RU2685646C1 - Композиционный материал и способ его получения - Google Patents
Композиционный материал и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685646C1 RU2685646C1 RU2018106048A RU2018106048A RU2685646C1 RU 2685646 C1 RU2685646 C1 RU 2685646C1 RU 2018106048 A RU2018106048 A RU 2018106048A RU 2018106048 A RU2018106048 A RU 2018106048A RU 2685646 C1 RU2685646 C1 RU 2685646C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal oxide
- composite material
- basalt fiber
- sprayed
- polymer material
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L75/04—Polyurethanes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к композиционным материалам и способам их получения и может быть использовано в автомобилестроении, судостроении, авиационно-космической и других отраслях промышленности. Композиционный материал состоит из полимерного материала и базальтового волокна, которое содержит напыление из оксида металла. Также изобретение относится к способу получения композиционного материала, включающему смешивание полимерного материала с базальтовым волокном, на которое перед смешиванием напыляют оксид металла, при этом напыление оксида металла производят газотермическим методом при температуре газового потока от 60 до 500% от температуры плавления оксида напыляемого металла. Техническим результатом изобретения является повышение прочностных свойств композиционного материала. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Группа изобретений относится к композиционным материалам и способам их получения, включающим смешивание полимерной основы и армирующего волокна, и может быть использована в автомобилестроении, судостроении, авиационно-космической, и других отраслях промышленности.
Известен композиционный материал и способ его получения, включающий смешивание эпоксидной смолы, полиуретана, метилтетрагидрофталевого ангидрида, имидазола и базальтового волокна, и отливку полученной смеси в форму [CN 103242625, дата публикации: 14.08.2013 г., МПК: C08J 5/04].
Известен композиционный материал и способ его получения, включающий смешивание полиуретана с базальтовым волокном и отливку полученной смеси в форму [JP2008008404, дата публикации: 17.01.2008 г., МПК: В29С 45/00, В29С 45/37].
В качестве прототипа выбран композиционный материал и способ его получения, включающий смешивание полиамида и полиуретана с базальтовым волокном и отливку полученной смеси в форму [UA 77599, дата публикации: 15.12.2006 г., МПК: C08K 3/00].
Недостатком прототипа и других известных технических решений является низкий уровень адгезии полимерного материала и базальтовых волокон из-за того, что поверхность существующих и применяемых базальтовых волокон имеет низкую шероховатость, а полимерный материал химически инертен к базальтовому волокну. При этом предел прочности полимерного материала на растяжение существенно выше сдвиговых напряжений на границе полимерного материала и базальтового волокна, вследствие чего, при приложении нагрузки, вызывающей упругое деформирование композиционного материала выше определенного значения, может произойти сдвиг и отделение базальтовых волокон от полимерного материала, что в значительной степени снижает механическую прочность и эксплуатационные характеристики композиционного материала.
Технической проблемой, на решение которой направлена группа изобретений, является повышение эксплуатационных характеристик композиционного материала.
Техническим результатом, на достижение которого направлена группа изобретений, является повышение прочностных свойств композиционного материала.
Сущность группы изобретений заключается в следующем.
Композиционный материал состоит из полимерного материала и базальтового волокна. В отличие от прототипа базальтовое волокно содержит напыление из оксида металла.
Способ изготовления композиционного материала включает смешивание полимерного материала с базальтовым волокном и отливку полученной смеси в форму. В отличие от прототипа перед смешиванием на поверхность базальтового волокна напыляют оксид металла, при этом напыление оксида металла производится газотермическим методом при температуре потока газа от 60 до 500% от температуры плавления оксида напыляемого металла.
Полимерный материал является матрицей изготавливаемого композиционного материала и может быть представлен реактопластами на основе фенолформальдегидных, полиэфирных, эпоксидных и карбамидных смол, в частности он может быть представлен литьевым полиуретаном, обладающим оптимальными параметрами вязкости.
Базальтовое волокно является наполнителем изготавливаемого композиционного материала и обеспечивает повышение его прочностных свойств. Масса базальтовых волокон может составлять от 0,1 до 50% от общей массы изготавливаемого композиционного материала.
Базальтовое волокно содержит напыление из оксида металла, представляющее собой случайно ориентированные выступы, имеющие различную высоту и обеспечивающие увеличение значения шероховатости и силы механического трения [сцепления) базальтового волокна с полимерным материалом.
