа и различных наномодификаторов.
В качестве наномодификаторов могут быть использованы наночастицы металлов и сплавов, их оксиды, нанотрубки и нановолокна различной структуры. Наилучший эффект дает использование в качестве наномодификаторов частиц никеля, меди, алюминия и нанотрубок, однако данный список наномодификаторов не является исчерпывающим. Наномодификаторы являются катализаторами процессов отверждения по функциональным группам смол как аминного, так и ангидридного отверждения, а также образования сшивки в фенольных и полиимидных смолах. Поэтому их введение в полимерную матрицу приводит к повышению прочностных показателей и способствует более полному протеканию процессов отверждения.
В соответствии с вышеописанной технологий могут быть получены различные наномодифицированные связующие, применяющиеся в различных областях техники.
Для связующих, применяющихся в изготовлении препрегов для композиционных материалов, количественное соотношение наномодификатора составляет 0,005-0,1 мас.%: Данное соотношение обеспечивает улучшенные характеристики композиционных материалов (см. таблицы 1 и 2).
Связующее получают путем введения концентрата в конденсационную смолу или смесь конденсационных смол в количествах, обеспечивающих заданный состав связующего.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Для получения концентрата наномодифицированного связующего использовали эпоксидную смолу ЭД-20 в количестве 20 г, в которую вводили 0,12 г нанопорошка никеля при медленном замешивании с помощью стеклянной палочки в химическом стакане. После получения непылящего концентрата нанопорошка никеля в эпоксидной смоле в стакан помещали модифицированный ультразвуковой погружной диспергатор типа УЗДН, с регулируемой амплитудой и мощностью, и проводили диспергирование с мощностью излучения от 1,5 кВт, амплитудой 40 мкм и частотой 22 кГц с образованием однородного черного раствора смолы, который при хранении не расслаивается и не образует осадка.
Для получения наномодифицированного связующего готовили раствор ЭД-20 (ГОСТ 10587-88) (85 г), отвердителя - аминофенольной смолы СФ-341 (ГОСТ18594-80) (75 г) и активного разбавителя (20 г) в 100 г смеси растворителей. В полученный раствор вводили предварительно приготовленный концентрат нанопорошка никеля в эпоксидной смоле в количестве 20 г и получали связующее, готовое для дальнейшего использования для пропитки препрегов, содержащее 0,06 мас.% порошка никеля.
Препрег готовили на пропиточной машине на основе ленты УОЛ -300-2-3к (по ТУ 1916-167-05763346-96) и 50%-ного раствора наномодифицированного связующего, приготовление которого описано выше. Полученный препрег нарезали на пластины и прессовали по ГОСТ 26.006-88.
Отпрессованные пластины разрезали на образцы и испытывали согласно ГОСТ 25.604-82, ГОСТ 25.601-80, ГОСТ 25.602-80.
В таблице 1 приведены данные в соответствии с описанным режимом обработки, а также с иными режимами получения концентрата. На основе приведенных в таблице концентратов были получены связующие и препреги на их основе, выбраны режимы получения композитов.
Сравнение свойств препрегов с наномодификатором, введенным согласно описанию заявки, и без наномодификатора приведены в таблице 2.
Как следует из таблицы 1, заявляемые режимы получения концентратов обеспечивают хорошую редиспергируемость заявленных составов и показывают стабильность размеров наночастиц в процессе хранения.
Как следует из таблицы 2, препреги с наномодификатором показывают увеличение всего комплекса свойств от 15 до 30% в зависимости от типа конденсационной смолы, связующего, препрега и композита на ее основе.
Для любого сведущего в данной области специалиста должно быть понятно, что объем прав не ограничивается приведенными примерами реализации изобретения.
Так, в качестве наполнителя для изготовления препрегов были опробованы ткани марок УТ-900-2,5 и УТ-900-3,0, которые показали аналогичные закономерности.
Настоящее изобретение позволяет получать композиты с высоким уровнем свойств на основе препрегов из термоотверждаемой смолы конденсационного типа и волокнистого наполнителя при введении наномодификаторов в виде концентрата, полученного при ультразвуковом воздействии в процессе диспергирования.
Claims (5)
1. Способ изготовления наномодифицированного связующего, включающий получение концентрата путем диспергирования частиц наномодификатора в матрице в процессе ультразвукового воздействия и введение упомянутого концентрата в связующее, отличающийся тем, что в качестве матрицы и связующего используют, по меньшей мере, одну конденсационную смолу с вязкостью более 600 сП, а ультразвуковое воздействие при получении концентрата осуществляют с мощностью излучения от 1 до 5 кВт и амплитудой от 20 до 80 мкм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве частиц наномодификатора используют частицы, по меньшей мере, одного наномодификатора, выбранного из группы, включающей никель, медь, алюминий и нанотрубки.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что частицы наномодификатора имеют средний размер, не превышающий 50 нм.
