RU2687926C1 - Препрег - Google Patents
Препрег Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687926C1 RU2687926C1 RU2018114525A RU2018114525A RU2687926C1 RU 2687926 C1 RU2687926 C1 RU 2687926C1 RU 2018114525 A RU2018114525 A RU 2018114525A RU 2018114525 A RU2018114525 A RU 2018114525A RU 2687926 C1 RU2687926 C1 RU 2687926C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- prepreg
- rusar
- strength
- aramid
- binder
- Prior art date
Links
- 239000004760 aramid Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 16
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012765 fibrous filler Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000002998 adhesive polymer Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 abstract description 38
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 25
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 22
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 abstract description 7
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 16
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 16
- 101000685293 Homo sapiens Seizure 6-like protein 2 Proteins 0.000 description 13
- 101000838578 Homo sapiens Serine/threonine-protein kinase TAO2 Proteins 0.000 description 13
- 102100028949 Serine/threonine-protein kinase TAO2 Human genes 0.000 description 13
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 13
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 13
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 13
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 13
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 12
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical group C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 10
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 10
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006286 aqueous extract Substances 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 4
- 125000003785 benzimidazolyl group Chemical class N1=C(NC2=C1C=CC=C2)* 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- CZZYITDELCSZES-UHFFFAOYSA-N diphenylmethane Chemical compound C=1C=CC=CC=1CC1=CC=CC=C1 CZZYITDELCSZES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 101000838579 Homo sapiens Serine/threonine-protein kinase TAO1 Proteins 0.000 description 2
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 2
- 102100028948 Serine/threonine-protein kinase TAO1 Human genes 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N diacetone alcohol Natural products CC(=O)CC(C)(C)O SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000004761 kevlar Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- LXEJRKJRKIFVNY-UHFFFAOYSA-N terephthaloyl chloride Chemical compound ClC(=O)C1=CC=C(C(Cl)=O)C=C1 LXEJRKJRKIFVNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IOCXBXZBNOYTLQ-UHFFFAOYSA-N 3-nitrobenzene-1,2-diamine Chemical compound NC1=CC=CC([N+]([O-])=O)=C1N IOCXBXZBNOYTLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 1
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000561 Twaron Polymers 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 1
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002704 solution binder Substances 0.000 description 1
- 238000000935 solvent evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004762 twaron Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
- B32B27/12—Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области создания высокопрочных полимерных композиционных материалов конструкционного назначения на основе волокнистых арамидных наполнителей в виде нитей, жгутов, тканей и полимерных связующих, которые могут быть использованы в различных областях техники (машино-, судостроении, авиакосмической промышленности и др.). Предложен препрег, содержащий волокнистый наполнитель, состоящий из высокопрочных нейтральных нитей с номинальной линейной плотностью 14,3; 29,4; 58,8 текс, клеевое полимерное расплавное связующее и полисульфон, в котором высокопрочные нейтральные нити получены на основе арамидных волокон Русар-НТ, синтезированных с использованием мономера - хлор-n-фенилендиамина, при следующем соотношении компонентов, мас. %: волокнистый наполнитель 62,1-80; клеевое полимерное расплавное связующее 16-29,9; полисульфон 4-8,0. Технический результат состоит в повышении упругопрочностных свойств, низком водопоглощении и способности сохранять эксплуатационные свойства в условиях воздействия термовлажностной среды полученного материала. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Изобретение относится к области создания высокопрочных полимерных композиционных материалов конструкционного назначения на основе волокнистых арамидных наполнителей в виде нитей, жгутов, тканей и полимерных связующих, которые могут быть использованы в различных областях техники (машино-, судостроении, авиакосмической промышленности и др.).
Известны полимерные композиционные материалы, изготавливаемые на основе полиарамидных волокон марок СВМ, Русар, Армос, Kevlar и др. в виде различных текстильных форм (ткани, нити, жгуты) и термореактивных связующих (Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. - СПб: Научные основы и технологии, 2013 г, с. 293-315).
