RU2774496C1 - Sleeve with nanomaterials (variants) - Google Patents
Sleeve with nanomaterials (variants) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774496C1 RU2774496C1 RU2021123386A RU2021123386A RU2774496C1 RU 2774496 C1 RU2774496 C1 RU 2774496C1 RU 2021123386 A RU2021123386 A RU 2021123386A RU 2021123386 A RU2021123386 A RU 2021123386A RU 2774496 C1 RU2774496 C1 RU 2774496C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fabric
- woven
- nanocarbon
- additives
- binder
- Prior art date
Links
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 41
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 41
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 41
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 18
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 125000004432 carbon atoms Chemical group C* 0.000 claims abstract description 7
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 29
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 20
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 claims description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011012 sanitization Methods 0.000 abstract description 2
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 abstract 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 13
- -1 basalt Substances 0.000 description 13
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 13
- 229920001567 Vinyl ester Polymers 0.000 description 12
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 12
- 229920002725 Thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 8
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 8
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 8
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 230000003014 reinforcing Effects 0.000 description 6
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 5
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 5
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 5
- 229920002530 poly[4-(4-benzoylphenoxy)phenol] polymer Polymers 0.000 description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene (PE) Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 4
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[[4-(2,5-dioxopyrrol-1-yl)phenyl]methyl]phenyl]pyrrole-2,5-dione Chemical compound O=C1C=CC(=O)N1C(C=C1)=CC=C1CC1=CC=C(N2C(C=CC2=O)=O)C=C1 XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N Buckminsterfullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 1
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 1
- 239000011852 carbon nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Заявляемая группа технических решений относится к области композитных материалов. Заявляемые полимерные композитные материалы предназначены для использования в корпусах, силовых конструкциях, конструкционных изделиях (уголки, тавры, двутавры, швеллеры и т.д.), строительстве (арматура и конструкционные изделия), жилищно-коммунальном хозяйстве (в качестве основы для производства санирующих рукавов, вставок, ремонтных комплектов), предметах декоративно-прикладного назначения, транспорте, связи и других отраслях.The claimed group of technical solutions relates to the field of composite materials. The claimed polymer composite materials are intended for use in housings, load-bearing structures, structural products (corners, tees, I-beams, channels, etc.), construction (fittings and structural products), housing and communal services (as a basis for the production of sanitizing sleeves , inserts, repair kits), arts and crafts, transport, communications and other industries.
Уровень техники.The level of technology.
Известен скважинный трубчатый композитный элемент (US2013206273, «Fiber Reinforced Polymer Matrix Nanocomposite Downhole Member», F16L9/00, B82Y30/00, [1]), содержащий слои армирующих волокон, сформированных в тканые материалы. Армирующие волокна содержат тканые и нетканые материалы. Тканые материалы содержат стеклянные, углеродные, минеральные, керамические, металлические или полимерные волокна, или их комбинацию. Тканые и нетканые слои содержат полимерную матрицу, которая представляет собой термореактивный полимер и, в частности, включает фенольный, эпоксидный или бисмалеимидный полимер, или их комбинацию. Термопластичный полимер включает полимер на основе полиэфирэфиркетона, в который диспергирован наполнитель. Нанонаполнителем служат углеродные наночастицы, которые могут включать частицы фуллерена. Наполнитель содержит графеновые нанотрубки и фуллерен С60, С70, C76 и т.п. Наполнитель из наночастиц присутствует в количестве, по объемной доле композита, примерно от 0,005 до примерно 0,15. Слои прошиты между собой.Known downhole tubular composite element (US2013206273, "Fiber Reinforced Polymer Matrix Nanocomposite Downhole Member", F16L9/00, B82Y30/00, [1]), containing layers of reinforcing fibers formed into woven materials. Reinforcing fibers include woven and non-woven materials. Woven materials contain glass, carbon, mineral, ceramic, metal or polymer fibers, or a combination thereof. Woven and non-woven layers contain a polymer matrix, which is a thermosetting polymer and, in particular, includes a phenolic, epoxy or bismaleimide polymer, or a combination thereof. The thermoplastic polymer includes a polyether ether ketone based polymer in which a filler is dispersed. The nanofiller is carbon nanoparticles, which may include fullerene particles. The filler contains graphene nanotubes and fullerene C60, C70, C76, etc. The nanoparticulate filler is present in an amount, by volume fraction of the composite, from about 0.005 to about 0.15. The layers are stitched together.
В качестве прототипа к заявляемой группе технических решений выбран полимерный композитный материал (US 10407597 B2, B32B 5/02, 10.09.2019), содержащий тканое или нетканое синтетическое мультиаксиальное полотно, пропитанное на основе смолы.As a prototype for the claimed group of technical solutions, a polymer composite material (US 10407597 B2, B32B 5/02, 09/10/2019) containing a woven or non-woven synthetic multiaxial fabric impregnated with resin was selected.
