RU2718831C1 - Epoxy binder, prepreg based thereon and article made therefrom - Google Patents

Epoxy binder, prepreg based thereon and article made therefrom Download PDF

Info

Publication number
RU2718831C1
RU2718831C1 RU2019132095A RU2019132095A RU2718831C1 RU 2718831 C1 RU2718831 C1 RU 2718831C1 RU 2019132095 A RU2019132095 A RU 2019132095A RU 2019132095 A RU2019132095 A RU 2019132095A RU 2718831 C1 RU2718831 C1 RU 2718831C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
epoxy
binder
bisphenol
prepreg
rubber
Prior art date
Application number
RU2019132095A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталия Николаевна Панина
Лариса Владимировна Чурсова
Татьяна Анатольевна Гребенева
Дмитрий Ильич Коган
Андрей Александрович Брятцев
Егор Ильич Голиков
Александра Николаевна Пушкарь
Original Assignee
Акционерное общество "Препрег-Современные Композиционные Материалы"
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 Акционерное общество "Препрег-Современные Композиционные Материалы" filed Critical Акционерное общество "Препрег-Современные Композиционные Материалы"
Priority to RU2019132095A priority Critical patent/RU2718831C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2718831C1 publication Critical patent/RU2718831C1/en

Links

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
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J163/00Adhesives based on epoxy resins; Adhesives based on derivatives of epoxy resins

Abstract

FIELD: chemistry; technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to making melt epoxy binders for producing structural polymer composite materials (PCM) resistant to impact effects based on fibrous reinforcing fillers formed by prepreg technology, which can be used in automotive and shipbuilding, for making functional prosthetic products, in sports and leisure industry and in other industries. Epoxy binder includes a mixture of liquid and solid difunctional epoxy resins based on bisphenol A, a rubber-containing component consisting of core-shell type rubber nanoparticles distributed in epoxy resin based on bisphenol A, a thermoplastic, a latent hardener – dicyandiamide, a curing accelerator – asymmetrically disubstituted urea, a difunctional epoxy resin based on bisphenol F and a polyfunctional epoxy resin. Prepreg contains said epoxy binder and fibrous filler. Product is produced by vacuum-pressure molding or direct pressing of prepreg.
EFFECT: invention is characterized by high technological viability of binder and prepregs based on it at temperature of 25 °C, increased glass transition temperature, as well as an index of impact strength of the formed PCM samples.
8 cl, 3 tbl, 10 ex

Description

Изобретение относится к области создания расплавных эпоксидных связующих для получения устойчивых к ударным воздействиям конструкционных полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе волокнистых армирующих наполнителей, формируемых по препреговой технологии, которые могут быть использованы в авто- и судостроении, для изготовления изделий функционального протезирования, в индустрии спорта и отдыха и других отраслях.The invention relates to the field of creating melt epoxy binders to obtain impact-resistant structural polymer composite materials (PCM) based on fiber reinforcing fillers formed by prepreg technology, which can be used in auto and shipbuilding, for the manufacture of functional prosthetics, in industry sports and recreation and other industries.

Из уровня техники известно эпоксифенольное связующее для получения стеклопластиков, предназначенных для изготовления изделий в протезной промышленности по препреговой технологии (см.RU 2118966 C1, опубл.20.09.1998). В состав связующего входят: эпоксидиановый олигомер марки ЭД-20, резольная фенолформальдегидная смола марки СФ 341, спирто-ацетоновая смесь и комплекс трехфтористого бора с изофорондиамином. Препрег, получаемый по растворной технологии, состоит из: 61,6 - 61,9 мас. % эпоксифенольного связующего и 38,1 - 38,4 мас.% стеклоткани марки Т-13.The prior art epoxyphenol binder for the manufacture of fiberglass intended for the manufacture of products in the prosthetic industry using prepreg technology (see RU 2118966 C1, publ. 09/20/1998). The binder consists of: epoxidian oligomer, grade ED-20, rezol phenol-formaldehyde resin, grade SF 341, alcohol-acetone mixture and a complex of boron trifluoride with isophorondiamine. The prepreg obtained by mortar technology consists of: 61.6 - 61.9 wt. % epoxyphenolic binder and 38.1 - 38.4 wt.% fiberglass brand T-13.

Основной недостаток этого эпоксифенольного связующего заключается в том, что оно является композицией растворного типа и содержит большое количество легколетучих органических растворителей (до 50 %), что усложняет процесс формирования ПКМ на его основе и создает опасность загрязнения воздушной среды производственных помещений, способствуя ухудшению санитарно-гигиенической, пожарной и экологической безопасности процесса его переработки. Кроме того, удаление легколетучих растворителей из состава препрегового связующего при формовании изделий обычно приводит к созданию материалов с высокой пористостью, образованию дефектов и раковин, которые являются концентраторами напряжения и ослабляют полимерную основу. Возникшие дефекты с течением времени разрастаются и становятся основными причинами разрушения полимерных композитных изделий при критических ударных нагрузках. The main disadvantage of this epoxyphenolic binder is that it is a composition of the mortar type and contains a large number of volatile organic solvents (up to 50%), which complicates the formation of PCM on its basis and poses a risk of air pollution of industrial premises, contributing to the deterioration of sanitary and hygienic , fire and environmental safety of the process of its processing. In addition, the removal of volatile solvents from the composition of the prepreg binder during molding of products usually leads to the creation of materials with high porosity, the formation of defects and shells, which are stress concentrators and weaken the polymer base. Defects that have arisen over time grow and become the main causes of the destruction of polymer composite products under critical shock loads.

Известно другое эпоксидное связующее (см. US6838176 B2, working example 27, опубл.04.01.2005), содержащее: 38,0 масс. % эпоксидной смолы на основе N,N'-тетраглицидил-4,4'-диаминодифенилметана марки Epikote 604, 25,3 масс.% эпоксидной смолы аминофенольного типа марки Sumiepoxy ELM-100, 6,3 масс.% латентного катализатора на основе имидазола марки Novacure HX3722, 28,5 масс. % отвердителя 4,4'-диаминодифенилсульфона марки Seikacure и 1,9 % масс. фенилдиметилмочевины марки Omicure 94.Another epoxy binder is known (see US6838176 B2, working example 27, publ. 04.01.2005), containing: 38.0 mass. % epoxy resin based on N, N'-tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane brand Epikote 604, 25.3 wt.% epoxy resin aminophenol type brand Sumiepoxy ELM-100, 6.3 wt.% latent catalyst based on imidazole brand Novacure HX3722, 28.5 mass. % hardener 4,4'-diaminodiphenylsulfone brand Seikacure and 1.9% of the mass. Omicure 94 phenyldimethylurea.

Препрег получают путем пропитывания армирующего волокнистого углематериала марки TR50S-12L данным эпоксидным связующим. Созданный препрег можно использовать для изготовления изделий спортивного и развлекательного назначения, элементов транспорта и прочего промышленного применения. A prepreg is prepared by impregnating a TR50S-12L reinforcing fiber material with this epoxy binder. The created prepreg can be used for the manufacture of sports and entertainment products, transport elements and other industrial applications.

Одним из основных недостатков этого изобретения является то, что в составе связующего отсутствуют модификаторы для повешения деформационной стойкости, ударной прочности и трещиностойкости, что не обеспечивает гарантий длительной и надежной эксплуатации создаваемых изделий из ПКМ на основе предлагаемых связующего и препрега в условиях возникающих механических нагрузок. Так как известно, что при всех своих преимуществах большинство отвержденных не модифицированных эпоксидных композиций представляют собой достаточно хрупкие материалы, имеющие низкие деформационные и ударопрочные показатели.One of the main disadvantages of this invention is that there are no modifiers in the binder to increase the deformation resistance, impact strength and crack resistance, which does not guarantee long-term and reliable operation of the PCM products based on the proposed binder and prepreg under conditions of mechanical stress. Since it is known that with all its advantages, most cured unmodified epoxy compositions are quite brittle materials with low deformation and impact resistance.