4. Наномодифицированное связующее, полученное в соответствии с любым из пп.1-3, отличающееся тем, что оно содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
наномодификатор 0,005-0,1
конденсационная смола
с вязкостью более 600 сП остальное
5. Препрег, содержащий наполнитель и связующее, отличающийся тем, что наполнитель изготовлен из неорганических армирующих материалов в форме волокон, нетканых материалов или тканей и пропитан наномодифицированным связующим в соответствии с п.4 формулы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008147219/05A RU2415884C2 (ru) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | Способ получения наномодифицированного связующего, связующее и препрег на его основе |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008147219/05A RU2415884C2 (ru) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | Способ получения наномодифицированного связующего, связующее и препрег на его основе |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008147219A RU2008147219A (ru) | 2010-06-10 |
RU2415884C2 true RU2415884C2 (ru) | 2011-04-10 |
Family
ID=42681132
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008147219/05A RU2415884C2 (ru) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | Способ получения наномодифицированного связующего, связующее и препрег на его основе |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2415884C2 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2500695C1 (ru) * | 2012-06-13 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита |
RU2506283C2 (ru) * | 2011-07-19 | 2014-02-10 | Марат Мухамадеевич Галеев | Способ получения полимерной композиции (варианты) |
RU2522884C2 (ru) * | 2012-11-15 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ получения наномодифицированного связующего |
RU2547103C2 (ru) * | 2013-05-15 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ получения наномодифицированного термопласта |
RU2586149C1 (ru) * | 2015-01-28 | 2016-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения слоистого пластика |
RU2637962C1 (ru) * | 2016-11-10 | 2017-12-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Порошковая полимерная композиция и способ её изготовления |
RU2715188C2 (ru) * | 2018-08-20 | 2020-02-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Байкальский научный центр прочности" | Способ получения слоистого пластика |
-
2008
- 2008-12-01 RU RU2008147219/05A patent/RU2415884C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ВЛАСОВ С.В. и др. Основы технологии переработки пластмасс, Химия. - М., 1995. * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2506283C2 (ru) * | 2011-07-19 | 2014-02-10 | Марат Мухамадеевич Галеев | Способ получения полимерной композиции (варианты) |
RU2500695C1 (ru) * | 2012-06-13 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита |
WO2013187794A1 (ru) * | 2012-06-13 | 2013-12-19 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э.Баумана" (Мгту Им. Н.Э. Баумана) | Способ приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита |
EA024552B1 (ru) * | 2012-06-13 | 2016-09-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита |
RU2522884C2 (ru) * | 2012-11-15 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ получения наномодифицированного связующего |
RU2547103C2 (ru) * | 2013-05-15 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ получения наномодифицированного термопласта |
RU2586149C1 (ru) * | 2015-01-28 | 2016-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения слоистого пластика |
RU2637962C1 (ru) * | 2016-11-10 | 2017-12-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Порошковая полимерная композиция и способ её изготовления |
RU2715188C2 (ru) * | 2018-08-20 | 2020-02-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Байкальский научный центр прочности" | Способ получения слоистого пластика |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008147219A (ru) | 2010-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2415884C2 (ru) | Способ получения наномодифицированного связующего, связующее и препрег на его основе | |
US10882972B2 (en) | Functionalized graphene oxide curable formulations | |
Kablov et al. | Prospects of using carbonaceous nanoparticles in binders for polymer composites | |
Mousavi et al. | Modification of the epoxy resin mechanical and thermal properties with silicon acrylate and montmorillonite nanoparticles | |
JP2015508437A (ja) | 導電性ナノフィラーを含む複合材 | |
US20100143732A1 (en) | Composite Containing Polymer, Filler and Metal Plating Catalyst, Method of Making Same, and Article Manufactured Therefrom | |
CN111925630B (zh) | 高强电磁屏蔽及导热pbt/pet纳米复合材料及制备方法 | |
TW201102410A (en) | Carbon nanotube/polyimide complexed film electromagnetic shielding | |
Ashori et al. | Reinforcing effects of functionalized graphene oxide on glass fiber/epoxy composites | |
US20180023220A1 (en) | Method for producing carbon fiber composite material | |
CN109897341B (zh) | 一种改性石墨烯增强环氧树脂的复合材料及制备方法 | |
Konnola et al. | High strength toughened epoxy nanocomposite based on poly (ether sulfone)‐grafted multi‐walled carbon nanotube | |
JPWO2012096317A1 (ja) | 微細炭素繊維が分散した熱硬化性樹脂含有液およびそれらの熱硬化性樹脂成形品 | |
Peighambardoust et al. | Electrically conductive epoxy‐based nanocomposite adhesives loaded with silver‐coated copper and silver‐coated reduced graphene oxide nanoparticles | |
US9394433B2 (en) | Nanosilica containing polycyanate ester compositions | |
KR101858481B1 (ko) | 알루미나 컴포지트, 알루미나 컴포지트의 제조방법 및 알루미나 컴포지트 함유 고분자 조성물 | |
Guo et al. | Effects of surface-modified alkyl chain length of silica fillers on the rheological and thermal mechanical properties of underfill | |
Wang et al. | Surface modification of boron nitride by bio‐inspired polydopamine and different chain length polyethylenimine co‐depositing | |
CN109694537A (zh) | 含有量子点的储能复合薄膜材料及制备方法 | |
Tran et al. | Manufacturing carbon nanotube/PVDF nanocomposite powders | |
Borah et al. | Milled graphitic nanoparticle toughened epoxy composites via increased resistance to in-plane crack propagation | |
Chaudhary et al. | Effect of core-shell particles on the dielectric properties of epoxy nanocomposites | |
US20160108183A1 (en) | Method for conversion of dry nanomaterials into liquid nano-agents for fabrication of polymer nanocomposites and fiber reinforced composites | |
Wang et al. | Influence of surfactant modification on structure and properties of CNT hybrid multiscale composites | |
Bian | A Study of the Material Properties of Silicone Nanocomposites Developed by Electrospinning |