RU2415891C2 - Binder, preparation method and prepreg - Google Patents

Binder, preparation method and prepreg Download PDF

Info

Publication number
RU2415891C2
RU2415891C2 RU2008132985/05A RU2008132985A RU2415891C2 RU 2415891 C2 RU2415891 C2 RU 2415891C2 RU 2008132985/05 A RU2008132985/05 A RU 2008132985/05A RU 2008132985 A RU2008132985 A RU 2008132985A RU 2415891 C2 RU2415891 C2 RU 2415891C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
binder
epoxy
oligomer
polyamic acid
curing
Prior art date
Application number
RU2008132985/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008132985A (en
Inventor
Марина Юрьевна Яблокова (RU)
Марина Юрьевна Яблокова
Александр Юрьевич Алентьев (RU)
Александр Юрьевич Алентьев
Юлия Вадимовна Костина (RU)
Юлия Вадимовна Костина
Анатолий Евгеньевич ЧАЛЫХ (RU)
Анатолий Евгеньевич Чалых
Виктор Васильевич Авдеев (RU)
Виктор Васильевич Авдеев
Анатолий Николаевич Селезнев (RU)
Анатолий Николаевич Селезнев
Игорь Андреевич Годунов (RU)
Игорь Андреевич Годунов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "УНИХИМТЕК" (ЗАО "УНИХИМТЕК")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "УНИХИМТЕК" (ЗАО "УНИХИМТЕК") filed Critical Закрытое акционерное общество "УНИХИМТЕК" (ЗАО "УНИХИМТЕК")
Priority to RU2008132985/05A priority Critical patent/RU2415891C2/en
Publication of RU2008132985A publication Critical patent/RU2008132985A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2415891C2 publication Critical patent/RU2415891C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: binder for preparing prepregs is a product of reacting polyamide acid and an epoxy-novolac oligomer with the following ratio of components in wt %: polyamide acid 1-20, epoxy-novolac oligomer - the rest. The invention also discloses a method of preparing the said binder and a prepreg from the said binder.
EFFECT: invention enables to obtain a product with homogeneous phase distribution of the polyimide component.
10 cl, 5 dwg, 2 tbl, 6 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области производства композиционных материалов, в частности к связующим и препрегам на их основе, и может быть использовано при изготовлении высокопрочных конструкционных материалов в ракетной и космической технике, авиации, судостроении, машиностроении, электротехнике, радиоэлектронике, приборостроении.The invention relates to the production of composite materials, in particular to binders and prepregs based on them, and can be used in the manufacture of high-strength structural materials in rocket and space technology, aviation, shipbuilding, mechanical engineering, electrical engineering, electronics, instrument making.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Как следует из анализа патентной и научно-технической литературы, эпоксиноволачные смолы часто используют в качестве связующих и клеев в производстве композиционных материалов (см., например, RU 2326909). К их преимуществам можно отнести то, что эпоксиноволачные смолы не имеют оксиметильных групп и не могут вступать в реакцию поликонденсации при нагревании с образованием высокомолекулярных фенольных смол; поэтому в отсутствие влаги они стабильны при хранении.As follows from the analysis of patent and scientific and technical literature, epoxynolac resins are often used as binders and adhesives in the production of composite materials (see, for example, RU 2326909). Their advantages include the fact that epoxynovolac resins do not have oxymethyl groups and cannot enter into a polycondensation reaction when heated to form high molecular weight phenolic resins; therefore, in the absence of moisture, they are stable during storage.

Особенностью эпоксиноволачных смол является высокая скорость отверждения, что уменьшает время пребывания их в вязкотекучем состоянии.A feature of epoxynolac resins is a high cure rate, which reduces their residence time in a viscous flow state.

В последнее время получили распространение связующие на основе полиимида (см. US 5004575, RU 2279452). Данные связующие характеризуются однородным распределением кристаллических структур, улучшенной текучестью в расплавленном состоянии и высокими эксплуатационными характеристиками композиционных материалов.Recently, polyimide-based binders have become widespread (see US 5004575, RU 2279452). These binders are characterized by a uniform distribution of crystal structures, improved fluidity in the molten state and high performance characteristics of composite materials.

Гораздо более высокими эксплуатационными характеристиками обладают эпоксидные и модифицированные эпоксидные олигомеры и полимеры, в том числе модифицированные полиимидом.Epoxy and modified epoxy oligomers and polymers, including those modified with polyimide, have much higher performance characteristics.

Известно связующее на основе жидкого фенольного новолачного полимера и отвержденный продукт на его основе, демонстрирующий великолепную текучесть, влагостойкость и высокую теплостойкость. Связующее содержит жидкий фенольный полимер и имидный компаунд с определенными формулами, характеризующийся вязкостью ≤1000 Пуаз при 50°С (см. JP 2001214028).A binder based on liquid phenolic novolac polymer and a cured product based on it are known, exhibiting excellent fluidity, moisture resistance and high heat resistance. The binder contains a liquid phenolic polymer and an imide compound with certain formulas, characterized by a viscosity of ≤1000 Poise at 50 ° C (see JP 2001214028).