Наиболее близкими аналогами, принятыми за прототип, являются (см. US6063839 А1, working example 3, опубл. 16.05.2000г.):The closest analogues adopted for the prototype are (see US6063839 A1, working example 3, publ. 16.05.2000):

- эпоксидная композиция, представляющая собой смесь жидкой дифункциональной эпоксидной смолы на основе бисфенола А марки Epikote 828 - 32,3 масс. %, твердой дифункциональной эпоксидной смолы на основе бисфенола А марки Epikote 1001 - 48,4 масс. %, каучука, представляющего собой наночастицы типа «ядро-оболочка» марки Kureha Paraloid EXL-2655, состоящие из ядра сополимера бутадиена и стирола, и оболочки из алкилметакрилатного полимера - 8,1 масс. %, термопласта полиэфирсульфона марки PES 5003P - 4,8 масс. %, латентного отвердителя дициандиамида марки DICY7 - 3,2 масс. % и ускорителя отверждения несимметричной дизамещенной мочевины марки DCMU-99 - 3,2 масс. %;- epoxy composition, which is a mixture of a liquid difunctional epoxy resin based on bisphenol A brand Epikote 828 - 32.3 mass. %, solid difunctional epoxy resin based on bisphenol A brand Epikote 1001 - 48.4 mass. %, rubber, which is a core-shell nanoparticle of the brand Kureha Paraloid EXL-2655, consisting of a core of a copolymer of butadiene and styrene, and a shell of an alkyl methacrylate polymer - 8.1 mass. %, thermoplastic polyethersulfone brand PES 5003P - 4.8 wt. %, latent hardener of dicyandiamide brand DICY7 - 3.2 wt. % and accelerator curing asymmetric disubstituted urea brand DCMU-99 - 3.2 mass. %;

- однонаправленный препрег, содержащий указанное эпоксидное связующее и углеродное армирующее волокно марки Toray T700S (производитель Toray Co.), при соотношении компонентов: связующее - 33 масс. %, углеродный волокнистый наполнитель - 67 масс. %; - unidirectional prepreg containing the specified epoxy binder and carbon reinforcing fiber brand Toray T700S (manufacturer Toray Co.), with a ratio of components: binder - 33 mass. %, carbon fiber filler - 67 mass. %;

- изделие из препрега получают методом вакуум-автоклавного формования при вакууме 0,29 МПа по режиму: повышение температуры со скоростью 1,5 °С/мин до 135 °С; выдержка при температуре 135°С в течении 2 ч. Из полученного препрега изготавливают клюшки для гольфа, бейсбольные биты, теннисные и бадминтонные ракетки, хоккейные клюшки и др.- the prepreg product is obtained by vacuum-autoclave molding under vacuum of 0.29 MPa according to the following conditions: temperature increase at a speed of 1.5 ° C / min to 135 ° C; holding at a temperature of 135 ° C for 2 hours. Golf clubs, baseball bats, tennis and badminton rackets, hockey sticks, etc. are made from the obtained prepreg.

Недостатками указанных прототипов являются:The disadvantages of these prototypes are:

- пониженная технологическая жизнеспособность эпоксидного связующего и препрегов на его основе при температуре 25 °С (быстрый набор вязкости связующего в процессе хранения);- reduced technological viability of the epoxy binder and prepregs based on it at a temperature of 25 ° C (a quick set of viscosity of the binder during storage);

- низкие термомеханические (температура стеклования) свойства и недостаточно высокая стойкость к ударным нагрузкам (невысокий показатель ударной вязкости) формируемых образцов ПКМ.- low thermomechanical (glass transition temperature) properties and insufficiently high resistance to shock loads (low impact strength) of the formed PCM samples.

Наличие в связующем-прототипе большого количества (3,2 масс. %) ускорителя отверждения несимметричной дизамещенной мочевины марки DCMU-99, обладающего высокой каталитической активностью, способствует ускоренной активизации процесса отверждения связующего уже при комнатной температуре и приводит к быстрому нарастанию вязкости, снижению его жизнеспособности и препрега на его основе в процессе хранения при температуре 25°С, что существенно ухудшает их технологические свойства. Активно прогрессирующее в процессе хранения понижение технологических характеристик препрегов (рост вязкости связующего и сопутствующие этому процессу изменения: снижение драпируемости, уменьшение эластичности и гибкости, исчезновение необходимой контактной липкости и др.) усложняет процесс сборки технологического пакета препрега, что особенно проблематично при изготовлении деталей сложной конфигурации. The presence in the binder-prototype of a large number (3.2 wt.%) Of the curing accelerator of asymmetric disubstituted urea DCMU-99 with high catalytic activity, accelerates the curing process of the binder even at room temperature and leads to a rapid increase in viscosity, reducing its viability and a prepreg based on it during storage at a temperature of 25 ° C, which significantly impairs their technological properties. The decrease in technological characteristics of prepregs, which is actively progressing during storage, decreases the viscosity of the binder and changes associated with this process: decrease in drapeability, decrease in elasticity and flexibility, the disappearance of the necessary contact tack, etc.) complicates the assembly of the prepreg technological package, which is especially problematic in the manufacture of parts of complex configuration .

Кроме того, перед синтезом связующего-прототипа каучуковые наночастицы совмещают с жидкой эпоксидной смолой для получения дисперсии. Полученные таким образом каучук-содержащие системы, не стабильны и не однородны по своему составу, характеризуются быстрым осаждением наночастиц, их агломерацией, возможностью быть отфильтрованными при прохождении через волокнистый наполнитель, что не дает возможности создавать гомогенные эпоксидные связующие однородного состава.In addition, before the synthesis of the prototype binder, rubber nanoparticles are combined with a liquid epoxy resin to form a dispersion. The rubber-containing systems obtained in this way are not stable and not uniform in composition, are characterized by rapid deposition of nanoparticles, their agglomeration, the ability to be filtered when passing through a fibrous filler, which makes it impossible to create homogeneous epoxy binders of a homogeneous composition.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение заключается в создании высококачественных изделий из полимерных композиционных материалов с высокими термомеханическими свойствами и с повышенной стойкостью к ударным нагрузкам.The technical problem to which the invention is directed is to create high-quality products from polymer composite materials with high thermomechanical properties and with increased resistance to shock loads.

Технический результат достигаемый при решении технической проблемы заключается в увеличении технологической жизнеспособности связующего и препрегов на его основе при температуре 25°С путем снижения коэффициента роста вязкости связующего, повышении температуры стеклования, а также показателя ударной вязкости формируемых образцов ПКМ.The technical result achieved by solving the technical problem is to increase the technological viability of the binder and prepregs based on it at a temperature of 25 ° C by reducing the growth coefficient of the binder viscosity, increasing the glass transition temperature, as well as the impact strength of the formed PCM samples.

Технический результат достигается тем, что эпоксидное связующее, включает смесь жидкой и твердой дифункциональных эпоксидных смол на основе бисфенола А, каучук, термопласт, латентный отвердитель - дициандиамид (ДЦДА), ускоритель отверждения - несимметрично дизамещенную мочевину, при этом в качестве каучука используется каучук-содержащий компонент, состоящий из каучуковых наночастиц типа «ядро-оболочка» распределенных в эпоксидной смоле на основе бисфенола А, в качестве термопласта, используется термопласт, выбранный из группы: полиарилсульфон, полиэфирсульфон, феноксисмолы или их смеси, а также содержит дифукциональную эпоксидную смолу на основе бисфенола F и полифункциональную эпоксидную смолу, при следующем соотношении компонентов, масс. %.:The technical result is achieved by the fact that the epoxy binder comprises a mixture of liquid and solid difunctional epoxy resins based on bisphenol A, rubber, thermoplastic, latent hardener - dicyandiamide (DCDA), a curing accelerator - asymmetrically disubstituted urea, while rubber containing rubber is used a component consisting of rubber nanoparticles of the "core-shell" type distributed in an epoxy resin based on bisphenol A, as a thermoplastic, a thermoplastic selected from the group: polyari is used lsulfon, polyethersulfone, phenoxy resins or mixtures thereof, and also contains a difunctional epoxy resin based on bisphenol F and a polyfunctional epoxy resin, in the following ratio of components, mass. % .:

жидкая дифункциональная эпоксидная смолаliquid difunctional epoxy на основе бисфенола Аbased on bisphenol A 9,0 - 13,59.0 - 13.5 твердая дифункциональная эпоксидная смолаsolid difunctional epoxy на основе бисфенола Аbased on bisphenol A 8,0 - 14,08.0 - 14.0 латентный отвердитель - дициандиамидlatent hardener - dicyandiamide 5,0 - 7,05.0 - 7.0 ускоритель отверждения -curing accelerator - несимметрично дизамещенная мочевинаasymmetrically disubstituted urea 0,5 - 2,5 0.5 - 2.5 каучук-содержащий компонентrubber component 36,0 - 44,036.0 - 44.0 термопластthermoplastic 7,0 - 13,07.0 - 13.0 дифункциональная эпоксидная смола difunctional epoxy на основе бисфенола Fbased on bisphenol F 9,5 - 13,5 9.5 - 13.5 полифункциональная эпоксидная смолаpolyfunctional epoxy 6,5 - 10,0 6.5 - 10.0

Кроме того, эпоксидное связующее может содержать технологическую добавку на основе смеси олигомерных веществ и агентов смачивающих армирующие волокна используемых наполнителей в количестве 0,1 - 1,0 масс. % от всей композиции.In addition, the epoxy binder may contain a technological additive based on a mixture of oligomeric substances and agents wetting the reinforcing fibers of the used fillers in an amount of 0.1 - 1.0 mass. % of the total composition.