Оксид металла может быть представлен оксидом любого металла, который может быть выбран исходя из требуемых свойств композиционного материала. При этом в качестве оксида металла может быть выбран оксид металла, входящий в состав базальтового волокна, например, оксид кремния, алюминия, железа, титана или магния, что повышает адгезию между базальтовым волокном и напылением, дополнительно увеличивая прочностные свойства композиционного материала.
Напыление оксида металла осуществляется газотермическим методом, путем подачи в поток газа частиц оксида металла и их осаждения на поверхность базальтового волокна для создания микронеровностей.
Высота микронеровностей может находиться в диапазоне от 0,2 до 50 мкм, так как микронеровности ниже 0,2 мкм очень слабо повышают свойства механического трения (сцепления) с полимерным материалом, а микронеровности выше 50 мкм имеют крайне низкую конструкционную прочность и ухудшают технологичность процесса изготовления композиционного материала из-за спутывания частиц базальтового волокна.
Характеристики микронеровностей зависят от размера частиц оксида металла, а также от температуры потока газа, при которой производится их напыление. Высота микронеровностей зависит от размера частиц оксида металла. Размер частиц может составлять от 1 до 50 мкм, при этом, чем больше их размер, тем больше вероятность получения микронеровностей, имеющих большую высоту.
Высота микронеровностей зависит от температуры потока газа. Температура потока газа выбирается таким образом, чтобы обеспечивалось поверхностное оплавление частиц напыляемого оксида металла, а также минимизация испарения частиц оксида металла. Для этого температура потока газа должна составлять от 60 до 500% от температуры плавления напыляемого оксида металла. При этом в процессе напыления возможно увеличение расхода оксида металла из-за снижения адгезии частиц оксида металла и базальтового волокна, либо из-за испарения частиц оксида металла, имеющих небольшой размер. Таким образом, для снижения расхода напыляемого оксида металла температура потока газа выбирается таким образом, чтобы она составляла от 200 до 300% от температуры плавления напыляемого оксида металла.
Дополнительно для расширения диапазона значений температуры потока газа и повышения эффективности прохождения процесса, напыление оксида металла может быть осуществлено с помощью плазмотрона.
Смешивание полимерного материала с базальтовым волокном обеспечивает возможность получения однородной смеси и механического сцепления микронеровностей на поверхности базальтовых волокон с полимерным материалом. Смешивание может быть произведено с использованием промышленных лопаточных смесителей, мешалок, миксеров и др. При этом для повышения прочностных свойств композиционного материала смешивание полимерного материала и базальтового волокна может быть произведено в вакуумной камере, либо после смешивания компонентов может быть произведено вакуумирование или дегазация полученной смеси.
Дополнительно для повышения износостойкости и механических свойств изготавливаемого композиционного материала при смешивании полимерного материала с базальтовыми волокнами может быть произведено добавление износостойких частиц, которые могут представлять собой карбид титана или карбид кремния, или любое другое соединение из класса оксидов металлов, карбидов или нитридов.
Группа изобретений обладает ранее неизвестными из уровня техники существенными отличительными признаками, заключающимися в том, что базальтовое волокно содержит напыление из оксида металла, при этом напыление оксида металла производится газотермическим методом при температуре потока газа от 60 до 500% от температуры плавления оксида напыляемого металла, что позволяет создавать микронеровности на поверхности базальтового волокна, тем самым увеличивая шероховатость его поверхности, благодаря чему увеличивается коэффициент трения между поверхностью базальтового волокна и полимерным материалом, что обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении прочностных свойств композиционного материала, тем самым повышая его эксплуатационные характеристики.
Наличие новых отличительных существенных признаков свидетельствует о соответствии группы изобретений критерию патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Группа изобретений может быть реализована при помощи известных средств, материалов и технологий, что свидетельствует о соответствии группы изобретений критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Для иллюстрации достигаемого технического результата приведены примеры осуществления изобретения, которые могут быть любым образом изменены или дополнены, при этом настоящая группа изобретений не ограничивается представленными примерами.
Для изготовления композиционного материала брали полиуретан типа СКУ ПФЛ - 100 и базальтовое волокно с химическим составом (%) SiO2 - 49,06; TiO2 - 1,36; Al2O3 - 15,77; Fe2O3 - 5,38; FeO - 6,37; MgO - 6,17; CaO - 8,95; Na2O - 3,11; MnO - 2,31, K2O - 1,52. Базальтовое волокно брали в количестве, равном 15% от общей массы полиуретана. Компоненты смешивали миксером в емкости при скорости вращения мешалки 250 об/мин в течение 10 мин. После этого производили отливку полученной смеси в пресс-форму, выдерживали композиционный материал до полного затвердевания и, затем производили дополнительную выдержку в печи при 120°С, в течение 24 часов, после чего производили измерение модуля упругости полученного композиционного материала. Для примеров по изобретению перед смешиванием компонентов на поверхность базальтового волокна напыляли оксид различных металлов в виде порошка со средним диаметром зерна 5 мкм. Сравнение ключевых параметров способа изготовления и характеристик композиционного материала приведены в Таблице 1.