Известна также композиция, обеспечивающая получение изделий с высокими теплостойкостью и механическими характеристиками (см. JP 63086746). Данная композиция получена смешением неотвержденного новолачного полимера (А) с полиимидным полимером (В) при соотношении (А)/(В) как 97/3-70/30.A composition is also known that provides products with high heat resistance and mechanical characteristics (see JP 63086746). This composition was prepared by mixing the uncured novolac polymer (A) with the polyimide polymer (B) at a ratio of (A) / (B) as 97 / 3-70 / 30.

К недостаткам двух последних технических решений следует отнести невозможность получения отвержденного продукта с гомогенным фазовым распределением полиимидной компоненты, что связано с тем, что в композицию вводят полиимид, имеющий имидные циклы и ограниченное количество свободных функциональных групп способных к взаимодействию в процессе отверждения с группами новолачного олигомера.The disadvantages of the last two technical solutions include the impossibility of obtaining a cured product with a homogeneous phase distribution of the polyimide component, due to the fact that a polyimide having imide rings and a limited number of free functional groups capable of interacting with the novolac oligomer groups during the curing process is introduced into the composition.

Раскрытие изобретениеDisclosure invention

Задачей изобретения является получение композиций с контролируемым распределением полиимидной компоненты в отвержденной композиции, с возможностью получения как гомогенно однородных композиций, так и наноструктурированной фазы второго компонента в эпоксиноволачном олигомере.The objective of the invention is to obtain compositions with a controlled distribution of the polyimide component in the cured composition, with the possibility of obtaining both homogeneous homogeneous compositions and the nanostructured phase of the second component in an epoxynol oligomer.

Поставленная задача решается связующим для приготовления препрегов, содержащим новолачно-эпоксидно-полиимидный блок-сополимер, в соответствии с которым, оно содержит блок-сополимер, являющийся продуктом взаимодействия полиамидокислоты с эпоксидно-новолачным олигомером в процессе отверждения при следующем соотношении компонентов, масс.%:The problem is solved by a binder for the preparation of prepregs containing novolac-epoxy-polyimide block copolymer, in accordance with which it contains a block copolymer, which is the product of the interaction of polyamide acid with epoxy-novolac oligomer during curing in the following ratio of components, wt.%:

ПолиамидокислотаPolyamic acid 1-201-20 Эпоксидно-новолачный олигомерEpoxy novolac oligomer остальное.rest.

В преимущественных воплощениях изобретения желательно, чтобы соотношение было следующим, масс.%:In preferred embodiments of the invention, it is desirable that the ratio is as follows, wt.%:

ПолиамидокислотаPolyamic acid 3-153-15 Эпоксидно-новолачный олигомерEpoxy novolac oligomer остальное.rest.

Наилучшие свойства связующего достигаются при следующем соотношении, масс.%:The best properties of the binder are achieved in the following ratio, wt.%:

ПолиамидокислотаPolyamic acid 5-105-10 Эпоксидно-новолачный олигомерEpoxy novolac oligomer остальное.rest.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что отвержденное связующее является продуктом взаимодействия полиамидокислоты, полученной синтезом резорцинового диамина и оксидифталевого диангидрида путем низкотемпературной поликонденсации в растворе диметилформамида и эпоксиноволачного олигомера.In private embodiments of the invention, the problem is solved in that the cured binder is the product of the interaction of a polyamic acid obtained by the synthesis of resorcinol diamine and oxyphthalic dianhydride by low-temperature polycondensation in a solution of dimethylformamide and epoxynolac oligomer.

В других воплощениях изобретения отвержденное связующее имеет структуру, представляющую собой эпоксидную гомогенную матрицу с нановключениями полиимида веретенообразной формы, химически связанными с эпоксидной матрицей и характеризуется структурной формулойIn other embodiments of the invention, the cured binder has a structure that is an epoxy homogeneous matrix with nano-inclusions of spindle-shaped polyimide chemically bonded to the epoxy matrix and is characterized by the structural formula

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Поставленная задача также решается способом изготовления данного связующего, в соответствии с которым осуществляют смешение эпоксидно-новолачного олигомера со смесью полиамидокислоты и растворителя с последующим удалением растворителя и отверждением.The problem is also solved by the method of manufacturing this binder, in accordance with which the epoxy-novolac oligomer is mixed with a mixture of polyamic acid and solvent, followed by removal of the solvent and curing.

В частных воплощениях изобретения удаление растворителя проводят при 80-100°С.In particular embodiments of the invention, solvent removal is carried out at 80-100 ° C.

Для получения связующего с гомогенной структурой отверждение проводят при 150-160°С.To obtain a binder with a homogeneous structure, curing is carried out at 150-160 ° C.

Для получения связующего с нановключениями полиимида веретенообразной формы отверждение проводят при 165-175°С.To obtain a spindle-shaped polyimide binder with nanoinclusions, curing is carried out at 165-175 ° C.