Для достижения технического результата предложен также препрег, включающий указанное эпоксидное связующее и волокнистый наполнитель, при следующем соотношении компонентов, масс. %:To achieve a technical result, a prepreg is also proposed, including the specified epoxy binder and a fibrous filler, in the following ratio of components, mass. %:

эпоксидное связующее epoxy binder 30,0 - 50,030.0 - 50.0 волокнистый наполнитель fiberfill 50,0 - 70,0.50.0 - 70.0.

В качестве волокнистого наполнителя могут использоваться волокнистые стекло-, угле- и органонаполнители или их комбинации (гибридные слоистые пластики).As the fibrous filler can be used fibrous glass, carbon and organofillers or combinations thereof (hybrid laminated plastics).

Изделия получают путем вакуум-автоклавного формования или прямого прессования препрега на основе заявленного эпоксидного связующего.Products are obtained by vacuum autoclave molding or direct compression of a prepreg based on the claimed epoxy binder.

Предлагаемое эпоксидное связующее характеризуется оптимально сбалансированным соотношением используемых компонентов, что обеспечивает повышенную технологическую жизнеспособностью препрегов на его основе и способствует формированию ПКМ с увеличенными термомеханическими характеристиками и повышенными стабильными показателями ударной прочности в сравнении с прототипом.The proposed epoxy binder is characterized by an optimally balanced ratio of the components used, which provides increased technological viability of the prepregs based on it and contributes to the formation of PCM with increased thermomechanical characteristics and increased stable impact indicators in comparison with the prototype.

Для создания эпоксидного связующего в качестве жидкой дифункциональной эпоксидной смолы на основе бисфенола А (4,4'-дигидрокси-2,2-дифенилпропана) могут быть использованы низковязкие эпоксидные смолы марок Araldite GY 250 (производитель Huntsman Advanced Materials), D.E.R. 330 (производитель Olin) и др.;To create an epoxy binder, low viscosity epoxy resins Araldite GY 250 (manufactured by Huntsman Advanced Materials), D.E.R. can be used as a liquid difunctional epoxy based on bisphenol A (4,4'-dihydroxy-2,2-diphenylpropane). 330 (manufacturer Olin) and others;

В качестве твердой дифункциональной эпоксидной смолы на основе бисфенола А (4,4'-дигидрокси-2,2-дифенилпропана) могут быть использованы кристаллические эпоксидные смолы марок YD-011 (производитель KUKDO Chemical Co., Ltd), NPES-901 (производитель Nan Ya Plastics Corporation) и др.As a solid difunctional epoxy resin based on bisphenol A (4,4'-dihydroxy-2,2-diphenylpropane), crystalline epoxies of the grades YD-011 (manufactured by KUKDO Chemical Co., Ltd), NPES-901 (manufactured by Nan) can be used Ya Plastics Corporation) et al.

В качестве латентного отвердителя ДЦДА в изобретении могут использоваться: DYHARD 100S (производитель AlzChem), DICY 7 (производитель Japan Epoxy Resins) и др.;As the latent hardener of DCDA in the invention, the following can be used: DYHARD 100S (manufacturer AlzChem), DICY 7 (manufacturer Japan Epoxy Resins), etc .;

В качестве ускорителя несимметрично дизамещенной мочевины могут быть использованы, например, 2,4-толуилиден бисдиметил мочевина (марка Omncure U-24, производитель CVC Thermoset Specialties), 1,1-диметил-3-(3,4-дихлорфенил)мочевина (марка DCMU-99, производитель Hodogaya Chemical Industry Co), 1,3-бис-(N,N-диметилкарбамид)-4-метилбензол (марка DYHARD UR-500, производитель AlzChem), мочевина марки Dyhard URAcc 13 (производитель AlzChem) и др.;As an accelerator of asymmetrically disubstituted urea, for example, 2,4-toluylidene bisdimethyl urea (brand Omncure U-24, manufacturer CVC Thermoset Specialties), 1,1-dimethyl-3- (3,4-dichlorophenyl) urea (brand DCMU-99, manufacturer of Hodogaya Chemical Industry Co), 1,3-bis- (N, N-dimethylcarbamide) -4-methylbenzene (brand DYHARD UR-500, manufacturer AlzChem), urea brand Dyhard URAcc 13 (manufacturer AlzChem), etc. .;

В качестве каучук-содержащего компонента, может быть использована одна из композиций с торговой маркой Kane Ace MX120 или Kane Ace MX125 (производитель Kaneka Corporation), состоящая из каучуковых наночастиц типа «ядро-оболочка», распределенных в эпоксидной смоле на основе бисфенола А и др.; As a rubber-containing component, one of the compositions with the brand name Kane Ace MX120 or Kane Ace MX125 (manufactured by Kaneka Corporation), consisting of rubber nanoparticles of the "core-shell" type distributed in an epoxy resin based on bisphenol A and others, can be used. .;

В качестве термопласта, может использоваться один термопласт, выбранный из ряда: полиарилсульфон марки ПСФФ-30 (производитель АО «Институт пластмасс им. Г.С. Петрова») или другой, либо полиэфирсульфон, таких марок как ПСК-1 (производитель АО «Институт пластмасс им. Г.С. Петрова»), PES5003P (производитель Sumitomo Chemical KK) или другой, либо феноксисмола марок, PKHВ или PKHH (производитель фирма Gabriel Phenoxies Inc) и др. или их смеси; As a thermoplastic, one thermoplastic can be used selected from the series: PSFF-30 polyarylsulfone (manufactured by JSC Institute of Plastics named after G. Petrov) or another, or polyethersulfone, such brands as PSK-1 (manufactured by Institute Institute G.S. Petrov plastics "), PES5003P (manufacturer Sumitomo Chemical KK) or another, or phenoxysmol grades, PKHB or PKHH (manufacturer Gabriel Phenoxies Inc), etc., or mixtures thereof;

В качестве дифункциональной эпоксидной смолы на основе бисфенола F (дифенилолметана) могут быть использованы эпоксидные смолы марок Araldite GY 285 (производитель Huntsman Advanced Materials), смола YDF-170 (производитель KUKDO Chemical Co., Ltd) и др.; As a difunctional epoxy resin based on bisphenol F (diphenylolmethane), epoxy resins of the Araldite GY 285 grade (manufactured by Huntsman Advanced Materials), resin YDF-170 can be used (manufacturer KUKDO Chemical Co., Ltd) and others;

В качестве полифункциональной эпоксидной смолы может использоваться одна из смол, выбранная из группы: полифункциональная эпоксидная смола на основе фенола марки ЭН-6 (производитель ООО «Дорос»), полифункциональная азотосодержащая эпоксидная смола с хлором марки ЭХД (производитель ЗАО «Химэкс Лимитед»), полифункциональная эпоксидная смола на основе трифенола марки ЭТФ (производитель ООО «НПП «Макромер») и др.; As a polyfunctional epoxy resin, one of the resins selected from the group can be used: a polyfunctional epoxy resin based on phenol of the EN-6 brand (manufactured by Doros LLC), a polyfunctional nitrogen-containing epoxy resin with chlorine grade ECD (manufactured by Khimex Limited CJSC), ETF polyfunctional epoxy resin based on triphenol (manufacturer LLC NPP Macromer) and others;

В качестве технологической добавки на основе смеси олигомерных веществ и агентов смачивающих армирующие волокна применяемых наполнителей может использоваться продукт с торговой маркой BYK-P 9920 (производитель компания BYK Additives & Instruments) или др. As a technological additive based on a mixture of oligomeric substances and agents wetting the reinforcing fibers of the used fillers, a product with the trademark BYK-P 9920 (manufactured by BYK Additives & Instruments) or others can be used.