Пример 1.
Порошок оксида железа FeO, содержащегося в составе базальтового волокна, напыляли путем подачи в струю ацетиленовой горелки при температуре 1700°С, благодаря чему на поверхности базальтового волокна образовывались микронеровности высотой 0,8-1,2 мкм. Полученный композиционный материал имел модуль упругости 2,4 ГПа.
Пример 2.
Порошок оксида меди CuO, не содержащегося в составе базальтового волокна, напыляли путем подачи в струю ацетиленовой горелки при температуре 1900°С, благодаря чему на поверхности базальтового волокна образовывались микронеровности высотой 0,8-1,2 мкм. Полученный композиционный материал имел модуль упругости 3,0 ГПа.
Пример 3.
Порошок оксида железа Fe2O3, содержащегося в составе базальтового волокна, напыляли путем подачи в струю ацетиленовой горелки при температуре 1900°С, благодаря чему на поверхности базальтового волокна образовывались микронеровности высотой 1,2-2,4 мкм. Полученный композиционный материал имел модуль упругости 3,7 ГПа.
Пример 4.
Порошок оксида кремния SiO2, содержащегося в составе базальтового волокна, напыляли путем подачи в струю плазмотрона при температуре 3500°С, благодаря чему на поверхности базальтового волокна образовывались микронеровности высотой 2,4-3,2 мкм. Полученный композиционный материал имел модуль упругости 5,1 ГПа.
Пример 5.
Порошок оксида алюминия Al2O3, содержащегося в составе базальтового волокна, напыляли путем подачи в струю плазмотрона при температуре 5000°С, благодаря чему на поверхности базальтового волокна образовывались микронеровности высотой 3,2-4,0 мкм. Полученный композиционный материал имел модуль упругости 6,3 ГПа.
Пример 6.
Порошок оксида магния MgO, содержащегося в составе базальтового волокна, напыляли путем подачи в струю плазмотрона при температуре 7000°С, благодаря чему на поверхности базальтового волокна образовывались микронеровности высотой 4,0-4,5 мкм. Полученный композиционный материал имел модуль упругости 6,8 ГПа.
Таким образом, обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении прочностных свойств композиционного материала, тем самым повышаются эксплуатационные характеристики композиционного материала.
Claims (10)
1. Композиционный материал, состоящий из полимерного материала и базальтового волокна, отличающийся тем, что базальтовое волокно содержит напыление из оксида металла.
2. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала содержит полиуретан.
3. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что напыление из оксида металла выполнено из оксида металла, входящего в состав базальтового волокна.
4. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что напыление из оксида металла содержит микронеровности.
5. Композиционный материал по п. 4, отличающийся тем, что высота микронеровностей составляет от 0,2 до 50 мкм.
6. Способ получения композиционного материала, включающий смешивание полимерного материала с базальтовым волокном и отливку полученной смеси в форму, отличающийся тем, что перед смешиванием на поверхность базальтового волокна напыляют оксид металла, при этом напыление оксида металла производят газотермическим методом при температуре потока газа от 60 до 500% от температуры плавления оксида напыляемого металла.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве оксида металла выбирают оксид металла, входящий в состав базальтового волокна.
8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что напыление оксида металла осуществляют путем подачи в поток газа частиц оксида металла размером от 1 до 50 мкм.
9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что температура потока газа составляет от 200 до 300% от температуры плавления оксида напыляемого металла.
