RU2740286C1 - Solution-free method of producing phthalonitrile prepreg and polymer composite material based thereon - Google Patents
Solution-free method of producing phthalonitrile prepreg and polymer composite material based thereon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2740286C1 RU2740286C1 RU2019145188A RU2019145188A RU2740286C1 RU 2740286 C1 RU2740286 C1 RU 2740286C1 RU 2019145188 A RU2019145188 A RU 2019145188A RU 2019145188 A RU2019145188 A RU 2019145188A RU 2740286 C1 RU2740286 C1 RU 2740286C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bis
- dicyanophenoxy
- phthalonitrile
- binder
- phenyl
- 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
- B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
- B32B27/28—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
- C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L79/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
- C08L79/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
- C08L79/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Изобретение относится к области полимерной химии и технологии получения полимерных композиционных материалов (ПКМ), а именно к способу получения фталонитрильных препрегов по безрастворной технологии, для получения ПКМ с высокой термостойкостью для применения в авиационной и космической отраслях промышленности.The invention relates to the field of polymer chemistry and technology for producing polymer composite materials (PCM), namely to a method for producing phthalonitrile prepregs using solutionless technology, to obtain PCM with high temperature resistance for use in the aviation and space industries.
Уровень техникиState of the art
Фталонитрильные связующие являются перспективными материалами для матриц ПКМ в связи с их выдающимися термо- и окислительной стабильностями, температурой стеклования, высокими влагостойкостью и огнестойкостью, а также хорошими механическими характеристиками [Т.М. Keller, Phthalonitrile-based high temperature resin, J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 26 (1988) 3199-3212. doi:10.1002/pola.1988.080261207; S.B. Sastri, T.M. Keller, Phthalonitrile polymers: Cure behavior and properties, J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 37 (1999) 2105-2111. doi:10.1002/(SICI)1099-0518(19990701)37:13<2105::AID-POLA25>3.0.CO;2-A; M.L. Warzel, T.M. Keller, Tensile and fracture properties of a phthalonitrile polymer, Polymer (Guildf). 34 (1993) 663-666. doi: 10.1016/0032-3861 (93)90570-Z].Phthalonitrile binders are promising materials for PCM matrices due to their outstanding thermal and oxidative stability, glass transition temperature, high moisture and fire resistance, as well as good mechanical characteristics [T.M. Keller, Phthalonitrile-based high temperature resin, J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 26 (1988) 3199-3212. doi: 10.1002 / pola.1988.080261207; S.B. Sastri, T.M. Keller, Phthalonitrile polymers: Cure behavior and properties, J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 37 (1999) 2105-2111. doi: 10.1002 / (SICI) 1099-0518 (19990701) 37:13 <2105 :: AID-POLA25> 3.0.CO; 2-A; M.L. Warzel, T.M. Keller, Tensile and fracture properties of a phthalonitrile polymer, Polymer (Guildf). 34 (1993) 663-666. doi: 10.1016 / 0032-3861 (93) 90570-Z].
Для изготовления ПКМ с фталонитрильными связующими наиболее широко описаны методы формования из предварительно пропитанной связующим ткани - препрега. Сам препрег, как правило, получают путем пропитки раствором армирующего наполнителя. Первые работы по этой теме были сделаны научной группой Тедди Келлера [S.B. Sastri, J.P. Armistead, T.M. Keller, Phthalonitrile-carbon fiber composites, Polym. Compos. 17 (1996). doi:10.1002/pc.l0674].For the manufacture of PCMs with phthalonitrile binders, the most widely described methods of molding from a fabric pre-impregnated with a binder - prepreg. The prepreg itself is usually obtained by impregnation with a reinforcing filler solution. The first works on this topic were done by the scientific group of Teddy Keller [S.B. Sastri, J.P. Armistead, T.M. Keller, Phthalonitrile-carbon fiber composites, Polym. Compos. 17 (1996). doi: 10.1002 / pc.l0674].
В качестве мономера в работе был использован 4,4'-бис(3,4-дицианофенокси)бифенил (I), а 1,3-бис(3-амино-фенокси)бензол (II) был выбран в качестве инициатора полимеризации. Для получения препрега использовались не сами мономеры, а преполимер, полученный из мономера и отвердителя, с массовой долей последнего 1,5-2,3%. Преполимер в последствии может отверждаться при повышенных температурах (375°С) для получения полностью сшитой структуры, обладающего хорошей термической и окислительной стабильностью. Использование преполимера также обусловлено излишне высокими температурами размягчения индивидуальных мономеров, что, в последствие, приведет к осыпанию связующего с армирующего наполнителя.4,4'-bis (3,4-dicyanophenoxy) biphenyl (I) was used as a monomer in this work, and 1,3-bis (3-amino-phenoxy) benzene (II) was chosen as a polymerization initiator. To obtain the prepreg, not the monomers themselves were used, but the prepolymer obtained from the monomer and the hardener, with a mass fraction of the latter of 1.5-2.3%. The prepolymer can subsequently be cured at elevated temperatures (375 ° C) to obtain a fully crosslinked structure with good thermal and oxidative stability. The use of a prepolymer is also due to excessively high softening points of individual monomers, which, as a consequence, will lead to the binder shedding from the reinforcing filler.
Преполимер готовили следующим образом: 4,4' бис(3,4 дицианофенокси)бифенил расплавили в емкости (Тпл=234°С). К расплаву порционно добавили 1,3 бис(3-амино-фенокси)бензол и включили перемешивание. Реакцию вели при 250°С в течение 15 минут. После этого реакционную смесь охладили до комнатной температуры. Согласно источнику, полученный продукт растворим во многих органических растворителях, имеет температуру стеклования ~80°С и может храниться при комнатной температуре неограниченное количество времени.The prepolymer was prepared as follows: 4,4'-bis (3,4 ditsianofenoksi) biphenyl was melted in a vessel (Tm = 234 ° C). 1,3 bis (3-amino-phenoxy) benzene was added portionwise to the melt and stirring was started. The reaction was carried out at 250 ° C for 15 minutes. Thereafter, the reaction mixture was cooled to room temperature. According to the source, the resulting product is soluble in many organic solvents, has a glass transition temperature of ~ 80 ° C and can be stored at room temperature for an unlimited amount of time.
Сам препрег получали, используя углеродные ленты из волокна «IM-7 12K» (Hexcel), пропитывая их раствором преполимера в смеси диметилацетамида и н-метилпирролидона в соотношении 9:1. Формование образца ПКМ проводилось в металлической форме под давлением 1,3 МПа и температурах до 375°С. Очевидной проблемой такого метода является необходимость подбора подходящего к конкретному составу растворителя и дальнейшее его удаление из препрега. Недостаточное высушивание может в итоге привести к образованию нежелательной пористости и, соответственно, пониженным механическим свойствам. Ко всему прочему, к сложностям формования такого композита можно отнести высокие значения вязкости при температурах обработки (>25 кПа⋅с) и относительно медленный старт начала полимеризации (>45 минут). Использование более высоких содержаний отвердителя (>2,3%) приводило к более быстрому старту полимеризации, но также увеличивало вязкость связующего, что приводило к образованию пустот в объеме композита, что сказывалось на механических характеристиках. Прочностные свойства в направлении волокна были относительно высоки (Таблица 1).The prepreg itself was obtained using carbon tapes made of IM-7 12K fiber (Hexcel), impregnating them with a prepolymer solution in a mixture of dimethylacetamide and n-methylpyrrolidone in a ratio of 9: 1. The PCM sample was molded in a metal mold under a pressure of 1.3 MPa and temperatures up to 375 ° C. An obvious problem with this method is the need to select a solvent suitable for a specific composition and its further removal from the prepreg. Insufficient drying can ultimately lead to the formation of undesirable porosity and consequently reduced mechanical properties. In addition, the complexities of forming such a composite include high viscosity values at processing temperatures (> 25 kPa⋅s) and a relatively slow start of the onset of polymerization (> 45 minutes). The use of higher contents of the hardener (> 2.3%) led to a faster start of polymerization, but also increased the viscosity of the binder, which led to the formation of voids in the bulk of the composite, which affected the mechanical characteristics. The strength properties in the direction of the fiber were relatively high (Table 1).
Использование стекловолокна в работе тех же авторов не привело к качественно лучшим результатам (Таблица 1) [S.B. Sastri, J.P. Armistead, T.M. Keller, U. Sorathia, Phthalonitrile-glass fabric composites, Polym. Compos. 18 (1997) 48-54. doi:10.1002/pc. 10260]. Замена отвердителя м-АФБ (III) на п-БАФС (IV) дает более низкие механические характеристики получаемого ПКМ (Таблица 1) [D.D. Dominguez, H.N. Jones, T.M. Keller, The effect of curing additive on the mechanical properties of phthalonitrile-carbon fiber composites, Polym. Compos. 25 (2004) 554-561. doi:10.1002/pc.20049]. Изготовление препрега с п-БАФС проводилось по аналогичной схеме, содержание отвердителя в преполимере составляло 2,4 масс. %.The use of fiberglass in the work of the same authors did not lead to qualitatively better results (Table 1) [S.B. Sastri, J.P. Armistead, T.M. Keller, U. Sorathia, Phthalonitrile-glass fabric composites, Polym. Compos. 18 (1997) 48-54. doi: 10.1002 / pc. 10260]. Replacing the hardener m-APB (III) with p-BAFS (IV) gives lower mechanical characteristics of the resulting PCM (Table 1) [D.D. Dominguez, H.N. Jones, T.M. Keller, The effect of curing additive on the mechanical properties of phthalonitrile-carbon fiber composites, Polym. Compos. 25 (2004) 554-561. doi: 10.1002 / pc.20049]. The preparation of the prepreg with p-BAFS was carried out according to a similar scheme; the content of the hardener in the prepolymer was 2.4 wt. %.
Примечание: 1 - прочность при межслоевом сдвиге, 2 - прочность на растяжение, 3 - прочность на изгибNote: 1 - interlayer shear strength, 2 - tensile strength, 3 - bending strength
Из уровня техники известен способ получения ПКМ с фталонитрильной матрицей на основе замещенной фенолформальдегидной смолы (схема 1) [D. Augustine, D. Mathew, C.P.R. Nair, Phenol-containing phthalonitrile polymers - synthesis, cure characteristics and laminate properties, Polym. Int. 62 (2012) n/a-n/a. doi:10.1002/pi.4393]. Варьируя степень замещения гидроксильных групп на фталонитрильные от 44 до 99% был получен ряд связующих, отверждавшихся по схеме 100°С - 30 мин =>150°С - 30 мин =>200°С - 30 мин =>250°С - 1 час =>300°С - 1 час =>350°С - 3 часа. Использованные замещенные новолачно-фталонитрильные смолы имели шифры NLPN-1, NLPN-2, NLPN-3, NLPN-4 и имели степень замещения гидроксила 44%, 71%, 87% и 99% соответственно.From the prior art, a method for producing PCM with a phthalonitrile matrix based on a substituted phenol-formaldehyde resin is known (Scheme 1) [D. Augustine, D. Mathew, C.P.R. Nair, Phenol-containing phthalonitrile polymers - synthesis, cure characteristics and laminate properties, Polym. Int. 62 (2012) n / a-n / a. doi: 10.1002 / pi.4393]. Varying the degree of substitution of hydroxyl groups for phthalonitrile from 44 to 99%, a number of binders were obtained, cured according to the scheme 100 ° C - 30 min => 150 ° C - 30 min => 200 ° C - 30 min => 250 ° C - 1 hour => 300 ° С - 1 hour => 350 ° С - 3 hours. The substituted novolac-phthalonitrile resins used had codes NLPN-1, NLPN-2, NLPN-3, NLPN-4 and had a hydroxyl substitution degree of 44%, 71%, 87% and 99%, respectively.