Предлагаемое связующее содержит не только меньшее количество ускорителя отверждения - несимметричную дизамещенную мочевину (0,5 ÷ 2,5 масс. %), но и полифункциональную эпоксидную смолу с пониженной реакционной способностью. Стерические факторы, присущие большим компактным молекулам полифункциональных эпоксидных смол, оказывают сдерживающее влияние на их реакционную способность: объемные структуры, образующиеся в процессе полимеризации, активно блокируют реакционные центры, что затрудняет и снижает их реакционную способность. Благодаря наблюдаемому синергетическому эффекту при использовании небольшого оптимального количества ускорителя отверждения - несимметричной дизамещенной мочевины и малоактивной полифункциональной эпоксидной смолы, происходит снижение активности процесса отверждения при комнатной температуре и предлагаемое эпоксидное связующее характеризуется низким показателем роста вязкости, а препреги на его основе обладают улучшенными технологическими характеристиками - длительной жизнеспособностью при температуре хранения 25°С. The proposed binder contains not only a smaller amount of curing accelerator - asymmetric disubstituted urea (0.5 ÷ 2.5 wt.%), But also a multifunctional epoxy resin with reduced reactivity. The steric factors inherent in large compact molecules of polyfunctional epoxy resins have a restraining effect on their reactivity: bulk structures formed during the polymerization actively block reaction centers, which complicates and reduces their reactivity. Due to the observed synergistic effect when using a small optimal amount of curing accelerator - asymmetric disubstituted urea and low-active polyfunctional epoxy, the curing process decreases at room temperature and the proposed epoxy binder is characterized by a low viscosity growth rate, and the prepregs based on it have improved technological characteristics - long-term viability at a storage temperature of 25 ° C.

Широко применяемый латентный отвердитель - дициадиамид (ДЦДА), представляет собой многофункциональную сопряженную систему класса гуанидинов, способную к глубоким степеням отверждения эпоксидов по поликонденсационному и полимеризационному механизмам одновременно, позволяет получать густосшитую или менее плотно сшитую молекулярную структуру отвержденного эпоксидного связующего в зависимости от используемого его количества. В составе предлагаемого эпоксидного связующего содержится большее количество латентного отвердителя ДЦДА (5,0 ÷ 7,0 масс. %), чем в рассмотренном связующем-прототипе (3,2 масс. %), что позволяет получить более густосшитую молекулярную структуру отвержденного эпокиполимера. Такая часто сшитая (с высокой плотностью химических связей) сформированная отвержденная полимерная структура характеризуется повышенными термомеханическими характеристиками и обеспечивает более высокую теплостойкость (температуру стеклования) заявленного эпоксидного связующего и композитных материалов на его основе, в сравнении с рассматриваемыми прототипами. The widely used latent hardener - dicyadiamide (DCDA), is a multifunctional conjugated class system of the guanidines class, capable of deep degrees of cure of epoxides by polycondensation and polymerization mechanisms at the same time, allows to obtain a densely crosslinked or less densely crosslinked molecular structure of the cured epoxide binder depending on its amount used. The composition of the proposed epoxy binder contains a larger amount of latent hardener DTSDA (5.0 ÷ 7.0 wt.%) Than in the considered binder prototype (3.2 wt.%), Which allows to obtain a more densely crosslinked molecular structure of the cured epoxypolymer. Such a frequently crosslinked (with a high density of chemical bonds) formed cured polymer structure is characterized by increased thermomechanical characteristics and provides higher heat resistance (glass transition temperature) of the claimed epoxy binder and composite materials based on it, in comparison with the prototypes under consideration.

Известно, что для повышения характеристик ударной прочности эпоксидного связующего и материалов на его основе обычно осуществляют физико-химическую модификацию полимерной композиции, путем введения в нее эффективных модификаторов повышения прочностных характеристик и ударной стойкости - каучуков или термопластов. It is known that to improve the impact characteristics of the epoxy binder and materials based on it, physicochemical modification of the polymer composition is usually carried out by introducing effective modifiers to increase the strength characteristics and impact resistance — rubbers or thermoplastics — into it.

Используемые термопласты-модификаторы при отверждении обычно не встраиваются в структуру эпоксикомпозита, а образуют отдельную микрофазу, которая обеспечивает снижение внутренних напряжений и увеличение деформационной стойкости, ударной вязкости, эластичности и трещиностойкости. При воздействии критических ударных нагрузок на модифицированные материалы, растущие микротрещины, натыкаясь в полимерной матрице на пластичную фазу, рассеиваются, а их рост задерживается. Для дальнейшего увеличения микротрещины требуется гораздо больше энергии, что в конечном итоге увеличивает необходимые затраты энергии для полного разрушения материала, повышая его ударную прочность.The used thermoplastics-modifiers during curing usually do not integrate into the epoxy composite structure, but form a separate microphase, which provides a reduction in internal stresses and an increase in deformation resistance, impact strength, elasticity and crack resistance. Under the influence of critical shock loads on modified materials, growing microcracks, bumping into the plastic phase in the polymer matrix, dissipate, and their growth is inhibited. To further increase microcracks, much more energy is required, which ultimately increases the required energy costs for the complete destruction of the material, increasing its impact strength.

В заявленном эпоксидном связующем наряду с термопластом в качестве модификатора ударной прочности используется каучук-содержащий компонент, который представляет собой эпоксидную смолу на основе бисфенола А, в которой равномерно распределено 25 масс. % каучуковых наночастиц типа «ядро-оболочка». Каучуковые наночастицы типа «ядро-оболочка» состоят из внешней оболочки и сердечника и созданы таким образом, что внешняя оболочка является твердым материалом на основе акрилата, а внутри в качестве сердечника используется жидкий полибутадиен-стирольный каучук. Преимуществом использования таких упрочняющих наночастиц является их способность равномерно распределяться по композиции, формируя фазовые микродомены в виде каучукоподобного материала. При критическом нагружении таких структур энергия деформации не просто рассеивается на конце трещины, как в случае с термопластами, а приводит к кавитации ядра каучуковых наночастиц, что способствует существенному поглощению энергии разрушения при ударе, и прерывает дальнейшее разрушающее воздействие, демонстрируя эффективность используемого модификатора повышения ударной прочности. Увеличенное содержание упрочняющих модификаторов - каучуков и термопластов в связующем способствует значительному повышению ударной прочности формируемых эпоксикомпозитов. In the claimed epoxy binder, along with a thermoplastic, a rubber-containing component is used as an impact modifier, which is an epoxy resin based on bisphenol A, in which 25 masses are evenly distributed. % rubber nanoparticles of the type "core-shell". Rubber nanoparticles of the "core-shell" type consist of an outer shell and core and are designed in such a way that the outer shell is a solid material based on acrylate and liquid polybutadiene-styrene rubber is used as the core. An advantage of using such reinforcing nanoparticles is their ability to evenly distribute throughout the composition, forming phase microdomains in the form of a rubbery material. Under critical loading of such structures, the deformation energy does not just dissipate at the end of the crack, as is the case with thermoplastics, but leads to cavitation of the core of rubber nanoparticles, which contributes to a significant absorption of the destruction energy upon impact, and interrupts further destructive action, demonstrating the effectiveness of the modifier used to increase impact strength . The increased content of hardening modifiers - rubbers and thermoplastics in the binder contributes to a significant increase in the impact strength of the formed epoxy composites.

В составе предлагаемого эпоксидного связующего содержится большее количество модификаторов ударной прочности (каучук-содержащий компонент 36 ÷ 44 масс. %, из которого 9 ÷ 11 масс. % (25 масс. %) являются каучуковыми наночастицами; термопласт 7 ÷ 13 масс. %), чем в рассмотренном связующем-прототипе (каучуковые наночастицы 8,1 масс. %; термопласт 4,8 масс. %), что позволяет получать образцы ПКМ на его основе с повышенным значением ударной вязкости. The composition of the proposed epoxy binder contains a large number of impact modifiers (rubber-containing component 36 ÷ 44 wt.%, Of which 9 ÷ 11 wt.% (25 wt.%) Are rubber nanoparticles; thermoplastic 7 ÷ 13 wt.%), than in the considered prototype binder (rubber nanoparticles 8.1 wt.%; thermoplastic 4.8 wt.%), which allows to obtain PCM samples based on it with an increased value of impact strength.

