RU2699120C1 - Способ получения гибридных композитных материалов с электропроводящим покрытием - Google Patents

Способ получения гибридных композитных материалов с электропроводящим покрытием Download PDF

Info

Publication number
RU2699120C1
RU2699120C1 RU2018130039A RU2018130039A RU2699120C1 RU 2699120 C1 RU2699120 C1 RU 2699120C1 RU 2018130039 A RU2018130039 A RU 2018130039A RU 2018130039 A RU2018130039 A RU 2018130039A RU 2699120 C1 RU2699120 C1 RU 2699120C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
prepreg
composite
aluminum
layer
carried out
Prior art date
Application number
RU2018130039A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Вилович Кабанов
Владимир Сергеевич Руднев
Валентин Иванович Сергиенко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН)
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН)
Priority to RU2018130039A priority Critical patent/RU2699120C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2699120C1 publication Critical patent/RU2699120C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/38Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising epoxy resins
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/02Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by a sequence of laminating steps, e.g. by adding new layers at consecutive laminating stations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу получения конструкционных слоистых композитных материалов на основе препрегов из стеклоткани либо углеткани, пропитанных отверждаемым полимером и может найти применение при изготовлении фюзеляжей в авиационной и аэрокосмической технике, а также композитных изделий другого назначения, к прочностным и защитным свойствам которых предъявляются высокие требования. Способ включает металлизацию препрега, содержащего стеклоткань либо углеткань и полимерное отверждаемое связующее, путем плазменного напыления порошкового алюминия непосредственно на препрег в две стадии. Первую стадию проводят при силе тока дуги плазмотрона 120-140 А с внедрением разрозненных частиц алюминия в связующее, затем силу тока повышают до 150-180 А и образования сплошного металлического слоя. Затем выполняют укладку слоев препрега с использованием металлизированного препрега в качестве внешнего слоя и формование композитного материала при температуре 150°С и давлении 0,6-0,8 МПа с отверждением связующего. Дополнительную обработку металлизированной поверхности композитного материала проводят методом плазменно-электролитического оксидирования в гальваностатическом режиме в условиях анодной либо анодно-катодной поляризации изделия при плотности тока 0,08-0,15 А/см2 в электролите, содержащем Na3PO2⋅12Н2О, Na2B4O7⋅10H2O и Na2WO4⋅2H2O при следующем содержании компонентов, г/л: Na3PO4⋅12H2O (20-30); Na2B4O7⋅10H2O (10-15); Na2WO4⋅2H2O (2-3). Технический результат заключается в улучшении качества получаемых композитных материалов, повышении их защитных, в том числе антикоррозионных свойств, и огнестойкости, при одновременном упрощении технологии и сокращении времени формования композитных изделий. 2 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к слоистым композитным материалам на основе препрега из стеклоткани либо углеткани, пропитанной смолой, также к способам их получения и может найти применение при изготовлении фюзеляжей в авиационной и аэрокосмической технике, а также композитных изделий другого назначения, к прочностным и защитным свойствам которых предъявляются высокие требования.
Композиты, содержащие несколько слоев препрега на основе волокнистых материалов, пропитанных отверждаемой под воздействием температуры и/или давления полимерной композицией, при малом весе обладают механическими свойствами, соответствующими жестким стандартам, действующим в авиастроительной промышленности, а именно, высокой прочностью и устойчивостью к ударным нагрузкам и усталостному разрушению. Однако в своем большинстве упомянутые композиты содержат волокнистые материалы, в частности, стекловолокно, и связывающую их полимерную прослойку, не обладающие электропроводностью, и при эксплуатации в качестве конструкционного материала не обеспечивают надежной защиты от скопления на поверхности электростатического заряда и электромагнитных помех, от повреждающего действия сильных электрических разрядов, таких как удар молнии, при этом являются недостаточно огнестойкими. Вышеупомянутые проблемы с различным успехом разрешаются путем создания композитов с металлизированной поверхностью, содержащих металлические армирующие слои, материалов на основе препрегов, содержащих проводящие (металлические, металлизированные) частицы.
