RU2710623C1 - Composite layered self-healing material (versions) - Google Patents
Composite layered self-healing material (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2710623C1 RU2710623C1 RU2019111370A RU2019111370A RU2710623C1 RU 2710623 C1 RU2710623 C1 RU 2710623C1 RU 2019111370 A RU2019111370 A RU 2019111370A RU 2019111370 A RU2019111370 A RU 2019111370A RU 2710623 C1 RU2710623 C1 RU 2710623C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite
- layer
- layers
- healing
- self
- Prior art date
Links
Images
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
- B32B25/00—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber
-
- 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
- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретения группы относятся к слоистым композитам, обладающим способностью самостоятельно восстанавливать свою целостность после причиненных им механических повреждений (самозалечиваться), и применяемым для изготовления конструкций, которым необходима защита от возникновения дефектов, в частности для изготовления конструкций с внутренней атмосферой, например, для герметичных объектов.The inventions of the group relate to layered composites having the ability to independently restore their integrity after mechanical damage (self-healing) and used for the manufacture of structures that require protection against defects, in particular for the manufacture of structures with an internal atmosphere, for example, for sealed objects.
Данный композиционный материал может защищать конструкцию полностью или только ту часть ее внешней или внутренней поверхности, которая нуждается в защите от возникновения дефектов, а также может использоваться в качестве основного материала, из которого изготовлен герметичный объект.This composite material can protect the structure completely or only that part of its external or internal surface that needs to be protected from defects, and can also be used as the main material from which the sealed object is made.
Известна слоистая композиционная структура с самовосстанавливающимся слоем, раскрытая в патенте RU 2494872 С2, опубл. 10.10.2013. Известная структура содержит первый пакет, включающий множество слоев композиционного материала и, по меньшей мере, один слой самовосстанавливающегося материала, причем слой самовосстанавливающегося материала содержит множество контейнеров, каждый из которых содержит отверждаемую восстанавливающую жидкость; и второй пакет, включающий множество слоев композиционного материала, причем пакеты соединены по поверхности соединения. Данная структура позволяет сопротивляться распространению трещин, не оказывая существенного отрицательного воздействия на ее прочность при продольном изгибе.Known layered composite structure with a self-healing layer, disclosed in patent RU 2494872 C2, publ. 10/10/2013. The known structure comprises a first packet comprising a plurality of layers of composite material and at least one layer of self-healing material, wherein the layer of self-healing material contains many containers, each of which contains a curable reducing liquid; and a second package comprising a plurality of layers of composite material, the packages being connected over a joint surface. This structure allows you to resist the propagation of cracks, without having a significant negative impact on its strength in longitudinal bending.
Недостатками рассматриваемой структуры по сравнению с предлагаемым решением является то, что при наличии множества слоев увеличиваются масса и габариты конструкции, что не всегда приемлемо, а также повышается вероятность распространения возможных трещин по поверхности соединения слоев, оставив незатронутым слой самовосстанавливающегося материала. Обязательным условием для реализации залечивания в композиционной структуре является разрушение, по меньшей мере, нескольких контейнеров в самовосстанавливающемся слое, при этом количества восстанавливающей жидкости, находящейся в этих контейнерах, может оказаться недостаточно для реализации полного самозалечивания. На отверждение этой жидкости, ее схватывание с материалом стенок трещины может понадобиться продолжительное время, в течение которого вероятно распространение трепхины в другие слои материала. Самовосстановление при повторном разрушении в том же месте возможно только при наличии достаточного количества капсул с отверждающей жидкостью. Изготовление и наполнение контейнеров залечивающимся веществом и равномерное распределение их в слое самовосстанавливающегося материала выделено в отдельные производственные операции, что усложняет процесс изготовления композита. Кроме того, рассматриваемый материал не может быть использован в разворачиваемых надувных конструкциях.The disadvantages of this structure compared with the proposed solution is that in the presence of many layers, the mass and dimensions of the structure increase, which is not always acceptable, and the likelihood of the propagation of possible cracks along the connection surface of the layers increases, leaving the self-healing material layer unaffected. A prerequisite for the implementation of healing in the composite structure is the destruction of at least several containers in the self-healing layer, while the amount of recovery fluid in these containers may not be enough to realize complete self-healing. The solidification of this fluid, its setting with the material of the walls of the crack may take a long time, during which the spread of trephine in other layers of the material is likely. Self-healing during repeated destruction in the same place is possible only if there are a sufficient number of capsules with a curing liquid. The manufacture and filling of containers with a healing substance and their uniform distribution in a layer of self-healing material are separated into separate production operations, which complicates the process of manufacturing a composite. In addition, the material in question cannot be used in deployable inflatable structures.