Эти материалы характеризуются тем, что они выполнены из арамидного наполнителя и полимерного связующего (эпоксидного, полиэфирного и др.) с объемной долей связующего 40-60%. Композиционные полимерные материалы на основе однонаправленного арамидного наполнителя (нити, жгуты, однонаправленные ткани с преимущественным расположением нитей вдоль основы) в зависимости от состава и технологии изготовления характеризуются плотностью 1200-1350 кг/м3, прочностью при растяжении 1,3-3,3 ГПа, модулем упругости при растяжении 60-100 ГПа, прочностью при сдвиге 10,7-41,0 ГПа, модулем при сдвиге 1,9-2,43 ГПа. Максимальные значения характерны для намоточных изделий. Композиционные полимерные материалы на основе тканых арамидных наполнителей имеют плотность 1300-1350 кг/м3, прочность при растяжении 320-877 МПа, модуль упругости при растяжении 30-40 ГПа, прочность при сдвиге 21,0-55,0 ГПа, модуль при сдвиге ~2 ГПа.
Недостатком этих материалов является высокие водо- и влагопоглощение за счет сорбционной активности арамидных волокон, что существенным образом снижает прочностные свойства материала и ограничивает использование материала в тепло-влажностном и морском климате, в жестких климатических условиях. Выдерживание в воде и в условиях повышенной влажности снижаются прочностные свойства композиционных материалов, армированных арамидными волокнами (таблица №1)
Наиболее близким из аналогов, принятым за прототип является препрег на основе полимерного связующего и арамидного наполнителя из нейтральных арамидных нитей Русар с номинальной линейной плотностью 14,3 текс, 29,4 текс и 58,8 текс; удельной разрывной нагрузкой не менее 210 сН/текс; удлинением при разрыве не менее 2,6% (RU 2264295 C1, В32В 27/12, опубл. 20.11.2005). Арамидные нити марки Русар получены методом мокрого формования из ароматического сополиамида, синтезированного поликонденсацией и-фенилендиамина и производного бензимидазола с дихлорангидридом терефталевой кислоты. Непосредственно после формования получаются волокна, имеющие кислую реакцию водной вытяжки (рН=3,5-4,5). Для получения нейтральных волокон Русар применяется дополнительная стадия нейтрализации после изготовления. Арамидный наполнитель может быть выполнен в виде жгутов, лент, тканей. В качестве полимерного связующего могут быть использованы связующие различной химической природы, но наиболее предпочтительно использовать связующие на основе эпоксидных и фенольных смол. Содержание компонентов в препреге следующее, мас. %:
| наполнитель | 45-65 |
| связующее | 35-55 |
Недостатком композиционного полимерного материала, полученного из препрега-прототипа и изделий из него является высокое водопоглощение, обусловленое присутствием полярных групп в химической структуре ароматических полиамидов, а также упаковкой фибриллярных структур высокоориентированных волокон. Массовая доля воды после выдерживания в течение 90 суток при 20°С в воде для различных примеров композиционного материала составляет 1,9-2,8%. Разрушающее напряжение при изгибе после выдерживания в термо-влажностных условиях в течение 1500 ч. (относительная влажность 98% и температура 70°С) снижается на 3-40% в зависимости от состава и способа изготовления материала.
Еще одним недостатком препрега-прототипа является использование растворного связующего, которое не выдерживает современных требований по экологичности, требует больших энергозатрат при производстве. Необходимость испарения растворителя, а также присутствие остаточного растворителя отрицательно влияют на структуру композита, способствуя появлению нежелательной пористости, образованию внутренних пустот и расслоений, что недопустимо для отвественных силовых конструкций.