Однако совместное использование большого количества каучук-содержащих и термопластичных модификаторов может привести к значительному повышению вязкости и снижению липкости связующего, что затруднит и увеличит трудоемкость процесса получения препрега и изделий из ПКМ на его основе. Использование низковязкой дифункциональной эпоксидной смолы на основе бисфенола F, выполняющего роль активного разбавителя, позволяет регулировать реологические характеристики предлагаемого связующего и дает возможность оптимизации технологических характеристик связующего (вязкость и липкость) для препреговой технологии.However, the combined use of a large number of rubber-containing and thermoplastic modifiers can lead to a significant increase in viscosity and a decrease in the stickiness of the binder, which will complicate and increase the laboriousness of the process of producing prepreg and PCM products based on it. The use of a low-viscosity difunctional epoxy resin based on bisphenol F, acting as an active diluent, allows you to adjust the rheological characteristics of the proposed binder and makes it possible to optimize the technological characteristics of the binder (viscosity and stickiness) for the prepreg technology.

Использование в предлагаемом связующем промышленно выпускаемых, чрезвычайно стабильных каучук-содержащих компонентов, на основе эпоксидной смолы, в которой равномерно, с постоянной концентрацией в объеме, распределены каучуковые наночастицы типа «ядро-оболочка», способствует получению однородного эпоксидного связующего и равномерной полимерной структуры ПКМ на его основе, которая характеризуется максимальными показателями ударной вязкости образцов ПКМ при минимальном коэффициенте вариации. The use in the proposed binder of industrially produced, extremely stable rubber-containing components based on epoxy resin in which rubber core-shell type nanoparticles are uniformly distributed with a constant concentration in the volume, contributes to the production of a uniform epoxy binder and a uniform polymer structure of PCM on its basis, which is characterized by maximum impact toughness of PCM samples with a minimum coefficient of variation.

Введение небольшого количества технологической добавки в заявленное эпоксидное связующее способствует улучшению смачивания и пропитки волокнистого наполнителя при изготовлении препрегов, что сказывается на снижении количества вовлеченного воздуха и пористости при формовании изделий из ПКМ, а также позволяет избавиться от непропитанных мест и снизить количество брака. The introduction of a small amount of a technological additive in the claimed epoxy binder improves the wetting and impregnation of the fibrous filler in the manufacture of prepregs, which affects the decrease in the amount of air involved and porosity during the molding of PCM products, and also allows to get rid of unimpaired places and reduce the amount of marriage.

Примеры осуществленияExamples of implementation

Приготовление заявленного эпоксидного связующегоPreparation of the claimed epoxy binder

Пример 1 (табл. 1) Example 1 (table. 1)

В чистый и сухой реактор загружали 9 масс.% жидкой дифункциональной эпоксидной смолы на основе бисфенола А марки D.E.R. 330, 14 масс.% твёрдой дифункциональной эпоксидной смолы на основе бисфенола А марки YD-011, 9 масс.% дифункциональной эпоксидной смолы на основе бисфенола F марки YDF-170, 10 масс.% полифункциональной эпоксидной смолы на основе трифенола марки ЭТФ и при работающей мешалке нагревали до температуры 100 °С. Смесь перемешивали со скоростью 250 об/мин при температуре 100 °С до полного совмещения смол. Затем поднимали температуру до 150 °С и увеличивали скорость вращения мешалки до 300 об/мин.In a clean and dry reactor, 9% by weight of liquid D.E.R. bisphenol A epoxy resin was used. 330, 14 wt.% Solid bisphenol A based epoxy resin of grade YD-011, 9 wt.% Difunctional epoxy based on bisphenol A grade YDF-170, 10 wt.% Polyfunctional epoxy based on triphenol grade ETF and operating the stirrer was heated to a temperature of 100 ° C. The mixture was stirred at a speed of 250 rpm at a temperature of 100 ° C until the resins were completely combined. Then the temperature was raised to 150 ° C and the speed of rotation of the mixer was increased to 300 rpm.

Небольшими порциями при работающей мешалке при температуре
150 °С вводили 13,0 масс. % термопласта марки PES5003P и перемешивали до получения однородной массы.
In small portions when the stirrer is operating at temperature
150 ° C was introduced 13.0 mass. % thermoplastic brand PES5003P and mixed until a homogeneous mass.

Затем при работающей мешалке небольшими порциями загружали 36 масс. % каучук-содержащего компонента марки Kane Ace MX120 и перемешивали со скоростью 350 об/мин при температуре 130°С до получения однородной массы. Then, with the stirrer working, 36 masses were charged in small portions. % rubber-containing component of the brand Kane Ace MX120 and was stirred at a speed of 350 rpm at a temperature of 130 ° C until a homogeneous mass.

Температуру реакционной смеси снижали до 110°С, загружали небольшими порциями при работающей мешалке 7,0 масс. % дициандиамида марки DYHARD 100S, повышая при этом обороты мешалки до 400 об/мин. Перемешивали до получения однородной массы. The temperature of the reaction mixture was reduced to 110 ° C, loaded in small portions with a working stirrer 7.0 mass. % dicyandiamide brand DYHARD 100S, while increasing the speed of the mixer to 400 rpm Stirred until smooth.

Снижали температуру до 80°С и добавляли небольшими порциями
0,5 масс. % ускорителя отверждения несимметрично дизамещенную мочевину марки Omncure U-24 и 1,0 масс. % технологической добавки марки BYK-P 9920 при перемешивании со скоростью 250 об/мин в течение 60 мин до получения полностью однородной массы. Выключали мешалку и сливали готовое связующее через сливной штуцер.
Reduced temperature to 80 ° C and added in small portions
0.5 mass. % curing accelerator asymmetrically disubstituted urea brand Omncure U-24 and 1.0 mass. % technological additive brand BYK-P 9920 with stirring at a speed of 250 rpm for 60 minutes to obtain a completely homogeneous mass. The mixer was turned off and the finished binder was poured through the drain fitting.

Технологию изготовления эпоксидных связующих по примерам 2 - 10 (табл. 1) использовали аналогично примеру 1. The manufacturing technology of epoxy binders according to examples 2 to 10 (table. 1) was used analogously to example 1.

Получение заявленного препрегаObtaining the declared prepreg

Пример 1 (табл. 2) Example 1 (table. 2)

Получение препрега осуществляли путем нанесения 30 масс. % эпоксидного связующего, приготовленного по рецептуре примера 1 (табл. 1) посредством пропиточной машины при температуре 80°С на углеродный жгут T700S-12К-50С в количестве 70 масс. %.Obtaining a prepreg was carried out by applying 30 mass. % epoxy binder, prepared according to the recipe of example 1 (table. 1) by means of an impregnation machine at a temperature of 80 ° C on a carbon tow T700S-12K-50C in the amount of 70 mass. %

Препреги для примеров 3, 7, 9 изготавливали с использованием углеродного жгута T700S-12К-50С, для примеров 2, 4, 6, 10 с использованием стеклоровинга T30 SE 1200 17-600 C-F, для примеров 5 и 8 с использованием арамидной ткани СВМ арт. 56313Prepregs for examples 3, 7, 9 were made using a T700S-12K-50C carbon bundle, for examples 2, 4, 6, 10 using a glass roving T30 SE 1200 17-600 CF, for examples 5 and 8 using aramid fabric CBM art . 56313

Изготовление заявленного изделияManufacture of the claimed product

Пример 1 (табл. 3) Example 1 (table. 3)

Препрег на основе связующего и углеродного жгута T700S-12К-50С, полученный по рецептуре примера 1 (табл. 2) раскраивали по шаблонам, вырезанные заготовки выкладывали на форму, собирали технологический пакет. Изготовление изделия осуществляли методом вакуум-автоклавного формования полученного технологического пакета при избыточном давлении 0,6 - 0,7 МПа, по температурному режиму: поднятие температуры со скоростью 1,5 °С/мин до 135°С, выдержка 1 час при температуре (135 ± 5) °С. Затем извлекали сформованное изделие из автоклава. Таким образом получали деталь от конструкции протеза для бега - динамическую стопу.A prepreg based on a binder and a carbon tow T700S-12K-50C, obtained according to the recipe of Example 1 (Table 2) was cut according to the templates, cut blanks were laid out on a mold, and a technological package was assembled. The manufacture of the product was carried out by vacuum-autoclave molding of the obtained technological package at an excess pressure of 0.6 - 0.7 MPa, according to the temperature regime: raising the temperature at a speed of 1.5 ° C / min to 135 ° C, holding for 1 hour at a temperature (135 ± 5) ° C. Then the molded article was removed from the autoclave. Thus, a detail was obtained from the design of the prosthesis for running - a dynamic foot.