Препрег получали пропиткой ткани на основе волокна «Т-300» (Toray) раствором связующего в метилэтилкетоне из расчета на 70 масс. % армирующего наполнителя в финальном композите. Просушку листов проводили в вакууме при температуре 60°С. ПКМ получали путем выкладки препрега в металлическую оснастку и нагрева по схеме, использованной для отверждения связующего. Также для испытанных образцов были получены микрофотографии РЭМ (фиг. 1).The prepreg was obtained by impregnating a fabric based on T-300 fiber (Toray) with a binder solution in methyl ethyl ketone per 70 wt. % reinforcing filler in the final composite. Drying of sheets was carried out in vacuum at a temperature of 60 ° C. PCM was obtained by laying the prepreg in a metal tooling and heating according to the scheme used to cure the binder. SEM micrographs were also obtained for the tested samples (Fig. 1).
Из уровня техники известны способы получения материалов на основе «третьего» поколения фталонитрилов (X), сочетающего в себе основные плюсы прежде изученных молекул: высокие механические свойства и относительно низкие температуры обработки [М. Laskoski, A.R. Shepherd, W. Mahzabeen, J.S. Clarke, T.M. Keller, U. Sorathia, Sustainable, fire-resistant phthalonitrile-based glass fiber composites, J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 56 (2018) 1128-1132. doi:10.1002/pola.28989]. В качестве армирующего наполнителя использовали стеклоткань 6781 НТ sized 7781 E-glass. Смесь для пропитки готовили в ацетоне, в качестве отвердителя использовали 2,7 масс. % м-БАСФ. Ткань выкладывалась на алюминиевую фольгу, раствор распределялся по волокну вручную. Просушку полученного таким образом препрега проводили на воздухе. Пред отверждение ПКМ вели в термопрессе при давлении 3,45 бар и температуре 200°С. Прессование вели в течение времени, необходимого для гелирования связующего и полученного из реологических данных. Постотверждение вели в две стадии в печи при температурах 270°С и 375°С с выдержкой 6 ч и 8 ч соответственно. Пористость в конечном ПКМ составляла не более 3%. Т5% на воздухе составляла 575°С, модуль упругости составил почти 5,5 ГПа.From the prior art, methods are known for producing materials based on the "third" generation of phthalonitriles (X), which combines the main advantages of previously studied molecules: high mechanical properties and relatively low processing temperatures [M. Laskoski, AR Shepherd, W. Mahzabeen, JS Clarke, TM Keller, U. Sorathia, Sustainable, fire-resistant phthalonitrile-based glass fiber composites, J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 56 (2018) 1128-1132. doi: 10.1002 / pola.28989]. Glass cloth 6781 НТ sized 7781 E-glass was used as a reinforcing filler. The mixture for impregnation was prepared in acetone; 2.7 wt.% Was used as a hardener. % m-BASF. The fabric was laid out on aluminum foil, and the solution was manually spread over the fiber. The prepreg thus obtained was dried in air. PCM pre-curing was carried out in a heat press at a pressure of 3.45 bar and a temperature of 200 ° C. The pressing was carried out for the time required for the gelation of the binder and obtained from the rheological data. Post-curing was carried out in two stages in an oven at temperatures of 270 ° C and 375 ° C with holding for 6 h and 8 h, respectively. The porosity in the final PCM was no more than 3%. T 5% in air was 575 ° C, the modulus of elasticity was almost 5.5 GPa.
Известные из уровня техники способы получения препрегов, заключающиеся в пропитке армирующего материала раствором связующего, имеют ряд недостатков, а именно при увеличении объемов производства накладываются требования на работу с ЛВЖ, генерируется множество отходов, требующих специальной утилизации (растворители), необходимы затраты на покупку или регенерацию растворителей.Methods known from the prior art for preparing prepregs, consisting in impregnating a reinforcing material with a binder solution, have a number of disadvantages, namely, with an increase in production volumes, requirements are imposed on working with flammable liquids, a lot of waste is generated that requires special disposal (solvents), costs are required for the purchase or regeneration solvents.
Из уровня техники известен способ формования композита на основе сформованной на мате целлюлозного (льняного) волокна компании Tex-Dem N.V. и тонких пленок эпоксидной смолы НМ 533 [I. Van de Weyenberg, Т. Chi Truong, В. Vangrimde, I. Verpoest, Improving the properties of UD flax fibre reinforced composites by applying an alkaline fibre treatment, Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 37 (2006) 1368-1376. doi:10.1016/j.compositesa.2005.08.016.]. Схема получения заготовки для ПКМ показана на фиг. 2.The prior art discloses a method of forming a composite based on cellulose (linen) fiber spun on a mat from Tex-Dem N.V. and thin films of epoxy resin HM 533 [I. Van de Weyenberg, T. Chi Truong, B. Vangrimde, I. Verpoest, Improving the properties of UD flax fiber reinforced composites by applying an alkaline fiber treatment, Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 37 (2006) 1368-1376. doi: 10.1016 / j.compositesa.2005.08.016.]. The scheme for obtaining a preform for PCM is shown in Fig. 2.
Отверждение полученной заготовки осуществляли в автоклаве в течение 1 часа, давлении 3 бар и температуре 125°С. Механические свойства полученного образца представлены в Таблица 2.Curing of the obtained preform was carried out in an autoclave for 1 hour, a pressure of 3 bar and a temperature of 125 ° C. The mechanical properties of the obtained sample are presented in Table 2.
Описанный способ позволяет получать композиты с низкими механическими свойствами за счет невысокого содержания армирующего наполнителя (40%) и применения в качестве армирующего наполнителя целлюлозного волокна. Кроме того, использование целлюлозного волокна снижает влагостойкость композита, так как целлюлоза активно набухает в воде и существенно теряет прочность. Помимо этого, целлюлоза биоразлагаема, что делает невозможным применение таких материалов в ответственных нагруженных конструкциях, например в авиакосмической отрасли или в капитальном строительстве. Использование углеродного или стеклянного волокна или тканей позволит увеличить прочность и устойчивость материалов к внешней среде. Использование фталонитрильних матриц вместо эпоксидных обеспечит композитам высокую термостойкость.The described method makes it possible to obtain composites with low mechanical properties due to the low content of the reinforcing filler (40%) and the use of cellulose fiber as a reinforcing filler. In addition, the use of cellulose fiber reduces the moisture resistance of the composite, since cellulose actively swells in water and significantly loses strength. In addition, cellulose is biodegradable, which makes it impossible to use such materials in critical loaded structures, for example, in the aerospace industry or in capital construction. The use of carbon or glass fibers or fabrics will increase the strength and resistance of the materials to the external environment. The use of phthalonitrile matrices instead of epoxy ones will provide composites with high heat resistance.
Другим известным из уровня техники способом получения препрегов является нанесение тонких пленок связующего на волокно методом прессования. Так, в работе [N. Chatiras, P. Georgiopoulos, A. Christopoulos, Е. Kontou, Thermomechanical characterization of basalt fiber reinforced biodegradable polymers, Polym. Compos. 40 (2019) 4340-4350. doi:10.1002/pc.25295] описано использование двух типов матриц: чистой полимолочной кислоты (ПМК) и Ecovio (ЕС) - коммерческого сополимера полимолочной кислоты и полиэфирного связующего. В качестве армирующего наполнителя использовались ткань из базальтового волокна ТВК-100, лента из базальтового волокна BAS UNI 350, а также стеклоткань ЕС9. Получение препрега осуществлялось путем спрессовывания тонкой пленки прокатанного связующего и ткани при температуре 180°С и давлении 15 МПа в течение 15 минут. Массовое содержание армирующего наполнителя в полученных материалах не превышало 47%, объемное - 29,2%, что является существенным недостатком таких препрегов и не позволяет получать ПКМ с высокими механическими характеристиками. Для полученных образцов были получены значения механической прочности при растяжении и при изгибе (Таблица 3).Another method known from the prior art for preparing prepregs is to apply thin films of a binder to the fiber by pressing. So, in the work [N. Chatiras, P. Georgiopoulos, A. Christopoulos, E. Kontou, Thermomechanical characterization of basalt fiber reinforced biodegradable polymers, Polym. Compos. 40 (2019) 4340-4350. doi: 10.1002 / pc.25295] describes the use of two types of matrices: pure polylactic acid (PLA) and Ecovio (EC) - a commercial copolymer of polylactic acid and a polyester binder. As a reinforcing filler, we used fabric made of basalt fiber TVK-100, a tape made of basalt fiber BAS UNI 350, as well as glass fabric EC9. The prepreg was obtained by pressing a thin film of the rolled binder and fabric at a temperature of 180 ° C and a pressure of 15 MPa for 15 minutes. The mass content of the reinforcing filler in the obtained materials did not exceed 47%, the volume content - 29.2%, which is a significant drawback of such prepregs and does not allow obtaining PCM with high mechanical characteristics. For the obtained samples, the values of mechanical tensile and bending strength were obtained (Table 3).
Примечание: 1 - прочность при растяжении, 2 - прочность при изгибеNote: 1 - tensile strength, 2 - flexural strength
Также для испытанных образцов были получены микрофотографии РЭМ (фиг. 3). На снимках хорошо видно, что волокно практически не пропитано связующим.SEM micrographs were also obtained for the tested samples (Fig. 3). The pictures clearly show that the fiber is practically not impregnated with a binder.
Таким образом из уровня техники известны безрастворные способы получения препрегов. Однако, известными способами получали препреги с низким содержанием армирующих наполнителей - не более 40%, что является излишне низким и не позволяет эффективно перераспределять нагрузку между фазами. Причем в качестве армирующих наполнителей использовали только целлюлозные и базальтовые волокна, тогда как использование углеродного волокна позволяет получать материалы с более низкой плотностью и при этом более высокими механическими характеристиками.Thus, solution-free processes for preparing prepregs are known in the art. However, by known methods prepregs were obtained with a low content of reinforcing fillers - no more than 40%, which is unnecessarily low and does not effectively redistribute the load between phases. Moreover, only cellulose and basalt fibers were used as reinforcing fillers, while the use of carbon fiber makes it possible to obtain materials with a lower density and, at the same time, higher mechanical characteristics.
Технической проблемой является разработка способа получения препрега с фталонитрильный матрицей безрастворным способом. Полученный таким образом препрег может быть использован для получения ПКМ с высокой термостойкостью для применения в авиационной и космической отраслях промышленности.A technical problem is the development of a method for preparing a prepreg with a phthalonitrile matrix without a solution. The prepreg obtained in this way can be used to obtain PCM with high temperature resistance for use in the aviation and space industries.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка безрастворного способа получения препрега, который позволяет получить ПКМ, обладающий прочностью при межслоевом сдвиге 34,1-47,1 МПа, с массовой долей связующего 30-40%. Также свойства описанных материалов сохраняются при 300 не менее чем на 90%, при 350-75%, при 400 - не менее 50%, а разложение материала (T5%) начинается при температуре не менее 500°С.The technical result of the claimed invention is the development of a solutionless method for preparing a prepreg, which makes it possible to obtain a PCM with an interlayer shear strength of 34.1-47.1 MPa, with a mass fraction of a binder of 30-40%. Also, the properties of the described materials are retained at 300 at least 90%, at 350-75%, at 400 - at least 50%, and the decomposition of the material (T 5% ) begins at a temperature of at least 500 ° C.
