RU2495056C2 - Полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокнонаполненный материал, его содержащий - Google Patents
Полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокнонаполненный материал, его содержащий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495056C2 RU2495056C2 RU2011128948/04A RU2011128948A RU2495056C2 RU 2495056 C2 RU2495056 C2 RU 2495056C2 RU 2011128948/04 A RU2011128948/04 A RU 2011128948/04A RU 2011128948 A RU2011128948 A RU 2011128948A RU 2495056 C2 RU2495056 C2 RU 2495056C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermosetting
- resin
- polymer composite
- fibre
- composite material
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение имеет отношение к полимерному композиционному материалу на основе термореактивных смол и волокнонаполненному материалу на его основе. Полимерный композиционный материал включает термореактивную резольную фенолоформальдегидную смолу и дополнительно содержит термореактивную эпоксидную смолу и термореактивную полиэфирную смолу в соотношении, % масс:
Волокнонаполненный материал включает полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокно. В качестве волокна материал содержит полиакрилонитрильную нить или стеклянную нить при следующем соотношении, массовые части: полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол 3,2-5,2; волокно 1,0. Технический результат - отказ от применения дорогих и токсичных отвердителей, понижение токсичности получаемого материала и его производства, удешевление получаемого материала и повышение его стойкости к ударным воздействиям. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 12 пр.
Description
Изобретение относится к области получения полимерных композиционных материалов (ПКМ), применяемых для изготовления изделий промышленного и бытового назначения.
Известен композиционный материал (аналог), получаемый отверждением термореактивной ненасыщенной полиэфирной смолы, где в качестве отверждающей системы применяли гидропероксид изопропилбензола (гипериз) и ускоритель НК при следующем содержании компонентов композиционного материала, % масс:
| Смола термореактивная полиэфирная | 89,0 |
| Гидропероксид изопропилбензола | 4,5 |
| Ускоритель НК | 6,5 |
Недостаток этого материала: повышенная токсичность из-за присутствия гидропероксида изопропилбензола и ускорителя НК и низкая прочность при ударных воздействиях (a уд=4-5 кДж/м2) [1, С.125, 142].
Известен композиционный материал (аналог), получаемый отверждением термореактивной эпоксидной смолы, где в качестве отвердителя применяли полиэтиленполиамин, при следующем содержании компонентов композиционного материала, % масс:
| Смола термореактивная эпоксидная | 90 |
| Полиэтиленполиамин | 10 |
Недостаток этого материала: повышенная токсичность из-за присутствия полиэтиленполиамина и низкая прочность при ударных воздействиях (a уд=2 кДж/м2) [2, с.224].
Известен композиционный материал на основе термореактивной смолы (прототип), получаемый отверждением термореактивной
фенолоформальдегидной резольной смолы, которая отверждается термически, при следующем содержании компонентов композиционного материала, % масс:
| смола термореактивная фенолоформальдегидная резольная | 100 |
Недостаток этого материала - низкая прочность при ударных воздействиях (a уд=2 кДж/м2) [2, с.66, 224].
Известен волокнонаполненный полимерный композиционный материал (прототип) на основе термореактивной резольной фенолоформальдегидной смолы при следующем содержании компонентов композиционного материала, % масс:
| Смола термореактивная фенолоформальдегидная резольная | 22-35 |
| волокнистый наполнитель (опилки древесины) | 78-65 |
Недостаток этого материала - пониженная прочность при ударных воздействиях (a уд=4-15 кДж/м2) [1, с.60-65].
При создании изобретения ставилась задача отказаться от применения дорогих и токсичных отвердителей и понизить токсичность получаемого материала и его производства, удешевить получаемый материал и повысить его стойкость к ударным воздействиям.