В патенте ЕР 2053078, опубл. 2011.11.23, описан препрег, содержащий углеродное волокно и термореактивную смолу и дополнительно включающий электропроводящие, преимущественно металлические либо снабженные металлическим покрытием частицы или волокна при массовом соотношении проводящих частиц или волокон и термопластичной смолы от 1 до 1000.
Однако введение металла в препрег рассматривается как нежелательное из-за различия коэффициентов термического расширения материалов (металла и полимера), а также из-за опасности возникновения коррозии и возможного спонтанного разрушения.
Известны созданные английскими разработчиками препреги, способ их получения и композитный материал на их основе, заявленные компанией Hexcel Company Limited (GB) в целом ряде стран, в том числе, в России (RU 2632454, опубл. 2017.10.04). Известные препреги, содержащие армированную волокном отверждаемую смолу, в которой диспергировано от 0,5 до 10 мас. % частиц графита, получают путем нанесения и припрессовывания жидкой смолы на одну либо обе стороны движущегося слоя волокнистого вещества и формирования на поверхности волокнистого вещества слоя отвержденной смолы. На основе сформированных таким образом препрегов получают в целом электропроводящий композитный материал с улучшенными механическими свойствами для использования, например, в авиастроении, который включает один или несколько слоев армированной углеродным волокном отвержденной эпоксидной смолы с добавкой термопластичной смолы, упрочняющего вещества полиамида и проводящих частиц графита в картофелеобразной форме. Слои известного композита обладают различной проводимостью, при этом воздействие сильного электрического разряда при наличии чередующихся непроводящих либо слабо проводящих слоев, которые действуют как электрический изолятор, с проводящими, может привести к разрушению многослойного композита и образованию дефекта - дыры, пробитой через несколько его слоев.
Известен способ изготовления гибридного металлокерамического композитного материала для использования в авиастроении (US 8715449, опубл. 2014.05.06), включающий нанесение на полученный по стандартной технологии керамический матричный композит (волокнистый материал, обработанный керамической суспензией) одного или более упрочняющих слоев металлической арматуры (в виде сплошной либо перфорированной фольги, сетки из металлических волокон либо металлических в смеси с керамическими, полос сплошного металла), обладающей термической совместимостью с керамическим композитом, уплотнение с помощью прессования и термообработки. Металл упрочняющей арматуры содержит поверхностный оксидированный слой, взаимодействующий с керамическим матричным композитом с образованием переходной диффузионной зоны, и барьерный слой непосредственно на поверхности металла, предотвращающий его дальнейшее окисление. Полученный известным способом гибридный многослойный композит обладает высокими прочностными характеристиками, в том числе повышенной устойчивостью к ударным нагрузкам, и одновременно обнаруживает высокую теплопроводность, выдерживает удар молнии, который может привести к испарению некоторого количества металла и прожиганию небольшой дыры в защитном слое при минимальном повреждении нижележащих слоев. Однако область применения известного материала ограничена: он преимущественно предназначен для изготовления специфических деталей выхлопной системы ограниченного размера, в частности, выходного сопла, поскольку его высокие прочностные и защитные свойства обеспечиваются за счет многослойности с включением слоев металлической арматуры и соответствующего увеличения веса и снижения пластичности.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения композитных материалов и изготовления из них изделий, описанный в патенте RU 2162033, опубл. 2001.01.20, который включает укладку слоев препрега в виде армирующего материала, пропитанного термореактивным связующим, металлизацию и формование, при этом сначала проводят металлизацию путем напыления слоя металла электродуговым методом в воздушной среде на форму, предварительно обработанную антиадгезивом, затем производят укладку слоев препрега на нанесенный слой металла. Для получения композиционного материала, металлизированного с двух сторон, на собранный пакет свободной стороны укладывают аналогичную форму с нанесенным на нее аналогичным металлическим покрытием и одним из известных способов осуществляют формование и отверждение связующего.