Технической задачей и техническим результатом является создание препрега на основе наполнителя - нейтральных арамидных нитей и полимерного связующего со стабильными технологическими свойствами, длительной жизнеспособностью и возможностью изготавливать многослойные и намоточные изделия, характеризующиеся высокими упруго-прочностными свойствами, низким водопоглощением и способностью сохранять эксплуатационные свойства в условиях воздействия термо-влажностной среды и являющегося коррозионно безопасным по отношению к металлическим сплавам, повышение экологичности производства, эластичных и диссипативных свойств, ударной вязкости, термической стабильности, трещиностойкости и стойкости к воздействию окислителей.
Для достижения заявленного технического результата предлагается препрег, содержащий волокнистый наполнитель, состоящий из высокопрочных нейтральных нитей с номинальной линейной плотностью 14,3; 29,4; 58,8 текс, клеевое полимерное расплавное связующее и полисульфон, при этом высокопрочные нейтральные нити получены на основе арамидных волокон Русар-НТ, синтезированных с использованием мономера - хлор-n-фенилендиамина, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| волокнистый наполнитель | 62,1-80 |
| клеевое полимерное расплавное | |
| связующее | 16-29,9 |
| полисульфон | 4-8,0 |
Предпочтительно, волокнистый наполнитель выполнен в виде жгутов.
Предпочтительно, волокнистый наполнитель выполнен в виде тканей.
Препрег согласно изобретению в отличие от прототипа характеризуется содержанием связующего в диапазоне 16-34 % мас. Это позволяет получить материал с повышенным содержанием высокопрочного наполнителя, при этом не нарушая сплошности полимерной матрицы, и тем самым обеспечить лучшие физико-механические показатели органопластика, изготовленного на основе заявляемого препрега.
Волокнистый наполнитель выполнен из нитей на основе нейтрального арамидного волокна третьего поколения Русар-НТ с номинальной линейной плотностью 14,3 текс, 29,4 текс и 58,8; удельной разрывной нагрузкой не менее 228 сН/текс; модулем упругости не менее 152 ГПа; влагосодержанием не более 1,8 %.
В отличие от арамидного волокна Русар, которое получено из сополиамидобензимидазола поликонденсацией дихлорангидрида терефталевой кислоты, производного бензимидазола и n-фенилендиамина, волокнообразующий полимер для изготовления волокна марки Русар-НТ синтезируется с использованием нового мономера - хлор-n-фенилендиамина. Осуществляется сополиконденсация дихлорангидрида терефталевой кислоты, производного бензимидазола и хлор-n-фенилендиамина. Синтез волокнообразующего полимера с использованием нового мономера позволяет получить волокно с низким влагопоглощением.
Еще одним преимуществом волокон Русар-НТ является использование технологии сухо-мокрого формования, которая позволяет получить однородную структуру поперечного сечения микроволокон, состоящую из агломератов фибрилл размером 10-15 нм и бездеффектную более совершенную структуру поверхности по сравнению с волокнами Русар.
На сегодняшний день Русар-НТ в ряду отечественных марок относится к арамидным волокнам третьего поколения. По уровню физико-механических и эксплуатационных свойств волокно Русар-НТ превосходит российские и зарубежные аналоги (Кевлар, Тварон, Русар и т.п). Их влагопоглощение в 2,5-5 раз меньше, а прочность при разрыве в 1,2 -1,5 раза больше по сравнению с серийными волокнами СВМ и Руслан (Русар), соответственно.
Еще одно преимущество арамидных волокон Русар-НТ заключается в том, что волокна являются нейтральными непосредственно после изготовления. Водородный показатель рН водной вытяжки волокон Русар-НТ составляет 6,0-7,0, ионы ClI и SO4 II в водной вытяжке отсутствуют. По коррозионной безопасности волокна Русар НТ удовлетворяют требованиям, предъявляемым к армирующим наполнителям авиационных органопластиков. Для волокон Русар, используемых в прототипе, после изготовления требуется дополнительная технологическая операция нейтрализации.