Наиболее близким аналогом предлагаемой группы изобретений является композиционный слоистый самозалечивающийся материал, содержащий внешние гибкие слои из полиэтилена, полипропилена, полиамида, полиуретана и т.п. полимеров, армированных тканью, а также композитный слой, состоящий из органосилоксановой матрицы и наполнителя в виде множества капсул с активатором полимеризации, раскрытый в US 20090191402 А1, 30.07.2009.The closest analogue of the proposed group of inventions is a composite layered self-healing material containing external flexible layers of polyethylene, polypropylene, polyamide, polyurethane, etc. polymers reinforced with fabric, as well as a composite layer consisting of an organosiloxane matrix and a filler in the form of many capsules with a polymerization activator, disclosed in US 20090191402 A1, 07/30/2009.
Данный материал наряду с ограничениями, характерными для капсульных систем, описанных в предыдущем примере, характеризуется продолжительным временем полимеризации залечивающего агента, до 24 часов. Если содержимое капсул не успеет полимеризоваться и связаться с основным материалом композита, то при эксплуатации рассматриваемого материала может произойти унос залечивающих агентов и самозалечивание не будет реализовано.This material, along with the restrictions characteristic of the capsule systems described in the previous example, is characterized by a long polymerization time of the healing agent, up to 24 hours. If the contents of the capsules do not have time to polymerize and contact the main material of the composite, then during the operation of the material in question, ablation of healing agents may occur and self-healing will not be realized.
Задачей предлагаемой группы изобретений является создание новых композиционных слоистых материалов с моментально проявляющимися самозалечивающими свойствами.The objective of the proposed group of inventions is the creation of new composite layered materials with instantly manifesting self-healing properties.
Технический результат заключается в том, что предлагаемые варианты композиционных слоистых материалов быстро самозалечиваются за время порядка нескольких секунд с долговременным сохранением эффекта залечивания.The technical result consists in the fact that the proposed options for composite layered materials quickly self-heal in a time of the order of several seconds with a long-term preservation of the healing effect.
Для решения задачи и достижения технического результата предлагаются следующие варианты композиционного слоистого самозалечивающегося материала.To solve the problem and achieve a technical result, the following variants of the composite layered self-healing material are offered.
В первом варианте исполнения композиционный слоистый самозалечивающийся материал (КССМ) содержит два внешних гибких слоя и композитный слой, состоящий из органосилоксановой матрицы и наполнителя, а также слой из борсилоксанового олигомера или полимера, расположенный между композитным слоем и внешним гибким слоем. При этом внешние гибкие слои включают материал, обладающий сродством к органосилоксанам.In the first embodiment, the composite layered self-healing material (KSSM) contains two external flexible layers and a composite layer consisting of an organosiloxane matrix and a filler, as well as a layer of borsiloxane oligomer or polymer located between the composite layer and the outer flexible layer. In this case, the outer flexible layers include a material having an affinity for organosiloxanes.
Во втором варианте исполнения композиционный слоистый самозалечивающийся материал содержит два внешних гибких слоя и два композитных слоя, состоящих из органосилоксановой матрицы и наполнителя. Причем первый композитный слой связан с первым внешним слоем, а второй композитный слой со вторым внешним слоем. При этом материал дополнительно содержит слой из борсилоксанового олигомера или полимера, расположенный между композитными слоями, а внешние гибкие слои включают материал, обладающий сродством к органосилоксанам.In the second embodiment, the composite laminated self-healing material contains two external flexible layers and two composite layers consisting of an organosiloxane matrix and a filler. Moreover, the first composite layer is connected with the first outer layer, and the second composite layer with the second outer layer. Moreover, the material further comprises a layer of borsiloxane oligomer or polymer located between the composite layers, and the outer flexible layers include a material having an affinity for organosiloxanes.
В третьем варианте исполнения композиционный слоистый самозалечивающийся материал содержит два внешних гибких слоя и два композитных слоя, состоящих из органосилоксановой матрицы и наполнителя. Причем первый композитный слой связан с первым внешним слоем, а второй композитный слой со вторым внешним слоем. При этом материал дополнительно содержит расположенные между композитными слоями два слоя на основе борсилоксанового олигомера или полимера, разделенные барьерным слоем. При этом внешние гибкие слои включают материал, обладающий сродством к органосилоксанам.In the third embodiment, the composite laminated self-healing material contains two external flexible layers and two composite layers consisting of an organosiloxane matrix and a filler. Moreover, the first composite layer is connected with the first outer layer, and the second composite layer with the second outer layer. Moreover, the material further comprises two layers based on the borsiloxane oligomer or polymer located between the composite layers, separated by a barrier layer. In this case, the outer flexible layers include a material having an affinity for organosiloxanes.