10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что напыление металла производят при помощи плазмотрона.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018106048A RU2685646C1 (ru) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | Композиционный материал и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018106048A RU2685646C1 (ru) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | Композиционный материал и способ его получения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2685646C1 true RU2685646C1 (ru) | 2019-04-22 |
Family
ID=66314447
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018106048A RU2685646C1 (ru) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | Композиционный материал и способ его получения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2685646C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2015148C1 (ru) * | 1991-06-17 | 1994-06-30 | Центральный научно-исследовательский институт химии и механики | Полимерная литьевая композиция |
RU2228938C1 (ru) * | 2002-11-21 | 2004-05-20 | Закрытое акционерное общество "Пластмассы" | Литьевая окрашенная полиамидная композиция |
JP2008008404A (ja) * | 2006-06-29 | 2008-01-17 | Daicel Polymer Ltd | 繊維強化熱可塑性樹脂製歯車 |
CN103242625A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-08-14 | 哈尔滨理工大学 | 玄武岩纤维增强环氧树脂团状模塑料及制备方法 |
CN106046694A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-10-26 | 山西晋投玄武岩开发有限公司 | 一种玄武岩纤维复合材料光伏支架型材及用其制作的光伏板支架 |
US9574056B2 (en) * | 2014-02-05 | 2017-02-21 | Johns Manville | Fiber reinforced thermoplastic composites and methods of making |
-
2018
- 2018-02-19 RU RU2018106048A patent/RU2685646C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2015148C1 (ru) * | 1991-06-17 | 1994-06-30 | Центральный научно-исследовательский институт химии и механики | Полимерная литьевая композиция |
RU2228938C1 (ru) * | 2002-11-21 | 2004-05-20 | Закрытое акционерное общество "Пластмассы" | Литьевая окрашенная полиамидная композиция |
JP2008008404A (ja) * | 2006-06-29 | 2008-01-17 | Daicel Polymer Ltd | 繊維強化熱可塑性樹脂製歯車 |
CN103242625A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-08-14 | 哈尔滨理工大学 | 玄武岩纤维增强环氧树脂团状模塑料及制备方法 |
US9574056B2 (en) * | 2014-02-05 | 2017-02-21 | Johns Manville | Fiber reinforced thermoplastic composites and methods of making |
CN106046694A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-10-26 | 山西晋投玄武岩开发有限公司 | 一种玄武岩纤维复合材料光伏支架型材及用其制作的光伏板支架 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5306318A (en) | Process for making coated abrasives for grinding wheels | |
JP6051209B2 (ja) | 炭化タングステンが主成分の噴射粉末、ならびに炭化タングステンが主成分の溶射層を有する基板 | |
US7829200B2 (en) | Magnesium-based composite material and method for making the same | |
JP5788906B2 (ja) | 摩耗性組成物及びその製造方法 | |
CN109338137B (zh) | 制备含氮化铬的喷涂粉末的方法 | |
JP5658905B2 (ja) | ビーズ状中空粒子およびその製造方法ならびにこのビーズ状中空粒子を用いた摩擦材 | |
UA57080C2 (ru) | Вязко-плакированные твердые порошки и спекание изделий из них | |
US20160002764A1 (en) | Thermal spray powder for sliding systems which are subject to heavy loads | |
US11453088B2 (en) | Process and composition for formation of hybrid aluminum composite coating | |
Pradhan et al. | Effect of SiC weight percentage on tribological properties of Al-SiC metal matrix composites under acid environment | |
JP4809216B2 (ja) | 金属マトリックス複合体製造用組成物 | |
CN109183024B (zh) | 一种氧化铝包覆氧化石墨烯/镁基材料表面的激光熔覆法 | |
JPH0387301A (ja) | 材料の処理および制造方法 | |
RU2685646C1 (ru) | Композиционный материал и способ его получения | |
Xu et al. | Improved the elevated temperature mechanical properties of Al-Si alloy deposited with Al-Si coating by magnetron sputtering | |
CN1929991A (zh) | 耐磨材料 | |
US10273565B2 (en) | Highly corrosion-resistant and wear-resistant member with thermal-sprayed layer formed thereon and thermal-sprayed layer forming powder for forming the same | |
WO2006027879A1 (ja) | 炭素繊維Ti-Al複合材料及びその製造方法 | |
Gadow et al. | Manufacturing of ceramic matrix composites for automotive applications | |
Kumar et al. | A review on mechanical and tribological behaviors of nickel matrix composites | |
MXPA04002696A (es) | Productos compuestos de matriz metalica de aluminio, magnesio y titanio usando hexaboruro de silicio hexaboruro de calcio, tetraboruro de silicio y tetraboruro de calcio. | |
KR20190089654A (ko) | Ti합금 나노 복합체 코팅막 및 그 제조 방법 | |
KR102206098B1 (ko) | Ti합금 나노 복합체 코팅막의 제조 방법 | |
KR102223177B1 (ko) | 버퍼층을 포함하는 부품 및 이의 제조 방법 | |
JPH089744B2 (ja) | 繊維強化金属用繊維質成形体 |