В отличие от прототипа, в котором для изготовления препрега использовалось растворное связующее на основе эпоксидных и фенольных смол, в заявляемом препреге применяется расплавное эпоксидное связующее. Это позволяет получить органопластик с монолитной структурой полимерной матрицы, повысить экологичность производства и выйти на современный уровень мировых стандартов производства полимерных композиционных материалов (ПКМ). В России, на сегодняшний день, расплавные технологии получения ПКМ разработаны для стекло-, углепластиков и отсутствуют для органопластиков.
Еще одним отличием от прототипа, является модификация полимерного связующего термопластичной добавкой полисульфона, позволяющая расширить диапазон физико-механических характеристик полимерной матрицы, повысить ее высокоэластические свойства, диссипативные свойства, ударную вязкость, трещиностойкость, стойкость к воздействию окислителей, термическую стабильность. Это происходит за счет фазового распада в процессе отверждения эпоксидных олигомеров с образованием двухфазной системы с нижней критической точкой растворения (НКТР).
Таким образом, композиционные материалы - арамидные органопластики, полученные формованием заявляемого препрега имеют пониженное влаго- и водопоглощение; повышенные прочность при растяжении, стойкость к удару, трещиностойкость, термостабильность; высокий уровень сохранения прочности после воздействия термо-влажностной среды; относятся к коррозионно безопасным для алюминиевых сплавов и других металлов.
Использование в составе препрега волокнистого наполнителя на основе нейтральных арамидных нитей третьего поколения Русар-НТ позволяет обеспечить изделиям повышение прочности и эксплуатационных характеристик (снижение влаго- и водопоглощения, повышение степени сохранения прочности после воздействия тепла и влаги, коррозионную безопасность при контакте с металлами и сплавами)
Использование в составе препрега клеевого связующего расплавного типа позволит обеспечить экологическую безопасность производства, повысить технологичность и удобство применения препрега при изготовлении из него изделий различной формы и кривизны для получения ответственных силовых элементов, намоточных изделий, а также упростить процесс сборки клеевых высоконагруженных сотовых или слоистых конструкций до одной стадии.
В качестве клеевого полимерного связующего предложено использовать связующее на основе композиции из эпоксидных смол (например, УП-610, ЭД-22, ЭД-20, ЭТФ и др.). Модификацию препрега осуществляли за счет введения термопластичной добавки полисульфона (например, марок ПСК-1, ПСК-2, ПСФФ-30).
Примеры осуществления
Пример 1.
Изготовление плоских плит.
Клеевое связующее на основе композиции из эпоксидных смол, содержащих УП-610, ЭД-22, ЭД-20, отвердитель дициандиамид и модификатор ПСК-1 совмещали на пропиточной машине с волокнистым наполнителем в виде жгутов, полученных из арамидных нитей Русар-НТ с номинальной линейной плотностью 14,3 текс. В результате получали клеевой однонаправленноый препрег органопластика. Содержание связующего в препреге составляло 16%, термопластичного модификатора ПСК-1-4%, арамидного наполнителя Русар-НТ-80%
Подготовленный препрег раскраивали, выкладывали в 10 слоев с укладкой 0 град, по отношению к направлению армирования, полученный пакет формовали прессованием по при температуре 175°С и удельном давлении 3-5 атм.
Пример 2.
Изготовление плоских плит.
Клеевое связующее на основе композиции из эпоксидных смол, содержащих УП-610, ЭД-22, ЭД-20, отвердитель дициандиамид и модификатор ПСК-1 совмещали на пропиточной машине с волокнистым наполнителем в виде жгутов, полученных из арамидных нитей Русар-НТ с номинальной линейной плотностью 29,4 текс.
В результате получали клеевой однонаправленный препрег органопластика. Содержание связующего в препреге составляло 22%, термопластичного модификатора ПСК-1-5,5%, арамидного наполнителя Русар-НТ - 72,5%. Раскрой и формование препрега осуществляли согласно примеру 1.