Поставленная задача также решается препрегом для изготовления композиционных материалов, который изготовлен из вышеупомянутого и содержит компоненты при следующем соотношении, масс.%:The problem is also solved by the prepreg for the manufacture of composite materials, which is made of the above and contains components in the following ratio, wt.%:

НаполнительFiller 60-6560-65 СвязующееBinder остальноеrest

Сущность изобретения состоит в следующем.The invention consists in the following.

Выбор эпоксиноволачного олигомера обусловлен его высокими физико-механическими свойствами и теплостойкостью в изделиях на его основе. Также эпоксиноволачный олигомер при температурном воздействии отверждается без применения дополнительных отвердителей, что приводит к получению гомогенной структуры без включения структурных элементов другой природы. Хранение такого олигомера также более предпочтительно, так как в условиях низких и комнатных температур он нереакционноспособен. Однако одним из недостатков такого олигомера является его высокая вязкость, что требует введения активных разбавителей или растворителей при его переработке.The choice of epoxynolac oligomer is due to its high physical and mechanical properties and heat resistance in products based on it. Also, when exposed to temperature, the epoxy-oligomer oligomer cures without the use of additional hardeners, which leads to a homogeneous structure without the inclusion of structural elements of a different nature. Storage of such an oligomer is also more preferable, since it is not reactive at low and room temperatures. However, one of the disadvantages of such an oligomer is its high viscosity, which requires the introduction of active diluents or solvents during its processing.

Введение полиамидокислоты в композицию приводит к образованию межмолекулярных взаимодействий, что подтверждается данными ИК-спектроскопии по функциональным группам полиамидокислоты и эпоксиноволачного олигомера, однако внутрицепной сшивки при комнатных температурах не происходит, и композиция остается стабильной при хранении.The introduction of polyamido acid into the composition leads to the formation of intermolecular interactions, which is confirmed by the data of IR spectroscopy on the functional groups of the polyamido acid and epoxynolac oligomer, however, intrachain crosslinking at room temperature does not occur, and the composition remains stable during storage.

На фиг.1 представлены ИК-спектры полиамидокислоты (1), эпоксиноволачного олигомера (2) и их смеси (3).Figure 1 shows the IR spectra of polyamido acids (1), epoxynolobol oligomer (2) and mixtures thereof (3).

На фиг.2. представлен фрагмент ИК-спектра смеси в области 1800-1560 см-1 при прогреве образца от комнатной температуры до 200°С с шагом в 20°С: 1) охлажденный образец; 2) 20°; 3) 100°С; 4) 120°С; 5) 200°С.In figure 2. a fragment of the IR spectrum of the mixture is presented in the region of 1800-1560 cm -1 when the sample is heated from room temperature to 200 ° C in increments of 20 ° C: 1) a cooled sample; 2) 20 °; 3) 100 ° C; 4) 120 ° C; 5) 200 ° C.

На фиг.3 представлен фрагмент ИК-спектра смеси в области 1050-880 см-1 при прогреве образца от комнатной температуры до 200°С с шагом в 20°С: 1) охлажденный образец; 2) 20°С; 3) 100°С; 4) 120°С; 5) 200°С.Figure 3 presents a fragment of the IR spectrum of the mixture in the range of 1050-880 cm -1 when the sample is heated from room temperature to 200 ° C in increments of 20 ° C: 1) a cooled sample; 2) 20 ° C; 3) 100 ° C; 4) 120 ° C; 5) 200 ° C.

На фиг.4 представлены данные сканирующей микроскопии эпоксиноволачно-полиимидного блок-сополимера, отвержденного при температуре 150-160°С.Figure 4 presents the data of scanning microscopy of epoxynovolac-polyimide block copolymer, cured at a temperature of 150-160 ° C.

На фиг.5 представлены данные сканирующей микроскопии эпоксиноволачно-полиимидного блок-сополимера, отвержденного при температуре 165-175°С.Figure 5 presents the data of scanning microscopy of epoxynovolac-polyimide block copolymer, cured at a temperature of 165-175 ° C.

Из фиг.1 видно, что спектр смеси (кривая 2) не является аддитивной суммой спектров полиамидокислоты и эпоксиноволачной смолы: наблюдается смещение полос поглощения относительно их положения в индивидуальных веществах и изменение соотношения интенсивностей.Figure 1 shows that the spectrum of the mixture (curve 2) is not an additive sum of the spectra of polyamic acid and epoxynolac resin: there is a shift in the absorption bands relative to their position in individual substances and a change in the ratio of intensities.

В процессе отверждения при высокой реакционной способности групп полиамидокислоты и при высокой скорости процесса при температурах 150-160°С возможно образование большого числа сшивок между полимером и олигомерной системой, что может привести к отсутствию фазового разделения и получению блок-сополимеров различной структуры.During curing at a high reactivity of polyamido acid groups and at a high process speed at temperatures of 150-160 ° C, a large number of cross-links between the polymer and the oligomeric system can be formed, which can lead to the absence of phase separation and to obtain block copolymers of various structures.