Фактически в известном способе нанесенное на форму металлическое покрытие связывается с поверхностью формируемого композиционного материала непосредственно в ходе его формования и отверждения связующего, при этом одновременно в результате формования получают готовое изделие заданной формы. Такая технология не обеспечивает высокого качества металлизации поверхности изделий сложной формы и затрудняет контроль процесса металлизации в условиях серийного и массового производства, что может привести к ухудшению качества. Кроме того, защитные свойства полученного металлического покрытия вследствие неизбежной атмосферной коррозии и абразивного износа под воздействием окружающей среды с течением времени снижаются; покрытие толщиной 0,08-0,09 мм утрачивает сплошность.
Задачей изобретения является создание эффективного и технологически простого способа получения высококачественных композитных материалов с электропроводящим покрытием.
Технический результат предлагаемого способа заключается в улучшении качества получаемых композиционных материалов, повышении их защитных свойств, в том числе антикоррозионных свойств и огнестойкости, при одновременном упрощении технологии и сокращении времени формования из него изделий.
Указанный технический результат достигают способом получения гибридных композитных материалов с электропроводящим покрытием, включающим укладку слоев препрега, металлизацию с помощью напыления в воздушной среде и формование, в котором, в отличие от известного, металлизацию проводят путем электроплазменного напыления алюминия непосредственно на препрег в две стадии, при этом первую стадию проводят при силе тока дуги плазмотрона, обеспечивающей внедрение разрозненных разогретых частиц алюминия в связующее с локальным отверждением последнего в их приповерхностном слое, на второй стадии мощность плазмотрона увеличивают и формируют из расплавленных частиц сплошной проводящий слой, при этом при укладке слоев композитного материала металлизированный препрег используют в качестве внешнего слоя с одной либо с обеих его сторон, после чего осуществляют формование с полным отверждением связующего.
Для повышения коррозионной устойчивости и огнестойкости полученных композитных материалов проводят обработку нанесенного металлического покрытия методом плазменно-электролитического оксидирования.
Наиболее стойкая коррозионная защита и высокая огнестойкость обеспечивает плазменно-электролитическое оксидирование (ПЭО), проводимое в гальваностатическом режиме в условиях анодной либо анодно-катодной поляризации изделия при плотности тока 0,08-0,15 А/см2 в электролите, содержащем Na3PO4⋅12Н2О, Na2B4O7⋅10Н2О и Na2WO4⋅2H2O при следующем содержании компонентов, г/л:
Na3PO4⋅12H2O 20-30
Na2B4O7⋅10H2O 10-15
Na2WO4⋅2H2O 2-3,
в течение 20-40 минут.
Способ осуществляют следующим образом.
Металлическое покрытие наносят методом плазменного напыления на установке, основным рабочим элементом которой является плазмотрон, при этом подачу порошка осуществляют питателем, оснащенным встроенным контроллером, позволяющим осуществлять управление подачей порошков в процессе напыления по заданной программе. В качестве плазмообразующего и транспортирующего газа использован аргон.
Напыление проводят в два прохода с внедрением при первом проходе оплавленных, но относительно холодных частиц алюминиевого порошка в жидкий компаунд (отверждаемый полимер), локально отверждаемый в приповерхностном слое напыленных частиц алюминия, за счет чего обеспечивается прочное сцепления металла с препрегом. Дополнительную роль, играет химическое взаимодействие между расплавленным алюминием и волокнами стеклоткани, выходящими на поверхность препрега.
Рабочие режимы металлизации для различных видов оборудования, обеспечивающего плазменное напыление, подбираются индивидуально. В частности, для аргонового плазмотрона с МЭВ ПН-21Р, использованного в при осуществлении предлагаемого способа, напыление первого слоя проводят при силе тока дуги 120-140 А. Расход порошка и скорость перемещения плазмотрона относительно поверхности препрега определяют, исходя из условий, обеспечивающих формирование покрытия, состоящего из отдельных частичек порошка и на этом этапе не обеспечивающего электропроводящего слоя. При этих условиях минимизируется тепловое воздействие частиц алюминиевого порошка на состояние жидкого компаунда, входящего в состав препрега, что позволяет сохранить гибкость получаемых композитных материалов на уровне, достаточном для хранения в обычных условиях в рулоне и для последующей формовки композитного изделия.