Каждый внешний гибкий слой по любому из вариантов исполнения материала может быть выполнен из силиконовой резины, при этом гибкий слой может быть армирован плетеным волокном, выбранным из ряда: стекловолокно, углеродное волокно, арамидное волокно.Each outer flexible layer according to any embodiment of the material can be made of silicone rubber, while the flexible layer can be reinforced with braided fiber selected from: glass fiber, carbon fiber, aramid fiber.
В качестве армирующего наполнителя композитного слоя по любому из вариантов исполнения материала могут быть использованы штапельные волокна, сетки, ткани, спутанные волокна, ячеистые заполнители, добавки, способствующие закупорке отверстий в месте повреждения и уносу внутреннего слоя.As a reinforcing filler of the composite layer according to any of the material embodiments, staple fibers, nets, fabrics, entangled fibers, cellular aggregates, additives that contribute to clogging of holes in the place of damage and ablation of the inner layer can be used.
Внешние гибкие слои по любому из вариантов исполнения материала отличаются по составу, при этом один из внешних гибких слоев обладает меньшей упругостью.The outer flexible layers according to any of the options for the execution of the material differ in composition, while one of the outer flexible layers has less elasticity.
Борсилоксаны представляют собой полимеры или олигомеры, в которых присутствует группировка Si-O-B. Они обладают свойствами силиконовых масел и полимерных материалов, сочетая в себе такие характеристики, как текучесть при статической нагрузке и упругость при кратковременной или ударной нагрузке. Предполагается, что эти свойства обусловлены межмолекулярными донорно-акцепторными взаимодействиями атомов бора и кислорода. Таким образом, борсилоксан представляет собой дилатантную (неньютоновскую) жидкость, которая при растяжении ведет себя подобно жевательной резинке или эластомеру, а при отсутствии внешнего напряжения превращается в вязкую жидкость, растекаясь по поверхности подложки. Благодаря способности растекаться при малых нагрузках в борсилоксановых композитах осуществляется массоперенос вещества к поврежденному участку.Borsiloxanes are polymers or oligomers in which the Si — O — B moiety is present. They possess the properties of silicone oils and polymeric materials, combining characteristics such as fluidity under static load and elasticity under short-term or shock loading. It is assumed that these properties are due to intermolecular donor-acceptor interactions of boron and oxygen atoms. Thus, borsiloxane is a dilatant (non-Newtonian) liquid that, when stretched, behaves like a chewing gum or elastomer, and in the absence of external stress turns into a viscous liquid, spreading over the surface of the substrate. Due to the ability to spread at low loads in the borsiloxane composites, mass transfer of the substance to the damaged area is carried out.
Для изготовления внешних гибких слоев могут быть использованы следующие материалы: полиолефины, полиорганосилоксаны, полихлоропрен, полиолефиновые эластомеры: полиизопрен (включая натуральный каучук), полиизобутилен, полибутадиен, полициклооктадиен, поливинил, силиконовые резины, например, силиконовая маслостойкая или теплостойкая резина СП-434, силиконовая резина повышенной температуростойкости СП-331, силиконовая резина СП-232, обладающая повышенной морозостойкостью до -100°С, монолитные силиконовые резины марок COHRlastic, Sil+60ЕХ, листовой силикон марки Si-KA-TEC (серий S-Flex, S-Heat, S-Safe); блок-сополимерные эластомеры (например, поливинилиденфторид-со-гексафторпропилен (ПВДФ-со-ГФП)).The following materials can be used to manufacture external flexible layers: polyolefins, polyorganosiloxanes, polychloroprene, polyolefin elastomers: polyisoprene (including natural rubber), polyisobutylene, polybutadiene, polycyclooctadiene, polyvinyl, silicone rubber, for example, silicone oil-resistant or heat-resistant silicone rubber, 43 high temperature resistance rubber SP-331, silicone rubber SP-232, with high frost resistance up to -100 ° C, monolithic silicone rubber grades COHRlastic, Sil + 60ЕХ, sheet with SiC-KA-TEC brand icon (S-Flex, S-Heat, S-Safe series); block copolymer elastomers (e.g. polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-co-HFP)).