Пример 2 (табл. 3).Example 2 (table. 3).

Из раскроенного препрега на основе связующего и стеклоровинга марки T30 SE 1200 17-600 C-F, полученного по рецептуре примера 2 (табл. 2) формировали технологический пакет, который помещали в пресс-форму, где производили формование изделия посредством прямого прессования путем нагрева пресс-форм на прессе для термофиксации при температуре (135 ± 5)°С в течение 30 ± 10 минут и давлении 8 - 10 атм. Затем извлекали сформованное изделие из пресс-формы и подвергали его внешней отделке. Таким образом получали хоккейную клюшку.From a cut-out prepreg based on a binder and glass roving grade T30 SE 1200 17-600 CF, obtained according to the recipe of example 2 (table 2), a technological package was formed, which was placed in the mold, where the product was molded by direct compression by heating the molds on the press for heat setting at a temperature of (135 ± 5) ° С for 30 ± 10 minutes and a pressure of 8 - 10 atm. Then the molded product was removed from the mold and subjected to external decoration. Thus, a hockey stick was obtained.

Пример 3 (табл. 3).Example 3 (table. 3).

Из раскроенных заготовок препрегов на основе связующего, углеродного жгута T700S-12К-50С, полученного по рецептуре примера 3 (табл.2) и стеклоровинга марки T30 SE 1200 17-600 C-F, полученного по рецептуре примера 4 (табл. 2) формировали гибридный технологический пакет путем послойной укладки заготовок на основе стекло- и угленаполнителя, который помещали в пресс-форму, где производили формование изделия посредством прямого прессования путем нагрева пресс-форм на прессе для термофиксации при температуре (135 ± 5)°С в течение 30 ± 10 минут и давлении 8 - 10 атм. Затем извлекали сформованное изделие из пресс-формы. Таким образом получали корпус беговых лыж.A hybrid technological process was formed from the cut preforms of prepregs based on a binder, carbon tow T700S-12K-50C obtained according to the recipe of Example 3 (Table 2) and glass roving grade T30 SE 1200 17-600 CF obtained according to the recipe of Example 4 (Table 2). package by layer-by-layer laying of blanks based on glass and carbon filler, which was placed in the mold, where the product was molded by direct pressing by heating the molds on a heat-setting press at a temperature of (135 ± 5) ° С for 30 ± 10 minutes and pressure 8 - 10 atm. Then the molded product was removed from the mold. Thus received a cross-country skiing hull.

На основании изготовленных препрегов по примерам 5 - 10 (табл. 2) изготавливали изделия:Based on the prepared prepregs according to examples 5-10 (table. 2), the following products were made:

- по технологии аналогичной примеру 1 (методом вакуум-автоклавного формования): по примеру 5 - защитная каска, по примеру 7 - приёмная гильза протеза, по примеру 8 - раковина лыжного ботинка; - according to a technology similar to example 1 (vacuum-autoclave molding method): according to example 5 - a protective helmet, according to example 7 - a receiving sleeve of a prosthesis, according to example 8 - a shell of a ski boot;

- по технологии аналогичной примеру 2 (методом прямого прессования): по примеру 6 - доска для серфинга, по примеру 9 - манжета лыжного ботинка, по примеру 10 - седло велосипеда. - according to a technology similar to example 2 (direct pressing method): according to example 6 - a surfboard, according to example 9 - a ski boot cuff, according to example 10 - a bicycle saddle.

Составы связующих по изобретению и прототипу приведены в таблице 1, составы препрегов по изобретению и прототипу в таблице 2, свойства связующих по заявленному изобретению и прототипу, препрегов и ПКМ, изготовленных на их основе в таблице 3. Изобретение не ограничивается приведенными примерами.The compositions of the binders according to the invention and the prototype are shown in table 1, the compositions of the prepregs according to the invention and the prototype in table 2, the properties of the binders according to the claimed invention and the prototype, prepregs and PCM made on their basis in table 3. The invention is not limited to the examples.

Сравнительные данные из таблицы 3 показывают, что предлагаемое эпоксидное связующее обеспечивает преимущества по сравнению с прототипом: Comparative data from table 3 show that the proposed epoxy binder provides advantages compared with the prototype:

- является более технологичным, поскольку характеризуется более стабильными реологическими характеристиками, так как в результате его хранения в течении 28 суток при температуре 25°С не наблюдается значительного роста вязкости в сравнении с исходным значением (коэффициент повышения вязкости связующего - 1,0 ÷ 1,2), у прототипа же происходит увеличение показателя вязкости до 50% (коэффициент повышения вязкости связующего-прототипа - 1,5). Такая высокая химическая стабильность заявленного эпоксидного связующего при комнатной температуре, отсутствие быстрого роста вязкости, способствует длительному сохранению необходимых технологических характеристик препрега на его основе (хорошая драпируемость, высокая эластичность и гибкость, оптимальная контактная липкость и др.), что упрощает технологический процесс его переработки в ПКМ, а также дает возможность изготовления на его основе препрегов с длительной жизнеспособностью - не менее 45 суток при комнатной температуре, в отличие от прототипа, у которого жизнеспособность при комнатной температуре составляет всего лишь 28 суток. Подобные технологические характеристики заявленного эпоксидного связующего дают возможность создавать технологичные и долгоживущие препреги на его основе, которые могут обеспечить снижение энергозатрат при их транспортировании и хранении до момента переработки за счет исключения использования холодильной техники, что в свою очередь положительно отражается на экономических показателях производства;- is more technologically advanced, because it is characterized by more stable rheological characteristics, since as a result of its storage for 28 days at a temperature of 25 ° C, there is no significant increase in viscosity compared to the initial value (coefficient of increase in viscosity of the binder is 1.0 ÷ 1.2 ), the prototype also has an increase in viscosity up to 50% (the coefficient of viscosity increase of the binder of the prototype is 1.5). Such high chemical stability of the claimed epoxy binder at room temperature, the absence of a rapid increase in viscosity, contributes to the long-term preservation of the necessary technological characteristics of the prepreg based on it (good drape, high elasticity and flexibility, optimal contact tack, etc.), which simplifies the technological process of its processing into PCM, and also makes it possible to manufacture prepregs based on it with long viability - at least 45 days at room temperature, in Ichiye from prototype whose viability at room temperature is only 28 days. Such technological characteristics of the claimed epoxy binder make it possible to create technologically advanced and long-lived prepregs based on it, which can provide a reduction in energy consumption during transportation and storage until processing by eliminating the use of refrigeration equipment, which in turn has a positive effect on economic production indicators;

- формирует изделия из ПКМ при температуре отверждения 135°С характеризующиеся более высокими термомеханическими характеристиками - температурой стеклования Тg = 141 ÷ 148°С, в отличии от прототипа с температурой стеклования Тg = 125°С. Предлагаемое связующее обеспечивает температуру стеклования отформованного изделия выше температуры отверждения на 6 ÷ 13°С, что дает возможность извлечения конечного изделия из пресса без необходимости его охлаждения до низких температур. При извлечении отформованного изделия из пресс-формы при более высокой температуре по сравнению с его температурой стеклования, как это могло бы произойти в случае формования изделия из выбранного препрега- прототипа, обычно, происходит перекос и деформация готового изделия. Такие характеристики предлагаемого эпоксидного связующего и препрега на его основе не только обеспечивают получение высококачественных изделий из композиционного материала, предотвращая их деформацию и исключая стадия охлаждения отформованной детали перед ее извлечением из пресса, но и позволяют обеспечить повышенную экономичность производства, сократить технологический цикл и снизить трудоемкость изготовления изделий из ПКМ, обеспечивая экономию средств и повышение производительности, без увеличения количества используемых пресс-форм и производственных площадей;- forms PCM products at a curing temperature of 135 ° C characterized by higher thermomechanical characteristics - glass transition temperature Tg = 141 ÷ 148 ° C, in contrast to the prototype with a glass transition temperature Tg = 125 ° C. The proposed binder provides the glass transition temperature of the molded product above the curing temperature by 6 ÷ 13 ° C, which makes it possible to extract the final product from the press without the need for cooling to low temperatures. When the molded product is removed from the mold at a higher temperature compared to its glass transition temperature, as would be the case if the product was molded from the selected prepreg prototype, the finished product is usually skewed and deformed. Such characteristics of the proposed epoxy binder and prepreg based on it not only provide high-quality products from composite material, preventing their deformation and eliminating the stage of cooling the molded part before it is removed from the press, but also provide increased production efficiency, reduce the production cycle and reduce the complexity of manufacturing PCM products, saving money and increasing productivity, without increasing the number of products used ss-forms and production areas;