По данным ИК-спектроскопии при отверждении происходит гидролиз полиамидокислоты с образованием новых функциональных групп, которые вступают в реакцию поликонденсации с функциональными группами эпоксиноволачного олигомера с образованием новой блок-сополимерной структуры, фиг.2 и 3.According to the data of IR spectroscopy during curing, hydrolysis of the polyamido acid occurs with the formation of new functional groups that enter into a polycondensation reaction with the functional groups of the epoxy-oligomer oligomer to form a new block copolymer structure, FIGS. 2 and 3.

При прогревании смеси резко падает значение интенсивности для амидной полосы поглощения (фиг.2), при этом практически не изменяется интенсивность симметричных колебаний С=O при 1780 см-1, т.е. можно предположить, что происходит образование переходного комплекса эпоксигруппы и атома N из амидной связи, а образование имидных циклов возможно происходит при более высоких температурах и временах выдержки.When the mixture is heated, the intensity value sharply decreases for the amide absorption band (Fig. 2), while the intensity of the symmetric C = O vibrations does not change at 1780 cm -1 , i.e. it can be assumed that the formation of the transition complex of the epoxy group and the N atom from the amide bond occurs, and the formation of imide rings may occur at higher temperatures and holding times.

Одновременно наблюдается и снижение интенсивности колебаний С-O в эпоксидных группах (фиг.3).At the same time, there is a decrease in the intensity of CO vibrations in epoxy groups (Fig. 3).

Снижение интенсивности полосы поглощения амидогруппы одновременно с уменьшением оптической плотности полос поглощения эпоксигрупп однозначно свидетельствуют о том, что полиамидокислота выступает в данной смеси как отвердитель, раскрывая эпоксидное кольцо и образуя межмолекулярную сетку.A decrease in the intensity of the absorption band of the amido group simultaneously with a decrease in the optical density of the absorption bands of epoxy groups clearly indicates that the polyamido acid acts as a hardener in this mixture, opening the epoxy ring and forming an intermolecular network.

Образующаяся при этом морфологическая структура характеризуется гомогенным распределением фрагментов полиамидокислоты в эпоксиноволачной композиции с образованием блок-сополимера нового типа, характеризующегося повышенной прочностью и теплостойкостью, фиг.4.The resulting morphological structure is characterized by a homogeneous distribution of polyamido acid fragments in the epoxynovolac composition with the formation of a new type of block copolymer characterized by increased strength and heat resistance, Fig. 4.

Такое распределение полиамидокислоты в эпоксиноволачном олигомере происходит при проведении режима отверждения при температурах 150-160°С и длительной выдержки в течение 5-6 часов. При увеличении содержания полиамидокислоты в эпоксиноволочном блок-сополимере наблюдаются оптимальные концентрации, при которых процесс потери текучести (гелеобразования) проходит в течение времени, при котором идет формование композиционного материала с заданными свойствами и морфологической структурой. При содержании ниже оптимального (1-2,5% масс.) наблюдается увеличение времени гелеобразования, процесс соотверждения затруднен и происходит выделение полиимида в отдельную фазу, диспергированную в отвержденной матрице эпоксиноволачного олигомера.Such a distribution of polyamic acid in the epoxynolac oligomer occurs during the curing regime at temperatures of 150-160 ° C and long exposure for 5-6 hours. With an increase in the polyamido acid content in the epoxynol block copolymer, optimal concentrations are observed at which the process of yield loss (gelation) takes place over a period of time at which the composite material is formed with desired properties and morphological structure. When the content is below the optimum (1-2.5% wt.), An increase in gelation time is observed, the curing process is difficult and polyimide is released into a separate phase dispersed in the cured matrix of the epoxynolac oligomer.

При повышении концентрации полиамидокислоты выше 10% масс. наблюдается значительное снижение времени гелеобразования, система теряет текучесть за короткое время за счет соотверждения полиамидокислоты и эпоксиноволачного олигомера и избыток полиамидокислоты образует отдельную фазу. Однако образование наноразмерной фазы полиимида диффузионно затруднено, и образующаяся фаза имеет более крупные размеры.With an increase in the concentration of polyamic acid above 10% of the mass. a significant decrease in gelation time is observed, the system loses fluidity in a short time due to the curing of the polyamido acid and epoxynolobol oligomer, and an excess of polyamido acid forms a separate phase. However, the formation of the nanoscale phase of the polyimide is diffusively difficult, and the resulting phase is larger.

С другой стороны при низкой скорости взаимодействия полиамидокислоты и олигомерной эпоксиноволачной системы и высокой скорости отверждения при температурах 165-175°С образующаяся фаза может иметь слабую химическую связь с матрицей. При правильно подобранных условиях ведения процесса можно добиться получения оптимальной фазовой наноразмерной структуры с высокой адгезионной прочностью к отвержденной матрице.On the other hand, at a low rate of interaction of the polyamido acid and the oligomeric epoxynovolac system and a high cure rate at temperatures of 165-175 ° C, the resulting phase may have a weak chemical bond with the matrix. Under correctly selected process conditions, it is possible to obtain an optimal phase nanoscale structure with high adhesive strength to the cured matrix.