Любой из указанных выше материалов внешнего гибкого слоя может быть армирован плетеным волокном или тканью, например, стеклотканью или углеродным, базальтовым, арамидным волокном или смесью волокон. Предпочтительная толщина внешнего гибкого слоя от 0,5 до 1 мм.Any of the above materials of the outer flexible layer can be reinforced with braided fiber or fabric, for example, fiberglass or carbon, basalt, aramid fiber or a mixture of fibers. The preferred thickness of the outer flexible layer is from 0.5 to 1 mm.
Композитные слои, слои из борсилоксанового олигомера или полимера, а также барьерный слой являются внутренними слоями самозалечивающегося материала.Composite layers, layers of a borsiloxane oligomer or polymer, and a barrier layer are internal layers of a self-healing material.
Борсилоксановые олигомеры или полимеры могут быть получены на основе диметилсилоксановых олигомеров с концевыми гидроксильными группами, олигомерных силоксанов с фенильными и винильными заместителями, с молекулярной массой до 50 тыс.и количеством звеньев в макромолекуле более 10.Borsiloxane oligomers or polymers can be obtained based on dimethylsiloxane oligomers with terminal hydroxyl groups, oligomeric siloxanes with phenyl and vinyl substituents, with a molecular weight of up to 50 thousand and the number of units in a macromolecule of more than 10.
Для изготовления барьерного слоя используют полиолефины, такие как: полиэтилен высокой плотности (HDPE), полиэтилен низкой плотности (LDPE), полипропилен (РР), полистирол (PS) и поливинилхлорид (PVC), полихлортрифторэтилен (PCTFE), полиорганосилоксаны, каучуки, вулканизированные полиолефины и хлорсульфонированный полиэтилен, а также смеси и сополимеры полимеров, перечисленных выше. Кроме того, барьерный слой может включать наполнитель, такой как армирующие волокна или наноматериалы, которые могут улучшать его механические и/или барьерные свойства. Барьерный слой может быть изготовлен только из барьерного материала или из барьерного материала в комплексе с другим материалом, таким как ткань.For the manufacture of the barrier layer, polyolefins are used, such as: high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), polypropylene (PP), polystyrene (PS) and polyvinyl chloride (PVC), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyorganosiloxanes, rubbers, vulcanized polyolefins and chlorosulfonated polyethylene, as well as mixtures and copolymers of the polymers listed above. In addition, the barrier layer may include a filler, such as reinforcing fibers or nanomaterials, which can improve its mechanical and / or barrier properties. The barrier layer can only be made of a barrier material or of a barrier material in combination with another material, such as fabric.
Группа изобретений поясняется чертежами.The group of inventions is illustrated by drawings.
Фиг. 1 - схематично показана структура композиционного слоистого самозалечивающегося материала согласно первому варианту исполнения.FIG. 1 schematically shows the structure of a composite laminated self-healing material according to a first embodiment.
Фиг. 2 - схематично показана структура композиционного слоистого самозалечивающегося материала согласно второму варианту исполнения.FIG. 2 schematically shows the structure of a composite laminated self-healing material according to a second embodiment.
Фиг. 3 - схематично показана структура композиционного слоистого самозалечивающегося материала согласно третьему варианту исполнения.FIG. 3 is a schematic illustration of the structure of a composite laminated self-healing material according to a third embodiment.