- способствует созданию изделий из ПКМ с повышенным сопротивлением к ударным нагрузкам, так как они характеризуются более высокими значениями показателя ударной вязкости по Шарпи α=162 ÷172 кДж/м 2, являющегося одним из критериев оценки устойчивости к ударному разрушению материала. Значение показателя ударной вязкости по Шарпи предлагаемого полимерного композиционного материала более чем на 10 ÷ 17% выше, чем у прототипа. Полученные результаты подтверждают, что предлагаемое эпоксидное связующее и препреги на его основе способны формировать достаточно ударопрочные материалы;- contributes to the creation of PCM products with increased resistance to impact loads, since they are characterized by higher values of Charpy impact strength α = 162 ÷ 172 kJ / m 2 , which is one of the criteria for assessing the resistance to impact destruction of a material. The value of Charpy impact strength of the proposed polymer composite material is more than 10 ÷ 17% higher than that of the prototype. The results obtained confirm that the proposed epoxy binder and prepregs based on it are capable of forming sufficiently impact resistant materials;

- обеспечивает однородность создаваемой полимерной структуры ПКМ на его основе, что способствует незначительному разбросу ударопрочных свойств и приводит к снижению коэффициента вариации показателей ударной вязкости по Шарпи примерно в 2 раза по сравнению со значением у ПКМ на основе препрега-прототипа (К коэффициент вариации ударопрочностных характеристик образцов ПКМ на основе материалов прототипа = 9,9; К коэффициент вариации ударопрочностных характеристик образцов ПКМ на основе разработанного связующего = 4,6 ÷ 5,0).- provides uniformity of the created polymer structure of PCM on its basis, which contributes to a small variation in impact resistance and leads to a decrease in the coefficient of variation of Charpy impact strength by about 2 times compared with the value of PCM based on the prepreg prototype (K is the coefficient of variation of impact resistance characteristics of samples PCM based on materials of the prototype = 9.9; K coefficient of variation of impact resistance characteristics of PCM samples based on the developed binder = 4.6 ÷ 5.0).

Таким образом, заявленное эпоксидное связующее и препрег, изготовленный на его основе, характеризуются улучшенными свойствами, что упрощает процесс получения ПКМ и обеспечивает экономию средств на их изготовление, транспортирование, а также дает возможность получать изделия с более высоким и стабильными показателями вязкости разрушения и стойкости к ударным воздействиям, что обеспечивает их длительную и надежную эксплуатацию в условиях повышенных механических нагрузок. Thus, the claimed epoxy binder and prepreg made on its basis are characterized by improved properties, which simplifies the process of obtaining PCM and provides cost savings for their manufacture, transportation, and also makes it possible to obtain products with higher and more stable fracture toughness and resistance to shock effects, which ensures their long-term and reliable operation in conditions of increased mechanical loads.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Таблица 2. Состав препрега прототипа и заявленного изобретенияTable 2. The composition of the prepreg prototype and the claimed invention

Наименование компонентов Name of components Прототип
US6063839
Prototype
US6063839
Состав по примерам, масс.% The composition according to examples, wt.%
11 22 33 44 55 66 77 88 9nine 1010 СвязующееBinder 3333 30thirty 3333 4545 4040 4747 3838 4343 3737 3434 50fifty Углеродный жгут Torayca T700SCarbon Harness Torayca T700S 6767 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- Углеродный жгут T700S-12К-50С Carbon Harness T700S-12K-50C -- 7070 -- 5555 -- -- -- 5757 -- 6666 -- Стеклоровинг T30 SE 1200 17-600 C-FGlass Roving T30 SE 1200 17-600 C-F -- -- 6767 -- 6060 -- 6262 -- -- -- 50fifty Арамидная ткань СВМ арт. 56313CBM aramid fabric art. 56313 -- -- -- -- -- 5353 6363

Таблица 3. Свойства связующего заявленного изобретения и прототипа, препрегов и ПКМ, изготовленных на их основеTable 3. Properties of the binder of the claimed invention and prototype, prepregs and RMBs made on their basis

НаименованиеName №№ примеровNo. of examples Прототип
US6063839
Prototype
US6063839
11 22 33 44 55 66 77 88 9nine 1010 Коэффициент роста вязкости связующего в процессе хранения при температуре 25 °С в течение 25 сутокThe coefficient of viscosity increase of the binder during storage at a temperature of 25 ° C for 25 days 1,01,0 1,11,1 1,01,0 1,11,1 1,01,0 1,01,0 1,01,0 1,11,1 1,21,2 1,21,2 1,51,5 Жизнеспособность связующего в препреге в процессе его хранения при температуре 25 °С не менее, суток (технологическая жизнеспособность препрега) The viability of the binder in the prepreg during storage at a temperature of 25 ° C for at least 24 hours (technological viability of the prepreg) 50fifty 5151 5151 5454 50fifty 4949 4747 4545 4646 4545 2828 Температура стеклования образцов ПКМ (метод ДСК), Тg,°СGlass transition temperature of PCM samples (DSC method), Tg, ° С 140140 141141 142142 143143 142142 142142 143143 145145 146146 148148 125125 Ударная вязкость по Шарпи образцов ПКМ, при температуре
20°С, кДж/м 2
Charpy impact strength of PCM samples at temperature
20 ° C, kJ / m 2
172172 -- 162162 -- -- -- 165165 -- 167167 -- 147147
К коэффициент вариации ударопрочностных характеристик образцов ПКМ (ударная вязкость по Шарпи при температуре 20°С), %To the coefficient of variation of impact strength characteristics of PCM samples (Charpy impact strength at a temperature of 20 ° C),% 4,94.9 -- 4,84.8 -- -- -- 5,05,0 4,64.6 -- 9,99.9

Claims (10)