Недостатками приведенных аналогов являются низкие прочностные характеристики.The disadvantages of these analogues are low strength characteristics.
Решаемой технической проблемой является необходимость улучшения прочностных характеристик полимерных композитных материалов, а также сохранение механических характеристик при повышенных температурах относительно немодифицированных материалов.The technical problem to be solved is the need to improve the strength characteristics of polymer composite materials, as well as the preservation of mechanical characteristics at elevated temperatures relative to unmodified materials.
Раскрытие заявляемого технического решения.Disclosure of the proposed technical solution.
Техническим результатом, обеспечиваемым каждым заявляемым техническим решением, является увеличение физико-механических (прочностных) характеристик от 30 до 500%.The technical result provided by each claimed technical solution is an increase in physical and mechanical (strength) characteristics from 30 to 500%.
Другими техническими результатами являются:Other technical results are:
- увеличение химической стойкости к воздействию агрессивных сред;- increase in chemical resistance to aggressive environments;
- повышение термостабильности, т.е. сохранение механических характеристик при повышенных температурах относительно немодифицированных материалов, на 10 - 70°С.- increase in thermal stability, i.e. preservation of mechanical characteristics at elevated temperatures relative to unmodified materials, by 10 - 70°C.
Сущность заявленного технического решения по варианту 1 состоит в том, что полимерный композитный материал содержит слой нетканого полотна или слой тканого полотна, или оба типа этих слоёв в произвольном количестве и последовательности, при этом нетканое полотно представляет собой иглопробивное синтетическое полотно, причем материал тканого полотна представляет собой мультиаксиальное полотно или полотняное, или саржевое полотно. Кроме того, тканые и нетканые полотна пропитаны связующим на основе смолы. Отличается тем, что связующее модифицировано наноуглеродными присадками в количестве от 0,0005% до 20% по массе, при этом наноуглеродными присадками являются графены или диамены, или их смеси, причем графены представляют собой пластины или ленты (полосы) углеродных монослоёв толщиной в 1 атом углерода, а диамены представляют собой пластины или ленты (полосы) углеродных слоёв толщиной в 2 атома углерода. The essence of the claimed technical solution according to option 1 is that the polymer composite material contains a layer of non-woven fabric or a layer of woven fabric, or both types of these layers in an arbitrary quantity and sequence, while the non-woven fabric is a needle-punched synthetic fabric, and the material of the woven fabric is a multi-axial fabric or plain or twill fabric. In addition, woven and nonwoven fabrics are impregnated with a resin binder. It differs in that the binder is modified with nanocarbon additives in an amount from 0.0005% to 20% by weight, while nanocarbon additives are graphenes or diamenes, or mixtures thereof, and graphenes are plates or tapes (strips) of carbon monolayers 1 atom thick carbon, and diamens are plates or ribbons (bands) of carbon layers 2 carbon atoms thick.
В частном случае допускается наличие трехслойных или многослойных графеновых структур.In a particular case, the presence of three-layer or multilayer graphene structures is allowed.
Связующее предпочтительно выполнено на основе фотореактивной смолы на основе непредельных полиэфиров.The binder is preferably based on a photoreactive resin based on unsaturated polyesters.
Сущность заявленного технического решения по варианту 2 состоит в том, что полимерный композитный материал содержит слой нетканого полотна или слой тканого полотна, или оба типа этих слоёв в произвольном количестве и последовательности, при этом нетканое полотно представляет собой иглопробивное синтетическое полотно, причем материал тканого полотна представляет собой мультиаксиальное полотно или полотняное, или саржевое полотно или их разновидности. Кроме того, тканые и нетканые полотна пропитаны связующим на основе смолы. Отличается тем, что связующее модифицировано наноуглеродными присадками в количестве от 0,0005% до 20% по массе, при этом наноуглеродными присадками является смесь графенов или диаменов или их смесь между собой и с фуллеренами, при этом фуллерены представляют собой чистые фуллерены С60, С70, или более тяжёлые фракции (С76, С78, С84 и далее), либо их смеси.The essence of the claimed technical solution according to option 2 is that the polymer composite material contains a layer of non-woven fabric or a layer of woven fabric, or both types of these layers in an arbitrary quantity and sequence, while the non-woven fabric is a needle-punched synthetic fabric, and the material of the woven fabric is a multi-axial fabric or linen or twill fabric or their varieties. In addition, woven and nonwoven fabrics are impregnated with a resin binder. It differs in that the binder is modified with nanocarbon additives in an amount from 0.0005% to 20% by weight, while nanocarbon additives are a mixture of graphenes or diamenes or their mixture with each other and with fullerenes, while fullerenes are pure fullerenes C60, C70, or heavier fractions (C76, C78, C84 and beyond), or mixtures thereof.