Технический результат достигается способом получения препрегов с фталонитрильными матрицами, включающим формирование в термопрессе пленок толщиной 20-400 мкм легкоплавких фталонитрильных связующих при давлении от 2 до 10 бар и температуре от 80°С до 140°С в течение 20-600 секунд с последующим нанесением полученных пленок на армирующий наполнитель из расчета 35±5 мас. % связующего на массу армирующего наполнителя. При этом в качестве армирующего наполнителя используют ткань или ленту, полученную из стеклянного или углеродного волокна, а в качестве связующего используют легкоплавкие фталонитрильные связующие с температурами стеклования не выше 50°С, предпочтительно в качестве фталонитрильных связующих использовать связующие образованные из (1) полимеризуемой смеси, включающей:The technical result is achieved by the method of obtaining prepregs with phthalonitrile matrices, including the formation in a heat press of films with a thickness of 20-400 microns of low-melting phthalonitrile binders at a pressure of 2 to 10 bar and a temperature of 80 ° C to 140 ° C for 20-600 seconds, followed by applying the obtained films on a reinforcing filler at the rate of 35 ± 5 wt. % binder based on the weight of the reinforcing filler. In this case, a fabric or a tape made of glass or carbon fiber is used as a reinforcing filler, and low-melting phthalonitrile binders with glass transition temperatures not higher than 50 ° C are used as a binder, it is preferable to use binders formed from (1) the polymerizable mixture as phthalonitrile binders, including:
- один или несколько бис-фталонитрильных мономеров, выбранных из 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси) бензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2-фторбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-4-фторбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2-хлорбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-4-хлорбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2-бромбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-4-бромбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2,4-дифторбензола, 1,5-бис-(3,4-дицианофенокси)-2,4-дихлорбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2-метилбензола, более предпочтительно из 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси) бензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2-фторбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-4-фторбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2,4-дифторбензола, наиболее предпочтительно использование 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси) бензола, в количестве 20-94 мас. % от массы полимеризуемой смеси,- one or more bis-phthalonitrile monomers selected from 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) benzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2-fluorobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -4-fluorobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2-chlorobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -4-chlorobenzene, 1, 3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2-bromobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -4-bromobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2, 4-difluorobenzene, 1,5-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2,4-dichlorobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2-methylbenzene, more preferably 1,3-bis - (3,4-dicyanophenoxy) benzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2-fluorobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -4-fluorobenzene, 1,3- bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2,4-difluorobenzene, most preferably 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) benzene, in an amount of 20-94 wt. % of the mass of the polymerized mixture,
- одного или нескольких реактивных пластификаторов-антипиренов, выбранных из группы, состоящей из бис-(4-цианофенокси)-фенилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)-фенилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)-1-нафтилфосфата, бис-(4-цианофенокси)-фенилфосфоната, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)фенил)-фенилфосфоната, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)фенил)-изопропилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)фенил)-бутилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)фенил)-пропаргилфосфата, бис-(4-цианофенил)фенилфосфата, бис-(3-цианофенокси)фенилфосфата и бис-4-(3,4-дицианофенокси)фенил)фенилфосфата, более предпочтительно из бис-(4-цианофенокси)-фенилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)-фенилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)фенил)-изопропилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)фенил)-бутилфосфата, взятых в количестве 5-80 мас. % от общей массы полимеризуемой смеси, и- one or more reactive flame retardant plasticizers selected from the group consisting of bis- (4-cyanophenoxy) -phenyl phosphate, bis- (3- (3,4-dicyanophenoxy) -phenyl phosphate, bis- (3- (3,4- dicyanophenoxy) -1-naphthylphosphate, bis- (4-cyanophenoxy) -phenylphosphonate, bis- (3- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) -phenylphosphonate, bis- (3- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) -isopropylphosphate , bis- (3- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) -butyl phosphate, bis- (3- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) -propargyl phosphate, bis- (4-cyanophenyl) phenyl phosphate, bis- (3-cyanophenoxy ) phenyl phosphate and bis-4- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) phenyl phosphate, more preferably from bis- (4-cyanophenoxy) phenyl phosphate, bis (3- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl phosphate, bis (3 - (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) -isopropyl phosphate, bis- (3- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) -butyl phosphate, taken in an amount of 5-80 wt.% Of the total weight of the polymerized mixture, and
- одного или нескольких активных разбавителей, выбранных из соединений группы, состоящей из 4-[3-(дипропаргиламино)фенокси]фталонитрила, 4-[4-(дипропаргиламино)фенокси]фталонитрила, 4-(4-цианофенокси)-бензол-1,2-дикарбонитрила, 4-(4-цианофенокси)-фталонитрила, 4-(3-цианофенокси)-фталонитрила и 4-(4-аминофенокси)-фталонитрила, особо предпочтительно из одного или нескольких соединений, 4-(4-цианофенокси)-бензол-1,2-дикарбонитрила, 4-[3-(дипропаргиламино)фенокси]фталонитрила, 4-[4-(дипропаргиламино)фенокси]фталонитрила, в количестве от 1 до 50% от общей массы полимеризуемой смеси; и- one or more active diluents selected from compounds of the group consisting of 4- [3- (dipropargylamino) phenoxy] phthalonitrile, 4- [4- (dipropargylamino) phenoxy] phthalonitrile, 4- (4-cyanophenoxy) -benzene-1, 2-dicarbonitrile, 4- (4-cyanophenoxy) phthalonitrile, 4- (3-cyanophenoxy) phthalonitrile and 4- (4-aminophenoxy) phthalonitrile, particularly preferably one or more compounds, 4- (4-cyanophenoxy) - benzene-1,2-dicarbonitrile, 4- [3- (dipropargylamino) phenoxy] phthalonitrile, 4- [4- (dipropargylamino) phenoxy] phthalonitrile, in an amount from 1 to 50% of the total weight of the polymerized mixture; and
(2) инициатора полимеризации, взятого в количестве от 1 до 20% от общей массы полимеризуемой смеси, выбранный из ароматических диаминов или бисфенолов, имеющих температуру кипения при вакууме 0.1 мм рт.ст. не менее 180°С, при этом суммарное содержание полимеризуемой смеси и инициатора полимеризации составляет от 60 до 100 мас. % от общей массы связующего. Предпочтительно инициатор полимеризации выбирают из группы, включающей 1,3-бис-(4-аминофенокси)бензола, 4,4'-диаминодифенилсульфона, 3,3'-диаминодифенилсульфона, 3,3'-[(2,3,5,6-тетрафторбенз-1,4-диил)бис(окси)]дианилина, 4,4'-[(2,3,5,6-тетрафторбенз-1,4-диил)бис(окси)]дианилина, бис[4-(4-аминофенокси)фенил]сульфона или бисфенола А, наиболее предпочтительно из 1,3-бис-(4-аминофенокси)бензола, или бис[4-(4-аминофенокси)фенил]сульфона.(2) a polymerization initiator taken in an amount from 1 to 20% of the total weight of the polymerized mixture, selected from aromatic diamines or bisphenols having a boiling point under vacuum of 0.1 mm Hg. not less than 180 ° C, while the total content of the mixture to be polymerized and the polymerization initiator is from 60 to 100 wt. % of the total mass of the binder. Preferably, the polymerization initiator is selected from the group consisting of 1,3-bis- (4-aminophenoxy) benzene, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, 3,3 '- [(2,3,5,6- tetrafluorobenz-1,4-diyl) bis (oxy)] dianiline, 4,4 '- [(2,3,5,6-tetrafluorobenz-1,4-diyl) bis (oxy)] dianiline, bis [4- ( 4-aminophenoxy) phenyl] sulfone or bisphenol A, most preferably from 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene or bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone.
Предпочтительно в качестве полимерных разделительных пленок могут быть использованы любые пленки с температурой стеклования выше 130°С, а именно пленки из полиэтилентерефталата, полиамида, полиимида на которые нанесено разделительное покрытие для обеспечения возможности отделения связующего от пленки.Preferably, any films with a glass transition temperature above 130 ° C can be used as polymer release films, namely films made of polyethylene terephthalate, polyamide, polyimide, on which a release coating is applied to allow separation of the binder from the film.
Технический результат также достигается полимерным композиционным материалом, полученным отверждением препрега с фталонитрильными матрицами, полученными вышеописанным способом. При этом размещают полученный слоистый материал в вакуумный пакет, откачивают воздух до значений вакуума <1 мм.рт.ст. и помещают в пресс, а отверждение осуществляют по следующему режиму: нагрев до 120-150°С со скоростью 2±0,5°С/мин и контактным давлением (1±0,2 бар), с последующим нагревом до 180±2°С со скоростью 2±0,5°С/мин и давлением 2-8 бар, с последующим поднятием давления до 10±0,5 бар и выдерживанием при этой температуре в течение 8±0,1 ч. После этого композит извлекают из формы и постотверждают при 330±5°С в течение 8±0,1 ч в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания не более 5°С/мин. Полученный таким способом полимерный композиционный материал, обладает прочностью при межслоевом сдвиге 34,1-47,1 МПа, прочностью при сжатии 463,0-662,9 МПа, модулем упругости 27,2-55,3 ГПа.The technical result is also achieved by a polymer composite material obtained by curing a prepreg with phthalonitrile matrices obtained by the above method. In this case, the obtained layered material is placed in a vacuum bag, the air is pumped out to vacuum values <1 mm Hg. and placed in a press, and curing is carried out according to the following regime: heating to 120-150 ° C at a rate of 2 ± 0.5 ° C / min and contact pressure (1 ± 0.2 bar), followed by heating to 180 ± 2 ° C at a speed of 2 ± 0.5 ° C / min and a pressure of 2-8 bar, followed by a rise in pressure to 10 ± 0.5 bar and holding at this temperature for 8 ± 0.1 h. After that, the composite is removed from the mold and post-cured at 330 ± 5 ° C for 8 ± 0.1 h in a free form. Hot samples are cooled, without being removed from the oven, to room temperature at a cooling rate of not more than 5 ° C / min. The polymer composite material obtained in this way has an interlayer shear strength of 34.1-47.1 MPa, a compressive strength of 463.0-662.9 MPa, and an elastic modulus of 27.2-55.3 GPa.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Изобретение поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.
На фиг. 1 представлена микрофотографии РЭМ (a) NLPN-1, (b) NLPN-2, (с) NLPN-3 (d) NLPN-4.FIG. 1 is a SEM micrograph of (a) NLPN-1, (b) NLPN-2, (c) NLPN-3 (d) NLPN-4.
На фиг. 2 представлена схема получения ламинатов из углеродного волокна с раствором фталонитрильного связующего.FIG. 2 shows a diagram of the preparation of carbon fiber laminates with a phthalonitrile binder solution.
На фиг. 3 представлена микрофотографии РЭМ образца ПКМ после испытания.FIG. 3 shows a SEM micrograph of a PCM sample after testing.
продемонстрированы механические характеристики композитов.demonstrates the mechanical characteristics of composites.
На фиг. 4 представлены А- схема получения препрега прямым нанесением, Б -схема прессования препрега.FIG. 4 shows A - diagram of prepreg preparation by direct application, B - diagram of prepreg pressing.
На фиг. 5 представлена микрофотография РЭМ полученного ПКМ (сравнительный пример 5).FIG. 5 is a SEM micrograph of the obtained PCM (Comparative Example 5).
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Ниже представлено более подробное описание заявляемого изобретения. Настоящее изобретение может подвергаться различным изменениям и модификациям, понятным специалисту на основе прочтения данного описания. Например, могут изменяться конкретная марка фталонитрильного связующего (необходимый признак -температура стеклования менее 50°С), используемого для получения тонких пленок, тип армирующего наполнителя (может быть на основе углеродного, стеклянного, базальтового, арамидного или любого другого типа волокна) и форма его текстильной переработки (ткани различных плетений, однонаправленные ленты), используемые вспомогательные материалы (разделительные пленки), способ распределения связующего для получения тонкой пленки.Below is a more detailed description of the claimed invention. The present invention can be subject to various changes and modifications, which will be understood by a person skilled in the art based on reading this description. For example, the specific brand of phthalonitrile binder (a necessary feature is a glass transition temperature of less than 50 ° C) used to obtain thin films, the type of reinforcing filler (can be based on carbon, glass, basalt, aramid or any other type of fiber) and its shape textile processing (fabrics of various weaves, unidirectional tapes), auxiliary materials used (separating films), a method of distributing a binder to obtain a thin film.
Все используемые реагенты являются коммерчески доступными, все процедуры, если не оговорено особо, осуществляли при комнатной температуре или температуре окружающей среды, то есть в диапазоне от 18 до 25°С.All reagents used are commercially available, all procedures, unless otherwise stated, were carried out at room temperature or ambient temperature, that is, in the range from 18 to 25 ° C.