На втором этапе (при втором проходе) на поверхности препрега формируют сплошное электропроводное покрытие. В предлагаемом способе силу тока дуги используемого аргонового плазмотрона увеличивают до 150-180 А, в результате чего на поверхность препрега попадают полностью расплавленные частицы алюминиевого порошка, которые вместе с частицами, нанесенными на поверхность препрега на первом этапе, образуют сплошное покрытие.
Металлизированный таким способом препрег пригоден для длительного хранения в тех же условиях, что и исходный, не металлизированный, и может быть использован в различных комбинациях при формовке многослойных композитных конструкций. В частности, между двумя слоями металлизированного препрега (с покрытием по внешней поверхности) могут быть уложены еще несколько листов препрега в исходном состоянии.
Слой алюминия также может быть напылен на готовый композит, сформированный по стандартной технологии из нескольких неметаллизированных слоев препрега.
Для этого поверхность композита предварительно очищают от поверхностного слоя отвердевшего компаунда и активируют с помощью дробеструйной обработки (или другим подходящим методом). Напыление осуществляют в одну стадию на одном режиме при силе тока 150-180 А в течение времени, необходимого для формирования покрытия заданной толщины с заданным значением электропроводности. Скорость напыления подбираются исходя из условий минимизации теплового воздействия на композитный материал.
При этом сравнение с композитом, содержащим два внешних слоя препрега с напыленным на их наружную поверхность слоем алюминия, полимеризацию и отверждение которого проводили после нанесения алюминия, не обнаруживает визуальных различий.
Как свидетельствуют изображения, приведенные на фиг. 1, слой алюминия в обоих случаях сохраняет достаточную сплошность и равномерность (фиг. 1: а - композит; б - композит со слоем алюминия, нанесенным после формования композита; в - композит, сформованный с использованием металлизированного слоя препрега с каждой стороны.
На снимке (фиг. 2), сделанном с помощью рентгеноспектрального микроанализатора JXA-8100 фирмы «JEOL» (Япония) с энергодисперсионной приставкой Oxford Instrument INCA-sight (Великобритания), видно, что поверхность нанесенного слоя алюминия образована плоскими протяженными участками, разделенными впадинами и обнаруживающими многочисленные трещины и дефекты. Такая морфология металлизированной поверхности, образованной напыленным на препрег слоем порошка алюминия, сформирована вследствие ее выравнивания в ходе полимеризации композита под воздействием давления с использованием фторопластовой прокладки.
Определенный с помощью рентгеноспектального микроанализатора и усредненный путем сканирования 3-5 площадок размером 300×200 мкм2, элементный состав поверхности представлен следующим образом, ат. %: 7,8 О; 91,3 Al; 0,7 Si; 0,2 Fe. Наличие кислорода указывает на частичное окисление нанесенного слоя алюминия.
На фиг. 3 приведены ЭСМ снимки сечения полученного композитного материала, содержащего три слоя препрега общей толщиной 625 мкм и слой напыленного алюминия толщиной около 100 мкм: а - область контакта полимер/слой алюминия (фазовое представление); б - кривые распределения Al, Si и Са в области контакта по линии L сечения.
Противофазное изменение содержания алюминия (область I), с одной стороны, кремния и кальция (область II) - с другой, в области контакта подтверждают факт взаимопроникновения участков стеклоткани и частиц алюминия. Изображение на фиг. 3б свидетельствует о том, что плазменное напыление в предлагаемых условиях не приводит к деградации нитей стеклоткани препрега в области его контакта с напыляемым алюминием. Они сохраняют свою форму и порядок расположения, при этом на границе контакта происходит взаимопроникновение частиц алюминия и волокон стеклоткани
По визуальным оценкам, при деформациях полученного гибридного материала разделения металла и полимера не наблюдается: адгезия алюминия и полимерного слоя является удовлетворительной.