Пример 3.
Изготовление плоских плит.
Клеевое связующее на основе композиции из эпоксидных смол, содержащих УП-610, ЭД-22, ЭД-20, отвердитель дициандиамид и модификатор ПСК-1 совмещали на пропиточной машине с волокнистым наполнителем в виде жгутов, полученных из арамидных нитей Русар-НТ с номинальной линейной плотностью 58,8 текс.
В результате получали клеевой однонаправленный препрег органопластика. Содержание связующего в препреге составляло 28%, термопластичного модификатора ПСК-1 - 7%, арамидного наполнителя Русар-НТ - 65%. Раскрой и формование препрега осуществляли согласно примеру 1.
Пример 4.
Изготовление плоских плит.
Клеевое связующее на основе композиции из эпоксидных смол, содержащих УП-610, ЭД-22, ЭД-20, отвердитель дициандиамид и модификатор ПСК-1 совмещали на пропиточной машине с волокнистым наполнителем в виде жгутов, полученных из арамидных нитей Русар-НТ с номинальной линейной плотностью 58,8 текс.
В результате получали клеевой однонаправленный препрег органопластика. Содержание связующего в препрега составляло 34%, термопластичного модификатора ПСК-1 - 8,5%, арамидного наполнителя Русар-НТ - 57,5%. Раскрой и формование препрега осуществляли согласно примеру 1.
Пример 5.
Изготовление плоских плит.
Клеевое связующее на основе композиции из эпоксидных смол, содержащих ЭД-20, ЭТФ, отвердитель дициандиамид, бис-(N,N'-диметилкарбомид)дифенилметан и модификатор ПСК-1 совмещали на пропиточной машине с волокнистым наполнителем в виде ткани, полученной из арамидных нитей Русар-НТ с номинальной линейной плотностью 14,3 текс.
В результате получали клеевой препрег органопластика. Содержание связующего в препреге составляло 28%, термопластичного модификатора ПСК-1 - 7%, арамидного наполнителя Русар-НТ - 65%. Раскрой и формование препрега осуществляли согласно примеру 1.
Пример 6.
Изготовление плоских плит.
Клеевое связующее на основе композиции из эпоксидных смол, содержащих ЭД-20, ЭТФ, отвердитель дициандиамид, бис-(N,N'-диметилкарбомид)дифенилметан и модификатор ПСК-1 совмещали на пропиточной машине с волокнистым наполнителем в виде ткани, полученной из арамидных нитей Русар-НТ с номинальной линейной плотностью 58,8 текс.
В результате получали клеевой препрег органопластика. Содержание связующего составляло 28%, термопластичного модификатора ПСК-2 - 7%, арамидного наполнителя Русар-НТ - 65%. Раскрой и формование препрега осуществляли согласно примеру 1.
Пример 7.
Изготовление плоских плит.
Клеевое связующее на основе композиции из эпоксидных смол, содержащих ЭД-20, ЭТФ, отвердитель дициандиамид, бис-(N,N'-диметилкарбомид)дифенилметан и модификатор ПСФФ-30 совмещали на пропиточной машине с волокнистым наполнителем в виде ткани, полученной из арамидных нитей Русар-НТ с номинальной линейной плотностью 14,3 текс.
В результате получали клеевой препрег органопластика. Содержание связующего составляло 34%, термопластичного модификатора ПСК-1 - 8,5%, арамидного наполнителя Русар-НТ - 57,5%. Раскрой и формование препрега осуществляли согласно примеру 1.
Пример 8.
Изготовление намоточных изделий.