Для получения образцов препрегов был выбран метод прямого нанесения тонких пленок связующего непосредственно на ткань или ленту. Для получения пленок связующего используется термопресс Langzauner LZT-L 250. Максимальная возможная поддерживаемая температура пластин рабочей зоны пресса - 400°С, максимальное давление - 20 бар. Для осуществления изобретения такие характеристики являются избыточными и подойдет любой обогреваемый пресс, который может поддерживать температуру рабочей зоны не менее 180°С и давление 10 бар. Для изготовления препрегов использовали связующие, описанные в RU 2695606, и обладающие температурой стеклования менее 50°С, образованные из (1) полимеризуемой смеси, включающей:To obtain prepreg samples, the method of direct application of thin films of the binder directly to the fabric or tape was chosen. To obtain binder films, a Langzauner LZT-L 250 heat press is used. The maximum possible supported temperature of the plates of the press working zone is 400 ° C, the maximum pressure is 20 bar. For the implementation of the invention, such characteristics are excessive and any heated press, which can maintain a temperature of the working zone of at least 180 ° C and a pressure of 10 bar, is suitable. For the preparation of prepregs used binders described in RU 2695606, and having a glass transition temperature of less than 50 ° C, formed from (1) a polymerizable mixture, including:
- один или несколько бис-фталонитрильных мономеров, выбранных из 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси) бензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2-фторбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-4-фторбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2-хлорбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-4-хлорбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2-бромбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-4-бромбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2,4-дифторбензола, 1,5-бис-(3,4-дицианофенокси)-2,4-дихлорбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2-метилбензола, более предпочтительно из 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси) бензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2-фторбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-4-фторбензола, 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)-2,4-дифторбензола, наиболее предпочтительно использование 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси) бензола, в количестве 20-94 мас. % от массы полимеризуемой смеси,- one or more bis-phthalonitrile monomers selected from 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) benzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2-fluorobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -4-fluorobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2-chlorobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -4-chlorobenzene, 1, 3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2-bromobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -4-bromobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2, 4-difluorobenzene, 1,5-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2,4-dichlorobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2-methylbenzene, more preferably 1,3-bis - (3,4-dicyanophenoxy) benzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2-fluorobenzene, 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) -4-fluorobenzene, 1,3- bis- (3,4-dicyanophenoxy) -2,4-difluorobenzene, most preferably 1,3-bis- (3,4-dicyanophenoxy) benzene, in an amount of 20-94 wt. % of the mass of the polymerized mixture,
- одного или нескольких реактивных пластификаторов-антипиренов, выбранных из группы, состоящей из бис-(4-цианофенокси)-фенилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)-фенилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)-1 -нафтилфосфата, бис-(4-цианофенокси)-фенилфосфоната, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)фенил)-фенилфосфоната, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)фенил)-изопропилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)фенил)-бутилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)фенил)-пропаргилфосфата, бис-(4-цианофенил)фенилфосфата, бис-(3-цианофенокси)фенилфосфата и бис-4-(3,4-дицианофенокси)фенил)фенилфосфата, более предпочтительно из бис-(4-цианофенокси)-фенилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)-фенилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)фенил)-изопропилфосфата, бис-(3-(3,4-дицианофенокси)фенил)-бутилфосфата, взятых в количестве 5-80 мас. % от общей массы полимеризуемой смеси, и- one or more reactive flame retardant plasticizers selected from the group consisting of bis- (4-cyanophenoxy) -phenyl phosphate, bis- (3- (3,4-dicyanophenoxy) -phenyl phosphate, bis- (3- (3,4- dicyanophenoxy) -1 -naphthylphosphate, bis- (4-cyanophenoxy) -phenylphosphonate, bis- (3- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) -phenylphosphonate, bis- (3- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) -isopropylphosphate , bis- (3- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) -butyl phosphate, bis- (3- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) -propargyl phosphate, bis- (4-cyanophenyl) phenyl phosphate, bis- (3-cyanophenoxy ) phenyl phosphate and bis-4- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) phenyl phosphate, more preferably from bis- (4-cyanophenoxy) phenyl phosphate, bis (3- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl phosphate, bis (3 - (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) -isopropyl phosphate, bis- (3- (3,4-dicyanophenoxy) phenyl) -butyl phosphate, taken in an amount of 5-80 wt.% Of the total weight of the polymerized mixture, and
- одного или нескольких активных разбавителей, выбранных из соединений группы, состоящей из 4-[3-(дипропаргиламино)фенокси]фталонитрила, 4-[4-(дипропаргил амино)фенокси] фталонитрила, 4-(4-цианофенокси)-бензол-1,2-дикарбонитрила, 4-(4-цианофенокси)-фталонитрила, 4-(3-цианофенокси)-фталонитрила и 4-(4-аминофенокси)-фталонитрила, особо предпочтительно из одного или нескольких соединений, 4-(4-цианофенокси)-бензол-1,2-дикарбонитрила, 4-[3-(дипропаргил амино)фенокси] фталонитрила, 4-[4-(дипропаргиламино)фенокси]фталонитрила, в количестве от 1 до 50% от общей массы полимеризуемой смеси; и- one or more active diluents selected from compounds of the group consisting of 4- [3- (dipropargylamino) phenoxy] phthalonitrile, 4- [4- (dipropargyl amino) phenoxy] phthalonitrile, 4- (4-cyanophenoxy) -benzene-1 , 2-dicarbonitrile, 4- (4-cyanophenoxy) phthalonitrile, 4- (3-cyanophenoxy) phthalonitrile and 4- (4-aminophenoxy) phthalonitrile, particularly preferably from one or more compounds, 4- (4-cyanophenoxy) -benzene-1,2-dicarbonitrile, 4- [3- (dipropargyl amino) phenoxy] phthalonitrile, 4- [4- (dipropargylamino) phenoxy] phthalonitrile, in an amount from 1 to 50% of the total weight of the polymerized mixture; and
(2) инициатора полимеризации, взятого в количестве от 1 до 20% от общей массы полимеризуемой смеси, выбранный из ароматических диаминов или бисфенолов, имеющих температуру кипения при вакууме 0.1 мм рт.ст. не менее 180°С, при этом суммарное содержание полимеризуемой смеси и инициатора полимеризации составляет от 60 до 100 мас. % от общей массы связующего. Предпочтительно инициатор полимеризации выбирают из группы, включающей 1,3-бис-(4-аминофенокси)бензола, 4,4'-диаминодифенилсульфона, 3,3'-диаминодифенилсульфона, 3,3'-[(2,3,5,6-тетрафторбенз-1,4-диил)бис(окси)]дианилина, 4,4'-[(2,3,5,6-тетрафторбенз-1,4-диил)бис(окси)]дианилина, бис[4-(4-аминофенокси)фенил]сульфона или бисфенола А, наиболее предпочтительно из 1,3-бис-(4-аминофенокси)бензола, или бис[4-(4-аминофенокси)фенил]сульфона.(2) a polymerization initiator taken in an amount from 1 to 20% of the total weight of the polymerized mixture, selected from aromatic diamines or bisphenols having a boiling point under vacuum of 0.1 mm Hg. not less than 180 ° C, while the total content of the mixture to be polymerized and the polymerization initiator is from 60 to 100 wt. % of the total mass of the binder. Preferably, the polymerization initiator is selected from the group consisting of 1,3-bis- (4-aminophenoxy) benzene, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, 3,3 '- [(2,3,5,6- tetrafluorobenz-1,4-diyl) bis (oxy)] dianiline, 4,4 '- [(2,3,5,6-tetrafluorobenz-1,4-diyl) bis (oxy)] dianiline, bis [4- ( 4-aminophenoxy) phenyl] sulfone or bisphenol A, most preferably from 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene or bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone.
Изготовление производилось по следующей методике:Manufacturing was carried out according to the following procedure:
В предварительно разогретый до 80-120°С пресс между двух антиадгезионных полимерных пленок равномерно распределяют любым известным из уровня техники способом мелкоизмельченный порошок связующего, размеры частиц которого лежат в интервале 50-1000 мкм. Толщина слоя порошка не должна превышать десяти диаметров частиц. Пластины пресса сводят под давлением 2-10 бар. Связующее выдерживают от 20 сек до 600 сек и извлекают из пресса в виде пленки. Горячие образцы кладут на ровную поверхность и дают остыть до комнатной температуры. Полученные пленки можно хранить сколь угодно долго при комнатной температуре. Необходимо учитывать, что при температурах ниже температуры стеклования (<21°С) пленка становится более хрупкой и грубое физическое воздействие может привести к ее разрушению.In a press preheated to 80-120 ° C, between two anti-adhesive polymer films, a finely ground binder powder is evenly distributed by any method known from the prior art, the particle size of which lies in the range of 50-1000 μm. The thickness of the powder layer should not exceed ten particle diameters. Press plates are brought together under a pressure of 2-10 bar. The binder is held from 20 sec to 600 sec and removed from the press in the form of a film. The hot samples are placed on a flat surface and allowed to cool to room temperature. The resulting films can be stored indefinitely at room temperature. It should be borne in mind that at temperatures below the glass transition temperature (<21 ° C), the film becomes more fragile and rough physical impact can lead to its destruction.
В качестве полимерных разделительных пленок могут быть использованы любые пленки с температурой стеклования выше 130°С, например полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиамид, полиимид и другие. Необходимо учитывать, что на пленку должно быть нанесено разделительное покрытие для обеспечения возможности отделения связующего от пленки, в качестве которого могут быть использованы различные силиконы.Any films with a glass transition temperature above 130 ° C, for example, polyethylene terephthalate (PET), polyamide, polyimide and others, can be used as polymer separating films. It should be borne in mind that the film must be coated with a release coating to allow the separation of the binder from the film, which can be used as various silicones.
Листы препрега изготавливались методом прямого нанесения (фиг. 4А). С одной стороны тонкой пленки связующего отделялся лист разделительной пленки. На лист армирующей ткани (углеродной или стеклоткани) помещалась пленка связующего так, чтобы связующее находилось между второй разделительной пленкой и армирующей тканью. Лист связующего через пленку валиком равномерно приглаживался к армирующей ткани с усилием, необходимым для прилипания связующего и обеспечения возможности отделения разделительной пленки без усилий. Разделительная пленка удалялась со связующего. Если армирующая ткань по размерам больше, чем размеры пленки связующего, то на оставшиеся незакрытые участки армирующей ткани вручную укладывались сравнимые по размерам куски тонкой пленки связующего. Нанесение контролировалось заранее известной массой тонкой пленки связующего и составляло 35±5% от общей массы армирующего наполнителя пленки толщиной 100-300 мкм наносят на армирующий наполнитель в виде ткани или ленты из углеродного или стеклянного волокна. При комнатной температуре препрег может храниться бесконечно долго.The prepreg sheets were made by direct application (FIG. 4A). On one side of the thin film of binder, a release film sheet was peeled off. A binder film was placed on a sheet of reinforcing fabric (carbon or glass fabric) so that the binder was between the second release film and the reinforcing fabric. The binder sheet through the film was evenly smoothed onto the reinforcing fabric with the force necessary to adhere the binder and enable the release film to be released without effort. The release film was removed from the binder. If the size of the reinforcing fabric is larger than the size of the binder film, then pieces of a thin binder film of comparable size were manually placed on the remaining uncovered areas of the reinforcing fabric. The application was controlled by the previously known weight of the thin film of the binder and amounted to 35 ± 5% of the total weight of the reinforcing filler, the film with a thickness of 100-300 μm is applied to the reinforcing filler in the form of a cloth or tape made of carbon or glass fiber. At room temperature, prepreg can be stored indefinitely.