Проверка работоспособности предлагаемых вариантов композиционного материала в части самозалечивания и экспериментальное определение характеристик залечивания при пробое и порезе проводилась в лабораторной экспериментальной установке. Установка представляет собой камеру с фланцевым окошком, клапанами для напуска и выпуска газа, создающего давление в объеме установки, манометр для контроля давления. Во фланцевое окошко помещается образец композиционного материала более упругим внешним гибким слоем наружу и газоплотно фиксируется в нем. В камеру напускается газ, создается избыточное давление порядка 0,1÷0,3 ат, затем клапан подачи газа перекрывается. Данная установка позволяет изучать процессы самозалечивания в изготовленных композитах после их сквозного пробоя каким-либо объектом. Оценка реализации эффекта самозалечивания испытуемого образца слоистого композита и динамика залечивания проводилась по перепаду давления в камере, после образования в композите какого-либо дефекта с нарушением его сплошности. По перепаду давления отслеживаются параметры самозалечивания дефекта: когда после пробоя происходит снижение давления, а затем снижение давления останавливается и давление становится постоянным, принимаем, что отверстие от повреждения затянулось и произошла консолидация границ в композите. Испытания самозалечивающихся свойств композиционного материала осуществлялись посредством его пробоя различными по диаметру заостренными пробойниками диаметром 0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм, 2 мм, 2,5 мм; посредством сквозного разреза скальпелем и пробоя высокоскоростным объектом диаметром ~1 мм.Checking the health of the proposed options for composite material in terms of self-healing and experimental determination of the characteristics of healing during breakdown and cut was carried out in a laboratory experimental setup. The installation is a chamber with a flange window, valves for the inlet and outlet of gas, which creates pressure in the installation volume, a pressure gauge for monitoring pressure. A sample of the composite material is placed in the flange window with a more elastic external flexible layer outward and is tightly fixed in it. Gas is introduced into the chamber, an overpressure of the order of 0.1 ÷ 0.3 atm is created, then the gas supply valve is shut off. This setup allows you to study the processes of self-healing in manufactured composites after their through breakdown by any object. The implementation effect of the self-healing of the test sample of the layered composite and the healing dynamics were assessed by the pressure drop in the chamber, after the formation of any defect in the composite with a violation of its continuity. The self-healing of the defect is monitored by the pressure drop: when the pressure decreases after the breakdown, and then the pressure drop stops and the pressure becomes constant, we assume that the hole from the damage was delayed and the boundaries in the composite consolidated. Tests of the self-healing properties of the composite material were carried out by means of its breakdown with different diameters of pointed punches with a diameter of 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm; through a through cut with a scalpel and breakdown with a high-speed object with a diameter of ~ 1 mm.
Аналогичным образом было проведено испытание композиционного самозалечивающегося материала в условиях вакуума, когда образец был закреплен во фланцевом окошке более упругим слоем внутрь. Из камеры был откачен воздух до остаточного давления 7⋅10-4 атмосфер. На образец производилось воздействие высокоскоростным объектом (шариком из нержавеющей стали, диаметром ~1 мм), движущимся со скорость ~0,5 км/с.In a similar way, a composite self-healing material was tested under vacuum, when the sample was fixed in the flange window with a more elastic layer inward. Air was pumped out of the chamber to a residual pressure of 7⋅10 -4 atmospheres. The sample was exposed to a high-speed object (a stainless steel ball with a diameter of ~ 1 mm) moving at a speed of ~ 0.5 km / s.
Предлагаемая группа изобретений поясняется примерами.The proposed group of inventions is illustrated by examples.
Пример 1:Example 1:
Композиционный слоистый самозалечивающийся материал, выполненный согласно первому варианту изобретения (п.1 формулы), получен наложением друг на друга предварительно подготовленных и раскатанных до нужной толщины слоев, а затем вальцеванием до плотного прилегания слоев друг к другу и равномерного распределения внутренних слоев в композите.A composite layered self-healing material made according to the first embodiment of the invention (
Первый внешний гибкий слой 1 выполнен из монолитной силиконовой термостойкой резины марки Sil+600ЕХ (толщиной 0,5 мм). Внутренний слой 4 толщиной ~1-1,5 мм состоит из борсилоксанового олигомера с концевыми гидроксильными группами с молекулярной массой 20-30 тысяч и количеством звеньев в макромолекуле около 10. Композитный слой 3 толщиной ~0,5 мм выполнен пропиткой сетки термостойкого полиэстера борсилоксаном. Второй внешний гибкий слой 2 толщиной 0,3 мм состоит из силикона, армированного стеклотканью, марки Si-KA-TEC.The first outer
Для уплотнения и равномерного распределения внутренних слоев полученный композиционный материал выдерживали под прессом (около 2 кг) в течение 1-2 часов. Между этапами прокатки проводили вакуумирование для удаления возможных пузырьков воздуха в объеме материалов внутренних слоев и между слоями.For compaction and uniform distribution of the inner layers, the resulting composite material was kept under pressure (about 2 kg) for 1-2 hours. Between the rolling stages, evacuation was performed to remove possible air bubbles in the volume of materials of the inner layers and between the layers.
Нужные толщины слоев в лабораторных условиях получены с помощью прокатки прижимным валиком с полипропиленовым покрытием. Для этой цели также может быть использован метод прокатки материала слоя между валами или метод прессования слоя до заданной толщины.The required layer thicknesses in laboratory conditions were obtained by rolling with a pressure roller with a polypropylene coating. For this purpose, the method of rolling the layer material between the shafts or the method of pressing the layer to a predetermined thickness can also be used.