При проведении режима отверждения при температурах 165-175°С реализуется не только механизм соотверждения полиамидокислоты и эпоксиноволачного олигомера, но и механизм образования полиимида при гидролизе и циклизации полиамидокислоты и выделения его в отдельную фазу, образующую нановключения в матрице эпоксиноволачного олигомера при оптимальных концентрациях полиамидокислоты. В этом случае реализуется распределение, которое приводит к образованию наноструктуры типа «змейка в клетке», отличающейся повышенной ударной вязкостью в композиционном материале и способностью к самовосстановлению структуры при нагрузках, фиг.5.When the curing mode is carried out at temperatures of 165-175 ° C, not only the polyamide acid and epoxynolobol oligomer matching mechanism is realized, but also the polyimide formation mechanism during hydrolysis and cyclization of the polyamic acid and its isolation into a separate phase, forming nanoinclusions in the epoxynolobol oligomer matrix at optimal polyamide acid concentrations. In this case, a distribution is realized that leads to the formation of a snake-in-cell type nanostructure, which is characterized by an increased impact strength in the composite material and the ability to self-repair the structure under loads, Fig. 5.

При введении полиамидокислоты в количестве 1-2,5% масс. не происходит образование межцепного блок-сополимера, и формируется гетерогенная структура с областями, обогащенными одним из компонентов - полиимидом. При содержании более 10% масс. полиамидокислоты процесс отверждения эпоксиноволачного олигомера протекает с большими скоростями и также происходит выделение полиимида в отдельную фазу, с размерами до 10 мкм.With the introduction of polyamido acids in an amount of 1-2.5% of the mass. the formation of an interchain block copolymer does not occur, and a heterogeneous structure is formed with regions enriched in one of the components, polyimide. With a content of more than 10% of the mass. polyamido acids; the curing process of the epoxynovolac oligomer proceeds at high speeds and polyimide is also released into a separate phase, with sizes up to 10 microns.

При оптимальном содержании полиамидокислоты 5-10% масс. происходит соотверждение эпоксиноволачно-полииимидного блок-сополимера и выделение полиимида в отдельную наноструктурированную фазу с размером включений 100-500 нм.With an optimal content of polyamic acid 5-10% of the mass. the epoxynovolac-polyimide imide block copolymer is cured and the polyimide is released into a separate nanostructured phase with an inclusion size of 100-500 nm.

Морфология отвержденных эпоксиноволачно-полиимидных композиций существенно изменяется с повышением как содержания термопластичного полиимида, так и температуры отверждения, образуя системы, в которых частички термопластичного полиимида диспергированы в эпоксиноволачном олигомере, при этом в случае образования нанофазы достигается повышение прочности системы, так как развитие трещины тормозится диспергированными веретенообразными частицами полиимида. Обогащенная термопластичным полиимидом фаза может быть непрерывной, с образованием взаимопроникающих сеток. Прочность таких композиций возрастает в значительной степени из-за возникновения пластических деформаций.The morphology of cured epoxynovolac-polyimide compositions changes significantly with increasing both the content of thermoplastic polyimide and curing temperature, forming systems in which particles of thermoplastic polyimide are dispersed in an epoxynovolac oligomer, and in the case of formation of nanophase, an increase in the strength of the system is achieved, since crack propagation is inhibited by dispersion spindle-shaped particles of polyimide. The phase enriched with thermoplastic polyimide can be continuous, with the formation of interpenetrating networks. The strength of such compositions increases to a large extent due to the occurrence of plastic deformations.

Для достижения наибольшего модифицирующего эффекта необходимо сильное адгезионное взаимодействие между матрицей и нановключениями полиимидной фазы. Очевидно, что наиболее прочным межфазное взаимодействие будет при образовании химических связей между фазами, т.е. наночастицы термопластичного полиимида по концевым функциональным группам связаны с образующейся сеткой эпоксиноволачного олигомера или эпоксиноволачно-полиимидного блок-сополимера, содержащего эпоксигруппы.To achieve the greatest modifying effect, a strong adhesive interaction between the matrix and nanoinclusions of the polyimide phase is necessary. Obviously, the most durable interfacial interaction will be during the formation of chemical bonds between phases, i.e. the terminal functional thermoplastic polyimide nanoparticles are bonded to the resulting network of an epoxynolac oligomer or an epoxynolac polyimide block copolymer containing epoxy groups.

Полученное связующее используется для приготовления препрега, который получают пропиткой связующим специально подготовленных однонаправленных лент и различных тканей из волокон, например углеродных, стеклянных и базальтовых.The resulting binder is used to prepare the prepreg, which is obtained by impregnating with the binder specially prepared unidirectional tapes and various fabrics of fibers, for example carbon, glass and basalt.