Таким образом, подтверждается возможность предварительного электроплазменного напыления слоя алюминия на препрег с дальнейшим формованием композитного материала по стандартной технологии с использованием модифицированного таким образом препрега с получением стекловолоконного композитного материала со слоями алюминия на границе раздела с воздухом.
Отформованное изделие с металлизированным покрытием может быть дополнительно обработано методом плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) - электрохимическим анодным окислением поверхности нанесенного слоя алюминия в условиях действия в приэлектродной области искровых и микродуговых электрических разрядов.
ПЭО проводят при плотности тока 0,08-0,15 А/см2 в течение 20-40 минут, в случае анодной поляризации поверхности преимущественно при эффективной плотности тока i a =0.05 А/см2, при анодно-катодной при i a =iк=0,05 А/см2 с длительностями импульсов соответствующих токов 0,02 с в электролите, содержащем, г/л:
Na3PO4⋅12H2O 20-30
Na2B4O7⋅10H2O 10-15
Na2WO4⋅2H2O 2-3
В качестве источника тока предпочтительно использование управляемого компьютером реверсивного тиристорного агрегата ТЕР4-63/460Н (Россия), работающего как в однополярном, так и в биполярном анодно-катодном режиме.
ПЭО может быть осуществлено как путем погружения в электролитическую ванну с рубашкой водяного охлаждения и механической мешалкой, так и с помощью установки конвейерного типа с непрерывным перемещением обрабатываемого изделия либо полотна в ванне с электролитом, при этом в обоих случаях противоэлектродом служит корпус ванны.
На фиг. 4 приведены формовочные кривые (кривые изменения напряжения на электродах в зависимости от длительности процесса обработки U=f(t) для случаев гальваностатической анодной (а) и переменно токовой анодно-катодной (б) ПЭО обработки.
В обоих случаях функции U=f(t) имеют типичный для ПЭО алюминиевых сплавов вид. По точкам перегиба на полученных кривых можно выделить характерные стадии ПЭО, а именно, стадию доискрового оксидирования (первые десятки секунд), а также стадию оксидирования в условиях действия искровых (примерно до 600 с) и микродуговых (более 600 с) электрических разрядов. Отличие полученных формовочных кривых от аналогичных, характерных для оксидирования компактного сплава алюминия (прокат), заключается в относительно низких напряжениях начала искрения (около 50 В) и увеличенной продолжительности стадии искровых разрядов.
На фиг. 5 (а, в - амплитудное представление; б - фазовое) показана поверхность сформированных в анодном режиме покрытий (снимки покрытий, сформированных в анодно-катодном режиме, аналогичны представленным на фиг. 5).
На поверхности выделяются два типа участков: занимающие большую часть поверхности участки типа А (фиг. 5в) с характерной морфологией поверхности ПЭО покрытий и участки типа Б (фиг. 5в) с непокрытой гладкой поверхностью, отличающиеся по фазовому составу от основного массива покрытия. Вероятно, это участки не подвергнутые действию электрических разрядов при ПЭО из-за сложной развитой поверхности оксидируемого слоя алюминия (фиг. 2). На поверхности таких участков может присутствовать либо тонкая оксидная пленка, либо это участки исходного слоя алюминия, что согласуется с поведением формовочных кривых (фиг. 4).
Экспериментально установлено, что соотношение площадей поверхности участков А и Б можно регулировать как изменением рельефа напыленного слоя алюминия, так и условиями ПЭО обработки, например, длительностью и плотностью тока.
Рентгенограммы образцов с ПЭО покрытиями, представленные на фиг. 6 (а - исходный композит со слоем алюминия; б - композит после ПЭО в анодном режиме и в - после ПЭО в анодно-катодном режиме), свидетельствуют о присутствии кристаллического оксида алюминия, что характерно для ПЭО покрытий. Присутствие пиков алюминия связано с небольшой толщиной полученного оксидного слоя и с наличием участков не оксидированного алюминия.