Готовый образец композиционного материала был испытан по приведенной выше методике при начальном избыточном давлении в камере 0,3 ат посредством его сквозного пробоя различными по диаметру заостренными пробойниками диаметром: 0,5 мм; 1 мм; 1,5 мм; 2 мм; 2,5 мм. В случае пробоя пробойниками диаметрами 0,5-1,5 мм давления в камере быстро стабилизировалось (за время около 1 с), а его снижение было незначительным. При пробое пробойником диаметром 2 мм давление также быстро стабилизировалось, а его снижение составило ~0,01 ат. При пробое пробойником диаметром 2,5 мм давление стабилизировалось за 1-2 с, а его снижение составило ~0,05 ат. При сквозном прорезе скальпелем длина оставленного прореза составила ~8 мм, давление снизилось на ~0,03 ат и стабилизировалось за время около 2 с.The finished composite material sample was tested according to the above procedure with an initial overpressure in the chamber of 0.3 atm by means of its through breakdown with different diameter punched punches with a diameter of: 0.5 mm; 1 mm; 1.5 mm; 2 mm; 2.5 mm. In the case of breakdown by punches with diameters of 0.5-1.5 mm, the pressure in the chamber quickly stabilized (over a period of about 1 s), and its decrease was insignificant. During breakdown with a punch with a diameter of 2 mm, the pressure also quickly stabilized, and its decrease was ~ 0.01 at. During breakdown with a punch with a diameter of 2.5 mm, the pressure stabilized in 1-2 s, and its decrease was ~ 0.05 at. With a through cut with a scalpel, the length of the left cut was ~ 8 mm, the pressure decreased by ~ 0.03 atm and stabilized over a period of about 2 s.
Пример 2:Example 2:
Композиционный слоистый самозалечивающийся материал, выполненный согласно второму варианту изобретения (п.5 формулы), получен тем же способом, который приведен в примере 1.A composite layered self-healing material made according to the second embodiment of the invention (claim 5) is obtained by the same method as in Example 1.
Два одинаковых композитных слоя (3, 5) толщиной ~0,5 мм выполнены из органосилоксановой матрицы, наполненной базальтовым волокном. При использовании в качестве наполнителей композитного слоя волокон он может быть изготовлен посредством смешения органосилоксановой матрицы с волокнами, которое осуществляется путем переминания, например, в аппарате для перемешивания с турбиной или вибрационной мешалкой.Two identical composite layers (3, 5) ~ 0.5 mm thick are made of an organosiloxane matrix filled with basalt fiber. When using a composite layer of fibers as fillers, it can be made by mixing an organosiloxane matrix with fibers, which is carried out by crushing, for example, in an apparatus for mixing with a turbine or a vibrating mixer.
Один внешний гибкий слой 1 толщиной 1 мм изготовлен из силиконовой резины повышенной температуростойкости СП-331, второй внешний гибкий слой 2 толщиной 0,42 мм - из силиконовой ткани серии S-Flex. Слой 4 толщиной около 1-1,5 мм состоит из борсилоксанового олигомера с молекулярной массой 40-50 тысяч.One outer
Композиционный слоистый самозалечивающийся материал может быть получен и другим способом: сначала соединяют наложением друг на друга первый внешний гибкий слой 1 с первым композитным слоем 3 и второй внешний гибкий слой 2 - со вторым композитным слоем 5, а затем полученные части композиционного материала композитными слоями накладывают на слой 4, а затем вальцуют до плотного прилегания слоев друг к другу и равномерного распределения слоя из борсилоксанового олигомера в композите.The composite layered self-healing material can be obtained in another way: first, by overlapping, the first outer
Образец полученного КССМ прошел испытания самозалечивающихся свойств по указанной выше методике и показал стабильную повторяемость эффекта самозалечивания. Утечки материала самозалечивающего слоя не наблюдалось. Также данный образец прошел испытание пробоя высокоскоростным объектом (шариком из нержавеющей стали) диаметром ~1 мм. В ходе испытания не наблюдалось видимого снижения давления в камере. Залечивание пробойного отверстия от шарика реализовывалось за времена менее 1 секунды.A sample of the obtained KSSM passed the tests of self-healing properties according to the above method and showed a stable repeatability of the self-healing effect. No material leakage of the self-healing layer was observed. Also, this sample was tested for breakdown by a high-speed object (stainless steel ball) with a diameter of ~ 1 mm. During the test, there was no apparent decrease in pressure in the chamber. Healing of the punch hole from the ball was realized in less than 1 second.