Клеевое связующее на основе композиции из эпоксидных смол, содержащих УП-610, ЭД-22, ЭД-20, отвердитель дициандиамид и модификатор ПСК-1 совмещали на пропиточной машине с волокнистым наполнителем в виде жгутов, полученных из арамидных нитей Русар-НТ с номинальной линейной плотностью 58,8 текс с получением ленты однонаправленного препрега органопластика. Содержание связующего составляло 28%, термопластичного модификатора ПСК-1 - 7%, арамидного наполнителя Русар-НТ - 65%. Сформированную ленту наматывали на оправку для намоточного станка и производили намотку изделия. Формование намоточного изделия осуществляли методом автоклавного формования при температуре 175°С и удельном давлении 3-5 атм.
Пример 9 (прототип).
Пропитку наполнителя в виде ткани, полученной из арамидных нитей Русар с номинальной линейной плотностью 14,3 текс растворным эпоксидным связующим, содержащего смолы ЭТФ, ЭД-20, полиэфирную смолу ТФ-82, отвердитель для эпоксидных смол УП-605/3, ацетон и изопропиловый спирт, осуществляли на пропиточной машине с получением препрега органопластика. Содержание связующего составляло 28%, арамидного наполнителя Русар - 72%.
Подготовленный препрег раскраивали, выкладывали в 10 слоев с укладкой параллельной направлению нитей основы, после чего полученный пакет формовали прессованием при температуре 145°С и удельном давлении 5 атм.
Пример 10 (прототип).
Пропитку наполнителя в виде ткани, полученной из арамидных нитей Русар с номинальной линейной плотностью 14,3 текс растворным эпоксидным связующим, содержащего смолы ЭТФ, ЭД-20, полиэфирную смолу ТФ-82, отвердитель для эпоксидных смол УП-605/3, ацетон и изопропиловый спирт, осуществляли на пропиточной машине с получением препрега органопластика. Содержание связующего составляло 34%, арамидного наполнителя Русар - 66%. Раскрой и формование препрега осуществляли согласно примеру 9.
В таблице №2 приведены составы заявляемого препрега по примерам 1-8 и препрега-прототипа по примерам 9-10.
В таблице №2 приведены составы заявляемого препрега и препрега-прототипа согласно примерам 1-9. В таблице №3 представлены свойства полимерных композиционных материалов, изготовленных из препрегов по примерам 1-8 в сравнении со свойствами композиционных материалов-прототипов, получаемых по примерам 9-10. Изобретение не ограничивается приведенными примерами.
Коррозионную безопасность арамидного наполнителя Русар-НТ и полимерных композиционных материалов на его основе оценивали в соответствии с ГОСТ 9.902-81 по водородному показателю рН и концентрации ионов ClI и SO4 II в водной вытяжке измельченного образца материала.
Влагопоглощение образцов органопластиков определяли в соответствии с ГОСТ 4650-80.
Физико-механические испытания полимерных композиционных материалов на основе арамидного наполнителя проводили на машинах Тиратест-2200 и RKM-50. Предел прочности и модуль упругости при растяжении определяли по ГОСТ 25.601-80, предел прочности и модуль упругости при изгибе - по ГОСТ 25.604-82.
Полимерные композиционные материалы на основе заявляемых препрегов имеют пониженные свойства водопоглощения и, следовательно, высокую стабильность свойств при воздействии термо-влажностной среды.
Водопоглощение заявляемого композиционного материала по крайней мере в 1,5 раза ниже по сравнению с прототипом. Водородный показатель рН водной вытяжки материала составляет 6-7, ионы ClI и SO4 II отсутствуют, что обеспечивает коррозионную безопасность композиционных материалов на основе волокнистого арамидного наполнителя Русар-НТ по отношению к металлическим сплавам и допускает возможность его применения в контакте с различными металлами (алюминиевыми сплавами анодированными, конструкционными сталями с кадмиевым и фосфатным покрытиями с защитой лакокрасочного покрытия (ЛКП), титановыми сплавами и коррозионностойкими сталями).