После пропитки получается липкий материал, позволяющий формовать многослойные конструкции сложной конфигурации с заданной ориентацией волокон и способностью нести заданные нагрузки.After impregnation, a sticky material is obtained, which allows forming multilayer structures of complex configuration with a given orientation of the fibers and the ability to carry specified loads.

После дополнительной термообработки - отверждения из сформованных заготовок получают композитные изделия любой формы (корпуса и детали конструкций, машин, судов и др.).After additional heat treatment - curing, composite products of any shape (hulls and parts of structures, machines, ships, etc.) are obtained from molded blanks.

Регулирование состава и наноструктуры межфазной границы волокно - связующее позволяет получать препреги, на основе которых будут приготовлены полимерные композиционные материалы с улучшенными характеристиками.The regulation of the composition and nanostructure of the fiber - binder interface allows one to obtain prepregs on the basis of which polymer composite materials with improved characteristics will be prepared.

Состав и наноструктура межфазной границы задается свойствами связующего и условиями пропитки волокон и тканей и отверждения, в условиях которого формируется заданная структура, которая и является предметом изобретения.The composition and nanostructure of the interface is determined by the properties of the binder and the conditions for the impregnation of fibers and fabrics and curing, in the conditions of which a given structure is formed, which is the subject of the invention.

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.

Композиции приготавливали простым смешением компонентов при варьировании содержания полиамидокилоты от 1 до 20% масс.Compositions were prepared by simple mixing of the components while varying the content of polyamidocylates from 1 to 20% of the mass.

В качестве термореактивной матрицы, обладающей хорошей теплостойкостью были выбраны эпоксиноволачные олигомеры марки ЭНФБ (ТУ 1-596-36-2005) D.E.N.™438™ (Dow Chemical), УП-643 (2225-605-11131395-2003).As the thermosetting matrix with good heat resistance, epoxynolac oligomers of the ENFB brand (TU 1-596-36-2005) D.E.N. ™ 438 ™ (Dow Chemical), UP-643 (2225-605-11131395-2003) were selected.

В качестве полиимидного компонента для эпоксидно-полиимидной композиции был выбран прекурсор термопластичного полиимида - полиамидокислота на основе резорцинового диамина и оксидифталевого диангидрида, синтезированного методом низкотемпературной поликонденсации в растворе диметилформамида. Выбор диметилформамида из ряда амидных растворителей обусловлен его низкой температурой кипения и хорошей растворяющей способностью для эпоксиноволачного олигомера.As a polyimide component for the epoxy-polyimide composition, a thermoplastic polyimide precursor was chosen - polyamide acid based on resorcinol diamine and oxidophthalic dianhydride synthesized by low-temperature polycondensation in a solution of dimethylformamide. The choice of dimethylformamide from a number of amide solvents is due to its low boiling point and good dissolving ability for epoxynolac oligomer.

В стакан с заранее взвешенным эпоксиноволачным связующим добавляли 15%-ный раствор преполимера - полиамидокислоты - в диметилформамиде в заданном количестве. Перемешивали на механической мешалке в течение 1 часа. Проводили пропитку наполнителя связующим и удаление растворителя проводили путем выдержки в течение 12 часов на воздухе либо при нагреве от 80 до 100°С в печи.In a glass with a pre-weighed epoxynovolac binder, a 15% solution of the prepolymer — polyamido acid — in dimethylformamide was added in a predetermined amount. Stirred on a mechanical stirrer for 1 hour. The filler was impregnated with a binder and the solvent was removed by exposure to air for 12 hours or by heating from 80 to 100 ° C in an oven.

После удаления растворителя проводили отверждение по заданному режиму в сушильном вакуумном электрошкафу ШСВ-65 ИЗ.After removal of the solvent, curing was carried out according to a given mode in a vacuum drying oven ШСВ-65 IZ.

В таблице 1 приведены свойства связующего в зависимости от содержания в композиции полиамидокислоты.Table 1 shows the properties of the binder, depending on the content in the composition of polyamic acid.

В таблице 2 приведены свойства получаемых из этих составов связующего препрегов.Table 2 shows the properties obtained from these compositions of the binder prepreg.