Пример 3:Example 3:
Композиционный слоистый самозалечивающийся материал, выполненный согласно третьему варианту изобретения (п.9 формулы) изготавливают тем же способом, который приведен в примере 1.Composite layered self-healing material made in accordance with the third embodiment of the invention (claim 9 of the formula) is made in the same way that is shown in example 1.
Первый композитный слой 3 изготовлен из органосилоксановой матрицы с 5 мас. % фенильных заместителей и молекулярной массой около 40 тысяч, наполненной базальтовым волокном. При этом второй композитный слой 5 состоит из синтепона, пропитанного борсилоксаном. Толщина каждого композитного слоя ~0,5 мм. Первый внешний гибкий слой 1 толщиной 1 мм состоит из силиконовой термостойкой резины повышенной температуростойкости СП-434, а второй внешний гибкий слой 2 выполнен толщиной 0,42 мм из силиконовой ткани серии S-Heat. Один внутренний слой 4 состоит из борсилоксанового олигомера на основе олигомерных силоксанов с 5 мас. % фенильных заместителей, второй внутренний слой 6 выполнен из борсилоксанового олигомера на основе олигомерных силоксанов с 8 мас. % винильных заместителей, при этом толщина каждого слоя около 0,5 мм. Барьерный слой 7 толщиной 0,1-0,2 мм выполнен из силикона.The first
Готовый образец КССМ был испытан по приведенной выше методике в условиях вакуума, когда образец был закреплен во фланцевом окошке более упругим - вторым внешним гибким слоем внутрь, при этом из камеры был откачен воздух до остаточного давления 7⋅10-4 ат. На образец производилось воздействие высокоскоростным объектом (шариком из нержавеющей стали, диаметром ~1 мм), движущимся со скорость ~0,5 км/с. В ходе испытания не наблюдалось видимого снижения вакуума в камере. Камера с образцом была выдержана еще 1 сутки без изменений, снижение вакуума также не наблюдалось. Утечки материала самозалечивающего слоя не наблюдалось.The finished KSSM sample was tested according to the above method under vacuum conditions, when the sample was fixed in the flange window with a more elastic one — the second outer flexible layer inside, while air was pumped out of the chamber to a residual pressure of 7⋅10 -4 at. The sample was exposed to a high-speed object (a stainless steel ball with a diameter of ~ 1 mm) moving at a speed of ~ 0.5 km / s. During the test, there was no apparent decrease in vacuum in the chamber. The chamber with the sample was kept for 1 more day unchanged; a decrease in vacuum was also not observed. No material leakage of the self-healing layer was observed.
Как показывают данные, приведенные в примерах, все испытываемые образцы показали устойчивый эффект самозалечивания: отверстия залечились практически мгновенно, давление в камере после пробоя стабилизировалось за несколько секунд, в дальнейшем оставалось постоянным.As the data in the examples show, all the tested samples showed a steady self-healing effect: the holes healed almost instantly, the pressure in the chamber after the breakdown stabilized in a few seconds, and then remained constant.
Предлагаемые структуры слоистого самовосстанавливающегося композиционного материала способны обеспечить получение как свойств самозалечивания, так и необходимых физико-механических характеристик, позволяющих использовать данные конструкции в жестких внешних условиях, например, когда необходима защита от повреждений, а оперативный ремонт затруднителен или невозможен.The proposed structure of a layered self-healing composite material is able to provide both self-healing properties and the necessary physical and mechanical characteristics that allow these structures to be used in harsh environmental conditions, for example, when protection against damage is necessary, and operational repair is difficult or impossible.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111370A RU2710623C1 (en) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | Composite layered self-healing material (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111370A RU2710623C1 (en) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | Composite layered self-healing material (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2710623C1 true RU2710623C1 (en) | 2019-12-30 |
Family
ID=69140783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019111370A RU2710623C1 (en) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | Composite layered self-healing material (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2710623C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2766219C1 (en) * | 2020-12-30 | 2022-02-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН) | Compositions for producing organosilicon materials with self-healing effect |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090191402A1 (en) * | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Board Of Trustees Of University Of Illinois | Self-Healing Laminate System |