Изобретение позволяет получить на основе высокопрочных нейтральных арамидных нитей третьего поколения Русар-НТ с низким водопоглощением и клеевого полимерного связующего расплавного типа препрег со стабильными технологическими свойствами, длительной жизнеспособностью и возможностью изготавливать многослойные и намоточные изделия по безрастворной технологии.
Заявленный препрег отличается простотой и удобством изготовления изделий имеющих сложную форму и кривизну. Препрег может быть использован для изготовления силовых элементов, работающих в условиях повышенных нагрузок, а также позволяет реализовывать высокоэффективную технологию сборки клеевых высоконагруженных сотовых или слоистых конструкций из полимерных композиционных материалов одинарной или сложной кривизны, осуществлять формование обшивки и приклеивание ее к сотовому заполнителю за одну технологическую операцию и создавать сложные конструкции, сочетающие сотовые и монолитные элементы.
Отвержденный препрег характеризуется монолитностью полимерной матрицы и отличается высокими физико-механическими свойствами и эксплуатационной надежностью, низким водопоглощением, высокой ударной вязкостью, термо и влагостойкостью. По влагостойкости материал отвечает современным требованиям, предъявляемым к ответственным силовым конструкциям (не более 1,5-1,8%), предназначенным для эксплуатации во всеклиматических условиях.
Кроме того, представленный препрег отличается полимерной матрицей с высокоэластичными и высокопрочными характеристиками. Введение полисульфона в состав препрега позволяет обеспечить требуемые технологические характеристики препрега (эластичность, липкость, сплошность однонаправленных нитей в препреге).
Кроме того обнаружен неожиданный эффект, проявляющийся в увеличении прочности материала при сжатии, что связано с особенностями взаимодействия нитей Русар-НТ на основе мономера 
с полимерным связующим. Такое взаимодействие проявляется в повышении монолитности композита, снижает вероятность потери устойчивости арамидных волокон при сжатии и способствует повышению механических характеристик композита.
Claims (4)
1. Препрег, содержащий волокнистый наполнитель, состоящий из высокопрочных нейтральных нитей с номинальной линейной плотностью 14,3; 29,4; 58,8 текс, клеевое полимерное расплавное связующее и полисульфон, отличающийся тем, что высокопрочные нейтральные нити получены на основе арамидных волокон Русар-НТ, синтезированных с использованием мономера - хлор-n-фенилендиамина, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2. Препрег по п. 1, отличающийся тем, что волокнистый наполнитель выполнен в виде жгутов.
3. Препрег по п. 1, отличающийся тем, что волокнистый наполнитель выполнен в виде тканей.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018114525A RU2687926C1 (ru) | 2018-04-19 | 2018-04-19 | Препрег |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018114525A RU2687926C1 (ru) | 2018-04-19 | 2018-04-19 | Препрег |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2687926C1 true RU2687926C1 (ru) | 2019-05-16 |
Family
ID=66579119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018114525A RU2687926C1 (ru) | 2018-04-19 | 2018-04-19 | Препрег |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2687926C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2800151C1 (ru) * | 2022-05-25 | 2023-07-19 | Акционерное общество "Центр высокопрочных материалов "Армированные композиты" (АО ЦВМ "Армокон") | Органопластик и способ его изготовления |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5167876A (en) * | 1990-12-07 | 1992-12-01 | Allied-Signal Inc. | Flame resistant ballistic composite |
| RU2304270C1 (ru) * | 2005-11-10 | 2007-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Препрег и стойкое к удару и баллистическому воздействию изделие, выполненное из него |