1. Эпоксидное связующее для конструкционных полимерных композиционных материалов, включающее смесь жидкой и твердой дифункциональных эпоксидных смол на основе бисфенола А, каучук, термопласт, латентный отвердитель - дициандиамид, ускоритель отверждения - несимметрично дизамещенную мочевину, отличающееся тем, что в качестве каучука содержит каучук-содержащий компонент, представляющий собой эпоксидную смолу на основе бисфенола А, в которой равномерно распределено 25 мас. % каучуковых наночастиц типа «ядро-оболочка», внешняя оболочка которых является твердым материалом на основе акрилата, а внутри, в качестве сердечника, используется жидкий полибутадиен-стирольный каучук, термопласт, выбранный из группы, состоящей из полиарилсульфона, полиэфирсульфона, феноксисмолы или их смеси, а также содержит дифукциональную эпоксидную смолу на основе бисфенола F и полифункциональную эпоксидную смолу, выбранную из группы, состоящей из азотосодержащей эпоксидной смолы, смолы на основе фенолов или их смеси, при следующем соотношении компонентов, мас. %:1. Epoxy binder for structural polymer composite materials, including a mixture of liquid and solid difunctional epoxy resins based on bisphenol A, rubber, thermoplastic, latent hardener - dicyandiamide, curing accelerator - asymmetrically disubstituted urea, characterized in that it contains rubber as rubber a component representing an epoxy resin based on bisphenol A, in which 25 wt.% are evenly distributed % rubber core-shell type nanoparticles, the outer shell of which is a solid material based on acrylate, and inside, as the core, liquid polybutadiene-styrene rubber is used, a thermoplastic selected from the group consisting of polyarylsulfone, polyethersulfone, phenoxy resin or a mixture thereof and also contains a bisphenol F-based differential epoxy resin and a polyfunctional epoxy resin selected from the group consisting of a nitrogen-containing epoxy resin, phenol-based resin, or a mixture thereof, as follows m ratio, wt. %: жидкая дифункциональная эпоксидная смолаliquid difunctional epoxy на основе бисфенола Аbased on bisphenol A 9,0-13,59.0-13.5 твердая дифункциональная эпоксидная смолаsolid difunctional epoxy на основе бисфенола Аbased on bisphenol A 8,0-14,08.0-14.0 латентный отвердитель - дициандиамидlatent hardener - dicyandiamide 5,0-7,05.0-7.0 ускоритель отверждения -curing accelerator - несимметрично дизамещенная мочевинаasymmetrically disubstituted urea 0,5-2,50.5-2.5 каучук-содержащий компонентrubber component 36,0-44,036.0-44.0 термопластthermoplastic 7,0-13,07.0-13.0 дифункциональная эпоксидная смолаdifunctional epoxy на основе бисфенола Fbased on bisphenol F 9,5-13,59.5-13.5 полифункциональная эпоксидная смолаpolyfunctional epoxy 6,5-10,06.5-10.0
2. Эпоксидное связующее по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит технологическую добавку на основе смеси олигомерных веществ и агентов, смачивающих армирующие волокна композиции.2. The epoxy binder according to claim 1, characterized in that it further comprises a technological additive based on a mixture of oligomeric substances and agents wetting the reinforcing fibers of the composition. 3. Препрег, включающий эпоксидное связующее и волокнистый наполнитель, отличающийся тем, что в качестве эпоксидного связующего используют связующее по любому из пп. 1, 2.3. A prepreg comprising an epoxy binder and a fibrous filler, characterized in that the binder according to any one of paragraphs is used as the epoxy binder. 12. 4. Препрег по п. 3, отличающийся тем, что содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %:4. The prepreg according to claim 3, characterized in that it contains components in the following ratio, wt. %: эпоксидное связующееepoxy binder 30,0-50,030.0-50.0 волокнистый наполнительfiberfill 50,0-70,050.0-70.0
5. Препрег по любому из пп. 3, 4, отличающийся тем, что в качестве волокнистого наполнителя содержит волокнистый угленаполнитель.5. Prepreg according to any one of paragraphs. 3, 4, characterized in that as a fibrous filler contains fibrous carbon filler. 6. Препрег по любому из пп. 3, 4, отличающийся тем, что в качестве волокнистого наполнителя содержит волокнистый стеклонаполнитель.6. Prepreg according to any one of paragraphs. 3, 4, characterized in that as a fibrous filler contains fibrous glass filler. 7. Препрег по любому из пп. 3, 4, отличающийся тем, что в качестве волокнистого наполнителя содержит волокнистый органонаполнитель.7. Prepreg according to any one of paragraphs. 3, 4, characterized in that as the fibrous filler contains a fibrous organofiller. 8. Изделие, отличающееся тем, что оно выполнено методом вакуум-автоклавного формования или прямого прессования препрега по любому из пп. 3-7.8. The product, characterized in that it is made by the method of vacuum autoclave molding or direct compression of the prepreg according to any one of paragraphs. 3-7.
RU2019132095A 2019-10-10 2019-10-10 Epoxy binder, prepreg based thereon and article made therefrom RU2718831C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132095A RU2718831C1 (en) 2019-10-10 2019-10-10 Epoxy binder, prepreg based thereon and article made therefrom

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132095A RU2718831C1 (en) 2019-10-10 2019-10-10 Epoxy binder, prepreg based thereon and article made therefrom

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2718831C1 true RU2718831C1 (en) 2020-04-14

Family

ID=70277713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019132095A RU2718831C1 (en) 2019-10-10 2019-10-10 Epoxy binder, prepreg based thereon and article made therefrom

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2718831C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2773075C1 (en) * 2021-02-16 2022-05-30 Акционерное общество "Препрег - Современные Композиционные Материалы" Epoxy binder, pre-preg based thereon, and product made therefrom

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6063839A (en) * 1995-05-09 2000-05-16 Toray Industries, Inc. Prepreg of reinforcing fibers, epoxy resins, crosslinked rubber particles and curing agent
WO2008016889A1 (en) * 2006-07-31 2008-02-07 Henkel Ag & Co. Kgaa Curable epoxy resin-based adhesive compositions
US8895148B2 (en) * 2011-11-09 2014-11-25 Cytec Technology Corp. Structural adhesive and bonding application thereof
RU2587178C1 (en) * 2015-03-23 2016-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Epoxy binder, prepreg based thereon and article made therefrom
RU2663444C1 (en) * 2017-10-30 2018-08-06 Акционерное общество "Препрег-Современные Композиционные Материалы" (АО "Препрег-СКМ") Epoxy binder, prepreg based thereon and article made therefrom
RU2686919C1 (en) * 2018-07-02 2019-05-06 Акционерное общество "Препрег-Современные Композиционные Материалы" (АО "Препрег-СКМ") Epoxide adhesive binder, film adhesive and adhesive prepreg on its basis

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6063839A (en) * 1995-05-09 2000-05-16 Toray Industries, Inc. Prepreg of reinforcing fibers, epoxy resins, crosslinked rubber particles and curing agent
WO2008016889A1 (en) * 2006-07-31 2008-02-07 Henkel Ag & Co. Kgaa Curable epoxy resin-based adhesive compositions
US8673108B2 (en) * 2006-07-31 2014-03-18 Henkel Ag & Co. Kgaa Curable epoxy resin-based adhesive compositions
US8895148B2 (en) * 2011-11-09 2014-11-25 Cytec Technology Corp. Structural adhesive and bonding application thereof
RU2587178C1 (en) * 2015-03-23 2016-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Epoxy binder, prepreg based thereon and article made therefrom
RU2663444C1 (en) * 2017-10-30 2018-08-06 Акционерное общество "Препрег-Современные Композиционные Материалы" (АО "Препрег-СКМ") Epoxy binder, prepreg based thereon and article made therefrom
RU2686919C1 (en) * 2018-07-02 2019-05-06 Акционерное общество "Препрег-Современные Композиционные Материалы" (АО "Препрег-СКМ") Epoxide adhesive binder, film adhesive and adhesive prepreg on its basis

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2773075C1 (en) * 2021-02-16 2022-05-30 Акционерное общество "Препрег - Современные Композиционные Материалы" Epoxy binder, pre-preg based thereon, and product made therefrom
RU2809529C1 (en) * 2023-09-07 2023-12-12 ООО "ЗаряД" Epoxy binder, prepreg based on it and products made from it

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4946336B2 (en) Epoxy resin composition, prepreg and fiber reinforced composite material
KR100623457B1 (en) Resin Compositions, Prepregs and Fiber Reinforced Composites for Fiber Reinforced Composites
US8858358B2 (en) Tubular body made of fiber-reinforced epoxy resin material
US7208228B2 (en) Epoxy resin for fiber reinforced composite materials
JP7186711B2 (en) Curable resin composition and Tuprepreg using the same
JP2008189794A (en) Epoxy resin composition, prepreg and fiber-reinforced composite material
JP4475880B2 (en) Epoxy resin composition
JP4734729B2 (en) Intermediate for molding composite material and fiber reinforced composite material
EP1142920A1 (en) Epoxy resin composition, prepreg, and roll made of resin reinforced with reinforcing fibers
JP2003238657A (en) Epoxy resin composition, cured resin, prepreg and fiber reinforced composite material
US9840058B2 (en) Fiber-reinforced epoxy resin material, prepreg and, tubular body made of fiber-reinforced epoxy resin material
JPS585925B2 (en) Epoxy resin composition for carbon fiber prepreg
JPH11171974A (en) Epoxy resin composition for fiber-reinforced composite material, prepreg and fiber-reinforced composite material
RU2718831C1 (en) Epoxy binder, prepreg based thereon and article made therefrom
JP4894339B2 (en) Epoxy resin composition for fiber reinforced composite materials
JP6180204B2 (en) Golf club shaft
JP2000281747A (en) Epoxy resin composition for composite material
CN110218412A (en) Assorted fibre prepreg
JPS62275123A (en) Resin composition for prepreg
CN115210318B (en) Epoxy resin composition, prepreg and fiber-reinforced composite material
JPH08301982A (en) Epoxy resin composition for fiber-reinforced composite, prepreg, and composite
JP7235557B2 (en) Curable resin composition and Tuprepreg using the same
RU2773075C1 (en) Epoxy binder, pre-preg based thereon, and product made therefrom
JPS6345739B2 (en)
WO2000053654A1 (en) Epoxy resin composition, epoxy resin composition for fiber-reinforced composite, and fiber-reinforced composite containing the same