| RU2383440C2 (en) * | 2004-01-19 | 2010-03-10 | Еласо Пти Лимитед | Elastic metal composite material, reinforced with fibres, having lamellar structure and having high impact resistance |
| EA013586B1 (en) * | 2006-04-12 | 2010-06-30 | ДСМ АйПи АССЕТС Б.В. | Laminate |
| RU2009148400A (en) * | 2009-12-24 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский военный институт ракетных войск имени | SELF-DIAGNOSTIC AND SELF-REDUCING COVERING OF COMPOSITE DESIGNS OF VARIOUS PURPOSE |
| RU2494872C2 (en) * | 2008-04-16 | 2013-10-10 | Эйрбас Оперэйшнз Лимитед | Laminar composite structure with self-restoring layer |
| US8920879B2 (en) * | 2007-06-08 | 2014-12-30 | Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Self-healing materials with microfluidic networks |
| RU2013153860A (en) * | 2013-12-04 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Южный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации" | METHOD FOR CREATING A SELF-HEALING POLYMER ANTI-FILTRATION SCREEN |
-
2019
- 2019-04-16 RU RU2019111370A patent/RU2710623C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2383440C2 (en) * | 2004-01-19 | 2010-03-10 | Еласо Пти Лимитед | Elastic metal composite material, reinforced with fibres, having lamellar structure and having high impact resistance |
| EA013586B1 (en) * | 2006-04-12 | 2010-06-30 | ДСМ АйПи АССЕТС Б.В. | Laminate |
| US8920879B2 (en) * | 2007-06-08 | 2014-12-30 | Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Self-healing materials with microfluidic networks |
| US20090191402A1 (en) * | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Board Of Trustees Of University Of Illinois | Self-Healing Laminate System |
| RU2494872C2 (en) * | 2008-04-16 | 2013-10-10 | Эйрбас Оперэйшнз Лимитед | Laminar composite structure with self-restoring layer |
| RU2009148400A (en) * | 2009-12-24 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский военный институт ракетных войск имени | SELF-DIAGNOSTIC AND SELF-REDUCING COVERING OF COMPOSITE DESIGNS OF VARIOUS PURPOSE |
| RU2013153860A (en) * | 2013-12-04 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Южный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации" | METHOD FOR CREATING A SELF-HEALING POLYMER ANTI-FILTRATION SCREEN |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2766219C1 (en) * | 2020-12-30 | 2022-02-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН) | Compositions for producing organosilicon materials with self-healing effect |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rahman et al. | Autonomic self-healing in epoxidized natural rubber | |
| JP5934197B2 (en) | Epoxy composite | |
| RU2710623C1 (en) | Composite layered self-healing material (versions) | |
| Boubakri et al. | Influence of thermal aging on tensile and creep behavior of thermoplastic polyurethane | |
| NO337100B1 (en) | Cement mixing and method of sealing in a wellbore | |
| CN106457744A (en) | Polymer multi-lyered film | |
| LE CAM et al. | Description of fatigue damage in carbon black filled natural rubber | |
| US20110210521A1 (en) | Seal | |
| Zhang et al. | Failure behavior of resorcinol–formaldehyde latex coated aramid short‐fiber‐reinforced rubber sealing under transverse tension | |
| KR101669448B1 (en) | Sprayed low viscosity and non-hardening waterproof agent comprising crosslinking small-sized EPDM and manufacturing method thereof | |
| CN100375676C (en) | Elastomer-bonded sheet material and process for its production | |
| Zain et al. | Durability of green polyurethane adhesive bonded aluminum alloy in dry and hydrothermal ageing conditions | |
| US20160326759A1 (en) | Restorative waterproofing membrane and method of forming the same | |
| CN104059303A (en) | Buffer Material And Sealing Material | |
| Chen et al. | Compressive fatigue response and reliability analysis of thermoplastic composite with low‐velocity impact damage | |
| KR101624001B1 (en) | Polymer fabric composition, method of manufacture and use thereof | |
| Ghasemi et al. | Failure analysis of the Nol‐ring polymer matrix composites under thermal cycling | |
| TWI642703B (en) | Foam adhesion promotion | |
| JP2018528336A (en) | Aramid fiber modification method | |
| Wang et al. | Surface Free Energy Theory for Evaluating Moisture Damage in Expandable Polyurethane Grouting Materials | |
| WO2017116819A1 (en) | Oil sands liner system | |
| CZ209196A3 (en) | Double-walled tank and process for producing thereof | |
| RU2375563C1 (en) | Propping agent with resinous surface and method of its backflow prevention | |
| Campion | Durability review of elastomers for severe fluid duties | |
| Zhang et al. | Interplay between mechanical fatigue and network structure and their effects on mechanical and electrical properties of thin Silicone films with varying stoichiometric imbalance |