Таблица 1Table 1 № п/пNo. p / p Содержание полиамидокислоты в композиции, % масс.The content of polyamido acids in the composition,% wt. Цвет раствораSolution color Содержание основного вещества, % масс.The content of the main substance,% of the mass. Время гелеобразова-
ния при 13 5°С, с
Gel time
niya at 13 5 ° C, with
Степень сшивки при 150-160°С/ 165-175°СThe degree of crosslinking at 150-160 ° C / 165-175 ° C Морфологическая структура 150-160°С/
165-175°С
Morphological structure of 150-160 ° C /
165-175 ° C
1one 1,001.00 коричн.brown 50,150.1 315315 98.6/98,898.6 / 98.8 Имеет включения 3-5 мкм/
Имеет включения до 10 мкм
Has inclusions 3-5 microns /
Has inclusions up to 10 microns
22 2.52.5 коричн.brown 50,250,2 422422 98,1/98,598.1 / 98.5 Имеет включения до 10 мкм/ Имеет включения до 5 мкмHas inclusions up to 10 microns / Has inclusions up to 5 microns 33 55 коричн.brown 50,050,0 301301 98,7/98,598.7 / 98.5 Гомогенно-однородная/ Имеет включения 100-300 нмHomogeneous homogeneous / Has inclusions of 100-300 nm 4four 1010 коричн.brown 50,150.1 300300 98,6/98,798.6 / 98.7 Гомогенно-однородная/ Имеет включения 100-300 нмHomogeneous homogeneous / Has inclusions of 100-300 nm 55 15fifteen коричн.brown 50.250.2 241241 98,4/98,398.4 / 98.3 Имеет включения до 3 мкм/ Имеет включения до 10 мкмHas inclusions up to 3 microns / Has inclusions up to 10 microns 66 20twenty коричн.brown 50,250,2 145145 98,4/98,298.4 / 98.2 Имеет включения 3-5 мкм/ Имеет включения до 10 мкмHas inclusions 3-5 microns / Has inclusions up to 10 microns

Таблица 2table 2 Состав связующего по табл.1The composition of the binder according to table 1 Состав препрега, % масс.The composition of the prepreg,% of the mass. Свойства препрегаPrepreg Properties НаполнительFiller Связу-
ющее
Communication-
that is
Содержание связующего после пропитки, % масс.The content of the binder after impregnation,% of the mass. Время гелеобразования при 135°С, сGelation time at 135 ° С, s Степень сшивки при 150-160°С/165-175°СThe degree of crosslinking at 150-160 ° C / 165-175 ° C
1one 60 Углеродное волокно60 carbon fiber 4040 40,540.5 301301 99,2/99,599.2 / 99.5 22 60 Стеклоткань60 Fiberglass 4040 40,240,2 398398 99,5/99,699.5 / 99.6 33 60Углеродное волокно60 carbon fiber 4040 41,041.0 269269 99,2/99,599.2 / 99.5 4four 60 Углеродная ткань60 carbon fabric 4040 39,839.8 264264 99,1/99,799.1 / 99.7 55 60 Базальтовая ткань60 Basalt fabric 4040 40,240,2 200200 99,2/99,099.2 / 99.0 66 60 Углеродная ткань60 carbon fabric 4040 39,839.8 132132 98,9/99,198.9 / 99.1 1one 65 Стеклоткань65 Fiberglass 3535 35,235,2 305305 99,2/99,599.2 / 99.5 22 65 Углеродное волокно65 carbon fiber 3535 34,234.2 401401 99,4/99,599.4 / 99.5 33 65 Базальтовая ткань65 Basalt fabric 3535 34,634.6 272272 99,5/99,399.5 / 99.3 4four 65 Стеклоткань65 Fiberglass 3535 35,435,4 270270 99,2/99,499.2 / 99.4 55 65 Углеродное волокно65 carbon fiber 3535 35,135.1 207207 99,1/99,499.1 / 99.4 66 65 Углеродная ткань65 carbon fabric 3535 34,734.7 136136 99,0/99,299.0 / 99.2

Claims (10)

1. Связующее для приготовления препрегов, содержащее новолачный олигомер, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит полиамидокислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полиамидокислота 1-20 Эпоксидно-новолачный олигомер Остальное

и представляет собой продукт взаимодействия упомянутых полиамидокислоты и эпоксидного олигомера в процессе отверждения.
1. Binder for the preparation of prepregs containing novolac oligomer, characterized in that it additionally contains polyamic acid in the following ratio of components, wt.%:
Polyamic acid 1-20 Epoxy novolac oligomer Rest