Изготовленные листы препрега укладывают внутрь силиконовой рамки с аналогичными линейными размерами и толщиной не менее 5 мм (фиг. 4Б). Количество чередующихся с пленками связующего слоев углеродной ткани или стеклоткани для изготовления пластины ПКМ зависит от необходимой толщины ПКМ. Поскольку для измерения механической прочности при растяжении по ГОСТ Р 56785 толщина измеряемого образца должна составлять 2±0,2 мм, то платины ПКМ изготавливались из десяти слоев углеродной ткани (толщина монослоя 0,2 мм), либо из восьми слоев стеклоткани (толщина монослоя 0,25 мм) из которых все слои, кроме одного, были с нанесенным связующим, а самый верхний слой - ткань без связующего. Сверху листы препрега накрывают металлической пластиной (цулагой) с аналогичными препрегам линейными размерами и толщиной не менее 2 мм для обеспечения равномерной нагрузки по всей площади поверхности композита. Поверх конструкции выкладывался дренаж для облегчения откачки воздуха, в качестве которого могут быть использованы любые волокнистые либо сетчатые полимерные материалы.The prepared prepreg sheets are placed inside a silicone frame with similar linear dimensions and a thickness of at least 5 mm (Fig. 4B). The number of layers of carbon fabric or fiberglass alternating with films for the manufacture of a PCM plate depends on the required thickness of the PCM. Since for measuring the mechanical tensile strength in accordance with GOST R 56785, the thickness of the measured sample should be 2 ± 0.2 mm, the PCM platinum was made from ten layers of carbon fabric (monolayer thickness 0.2 mm), or from eight layers of fiberglass (monolayer thickness 0 , 25 mm) of which all layers, except one, were with a binder applied, and the topmost layer was a fabric without a binder. From above, prepreg sheets are covered with a metal plate (tsulaga) with linear dimensions similar to prepregs and at least 2 mm thick to ensure uniform loading over the entire surface of the composite. Drainage was laid on top of the structure to facilitate air pumping, which can be any fibrous or mesh polymer materials.
Вокруг оснастки собирают вакуумный пакет, откачивают воздух до значений вакуума <1 мм.рт.ст. Формование композита проводят в термопрессе (максимальная поддерживаемая температура 400°С, давление - 20 бар) по следующей программе: нагрев до 120-150°С при давлении пресса 1±0,2 бар =>, и как только достигли заданных параметров сразу начинаем дальше повышение давления до 4-8 бар, нагрев до 180±2°С со скоростью 2±0,5°С/мин =>повышение давления до 10±0,5 бар, выдержка при 180±2°С в течение 8±0,1 ч. После этого композит извлекали из формы и постотверждали при 330±5°С в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания не более 5°С/мин. Предпочтительно заготовку для изготовления пластины ПКМ (препрег + дренаж + вакуумный пакет с вакуумом) собирать непосредственно перед прессованием, однако если конструкция собрана хорошо, то она может храниться несколько дней в таком виде, главное, чтобы вакуум сохранялся перед установкой в пресс.A vacuum bag is collected around the tooling, the air is evacuated to vacuum values <1 mm Hg. The molding of the composite is carried out in a heat press (maximum maintained
Ниже приведены конкретные примерами выполнения, которые не являются единственно возможным, но демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.Below are specific examples of implementation, which are not the only possible, but demonstrates the possibility of achieving the required technical result.
Получение композиции связующего:Getting the binder composition:
Связующее ФН1 (PNT).Binder ФН1 (PNT).
В стеклянный реактор объемом 2 л, снабженный механической мешалкой, поместили 250 г 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)бензола. Реактор нагрели до 170°С для расплавления связующего, после чего включили перемешивание и вакуум (1 мм рт.ст.). Медленно добавляли расплав бис-(3-цианофенокси)фенил фосфата (150 г) небольшими порциями по мере растворения. Емкость охладили до 140°С. К полученному расплаву добавили 100 г 4-(4-аминофенокси)фталонитрила и 25 г 1,3-бис-(3-аминофенокси)бензола после чего перемешивали при 100°С в течение 15 минут. После этого смесь вылили на металлическую плиту, дали остыть и получили зеленую стеклообразную массу. Tc=22°С.A 2 L glass reactor equipped with a mechanical stirrer was charged with 250 g of 1,3-bis (3,4-dicyanophenoxy) benzene. The reactor was heated to 170 ° C to melt the binder, after which stirring and vacuum (1 mm Hg) were turned on. The bis (3-cyanophenoxy) phenyl phosphate melt (150 g) was added slowly in small portions as it dissolved. The container was cooled to 140 ° C. To the resulting melt were added 100 g of 4- (4-aminophenoxy) phthalonitrile and 25 g of 1,3-bis- (3-aminophenoxy) benzene, followed by stirring at 100 ° C for 15 minutes. After that, the mixture was poured onto a metal plate, allowed to cool, and a green glassy mass was obtained. T c = 22 ° C.
Связующее ФН2 (PNX).Binder FN2 (PNX).
В стеклянный реактор объемом 2 л, снабженный механической мешалкой, поместили 475 г 1,3-бис-(3,4-дицианофенокси)бензола. Емкость нагрели до 190°С для расплавления мономера, после чего включили перемешивание. Медленно добавляли порошок 4-(4-аминофенокси)фталонитрила (25 г), а затем прилили предварительно разогретый до 170°С расплав 100 г бис(3-(3,4-дицаинофенокси)фенил) пропаргилфосфата. Смесь охладили до 160°С и к полученному расплаву добавили 30 г АФБ 1,3-бис-(4-аминофенокси)бензола и перемешивали при 160°С в течение 15 минут. После этого смесь вылили на металлическую плиту, дали остыть и получили зеленую стеклообразную массу. Tc=42°СIn a 2 L glass reactor equipped with a mechanical stirrer, 475 g of 1,3-bis (3,4-dicyanophenoxy) benzene was charged. The vessel was heated to 190 ° C to melt the monomer, after which stirring was started. Powder of 4- (4-aminophenoxy) phthalonitrile (25 g) was added slowly, and then a melt of 100 g of bis (3- (3,4-dicyainophenoxy) phenyl) propargyl phosphate, preheated to 170 ° C, was added. The mixture was cooled to 160 ° C, and 30 g of APB 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene was added to the resulting melt and stirred at 160 ° C for 15 minutes. After that, the mixture was poured onto a metal plate, allowed to cool, and a green glassy mass was obtained. T c = 42 ° C
Связующее ФН1-Р1 (PNT-P1).Binder FN1-P1 (PNT-P1).
В стеклянный реактор загрузили 660 г ФН-1, подали в систему вакуум (1 мм рт.ст.) для дегазации, включили нагрев до 130°С и дожидались начала плавления вещества, после чего включили перемешивание на 6-10 об/мин, постепенно повышая скорость вращения по мере плавления вещества до 120 об/мин., перемешивали в течение 20 минут. Затем в плав порционно внесли 26,4 г аэросила R202 при перемешивании. После каждой итерации внесения дожидались распределения аэросила R202 в объеме плава и выхода смеси на заданный температурный режим в 130°С. Когда весь аэросил R202 был добавлен, включили вакуум и скорость перемешивания увеличили до максимума. Перемешивание вели в течение 20 мин. Остановили перемешивание и вылили плав в металлическую форму. После остывания связующего получили монолитную стеклообразную массу темно-зеленого цвета.660 g of FN-1 was loaded into a glass reactor, a vacuum (1 mm Hg) was applied to the system for degassing, heating was switched on to 130 ° C and the substance began to melt, after which stirring was switched on at 6-10 rpm, gradually increasing the rotation speed as the substance melted to 120 rpm, stirred for 20 minutes. Then 26.4 g of Aerosil R202 was added to the melt in portions with stirring. After each iteration of the introduction, we waited for the distribution of Aerosil R202 in the volume of the melt and for the mixture to reach a predetermined temperature regime of 130 ° C. When all Aerosil R202 was added, the vacuum was turned on and the stirring speed was increased to maximum. Stirring was continued for 20 min. The stirring was stopped and the melt was poured into a metal mold. After cooling of the binder, a monolithic glassy mass of dark green color was obtained.
Связующее ФН2-Р1 (PNX-P1).Binder FN2-P1 (PNX-P1).
В стеклянный реактор загрузили 660 г ФН-2, подали в систему вакуум (1 мм рт.ст.) для дегазации, включили нагрев до 130°С и дожидались начала плавления вещества, после чего включили перемешивание на 6-10 об/мин, постепенно повышая скорость вращения по мере плавления вещества до 120 об/мин., перемешивали в течение 20 минут. Затем в плав порционно внесли 26,4 г аэросила R202 при перемешивании. После каждой итерации внесения дожидались распределения аэросила R202 в объеме плава и выхода смеси на заданный температурный режим в 130°С. Когда весь аэросил R202 был добавлен, включили вакуум и скорость перемешивания увеличили до максимума. Перемешивание вели в течение 20 мин. Остановили перемешивание и вылили плав в металлическую форму. После остывания связующего получили монолитную стеклообразную массу темно-зеленого цвета.660 g of FN-2 was loaded into a glass reactor, a vacuum (1 mm Hg) was applied to the system for degassing, heating was switched on to 130 ° C and the substance began to melt, after which stirring was switched on at 6-10 rpm, gradually increasing the rotation speed as the substance melted to 120 rpm, stirred for 20 minutes. Then 26.4 g of Aerosil R202 was added to the melt in portions with stirring. After each iteration of the introduction, we waited for the distribution of Aerosil R202 in the volume of the melt and for the mixture to reach a predetermined temperature regime of 130 ° C. When all Aerosil R202 was added, the vacuum was turned on and the stirring speed was increased to maximum. Stirring was continued for 20 min. The stirring was stopped and the melt was poured into a metal mold. After cooling of the binder, a monolithic glassy mass of dark green color was obtained.
Связующее ФН1-Р2 (PNT-P2).Binder FN1-P2 (PNT-P2).
В реактор загрузили 660 г ФН-1, подали в систему вакуум (1 мм рт.ст.) для дегазации, включили нагрев до 130°С и дожидались начала плавления вещества, после чего включили перемешивание на 6-10 об/мин, постепенно повышая скорость вращения по мере плавления вещества до 120 об/мин., перемешивали в течение 20 минут. После расплавления связующего порционно внесли 440 г кварцевой муки при перемешивании. После каждой итерации внесения дожидались распределения муки в объеме плава и выхода смеси на заданный температурный режим в 130°С. Когда вся мука была добавлена, включили вакуум и скорость перемешивания увеличили до 180 об/мин. Перемешивание вели в течение 20 мин. Остановили перемешивание и вылили плав в металлическую форму. После остывания связующего получили рыхлую стеклообразную массу светло-зеленого цвета.660 g of FN-1 was loaded into the reactor, a vacuum (1 mm Hg) was applied to the system for degassing, heating was switched on to 130 ° C and the substance began to melt, after which stirring was switched on at 6-10 rpm, gradually increasing rotation speed as the substance melts up to 120 rpm, was stirred for 20 minutes. After melting the binder, 440 g of quartz flour was added in portions with stirring. After each iteration of the introduction, the distribution of flour in the volume of the melt and the exit of the mixture to a given temperature regime of 130 ° C were expected. When all the flour was added, the vacuum was turned on and the stirring speed was increased to 180 rpm. Stirring was continued for 20 min. The stirring was stopped and the melt was poured into a metal mold. After cooling of the binder, a loose glassy mass of light green color was obtained.