На фиг. 7 (а, в - амплитудное представление, б, г - фазовое) показано: а - сечение образца с ПЭО-покрытием, сформированным в течение 30 минут в анодно-катодном режиме; и его увеличенные области: б - полимер/алюминий/покрытие и в, г - алюминий/покрытие.
В таблице представлены данные по составу отдельных точек на сечении образца (точки 1-6 на фиг. 7 г), сформированного в анодно-катодном режиме. Элементный состав покрытия, состоящего из оксида алюминия с примесью элементов электролита: фосфора, вольфрама и натрия, характерен для ПЭО покрытий на сплавах алюминия, формируемых в используемом электролите.
Figure 00000001
Следует отметить, что, согласно полученным данным, между сформированным оксидным слоем и слоем алюминия имеется переходная зона с промежуточным содержанием кислорода и алюминия, что свидетельствует о хорошей адгезии сформированного оксидного слоя к металлу.
Таим образом, осуществлена принципиальная возможность нанесения с помощью плазменного напыления слоя алюминия на препрег из стеклоткани или углепластика, а не на готовый композит. Из модифицированного препрега далее может быть отформован по существующим технологиям многослойный композит с металлизированным поверхностным слоем, обладающим электрической проводимостью.
Полученный композит с нанесенным слоем алюминия может быть обработан методом плазменно-электролитического оксидирования для формирования определенного оксидного состава покрытия, увеличения его защитных свойств, в том числе гидрофобности, биоцидных свойств, огнестойкости, с сохранением электропроводности.
Примеры конкретного осуществления способа
Пример 1
В качестве препрега была использована ткань Т-10-14 (ГОСТ 19170-2001, разработчик НПО «Стеклопластик») на связующем ЭДТ-69Н (ТУ 1-595-12-584-2006, разработчик ФГУП «ВИАМ»). Для напыления применяли серийно выпускаемый алюминиевый порошок ПА-4 (ГОСТ 6058-73). При дисперсности порошка 65-100 мкм, сыпучесть на воронке Холла составляет 50 г за 70-80 с.
Покрытие наносили на препреговую ткань, растянутую в плоскости на теплоизолирующей основе. Плазмотрон при этом перемещали в параллельной плоскости на расстоянии 160 мм от поверхности основы. По мере формирования покрытия режим напыления контролировали путем плавного изменения мощности и скорости плазменной струи. В тоге было получено электропроводное алюминиевое покрытие с конечной толщиной 100 мкм.
Пример 2
Из полученного по примеру 1 металлизированного препрега были отформованы трехслойные композиты с металлизированной поверхностью. Формование осуществляли в стальной пресс-форме с плоскими рабочими поверхностями, покрытыми прокладками из листового фторопласта Ф-4М, под давлением 0,6-0,8 МПа при температуре 150°С в течение 4 часов, с последующим охлаждением при температуре 40°С в течение часа. Получен металлизированный композитный материал с проводящей поверхностью (слой нанесенного алюминия около 100 мкм).
Пример 3
Полученный по примеру 2 металлизированный композит подвергали плазменно-электролитической обработке. ПЭО-покрытие формировали в стальной ванне объемом 2 л с рубашкой охлаждения, через которую пропускали холодную водопроводную воду, поддерживая температуру электролита, не превышающую 30°С. Электролит в ванне перемешивали механической мешалкой. Противоэлектродом служил корпус ванны. Обработку проводили в анодно-катодном режиме при эффективной плотности тока 0,15 А/см2 в электролите, содержащем, г/л: 20 Na3PO4⋅12H2O, 15Na2B4O7⋅10H2O и 2Na2WO4⋅2H2O.
Оценку огнестойкости полученного образца в сравнении с композитом из стеклоткани без металлооксидного покрытия проводили, помещая образцы в пламя спиртовой горелки, температура в верхней части факела которой составляет ~900°С.
На фиг. 8 а-в показано поведение композита из стеклоткани, 8 г-е - композита из стеклоткани со слоем алюминия и ПЭО покрытием, сформированного предлагаемым способом.