and is a product of the interaction of the aforementioned polyamic acid and epoxy oligomer in the curing process.
2. Связующее по п.1, отличающееся тем, что содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Полиамидокислота 3-15 Эпоксидно-новолачный олигомер Остальное
2. The binder according to claim 1, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.%:
Polyamic acid 3-15 Epoxy novolac oligomer Rest
3. Связующее по п.1, отличающееся тем, что содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Полиамидокислота 5-10 Эпоксидно-новолачный олигомер Остальное
3. The binder according to claim 1, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.%:
Polyamic acid 5-10 Epoxy novolac oligomer Rest
4. Связующее по п.1, отличающееся тем, что является продуктом взаимодействия полиамидокислоты, полученной синтезом резорцинового диамина и оксидифталевого диангидрида путем низкотемпературной поликонденсации в растворе диметилформамида.4. The binder according to claim 1, characterized in that it is a product of the interaction of polyamic acid obtained by the synthesis of resorcinol diamine and oxyphthalic dianhydride by low-temperature polycondensation in a solution of dimethylformamide. 5. Связующее по п.3, отличающееся тем, что оно имеет структуру, представляющую собой эпоксидную гомогенную матрицу с нановключениями полиимида веретенообразной формы, химически связанными с эпоксидной матрицей.5. The binder according to claim 3, characterized in that it has a structure that is an epoxy homogeneous matrix with nano-inclusions of spindle-shaped polyimide chemically bonded to the epoxy matrix. 6. Способ изготовления связующего в соответствии с п.1 формулы, отличающийся тем, что осуществляют смешивание эпоксидно-новолачного олигомера со смесью полиамидокислоты и растворителя, последующее удаление растворителя и отверждение.6. A method of manufacturing a binder in accordance with claim 1, characterized in that the epoxy-novolac oligomer is mixed with a mixture of polyamic acid and solvent, followed by solvent removal and curing. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что удаление растворителя проводят при 80-100°С.7. The method according to claim 6, characterized in that the removal of solvent is carried out at 80-100 ° C. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что отверждение проводят при 150-160°С.8. The method according to claim 6, characterized in that the curing is carried out at 150-160 ° C. 9. Способ по п.6, отличающийся тем, что отверждение проводят при 165-175°С.9. The method according to claim 6, characterized in that the curing is carried out at 165-175 ° C. 10. Препрег, содержащий связующее и наполнитель, отличающийся тем, что он выполнен из связующего в соответствии с любым из пп.1-5 формулы и содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Наполнитель 60-65 Связующее Остальное
10. A prepreg containing a binder and a filler, characterized in that it is made of a binder in accordance with any one of claims 1 to 5 of the formula and contains components in the following ratio, wt.%:
Filler 60-65 Binder Rest
RU2008132985/05A 2008-08-13 2008-08-13 Binder, preparation method and prepreg RU2415891C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008132985/05A RU2415891C2 (en) 2008-08-13 2008-08-13 Binder, preparation method and prepreg

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008132985/05A RU2415891C2 (en) 2008-08-13 2008-08-13 Binder, preparation method and prepreg

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008132985A RU2008132985A (en) 2010-02-20
RU2415891C2 true RU2415891C2 (en) 2011-04-10

Family

ID=42126672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008132985/05A RU2415891C2 (en) 2008-08-13 2008-08-13 Binder, preparation method and prepreg

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2415891C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2591771C1 (en) * 2012-06-29 2016-07-20 Бейджин Глукс Криэйтив Текнолоджи Ко., Лтд Method of manufacturing supporting substrate and led display device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Химическая энциклопедия, т.4. - М.: Большая российская энциклопедия 1998, с.627-628. Стрепихеев А.А. и др. Основы химии высокомолекулярных соединений. - М.: Госхимиздат, 1961, с.159-161. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2591771C1 (en) * 2012-06-29 2016-07-20 Бейджин Глукс Криэйтив Текнолоджи Ко., Лтд Method of manufacturing supporting substrate and led display device

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008132985A (en) 2010-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69115076T2 (en) Diarylacetylene end-capped polyimides.
JP5469086B2 (en) Thermosetting resin composition and prepreg using the same
TWI667281B (en) Thermosetting resin composition
Wang et al. Preparation of self-promoted hydroxy-containing phthalonitrile resins by an in situ reaction
WO2009157295A1 (en) Epoxy resin composition and prepreg using same
US5434226A (en) Epoxy resin toughened with a polyether sulfone and polyarylsulfidesulfone
Manning et al. Self assembly–assisted additive manufacturing: direct ink write 3D printing of epoxy–amine thermosets
CN103665863A (en) Thermosetting resin composition containing double-tower type epoxy silsesquioxane
CN106632993A (en) Resin composition and application thereof
CN112500571B (en) Preparation method of bismaleimide prepreg
CA3111220A1 (en) Anhydrous routes to highly processable covalent network polymers and blends
JPS6015420A (en) Epoxy composition containing oligomeric diamine curing agentand high power composite material therefrom
RU2415891C2 (en) Binder, preparation method and prepreg
TW201927870A (en) Carbon fiber bundle, prepreg, and fiber-reinforced composite material
EP4153658B1 (en) Cross-linkable organosiloxane-modified reaction resins
TWI791718B (en) Curable epoxy system
FR2668160A1 (en) EPOXIDE RESIN FORMULATIONS FOR PREPARING MATRICES HAVING BETTER STORAGE IN STORAGE OR STORAGE.
CN113912985A (en) High-strength high-modulus epoxy molding compound and preparation method thereof
EP4051723A1 (en) Epoxy resin compositions
US7605223B1 (en) Low melt viscosity imide oligomers and polyimides therefrom
CN112759931B (en) Linear fluorine-containing PBO precursor modified PBO fiber/cyanate wave-transparent composite material and preparation method thereof
JP7451058B2 (en) Thermosetting citraconimide resin composition
JPH0481421A (en) Epoxy resin composition, prepreg, cured material and composite material thereof
RU2773524C1 (en) Carbon fibre-reinforced polyphenylene sulphide composite materials and method for production thereof
RU2757922C2 (en) Carbon fiber polymer composite material based on polyesteresterketone and a method for its preparation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200814