Связующее ФН2-Р2 (PNX-P2)Binder FN2-P2 (PNX-P2)
В реактор загрузили 660 г ФН-2, подали в систему вакуум (1 мм рт.ст.) для дегазации, включили нагрев до 130°С и дожидались начала плавления вещества, после чего включили перемешивание на 6-10 об/мин, постепенно повышая скорость вращения по мере плавления вещества до 120 об/мин., перемешивали в течение 20 минут. После расплавления связующего порционно внесли 440 г кварцевой муки при перемешивании. После каждой итерации внесения дожидались распределения муки в объеме плава и выхода смеси на заданный температурный режим в 130°С. Когда вся мука была добавлена, включили вакуум и скорость перемешивания увеличили до 180 об/мин. Перемешивание вели в течение 20 мин. Остановили перемешивание и вылили плав в металлическую форму. После остывания связующего получили рыхлую стеклообразную массу светло-зеленого цвета.The reactor was loaded with 660 g of FN-2, a vacuum (1 mm Hg) was applied to the system for degassing, heating was switched on to 130 ° C and the substance began to melt, after which stirring was switched on at 6-10 rpm, gradually increasing rotation speed as the substance melts up to 120 rpm, was stirred for 20 minutes. After melting the binder, 440 g of quartz flour was added in portions with stirring. After each iteration of the introduction, the distribution of flour in the volume of the melt and the exit of the mixture to a given temperature regime of 130 ° C were expected. When all the flour was added, the vacuum was turned on and the stirring speed was increased to 180 rpm. Stirring was continued for 20 min. The stirring was stopped and the melt was poured into a metal mold. After cooling of the binder, a loose glassy mass of light green color was obtained.
Получение тонких пленок связующего:Obtaining thin films of the binder:
Пример 1Example 1
В предварительно разогретый до 80°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали разделительную пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 400 мкм связующее ФН1 (PNT), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной разделительной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 2 бар. По прошествии 600 секунд (10 минут) плиты пресса разводились и извлекали готовую пленку связующего толщиной 300 мкм.In a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 80 ° C, a release film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm 2 was placed. On the film, 15 g of binder FN1 (PNT) finely ground to a size of 400 μm was evenly placed in the center, leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar release film. The press plates were brought together under a pressure of 2 bar. After 600 seconds (10 minutes) the press plates were parted and the finished binder film 300 μm thick was removed.
Пример 2Example 2
В предварительно разогретый до 90°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали разделительную пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 350 мкм связующее ФН1 (PNT), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной разделительной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 2 бар. По прошествии 480 секунд (8 минут) плиты пресса разводились и извлекали готовую пленку связующего толщиной 285 мкм.In a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 90 ° C, a release film with a release coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm 2 was placed. On the film, 15 g of binder FN1 (PNT) finely ground to a size of 350 μm was evenly placed in the center and leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar release film. The press plates were brought together under a pressure of 2 bar. After 480 seconds (8 minutes) the press plates were parted and the finished binder film 285 μm thick was removed.
Пример 3Example 3
В предварительно разогретый до 100°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 300 мкм связующее ФН1 (PNT), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 2 бар. По прошествии 300 секунд (5 минут) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 255 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm 2 in size was placed in a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 100 ° C. On the film, 15 g of binder FN1 (PNT) finely ground to a size of 300 μm was evenly placed in the center and leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together under a pressure of 2 bar. After 300 seconds (5 minutes), the press plates were parted and the finished binder film, 255 μm thick, was removed.
Пример 4Example 4
В предварительно разогретый до 110°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 200 мкм связующее ФН1 (PNT), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 2 бар. По прошествии 240 секунд (4 минуты) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 180 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed into a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 110 ° C. On the film, 15 g of binder FN1 (PNT) finely ground to a size of 200 μm was evenly placed in the center, leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together under a pressure of 2 bar. After 240 seconds (4 minutes) the press plates were parted and the finished binder film 180 μm thick was removed.
Пример 5Example 5
В предварительно разогретый до 120°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 800 мкм связующее ФН1 (PNT), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 2 бар. По прошествии 180 секунд (3 минуты) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 175 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed in a Langzauner LZT-L 250 heat press preheated to 120 ° C. On the film, 15 g of binder FN1 (PNT) finely ground to a size of 800 μm was evenly placed in the center, leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together under a pressure of 2 bar. After 180 seconds (3 minutes) the press plates were parted and the finished binder film of 175 µm thickness was removed.
Пример 6Example 6
В предварительно разогретый до 130°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 500 мкм связующее ФН1 (PNT), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 2 бар. По прошествии 120 секунд (2 минуты) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 120 мкм.A film with a release coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed in a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 130 ° C. On the film, 15 g of binder FN1 (PNT) finely ground to a size of 500 μm was evenly placed in the center, and leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together under a pressure of 2 bar. After 120 seconds (2 minutes), the press plates were parted and the finished binder film 120 μm thick was removed.
Пример 7Example 7
В предварительно разогретый до 140°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 950 мкм связующее ФН1 (PNT), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 2 бар. По прошествии 20 секунд плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 100 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed in a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 140 ° C. On the film, 15 g of binder FN1 (PNT) finely ground to a size of 950 μm was evenly placed in the center and leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together under a pressure of 2 bar. After 20 seconds, the press plates were parted and the finished binder film 100 μm thick was removed.
Пример 8Example 8
В предварительно разогретый до 100°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 300 мкм связующее ФН1 (PNT), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 4 бар. По прошествии 240 секунд (4 минуты) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 200 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed into a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 100 ° C. On the film, 15 g of binder FN1 (PNT) finely ground to a size of 300 μm was evenly placed in the center and leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together at a pressure of 4 bar. After 240 seconds (4 minutes) the press plates were parted and the finished binder film was removed with a thickness of 200 microns.
Пример 9Example 9
В предварительно разогретый до 100°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 400 мкм связующее ФН1 (PNT), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 6 бар. По прошествии 180 секунд (3 минуты) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 180 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed into a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 100 ° C. On the film, 15 g of binder FN1 (PNT) finely ground to a size of 400 μm was evenly placed in the center, leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together under a pressure of 6 bar. After 180 seconds (3 minutes) the press plates were parted and the finished binder film 180 μm thick was removed.
Пример 10Example 10
В предварительно разогретый до 100°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 350 мкм связующее ФН1 (PNT), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 8 бар. По прошествии 120 секунд (2 минуты) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 165 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed into a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 100 ° C. On the film, 15 g of binder FN1 (PNT) finely ground to a size of 350 μm was evenly placed in the center and leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together at a pressure of 8 bar. After 120 seconds (2 minutes) the press plates were parted and the finished binder film, 165 μm thick, was removed.
Пример 11Example 11
В предварительно разогретый до 100°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 гр мелко измельченного до размера 250 мкм связующее ФН1 (PNT), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 10 бар. По прошествии 60 секунд (1 минута) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 140 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed into a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 100 ° C. On the film, 15 g of binder FN1 (PNT) finely ground to a size of 250 μm was evenly placed in the center, leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together under a pressure of 10 bar. After 60 seconds (1 minute), the press plates were parted and the finished binder film, 140 μm thick, was removed.
Пример 12Example 12
В предварительно разогретый до 100°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 гр. мелко измельченного до размера 400 мкм связующее ФН2 (PNX), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 4 бар. По прошествии 240 секунд (4 минуты) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 195 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed into a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 100 ° C. On the film, 15 g was evenly placed in the center. Binder FN2 (PNX), finely ground to a size of 400 μm, was leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together at a pressure of 4 bar. After 240 seconds (4 minutes) the press plates were parted and the finished binder film was removed with a thickness of 195 microns.
Пример 13Example 13
В предварительно разогретый до 100°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 500 мкм связующее ФН1-Р1 (PNT-P1), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 4 бар. По прошествии 240 секунд (4 минут) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 220 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed into a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 100 ° C. On the film, 15 g of binder FN1-P1 (PNT-P1) finely ground to a size of 500 μm was evenly placed in the center, leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together at a pressure of 4 bar. After 240 seconds (4 minutes) the press plates were parted and the finished binder film 220 μm thick was removed.
Пример 14Example 14
В предварительно разогретый до 100°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 400 мкм связующее ФН1-Р2 (PNT-P2), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 4 бар. По прошествии 240 секунд (4 минуты) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 220 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed into a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 100 ° C. On the film, 15 g of binder FN1-P2 (PNT-P2) finely ground to a size of 400 μm was evenly placed in the center, leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together at a pressure of 4 bar. After 240 seconds (4 minutes), the press plates were parted and the finished binder film 220 μm thick was removed.
Пример 15Example 15
В предварительно разогретый до 100°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 300 мкм связующее ФН2-Р1 (PNX-P1), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 4 бар. По прошествии 240 секунд (4 минуты) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 225 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed into a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 100 ° C. On the film, 15 g of binder FN2-P1 (PNX-P1) finely ground to a size of 300 μm was evenly placed in the center, leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together at a pressure of 4 bar. After 240 seconds (4 minutes) the press plates were parted and the finished binder film was removed with a thickness of 225 μm.
Пример 16Example 16
В предварительно разогретый до 100°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 300 мкм связующее ФН2-Р2 (PNX-P2), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 4 бар. По прошествии 240 секунд (4 минуты) плиты пресса разводились и извлекалась готовая пленка связующего толщиной 180 мкм.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed into a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 100 ° C. On the film, 15 g of FN2-P2 (PNX-P2) binder finely ground to a size of 300 μm was evenly placed in the center, leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together at a pressure of 4 bar. After 240 seconds (4 minutes) the press plates were parted and the finished binder film 180 μm thick was removed.
Сборка заготовки для ПКМ:Assembling a workpiece for PCM:
Пример 17Example 17
На металлическую оснастку размером 450×550×4 мм3 укладывали силиконовую рамку размерами 350×350×5 мм3 с вырезанной полостью по центру размером 300×300 мм2. С одной стороны тонкой пленки связующего отделяли лист разделительной пленки. На лист углеродной ткани 22502, произведенной компанией ИТЕКМА, саржевого плетения 2×2 из углеродного волокна 3k НТА40, произведенного компанией TohoTenax из группы компаний Teijin, размером 300×300 мм2 помещали пленку связующего так, чтобы связующее находилось между второй разделительной пленкой и армирующей тканью. Лист связующего через пленку валиком равномерно приглаживали к армирующей ткани. Разделительная пленка удалялась со связующего. На оставшиеся незакрытые участки армирующей ткани вручную укладывали сравнимые по размерам куски пленки связующего, полученной по примерам 1-16. Таким образом изготавливали 9 слоев безрастворного препрега. Так как 10 слоев ткани весили 180 г, то масса пленок связующего, взятого для формования девяти слоев препрега, составляла 120 г. Это соответствует расчетному количеству матрицы в ПКМ 40%. Препрег укладывали внутрь силиконовой рамки так, чтобы слой нанесенного связующего на каждом из слоев находился сверху. Поверх девяти слоев препрега укладывали лист углеродной ткани размером 300×300 мм2, а затем - металлическая пластина с размерами 300×300×2 мм2. Поверх укладывался слой дренажного материала марки Ниалон® ИП 340 А с размерами 450×550 мм2. Конструкция помещалась в вакуумный пакет, откуда откачивался воздух до значений <1 мм.рт.ст. Описание возможного режима формования ПКМ из этой заготовки описано далее в примерах Пример -Пример.A silicone frame with dimensions 350 × 350 × 5 mm 3 with a cut-out cavity in the center measuring 300 × 300 mm 2 was placed on a metal tooling measuring 450 × 550 × 4 mm 3 . A release film sheet was peeled off one side of the binder thin film. On a sheet of carbon fabric 22502, manufactured by ITECMA, a 2 × 2 twill weave of 3k HTA40 carbon fiber manufactured by TohoTenax of the Teijin group of companies, 300 × 300 mm 2 was placed with a film of binder so that the binder was between the second release film and the reinforcing fabric ... The binder sheet was evenly smoothed onto the reinforcing fabric with a roller through the film. The release film was removed from the binder. On the remaining uncovered areas of the reinforcing fabric, comparable in size pieces of the binder film obtained according to examples 1-16 were manually laid. Thus, 9 layers of solution-free prepreg were made. Since 10 layers of fabric weighed 180 g, the mass of the binder films taken to form nine layers of prepreg was 120 g. This corresponds to the calculated amount of matrix in the PCM 40%. The prepreg was placed inside the silicone frame so that the layer of applied binder on each of the layers was on top. On top of nine layers of prepreg, a sheet of carbon fabric with dimensions of 300 × 300 mm 2 was laid, and then a metal plate with dimensions of 300 × 300 × 2 mm 2 was laid. A layer of drainage material Nialon® IP 340 A with dimensions 450 × 550 mm 2 was laid on top. The structure was placed in a vacuum bag, from where air was evacuated to values <1 mm Hg. A description of a possible mode of forming a PCM from this workpiece is described below in the examples Example-Example.