Композит из стеклоткани, помещенный в пламя горелки (а), примерно через 40 с начал гореть (б), а через 80 с связующий компаунд выгорел до состояния «стекловолокно-сажа» (в).
В случае образца композита с покрытием, подготовленным предлагаемым способом, помещенного в пламя горелки (г), через 5 минут (д) особых изменений не произошло, а через 10 минут (е) выгорела только смола на незащищенных гранях образца.
В итоге в условиях проводимого эксперимента совместное действие плохо проводящего тепло и не пропускающего кислород оксидного слоя и слоя алюминия с высокой теплопроводностью более чем в 10 раз увеличивает огнестойкость композита.

Claims (5)

1. Способ получения гибридного композитного материала с электропроводящим покрытием, включающий укладку слоев препрега, металлизацию путем напыления металлического порошка электрофизическим методом в воздушной среде и формование, отличающийся тем, что металлизацию проводят путем электроплазменного напыления алюминиевого порошка в две стадии непосредственно на препрег, содержащий материал на основе стекловолокна либо углеродного волокна и полимерное отверждаемое связующее, при этом первую стадию проводят при силе тока дуги плазмотрона 120-140 А, обеспечивающей внедрение разрозненных разогретых частиц алюминия в связующее с локальным отверждением последнего в их приповерхностном слое, на второй стадии увеличивают силу тока до 150-180 А и формируют из расплавленных частиц сплошной проводящий слой, укладку слоев препрега осуществляют, используя металлизированный препрег в качестве наружного слоя с одной либо с двух сторон, после чего проводят формование в течение 4 часов при температуре 150°С и давлении 0,6-0,8 МПа, обеспечивающих полное отверждение связующего, затем в течение 1 часа снижают температуру до 40°С.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят дополнительную обработку металлизированной поверхности композитного материала методом плазменно-электролитического оксидирования.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что плазменно-электролитическое оксидирование проводят в гальваностатическом режиме в условиях анодной либо анодно-катодной поляризации металлизированной поверхности при плотности тока 0,08-0,15 А/см2 в электролите, содержащем Na3PO4⋅12Н2О, Na2B4O7⋅10Н2О и Na2WO4⋅2H2O при следующем содержании компонентов, г/л:
Na3PO4⋅12H2O 20-30 Na2B4O7⋅10H2O 10-15 Na2WO4⋅2H2O 2-3,
в течение 20-40 минут.
RU2018130039A 2018-08-17 2018-08-17 Способ получения гибридных композитных материалов с электропроводящим покрытием RU2699120C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018130039A RU2699120C1 (ru) 2018-08-17 2018-08-17 Способ получения гибридных композитных материалов с электропроводящим покрытием

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018130039A RU2699120C1 (ru) 2018-08-17 2018-08-17 Способ получения гибридных композитных материалов с электропроводящим покрытием

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2699120C1 true RU2699120C1 (ru) 2019-09-03

Family

ID=67851840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018130039A RU2699120C1 (ru) 2018-08-17 2018-08-17 Способ получения гибридных композитных материалов с электропроводящим покрытием

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2699120C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2162033C2 (ru) * 1999-03-24 2001-01-20 Симонов Владимир Федорович Способ изготовления изделий из композиционных материалов
RU2166432C2 (ru) * 1999-03-24 2001-05-10 Симонов Владимир Федорович Способ изготовления изделий из композиционных материалов
RU2232681C2 (ru) * 2002-05-28 2004-07-20 Урмансов Фатхрахман Файзрахманович Способ изготовления трубчатых элементов из композиционных материалов с металлическим покрытием внутренней поверхности
EP1980647A1 (en) * 2006-10-04 2008-10-15 Hexcel Composites Limited Curable resin films