В частном случае связующее выполнено на основе фотореактивной смолы на основе непредельных полиэфиров.In a particular case, the binder is made on the basis of a photoreactive resin based on unsaturated polyesters.
Сущность заявленного технического решения по варианту 3 состоит в том, что полимерный композитный материал содержит слой нетканого полотна или слой тканого полотна, или оба типа этих слоёв в произвольном количестве и последовательности, при этом нетканое полотно представляет собой иглопробивное синтетическое полотно, причем материал тканого полотна представляет собой мультиаксиальное полотно или полотняное, или саржевое полотно или их разновидности. Кроме того, тканые и нетканые полотна пропитаны связующим на основе смолы. Отличается тем, что связующее модифицировано наноуглеродными присадками в количестве от 0,0005% до 20% по массе, при этом наноуглеродными присадками является смесь графена и диамена с однослойными и многослойными углеродными открытыми и закрытыми нанотрубками.The essence of the claimed technical solution according to option 3 is that the polymer composite material contains a layer of non-woven fabric or a layer of woven fabric, or both types of these layers in an arbitrary quantity and sequence, while the non-woven fabric is a needle-punched synthetic fabric, and the material of the woven fabric is a multi-axial fabric or linen or twill fabric or their varieties. In addition, woven and nonwoven fabrics are impregnated with a resin binder. It differs in that the binder is modified with nanocarbon additives in an amount from 0.0005% to 20% by weight, while nanocarbon additives are a mixture of graphene and diamene with single-layer and multilayer carbon open and closed nanotubes.
В частном случае связующее выполнено на основе фотореактивной смолы на основе непредельных полиэфиров.In a particular case, the binder is made on the basis of a photoreactive resin based on unsaturated polyesters.
Сущность заявленного технического решения по варианту 4 состоит в том, что полимерный композитный материал содержит слой нетканого полотна или слой тканого полотна, или оба типа этих слоёв в произвольном количестве и последовательности, при этом нетканое полотно представляет собой иглопробивное синтетическое полотно, причем материал тканого полотна представляет собой мультиаксиальное полотно или полотняное, или саржевое полотно или их разновидности. Кроме того, тканые и нетканые полотна пропитаны связующим на основе смолы. Отличается тем, что связующее модифицировано наноуглеродными присадками в количестве от 0,0005% до 20% по массе. При этом наноуглеродными присадками является смесь графенов и диаменов, фуллеренов и открытых, и закрытых углеродных нанотрубок, при этом фуллерены представляют собой чистые фуллерены С60, С70 или более тяжёлые фракции (С76, С78, С84 и далее) либо их смеси, а углеродные нанотрубки являются одно-, двух- или многослойными.The essence of the claimed technical solution according to option 4 is that the polymer composite material contains a layer of non-woven fabric or a layer of woven fabric, or both types of these layers in an arbitrary quantity and sequence, while the non-woven fabric is a needle-punched synthetic fabric, and the material of the woven fabric is a multi-axial fabric or linen or twill fabric or their varieties. In addition, woven and nonwoven fabrics are impregnated with a resin binder. It differs in that the binder is modified with nanocarbon additives in an amount from 0.0005% to 20% by weight. At the same time, nanocarbon additives are a mixture of graphenes and diamens, fullerenes and open and closed carbon nanotubes, while fullerenes are pure fullerenes C60, C70 or heavier fractions (C76, C78, C84 and beyond) or mixtures thereof, and carbon nanotubes are single, double or multilayer.
В частном случае связующее выполнено на основе фотореактивной смолы на основе непредельных полиэфиров.In a particular case, the binder is made on the basis of a photoreactive resin based on unsaturated polyesters.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.The above entity is a set of essential features of the claimed technical solution, ensuring the achievement of the claimed technical result.
Автором заявленной группы технических решений изготовлен опытный образец каждого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.The author of the declared group of technical solutions produced a prototype of each solution, the tests of which confirmed the achievement of the technical result.
Осуществление технического решения. Implementation of a technical solution.