Поставленная задача решается за счет того, что:
- полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол, включающий термореактивную фенолоформальдегидную резольную смолу, дополнительно содержит термореактивную полиэфирную смолу и термореактивную эпоксидную смолу, взятые в соотношении, % масс:
| термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола | 48-83 |
| термореактивная полиэфирная смола | 39-14 |
| термореактивная эпоксидная смола | 3-13 |
- волокнонаполненный материал, включающий полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокно, в качестве полимерного композиционного материала содержит термореактивную фенолоформальдегидную резольную смолу, термореактивную полиэфирную смолу и термореактивную эпоксидную смолу при следующем соотношении компонентов, % масс:
| термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола | 48-83 |
| термореактивная полиэфирная смола | 39-14 |
| термореактивная эпоксидная смола | 3-13 |
а в качестве волокна содержит полиакрилонитрильную нить или стеклянную нить в следующем соотношении, массовые части:
| полимерный композиционный материал | |
| на основе термореактивных смол | 3,2-5,2 |
| волокно | 1,0 |
Совмещением волокнистого наполнителя со смесью указанных смол получали смесь, из которой затем формовали образцы материала.
Для получения исходных смесей применяли следующие компоненты:
- термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола,
- термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола,
- термореактивная эпоксидная смола.
Все указанные вещества растворимы в ацетоне. В качестве волокна использовали технические нити:
- полиакрилонитрильная (ПАН),
- стеклянная (СН).
Из полученных волокносодержащих смесей методом прямого прессования изготавливали пластины, из которых затем вырезали образцы стандартных размеров.
Полученные образцы подвергали испытаниям и определяли следующие характеристики:
- удельная ударная вязкость a уд, кДж/м2 (ГОСТ 4647-80);
- разрушающее напряжение при растяжении σp, МПа (ГОСТ 22840-90);
- суточное водопоглощение W, % (ГОСТ 4650-80);
- плотность ρ, кг/м3 (ГОСТ 15139-81).
Пример 1. Приготавливают смесь термореактивной полиэфирной ненасыщенной и термореактивной эпоксидной смол и эту смесь добавляют к термореактивной фенолоформальдегидной резольной смоле и подвергают отверждению при постепенном повышении температуры до достижения степени превращения исходных смол в сетчатый продукт не менее 90% и получают полимерный композиционный материал состава, % масс: термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола - 48; термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола - 39; термореактивная эпоксидная смола - 13.
Таблица 1. Физико-механические характеристики образцов полимерного композиционного материала (ПКМ) на основе трех термореактивных смол.
Таблица 2. Физико-механические характеристики образцов волокнонаполненных материалов на основе полимерного композиционного материала.
Фигура 1. Зависимость удельного объемного электрического сопротивления ρv от продолжительности отверждения τ.
Пример 2. Пример по примеру 1, отличающийся тем, что получают полимерный композиционный материал (ПКМ) состава, % масс: термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола - 83; термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола - 14; термореактивная эпоксидная смола - 3.
Пример 3. Пример по примеру 1, отличающийся тем, что получают ПКМ состава, % масс: термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола - 65; термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола - 27; термореактивная эпоксидная смола - 8.
Пример 4. Пример по примеру 1, отличающийся тем, что получают ПКМ состава, % масс.: термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола - 95; термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола - 3; термореактивная эпоксидная смола - 2.
Полученный материал по своим характеристикам практически не отличается от прототипа.
Пример 5. Пример по примеру 1, отличающийся тем, что получают материал состава, % масс.: термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола - 40; термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола - 45; термореактивная эпоксидная смола - 15. Полученная смесь в изученных условиях остается в вязко-текучем состоянии и не отверждается.
Пример 6. Пример по примеру 1, отличающийся тем, что смесью указанного состава пропитывают полиакрилонитрильное волокно в качестве наполнителя. Полученную смесь сушат для удаления ацетона и подвергают прямому прессованию. Полученный материал имеет состав, массовые части:
| полимерный композиционный материал | |
| на основе термореактивных смол | 5,2 |
| волокно | 1.0 |
Из полученных прямым прессованием пластин вырезают образцы стандартных размеров и подвергают их физико-механическим испытаниям.