RU2353716C1 (ru) * 2007-10-24 2009-04-27 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) Способ получения защитных покрытий на стали
RU2502600C1 (ru) * 2012-06-19 2013-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") Способ изготовления трубчатых изделий из полимерных композиционных материалов
WO2017027569A1 (en) * 2015-08-10 2017-02-16 Cytec Industries Inc. Prepreg material capable of providing lightning strike protection and burn-through resistance

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2162033C2 (ru) * 1999-03-24 2001-01-20 Симонов Владимир Федорович Способ изготовления изделий из композиционных материалов
RU2166432C2 (ru) * 1999-03-24 2001-05-10 Симонов Владимир Федорович Способ изготовления изделий из композиционных материалов
RU2232681C2 (ru) * 2002-05-28 2004-07-20 Урмансов Фатхрахман Файзрахманович Способ изготовления трубчатых элементов из композиционных материалов с металлическим покрытием внутренней поверхности
EP1980647A1 (en) * 2006-10-04 2008-10-15 Hexcel Composites Limited Curable resin films
RU2353716C1 (ru) * 2007-10-24 2009-04-27 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) Способ получения защитных покрытий на стали
RU2502600C1 (ru) * 2012-06-19 2013-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") Способ изготовления трубчатых изделий из полимерных композиционных материалов
WO2017027569A1 (en) * 2015-08-10 2017-02-16 Cytec Industries Inc. Prepreg material capable of providing lightning strike protection and burn-through resistance

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Optimized functionally graded La2Zr2O7/8YSZ thermal barrier coatings fabricated by suspension plasma spraying
Wang et al. Laser surface remelting of plasma sprayed nanostructured Al2O3–13wt% TiO2 coatings on titanium alloy
CA2936790C (en) Thermal barrier coatings and processes
EP1780298A1 (en) Y2o3 thermal sprayed film coated member and process for producing the same
US20080093047A1 (en) Casting molds coated for surface enhancement and methods of making
CN104674217B (zh) 一种含双层结构粘结层的热障涂层的制备方法
JPH0631441B2 (ja) 合金製熱機関部材上への金属セラミック保護被膜の形成方法
CA2897696C (en) Thermal spray for durable and large-area hydrophobic and superhydrophobic/icephobic coatings
WO2016170056A1 (en) Object comprising a fiber reinforced plastic and a ceramic material and process for making the object
CN111962028A (zh) 一种eb-pvd/aps复合结构双陶瓷层热障涂层及其制备方法
Pandey et al. Role of the Hybrid Addition of Carbon Nanotubes and Graphene Nanoplatelets on the Corrosion Behavior of Plasma‐Sprayed Aluminum Oxide Nanocomposite Coating
RU2699120C1 (ru) Способ получения гибридных композитных материалов с электропроводящим покрытием
CN108296602A (zh) 一种金属基材功能件及其增材加工制备方法
JPH0364497A (ja) 電気的に析出された耐高温ガス腐食層の製造方法
Mihailo Microstructure and mechanical properties of nickel-chrome-bor-silicon layers produced by the atmospheric plasma spray process
Yan et al. Effects of Micro-arc Oxidation Process Parameters on Micro-structure and Properties of Al2O3 Coatings Prepared on Sintered 2024 Aluminum Alloy
Huang et al. Thermal ablation of stabilized zirconia/metal coated polyimide matrix composites via plasma spray process
Ye et al. Toward ceramic anticorrosion coatings: a review
EP2860285A1 (en) Method for increasing heat resistance of metallic articles
KR100797827B1 (ko) 탄소섬유-에폭시 복합재에의 코팅방법
JP5194267B2 (ja) 緻密表面層をもつサーメット皮膜の形成方法とサーメット皮膜被覆部材
Tailor et al. Microstructure evolution and mechanical properties of Al2O3-40% TiO2 coating by Hybrid-Low Velocity OxyFuel process
Rudnev et al. Fabrication and Study of a Composite Material Based on a Glass-Cloth with a Metal Oxide Coating
JP2012057243A (ja) 耐プラズマエロージョン性に優れるサーメット皮膜の形成方法とサーメット皮膜被覆部材
Ha et al. Effects of aluminum phosphate sealant containing Al2O3 nanoparticles on the hardness and wear resistance of the Al2O3-TiO2 plasma sprayed coating