Пример 18Example 18
На металлическую оснастку размером 450×550×4 мм3 укладывали силиконовую рамку размерами 350×350×5 мм3 с вырезанной полостью по центру размером 300×300 мм2. С одной стороны тонкой пленки связующего отделяли лист разделительной пленки. На лист стеклоткани, марки Т-10, произведенной компанией Полоцк-стекловолокно, размером 300×300 мм2 помещали пленку связующего так, чтобы связующее находилось между второй разделительной пленкой и армирующей тканью. Лист связующего через пленку валиком равномерно приглаживали к армирующей ткани. Разделительная пленка удалялась со связующего. На оставшиеся незакрытые участки армирующей ткани вручную укладывали сравнимые по размерам куски пленки связующего, полученной по примерам 1-16. Таким образом изготавливали 7 слоев безрастворного препрега. Так как 8 слоев ткани весили 230 г, то масса пленок связующего, взятого для формования семи слоев препрега, составляла 98,6 г. Это соответствует расчетному количеству матрицы в ПКМ 30%. Препрег укладывался внутрь силиконовой рамки так, чтобы слой нанесенного связующего на каждом из слоев находился сверху. Поверх семи слоев препрега укладывали лист стеклоткани размером 300×300 мм2, а затем - металлическая пластина с размерами 300×300×2 мм2. Поверх укладывали слой дренажного материала Ниалон® ИП 340 А с размерами 450×550 мм2. Конструкция помещалась в вакуумный пакет, откуда откачивался воздух до значений <1 мм.рт.ст. Описание возможного режима формования ПКМ из этой заготовки описано далее в примерах Пример -Пример.A silicone frame with dimensions 350 × 350 × 5 mm 3 with a cut-out cavity in the center measuring 300 × 300 mm 2 was placed on a metal tooling measuring 450 × 550 × 4 mm 3 . A release film sheet was peeled off one side of the binder thin film. On a sheet of glass cloth, grade T-10, produced by the Polotsk-glass fiber company, with a size of 300 × 300 mm 2, a binder film was placed so that the binder was between the second separating film and the reinforcing fabric. The binder sheet was evenly smoothed onto the reinforcing fabric with a roller through the film. The release film was removed from the binder. On the remaining uncovered areas of the reinforcing fabric, comparable in size pieces of the binder film obtained according to examples 1-16 were manually laid. In this way, 7 layers of solution-free prepreg were made. Since 8 layers of fabric weighed 230 g, the mass of the binder films taken to form seven layers of prepreg was 98.6 g. This corresponds to the calculated amount of matrix in the
Примеры получения ПКМExamples of obtaining PCM
Пример 19Example 19
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ помещался в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при давлении 1 бар. Производили нагревание заготовки до температуры 120°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление поднималось до 4 бар. Далее, проводили нагрев до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин. После достижения этой температуры давление повысили до 10 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы и постотвердили при 330°С в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания 5°С/мин. Получили ПКМ с содержанием связующего 39%.A vacuum bag with a PCM blank was placed in an unheated Langzauner LZT-L 250 heat press. The press plates were brought together at a pressure of 1 bar. The preform was heated to a temperature of 120 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure rose to 4 bar. Further, heating was carried out to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min. After reaching this temperature, the pressure was increased to 10 bar and held at 180 ° C for 8 hours. The composite was then removed from the mold and post-cured at 330 ° C in a free form. Hot samples are cooled without taking them out of the oven to room temperature with a cooling rate of 5 ° C / min. Received PCM with a binder content of 39%.
Пример 20Example 20
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ помещали в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при давлении 1 бар. Производили нагревание заготовки до температуры 130°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление поднимали до 4 бар. Далее, нагрев проводили до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин. После достижения этой температуры давление повысили до 10 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы и постотвердили при 330°С в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания 3°С/мин. Получили ПКМ с содержанием связующего 37%.A vacuum bag with a PCM blank was placed in an unheated heat press Langzauner LZT-L 250. The press plates were brought together at a pressure of 1 bar. The preform was heated to a temperature of 130 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure was raised to 4 bar. Further, heating was carried out to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min. After reaching this temperature, the pressure was increased to 10 bar and held at 180 ° C for 8 hours. The composite was then removed from the mold and post-cured at 330 ° C in a free form. Hot samples are cooled without taking them out of the oven to room temperature at a cooling rate of 3 ° C / min. Received PCM with a binder content of 37%.
Пример 21Example 21
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ помещался в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при давлении 1 бар. Производили нагревание заготовки до температуры 140°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление поднимали до 4 бар. Далее, нагрев проводили до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин. После достижения этой температуры давление повысили до 10 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы и постотвердили при 330°С в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания 2°С/мин. Получили ПКМ с содержанием связующего 37%.A vacuum bag with a PCM blank was placed in an unheated Langzauner LZT-L 250 heat press. The press plates were brought together at a pressure of 1 bar. The preform was heated to a temperature of 140 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure was raised to 4 bar. Further, heating was carried out to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min. After reaching this temperature, the pressure was increased to 10 bar and held at 180 ° C for 8 hours. The composite was then removed from the mold and post-cured at 330 ° C in a free form. Hot samples are cooled without taking them out of the oven to room temperature at a cooling rate of 2 ° C / min. Received PCM with a binder content of 37%.
Пример 22Example 22
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ помещался в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при контактном давлении. Производили нагревание заготовки до температуры 150°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление поднимали до 4 бар. Далее, нагрев проводили до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин. После достижения этой температуры давление повысили до 10 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы и постотвердили при 330°С в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания 4°С/мин. Получили ПКМ с содержанием связующего 36%.A vacuum bag with a PCM blank was placed in an unheated Langzauner LZT-L 250 heat press. The press plates were brought together under contact pressure. The preform was heated to a temperature of 150 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure was raised to 4 bar. Further, heating was carried out to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min. After reaching this temperature, the pressure was increased to 10 bar and held at 180 ° C for 8 hours. The composite was then removed from the mold and post-cured at 330 ° C in a free form. Hot samples are cooled without taking them out of the oven to room temperature at a cooling rate of 4 ° C / min. Received PCM with a binder content of 36%.
Пример 23Example 23
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ помещался в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при давлении 1 бар. Производили нагревание заготовки до температуры 120°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление поднимали до 6 бар. Далее, нагрев проводили до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин. После достижения этой температуры давление повысили до 10 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы и постотвердили при 330°С в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания 1°С/мин. Получили ПКМ с содержанием связующего 37%.A vacuum bag with a PCM blank was placed in an unheated Langzauner LZT-L 250 heat press. The press plates were brought together at a pressure of 1 bar. The preform was heated to a temperature of 120 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure was raised to 6 bar. Further, heating was carried out to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min. After reaching this temperature, the pressure was increased to 10 bar and held at 180 ° C for 8 hours. The composite was then removed from the mold and post-cured at 330 ° C in a free form. Hot samples are cooled without taking them out of the oven to room temperature at a cooling rate of 1 ° C / min. Received PCM with a binder content of 37%.
Пример 24Example 24
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ помещался в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при давлении 1 бар. Производили нагревание заготовки до температуры 120°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление поднимали до 8 бар. Далее, нагрев проводили до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин. После достижения этой температуры давление повысили до 10 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы и постотвердили при 330°С в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания 5°С/мин. Получили ПКМ с содержанием связующего 35%. Пример 25A vacuum bag with a PCM blank was placed in an unheated Langzauner LZT-L 250 heat press. The press plates were brought together at a pressure of 1 bar. The preform was heated to a temperature of 120 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure was raised to 8 bar. Further, heating was carried out to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min. After reaching this temperature, the pressure was increased to 10 bar and held at 180 ° C for 8 hours. The composite was then demolded and post-cured at 330 ° C in a free form. Hot samples are cooled, without being removed from the oven, to room temperature at a cooling rate of 5 ° C / min. Received PCM with a binder content of 35%. Example 25
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ помещался в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при давлении 1 бар. Производили нагревание заготовки до температуры 130°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление поднимали до 6 бар. Далее, нагрев проводили до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин. После достижения этой температуры давление повысили до 10 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы и постотвердили при 330°С в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания 2°С/мин. Получили ПКМ с содержанием связующего 35%.A vacuum bag with a PCM blank was placed in an unheated Langzauner LZT-L 250 heat press. The press plates were brought together at a pressure of 1 bar. The preform was heated to a temperature of 130 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure was raised to 6 bar. Further, heating was carried out to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min. After reaching this temperature, the pressure was increased to 10 bar and held at 180 ° C for 8 hours. The composite was then removed from the mold and post-cured at 330 ° C in a free form. Hot samples are cooled without taking them out of the oven to room temperature at a cooling rate of 2 ° C / min. Received PCM with a binder content of 35%.
Пример 26Example 26
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ помещался в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при давлении 1 бар. Производили нагревание заготовки до температуры 130°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление поднимали до 8 бар. Далее, нагрев проводили до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин. После достижения этой температуры давление повысили до 10 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы и постотвердили при 330°С в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания 4°С/мин. Получили ПКМ с содержанием связующего 33%.A vacuum bag with a PCM blank was placed in an unheated Langzauner LZT-L 250 heat press. The press plates were brought together at a pressure of 1 bar. The preform was heated to a temperature of 130 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure was raised to 8 bar. Further, heating was carried out to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min. After reaching this temperature, the pressure was increased to 10 bar and held at 180 ° C for 8 hours. The composite was then removed from the mold and post-cured at 330 ° C in a free form. Hot samples are cooled without taking them out of the oven to room temperature at a cooling rate of 4 ° C / min. Received PCM with a binder content of 33%.
Пример 27Example 27
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ помещался в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при давлении 1 бар. Производили нагревание заготовки до температуры 140°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление поднимали до 6 бар. Далее, нагрев проводился до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин. После достижения этой температуры давление повысили до 10 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы и постотвердили при 330°С в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания 1°С/мин. Получили ПКМ с содержанием связующего 36%.A vacuum bag with a PCM blank was placed in an unheated Langzauner LZT-L 250 heat press. The press plates were brought together at a pressure of 1 bar. The preform was heated to a temperature of 140 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure was raised to 6 bar. Further, heating was carried out to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min. After reaching this temperature, the pressure was increased to 10 bar and held at 180 ° C for 8 hours. The composite was then removed from the mold and post-cured at 330 ° C in a free form. Hot samples are cooled without taking them out of the oven to room temperature at a cooling rate of 1 ° C / min. Received PCM with a binder content of 36%.
Пример 28Example 28
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ помещался в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при давлении 1 бар. Производили нагревание заготовки до температуры 140°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление поднимали до 8 бар. Далее, нагрев проводили до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин. После достижения этой температуры давление повысили до 10 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 470 мин. После этого композит извлекли из формы и постотвердили при 330°С в течение 470 мин в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания 2°С/мин. Получили ПКМ с содержанием связующего 37%.A vacuum bag with a PCM blank was placed in an unheated Langzauner LZT-L 250 heat press. The press plates were brought together at a pressure of 1 bar. The preform was heated to a temperature of 140 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure was raised to 8 bar. Further, heating was carried out to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min. After reaching this temperature, the pressure was increased to 10 bar and held at 180 ° C for 470 minutes. Thereafter, the composite was removed from the mold and post-cured at 330 ° C for 470 min in a free form. Hot samples are cooled without taking them out of the oven to room temperature at a cooling rate of 2 ° C / min. Received PCM with a binder content of 37%.