Пример 7. Пример по примеру 2, отличающийся тем, что смесью указанного состава пропитывают стеклянное волокно в качестве наполнителя. Полученную смесь подвергают прямому прессованию. Полученный материал имеет состав, массовые части:
| полимерный композиционный материал | |
| на основе термореактивных смол | 3,2 |
| волокно | 1,0. |
Пример 8. Пример по примеру 7, отличающийся тем, что стеклянную нить пропитывают смесью состава, % масс: термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола - 79; термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола - 18; термореактивная эпоксидная смола - 3 и получают материал состава, массовые части:
| полимерный композиционный материал | |
| на основе термореактивных смол | 3,2 |
| волокно | 1,0. |
Пример 9. Пример по примеру 8, отличающийся тем, что получают материал состава, массовые части:
| полимерный композиционный материал | |
| на основе термореактивных смол | 4,0 |
| волокно | 1,0. |
Этот материал содержит 20% масс, волокна.
Пример 10. Пример по примеру 8, отличающийся тем, что получают материал состава, массовые части:
| полимерный композиционный материал | |
| на основе термореактивных смол | 9,0 |
| волокно | 1,0. |
Этот материал содержит 10% масс волокна.
Пример 11. Пример по примеру 8, отличающийся тем, что получают материал состава, массовые части:
| полимерный композиционный материал | |
| на основе термореактивных смол | 7,0 |
| волокно | 3,0. |
Этот материал содержит 30% масс. волокна.
Анализ примеров показывает значительное увеличение ударной прочности при отверждении смеси трех смол по сравнению с продуктами отверждения индивидуальных смол. Кроме того, армирование трехкомпонентной смеси полиакрилонитрильной нитью повышает σp на порядок величины по сравнению с ненаполненными смолами (пример 6). Армирующие нити вводят дополнительные дефекты, поэтому водопоглощение образцов повышается от значений 0,2-1,0% для ненаполненных смол до значений 1,9-3,5% в армированных материалах.
Плотность рассматриваемых материалов находится в пределах 1120-1200 кг/м3, а при введении сравнительно плотных стеклянных нитей повышается до 1500-1570 кг/м3.
Рекомендуемое содержание фенолоформальдегидной смолы находится в пределах 48-83% масс.
При содержании фенолоформальдегидной смолы менее 48% масс. (пример 5) связующее в изученных условиях не отверждается, а при содержании фенолоформальдегидной смолы более 83% масс. (пример 4) получают материал, практически не отличающийся от продукта отверждения одной фенолоформальдегидной смолы.
Рекомендуемое содержание наполнителя в новых материалах находится в пределах 16-24% масс. (примеры 6 и 8). Промежуточное содержание наполнителя 20% масс. (пример 9) обеспечивает достаточно высокий уровень прочностных характеристик с повышенным значением σp,поскольку стеклянные нити более прочны при растяжении, чем полиакрилонитрильные нити.
При содержании наполнителя меньше 16% масс. материал по свойствам мало отличается от продукта отверждения ненаполненной смеси трех смол, армирующее влияние наполнителя при этом не проявляется в силу отсутствия монолитности материала (пример 10).
При содержании наполнителя более 24% масс. материал также не обладает монолитностью, в нем содержатся непропитанные нити. Такой материал непригоден для эксплуатации, хотя его величина σp близка к значению для наполнителя (пример 11).
Предлагаемые смеси не содержат токсичных отвердителей, после отверждения этих смесей получают сравнительно дешевые материалы (вследствие отсутствия дорогостоящих отвердителей), более стойки к ударным воздействиям, чем прототипы.
Применение смесей трех термореактивных смол: термореактивная фенолоформальдегидная резольная, термореактивная ненасыщенная полиэфирная, термореактивная эпоксидная в науке неизвестно.
Пример 12. Пример по примеру 6, отличающейся тем, что в качестве растворителя фенолоформальдегидной смолы используют смесь ацетона с изопропиловым спиртом при массовом соотношении 2:3. Использование изопропилового спирта обеспечивает более равномерную пропитку наполнителя. Получаемый препрег зажимают между стальными электродами с последующим контролем величины сопротивления материала в процессе отверждения (фиг.1). После испарения ацетона и изопропилового спирта получается материал состава по примеру 6.