| RU2405675C1 (ru) * | 2009-07-15 | 2010-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения конструкционного композиционного материала |
| RU2649440C2 (ru) * | 2013-06-11 | 2018-04-03 | Инфиана Джемени Гмбх Унд Ко. Кг | Препреги |
-
2018
- 2018-04-19 RU RU2018114525A patent/RU2687926C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5167876A (en) * | 1990-12-07 | 1992-12-01 | Allied-Signal Inc. | Flame resistant ballistic composite |
| RU2304270C1 (ru) * | 2005-11-10 | 2007-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Препрег и стойкое к удару и баллистическому воздействию изделие, выполненное из него |
| RU2405675C1 (ru) * | 2009-07-15 | 2010-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения конструкционного композиционного материала |
| RU2649440C2 (ru) * | 2013-06-11 | 2018-04-03 | Инфиана Джемени Гмбх Унд Ко. Кг | Препреги |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2800151C1 (ru) * | 2022-05-25 | 2023-07-19 | Акционерное общество "Центр высокопрочных материалов "Армированные композиты" (АО ЦВМ "Армокон") | Органопластик и способ его изготовления |
| RU2800151C9 (ru) * | 2022-05-25 | 2023-09-08 | Акционерное общество "Центр высокопрочных материалов "Армированные композиты" (АО ЦВМ "Армоком") | Органопластик и способ его изготовления |
| RU2817033C1 (ru) * | 2023-02-03 | 2024-04-09 | Акционерное общество Производственно-конструкторское объединение "Теплообменник" (АО ПКО "Теплообменник") | Патрубок гибкий из полимерных композиционных материалов и способ его изготовления на основе невулканизированной прорезиненной стеклоткани |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4533589A (en) | Composite materials | |
| US3691000A (en) | Glass fiber reinforced composite article exhibiting enhanced longitudinal tensile and compressive moduli | |
| US4590027A (en) | Method of producing a thermoplastics material | |
| Frollini et al. | Phenolic resins as a matrix material in advanced fiber-reinforced polymer (FRP) composites | |
| Hasan et al. | Thermomechanical characteristics of flax-woven-fabric-reinforced poly (lactic acid) and polypropylene biocomposites | |
| KR101659591B1 (ko) | 하이브리드 세라믹 섬유강화 복합재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 하이브리드 세라믹 섬유강화 복합재료 | |
| PL169398B1 (pl) | Narta zawierajaca plaskie plyty albo tasmy ze wzmocnionego wlóknem tworzywa PL PL PL PL PL | |
| CN104387719A (zh) | 纤维增强酚醛树脂基复合材料及其制备方法 | |
| Chen et al. | Manufacturing and properties of cotton and jute fabrics reinforced epoxy and PLA composites | |
| Manik et al. | The effect of lamina configuration and compaction pressure on mechanical properties of laminated Gigantochloa apus composites | |
| Selcuk et al. | Basalt fiber reinforced polymer composites (BFRP) other than rebars: a review | |
| RU2427594C1 (ru) | Препрег и изделие, выполненное из него | |
| Widiastuti et al. | Treatment of bamboo fibres in improving mechanical performance of polymer composites–A review | |
| RU2687926C1 (ru) | Препрег | |
| Chang | Aramid fibers | |
| Das et al. | A comparative study between jute and glass fiber reinforced composites | |
| KR20180116511A (ko) | 재활용 탄소섬유를 포함하는 탄소섬유 강화 수지 복합재의 제조방법, 탄소섬유 강화 수지 복합재 및 성형품 | |
| RU2560419C1 (ru) | Стеклопластик и изделие, выполненное из него | |
| RU2264295C1 (ru) | Препрег и изделие, выполненное из него | |
| KR101639982B1 (ko) | 고강도 하이브리드 일방향 프리프레그의 제조방법 | |
| CA2338921A1 (en) | Resin transfer moulding | |
| SHEWALE et al. | Carbon and natural fiber reinforced polymer hybrid composite: Processes, applications, and challenges | |
| JP2004269812A (ja) | 繊維強化複合材料用フェノール樹脂組成物および繊維強化複合材料 | |
| KR20240104381A (ko) | 라이오셀을 이용한 생분해성 프리프레그 및 이의 제조방법 | |
| Myvizhirajeswari et al. | Manufacturing and applications of jute fibre composites |