Пример 29Example 29
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ помещался в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при давлении 1 бар. Производили нагревание заготовки до температуры 150°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление поднимали до 6 бар. Далее, нагрев проводили до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин. После достижения этой температуры давление повысили до 10 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы и постотвердили при 330°С в течение 8 ч в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания 3°С/мин. Получили ПКМ с содержанием связующего 32%.A vacuum bag with a PCM blank was placed in an unheated Langzauner LZT-L 250 heat press. The press plates were brought together at a pressure of 1 bar. The preform was heated to a temperature of 150 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure was raised to 6 bar. Further, heating was carried out to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min. After reaching this temperature, the pressure was increased to 10 bar and held at 180 ° C for 8 hours. The composite was then demolded and post-cured at 330 ° C for 8 hours in a free form. Hot samples are cooled without taking them out of the oven to room temperature at a cooling rate of 3 ° C / min. Received PCM with a binder content of 32%.
Пример 30Example 30
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ помещался в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при давлении 1 бар. Производили нагревание заготовки до температуры 150°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление поднимали до 8 бар. Далее, нагрев проводили до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин. После достижения этой температуры давление повысили до 10 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы и постотвердили при 330°С в течение 490 мин в свободном виде. Горячие образцы охлаждают, не вынимая из печи, до комнатной температуры со скоростью остывания 3°С/мин. Получили ПКМ с содержанием связующего 31%.A vacuum bag with a PCM blank was placed in an unheated Langzauner LZT-L 250 heat press. The press plates were brought together at a pressure of 1 bar. The preform was heated to a temperature of 150 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure was raised to 8 bar. Further, heating was carried out to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min. After reaching this temperature, the pressure was increased to 10 bar and held at 180 ° C for 8 hours. The composite was then demolded and post-cured at 330 ° C for 490 minutes in a free state. Hot samples are cooled without taking them out of the oven to room temperature at a cooling rate of 3 ° C / min. Received PCM with a binder content of 31%.
Результаты механических испытаний образцов ПКМ приведены в табл. 4 и 5.The results of mechanical tests of PCM samples are given in table. 4 and 5.
Сравнительный пример 31Comparative Example 31
В предварительно разогретый до 70°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали разделительную пленку марки ТУ 5459-055-39160180-00 с антиадгезионным покрытием размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 г мелко измельченного до размера 800 мкм связующее PNT-P1 (ООО «Итекма»), разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 2 бар. По прошествии 600 секунд (10 минут) плиты пресса разводились. Связующее представляло собой толстый пласт (1,5 мм) низкого радиуса. Использование термопласта для формования препрега в таком виде невозможно. Сравнительный пример 32.A TU 5459-055-39160180-00 release film with a 400 × 400 mm 2 anti-adhesive coating was placed in a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 70 ° C. On the film, 15 g of PNT-P1 binder (OOO Itekma), finely ground to a size of 800 μm, was evenly placed in the center, leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together under a pressure of 2 bar. After 600 seconds (10 minutes), the press plates were parted. The binder was a thick layer (1.5 mm) with a low radius. It is not possible to use a thermoplastic to form a prepreg in this form. Comparative example 32.
В предварительно разогретый до 150°С термопресс помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 гр. мелко измельченного до размера 300 мкм связующее PNT-P1, разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 2 бар. По прошествии 10 секунд связующее начало вытекать из пресса.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed in a thermopress preheated to 150 ° C. On the film, 15 g was evenly placed in the center. binder PNT-P1 finely ground to a size of 300 μm, leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together under a pressure of 2 bar. After 10 seconds, the binder started to flow out of the press.
Сравнительный пример 33.Comparative example 33.
В предварительно разогретый до 80°С термопресс Langzauner LZT-L 250 помещали пленку с антиадгезионным покрытием ТУ 5459-055-39160180-00 размером 400×400 мм2. На пленку в центр равномерно помещали 15 гр. мелко измельченного до размера 900 мкм связующее PNT, разравнивали шпателем. Сверху связующее накрывали аналогичной пленкой. Пластины пресса сводились под давлением 2 бар. По прошествии 20 секунд плиты пресса разводились. Связующее представляло собой толстый пласт низкого радиуса (1,7 мм). Использование термопласта для формования препрега в таком виде невозможно.A film with an anti-adhesive coating TU 5459-055-39160180-00 400 × 400 mm2 in size was placed into a Langzauner LZT-L 250 thermopress preheated to 80 ° C. On the film, 15 g was evenly placed in the center. PNT binder, finely ground to a size of 900 μm, was leveled with a spatula. The top of the binder was covered with a similar film. The press plates were brought together under a pressure of 2 bar. After 20 seconds, the press plates were divorced. The binder was a thick, low radius (1.7 mm) slab. It is not possible to use a thermoplastic to form a prepreg in this form.
Сравнительный пример 34Comparative example 34
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ из примера 17 помещался в ненагретый термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса сводились при давлении 1 бар. Производилось нагревание заготовки до температуры 180°С со скоростью 2°С/мин, после чего давление повысили до 4 бар, и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы. Получили ПКМ с содержанием связующего 40%. Анализ микрофотографий РЭМ показал высокое содержание пустот в готовом материале.A vacuum bag with a PCM blank from example 17 was placed in an unheated heat press Langzauner LZT-L 250. The press plates were brought together at a pressure of 1 bar. The preform was heated to a temperature of 180 ° C at a rate of 2 ° C / min, after which the pressure was increased to 4 bar, and held at 180 ° C for 8 hours. After that, the composite was removed from the mold. Received PCM with a binder content of 40%. Analysis of SEM micrographs showed a high void content in the finished material.
Сравнительный пример 35Comparative Example 35
Вакуумный пакет с заготовкой ПКМ из примера 17 помещался в нагретый до 180°С термопресс Langzauner LZT-L 250. Пластины пресса свели при давлении 10 бар и провели выдержку при 180°С в течение 8 ч. После этого композит извлекли из формы. Получили ПКМ с содержанием связующего 39%. Анализ микрофотографий РЭМ показал высокое содержание пустот в готовом материале (фиг. 5).A vacuum bag with a PCM preform from Example 17 was placed into a Langzauner LZT-L 250 heat press heated to 180 ° C. The press plates were brought together at a pressure of 10 bar and held at 180 ° C for 8 hours. After that, the composite was removed from the mold. Received PCM with a binder content of 39%. Analysis of SEM photomicrographs showed a high void content in the finished material (Fig. 5).
Таким образом, невыполнение режима прессования тонких пленок связующего ведет либо к получению слишком толстых образцов в случае низких температур, либо к вытеканию связующего за границы разделительных пленок и пресса. Также немаловажно соблюдение условий прессования ПКМ, так слишком низкое давление в момент гелирования связующего приводит к большому количеству остаточной пористости в материале. К аналогичному результату ведет слишком быстрый нагрев образца.Thus, failure to comply with the mode of pressing thin films of the binder leads either to obtaining samples that are too thick in the case of low temperatures, or to leakage of the binder beyond the boundaries of the separating films and the press. It is also important to comply with the conditions for pressing PCM, so too low pressure at the time of gelation of the binder leads to a large amount of residual porosity in the material. Too fast heating of the sample leads to a similar result.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019145188A RU2740286C1 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Solution-free method of producing phthalonitrile prepreg and polymer composite material based thereon |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019145188A RU2740286C1 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Solution-free method of producing phthalonitrile prepreg and polymer composite material based thereon |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2740286C1 true RU2740286C1 (en) | 2021-01-12 |
Family
ID=74183770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019145188A RU2740286C1 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Solution-free method of producing phthalonitrile prepreg and polymer composite material based thereon |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2740286C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2789601C1 (en) * | 2021-11-01 | 2023-02-06 | Общество с ограниченной ответственностью «Инновационные технологии и материалы» (ООО «ИТЕКМА») | Phthalonitrile binder and composition based on it, intended for manufacture of polymer composite material |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510408C1 (en) * | 2012-10-23 | 2014-03-27 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Polymer binder and prepreg based thereon |
CN103834008A (en) * | 2014-03-10 | 2014-06-04 | 中国科学院化学研究所 | Novel phthalonitrile resin and preparation method thereof |
RU2572139C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for obtaining carbon fibre-reinforced polymers based of heat-resistant binding agent |
WO2018175025A1 (en) * | 2017-03-23 | 2018-09-27 | 3M Innovative Properties Company | Resin blends containing a phthalonitrile reactive diluent and a diphthalonitrile resin, prepregs, and articles |
RU2695606C1 (en) * | 2018-11-08 | 2019-07-24 | Акционерное Общество "Институт Новых Углеродных Материалов И Технологий" | Phthalonitrile binder composition for polymer composite materials, a method for production thereof, a method of producing a polymer composite material and a material obtained using said method |
-
2019
- 2019-12-30 RU RU2019145188A patent/RU2740286C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510408C1 (en) * | 2012-10-23 | 2014-03-27 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Polymer binder and prepreg based thereon |
CN103834008A (en) * | 2014-03-10 | 2014-06-04 | 中国科学院化学研究所 | Novel phthalonitrile resin and preparation method thereof |
RU2572139C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for obtaining carbon fibre-reinforced polymers based of heat-resistant binding agent |
WO2018175025A1 (en) * | 2017-03-23 | 2018-09-27 | 3M Innovative Properties Company | Resin blends containing a phthalonitrile reactive diluent and a diphthalonitrile resin, prepregs, and articles |
RU2695606C1 (en) * | 2018-11-08 | 2019-07-24 | Акционерное Общество "Институт Новых Углеродных Материалов И Технологий" | Phthalonitrile binder composition for polymer composite materials, a method for production thereof, a method of producing a polymer composite material and a material obtained using said method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2789601C1 (en) * | 2021-11-01 | 2023-02-06 | Общество с ограниченной ответственностью «Инновационные технологии и материалы» (ООО «ИТЕКМА») | Phthalonitrile binder and composition based on it, intended for manufacture of polymer composite material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103946012B (en) | Peel ply, the surface preparation using it and the method in conjunction with composite construction | |
JP5158778B2 (en) | Epoxy resin impregnated yarn and its use for producing preforms | |
CN103201102B (en) | Epoxy resin composition for fiber reinforced composite material, prepreg, and fiber reinforced composite material | |
JP6036844B2 (en) | Prepreg, fiber reinforced composite material and method for producing fiber reinforced composite material | |
JPH11511503A (en) | Epoxy resin composition, prepreg, cured composite material, and production method thereof | |
CA1184106A (en) | Process for producing cured, curved moulded articles | |
CN107108930B (en) | Prepreg | |
JP2008530309A (en) | Improved phthalonitrile composites | |
JP2008231237A (en) | Prepreg and fiber-reinforced composite material | |
JPS6047111B2 (en) | Composite manufacturing method | |
JP4708797B2 (en) | Process for producing fiber reinforced thermoplastic and fiber reinforced thermoplastic | |
US5300176A (en) | Process of producing substantially void-free polyimide composites | |
JP7298610B2 (en) | Prepreg sheets and prepreg stacks useful for making low void content fiber reinforced composites | |
RU2740286C1 (en) | Solution-free method of producing phthalonitrile prepreg and polymer composite material based thereon | |
KR100189169B1 (en) | Carbon fiber reinforced composite material having a morphology gradient | |
JPH01198635A (en) | Highly thermostable polyarylene thioether ketone prepreg and molded product thereof | |
DE2941785A1 (en) | COMPOSITES AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION | |
JP2005238758A (en) | Forming method of fiber reinforced resin and covering sheet formed by it | |
KR101242867B1 (en) | Manufacturing method of Prepreg | |
JPH03124731A (en) | Fiber-reinforced poly(biphenylene sulfide) composite material and its manufacture | |
TW202305044A (en) | Carbon fiber bundle, prepreg, and fiber-reinforced composite material | |
TWI517967B (en) | Manufacturing method of prepreg of flexible phenol-formaldehyde resin composites material and apparatus thereof | |
JP7321135B2 (en) | Fiber-reinforced resin molding prepreg and fiber-reinforced resin molding | |
Sorina et al. | Structural carbon-fibre-reinforced plastics and their properties | |
JP2882638B2 (en) | Molding material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20211025 |