Удельное объемное сопротивление армированной смеси (пример 12) растет по ходу отверждения и достигает значений 2*108 Ом*м=2*1010 Ом*см, то есть приближается к значениям 108-1012 Ом*см, характерным для фенопластов [3, с.224-225], что позволяет использовать новые материалы в качестве электроизоляционных.
| Таблица 1 | ||||
| Композиция | а уд, кДж/м2 | σp, МПа | W,% | ρ, кг/м3 |
| Пример 1 | 81 | 10 | 0,4 | 1140 |
| Пример 2 | 80 | - | 0,3 | 1170 |
| Пример 3 | 78 | - | 0,2 | 1200 |
| Пример 4 | 5 | 12 | 1,0 | 1200 |
| Прототип | 2 | - | - | - |
| Таблица 2 | ||||
| Композиция | σуд, кДж/м2 | σp, МПа | W, % | ρ, кг/м3 |
| Пример 6 | 84 | 482 | 3,2 | 1120 |
| Пример 7 | 45 | - | 2,0 | 1570 |
| Пример 8 | 48 | - | 1,9 | 1550 |
| Пример 9 | 40 | 950 | 1,9 | 1500 |
| Пример10 | 37 | 15 | 2,5 | 1250 |
| Пример11 | 26 | 1400 | 3,5 | 2500 |
| Прототип | 4-15 | - | - | - |
Использованные источники информации
1. Справочник по пластическим массам, т.2. / Под ред. В.М. Катаева, В.А. Попова, В.И. Сажина. - М.: Химия, 1975. - 568 с.
2. Студенцов В.Н. Совершенствование технологии волокнонаполненных полимерных композиционных материалов / Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук // Саратов: Саратовский политехнический институт, 1992. - 342 с.
3. Рабинович В.А. Краткий химический справочник / В.А. Рабинович, З.Я. Хавин. - Ленинград: Химия, 1978. - 392 с.
Claims (2)
1. Полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол, включающий термореактивную резольную фенолоформальдегидную смолу, отличающийся тем, что дополнительно содержит термореактивную эпоксидную смолу и термореактивную полиэфирную смолу при следующем соотношении, мас.%:
термореактивная резольная фенолоформальдегидная смола 48-83
термореактивная эпоксидная смола 3-13
термореактивная полиэфирная смола 14-39
2. Волокнонаполненный материал, включающий полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокно, в качестве полимерного композиционного материала содержит полимерный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве волокна содержит полиакрилонитрильную нить или стеклянную нить при следующем соотношении, мас.ч.:
полимерный композиционный материал
на основе термореактивных смол 3,2-5,2
волокно 1,0
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011128948/04A RU2495056C2 (ru) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | Полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокнонаполненный материал, его содержащий |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011128948/04A RU2495056C2 (ru) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | Полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокнонаполненный материал, его содержащий |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011128948A RU2011128948A (ru) | 2013-01-20 |
| RU2495056C2 true RU2495056C2 (ru) | 2013-10-10 |
Family
ID=48805085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011128948/04A RU2495056C2 (ru) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | Полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокнонаполненный материал, его содержащий |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2495056C2 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU744009A1 (ru) * | 1978-09-07 | 1980-06-30 | Предприятие П/Я А-1430 | Препрег |
| RU2119502C1 (ru) * | 1996-03-22 | 1998-09-27 | Саратовский государственный технический университет (Технологический институт) | Способ получения полимерного композиционного материала |
| RU2232175C2 (ru) * | 2002-07-09 | 2004-07-10 | Саратовский государственный технический университет | Композиционный материал на основе ненасыщенной полиэфирной смолы |
| UA82171C2 (ru) * | 2007-04-02 | 2008-03-11 | Национальный Университет "Львовская Политехника" | Полимерная композиция для склеивания стали со стеклом |
| US20090298960A1 (en) * | 2006-10-24 | 2009-12-03 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Ductile structural foams |
| US7754322B2 (en) * | 2006-10-02 | 2010-07-13 | Hexcel Corporation | Composite materials with blend of thermoplastic particles |
-
2011
- 2011-07-12 RU RU2011128948/04A patent/RU2495056C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU744009A1 (ru) * | 1978-09-07 | 1980-06-30 | Предприятие П/Я А-1430 | Препрег |
| RU2119502C1 (ru) * | 1996-03-22 | 1998-09-27 | Саратовский государственный технический университет (Технологический институт) | Способ получения полимерного композиционного материала |
| RU2232175C2 (ru) * | 2002-07-09 | 2004-07-10 | Саратовский государственный технический университет | Композиционный материал на основе ненасыщенной полиэфирной смолы |
| US7754322B2 (en) * | 2006-10-02 | 2010-07-13 | Hexcel Corporation | Composite materials with blend of thermoplastic particles |
| US20090298960A1 (en) * | 2006-10-24 | 2009-12-03 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Ductile structural foams |
| UA82171C2 (ru) * | 2007-04-02 | 2008-03-11 | Национальный Университет "Львовская Политехника" | Полимерная композиция для склеивания стали со стеклом |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| В.М. Катаев, В.А. Попов, В.И. Сажин. Справочник по пластическим массам: т.2. - М.: Химия, 1975, с.60-65. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011128948A (ru) | 2013-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Reddy et al. | Tensile and flexural properties of jute, pineapple leaf and glass fiber reinforced polymer matrix hybrid composites | |
| Venkateshwaran et al. | Mechanical and water absorption behaviour of banana/sisal reinforced hybrid composites | |
| Muñoz et al. | Water absorption behaviour and its effect on the mechanical properties of flax fibre reinforced bioepoxy composites | |
| Raju et al. | Experimental study on mechanical properties of groundnut shell particle-reinforced epoxy composites | |
| Sakthivel et al. | Mechanical properties of natural fibre (banana, coir, sisal) polymer composites | |
| Sanjay et al. | Studies on mechanical properties of banana/e-glass fabrics reinforced polyester hybrid composites | |
| Sreekumar et al. | Mechanical and water sorption studies of ecofriendly banana fiber‐reinforced polyester composites fabricated by rtm | |
| Indira et al. | Mechanical properties and failure topography of banana fiber PF macrocomposites fabricated by RTM and CM techniques | |
| Akinyemi et al. | Durability and strength properties of particle boards from polystyrene–wood wastes | |
| Adeniyi et al. | Preparation and properties of wood dust (isoberlinia doka) reinforced polystyrene composites | |
| de Oliveira et al. | Mechanical behavior of unidirectional curaua fiber and glass fiber composites | |
| Sivakandhan et al. | Investigation of mechanical behaviour on sponge/ridge gourd (Luffa aegyptiaca) natural fiber using epoxy and polyester resin | |
| Bharath et al. | Fabrication and mechanical characterization of bio-composite helmet | |
| RU2318666C2 (ru) | Способ изготовления армированных волокном изделий на основе эпоксидной смолы | |
| Idicula et al. | Natural fiber hybrid composites—A comparison between compression molding and resin transfer molding | |
| Siva et al. | Investigation of use of different volume percentages of cissus quadrangularis natural fiber constitute in epoxy matrix composite | |
| Naik et al. | Mode i fracture characterization of banana fibre reinforced polymer composite | |
| Allamraju | Study of mechanical behaviour of hybrid jute nano fiber composite | |
| Kenge et al. | Development and mechanical characterization of natural-artificial fiber hybrid composite | |
| Laksono et al. | Mechanical properties of particleboards produced from wasted mixed sengon (Paraserianthes falcataria (L.) Nielsen) and bagasse particles | |
| RU2495056C2 (ru) | Полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокнонаполненный материал, его содержащий | |
| Prasad et al. | Tensile and impact behaviour of rice straw-polyester composites | |
| Nourbakhsh et al. | Mechanical properties and water absorption of fiber‐reinforced polypropylene composites prepared by bagasse and beech fiber | |
| Manik et al. | Structure, dynamic-mechanical and acoustic properties of oil palm trunk modified by melamine formaldehyde | |
| Aranguren et al. | Plant-based reinforcements for thermosets: matrices, processing, and properties |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140713 |