Полимерный композитный материал по варианту 1 представлен в виде рукава и имеет трубчатую стенку, содержащую слой нетканого полотна, или слой тканого полотна, или оба типа этих слоёв в произвольном количестве и последовательности, и желательно герметизирующий слой на основе термопластичных эластомеров. Полотна пропитаны отверждаемым связующим на основе смолы, отверждаемой ультрафиолетовым излучением либо посредством воздействия повышенных температур от 70 до 130°С.The polymer composite material according to option 1 is presented in the form of a sleeve and has a tubular wall containing a layer of non-woven fabric, or a layer of woven fabric, or both types of these layers in an arbitrary number and sequence, and preferably a sealing layer based on thermoplastic elastomers. The webs are impregnated with a curable binder based on a resin cured by ultraviolet radiation or by exposure to elevated temperatures from 70 to 130°C.
Нетканое полотно представляет собой иглопробивное синтетическое полотно (синтетический войлок) на основе полиэфирных или иных синтетических, или натуральных волокон.Non-woven fabric is a needle-punched synthetic fabric (synthetic felt) based on polyester or other synthetic or natural fibers.
Тканое полотно представляет собой мультиаксиальное полотно или полотняное или саржевое полотно или их разновидности (рогожа, жаккард и т.д.) на основе арамидных, базальтовых, стеклянных или углеродных волокон (ровинга), в любом составе и порядке, от одиночного слоя до многослойных комплексов.Woven fabric is a multiaxial fabric or linen or twill fabric or their varieties (bast, jacquard, etc.) based on aramid, basalt, glass or carbon fibers (roving), in any composition and order, from a single layer to multilayer complexes .
Термопластичными эластомерами герметизирующего слоя являются полиэтилен, полипропилен, полиуретан, поливинилхлорид, полиэфирэфиркетон или их смеси и сополимеры.The thermoplastic elastomers of the sealing layer are polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyvinyl chloride, polyetheretherketone or mixtures and copolymers thereof.
Связующая смола предпочтительно фотореактивная на основе непредельных полиэфиров. Кроме того, связующая смола может быть эпоксидной, полиэфирной, винилэфирной, эпоксивинилэфирной, полиуретановой или другой.The binder resin is preferably photoreactive based on unsaturated polyesters. In addition, the binder resin may be epoxy, polyester, vinyl ester, epoxy vinyl ester, polyurethane or other.
Увеличение физико-механических характеристик, термостабильности и химической стойкости к воздействию агрессивных сред достигаются за счет того, что связующее модифицировано наноуглеродными присадками, содержание которых в смоле может быть от 0,0005% до 20% по массе. An increase in physical and mechanical characteristics, thermal stability and chemical resistance to aggressive media is achieved due to the fact that the binder is modified with nanocarbon additives, the content of which in the resin can be from 0.0005% to 20% by weight.
Наноуглеродными присадками являются графены или диамены, или их смеси. При этом графены представляют собой пластины или ленты (полосы) углеродных монослоёв толщиной в 1 атом углерода. При этом диамены представляют собой пластины или ленты (полосы) углеродных слоёв толщиной в 2 атома углерода. Допускается наличие трехслойных или многослойных графеновых структур.Nanocarbon additives are graphenes or diamenes, or mixtures thereof. In this case, graphenes are plates or strips (strips) of carbon monolayers with a thickness of 1 carbon atom. In this case, diamens are plates or ribbons (strips) of carbon layers with a thickness of 2 carbon atoms. The presence of three-layer or multilayer graphene structures is allowed.
Графены и диамены в произвольной пропорции выполняют функцию сверхпрочных двумерных армирующих наполнителей связующего (смолы).Graphenes and diamens in an arbitrary proportion act as heavy-duty two-dimensional reinforcing fillers of the binder (resin).
Результаты исследований по определению прочностных характеристик указанных материалов с последовательным введением в состав связующего на основе эпоксидных и винилэфирных смол, модифицирующих наноуглеродных компонентов приведены в Таблице 1.The results of studies to determine the strength characteristics of these materials with the sequential introduction of modifying nanocarbon components into the composition of the binder based on epoxy and vinyl ester resins are shown in Table 1.
Таблица 1. Результаты испытаний образцов на основе модифицированного связующего.Table 1. Test results for samples based on the modified binder.
Изготовление образцов и их испытания проводились в соответствии с ГОСТ 9550-81 «Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе».Samples were manufactured and tested in accordance with GOST 9550-81 "Methods for determining the modulus of elasticity in tension, compression and bending."
Полимерный композитный материал по варианту 2 представлен в виде рукава и имеет трубчатую стенку, содержащую слой нетканого полотна, или слой тканого полотна, или оба типа этих слоёв в произвольном количестве и последовательности, и желательно герметизирующий слой на основе термопластичных эластомеров. Полотна пропитаны отверждаемым связующим на основе смолы, отверждаемой ультрафиолетовым излучением либо посредством воздействия повышенных температур от 70 до 130°С.The polymer composite material according to option 2 is presented in the form of a sleeve and has a tubular wall containing a layer of non-woven fabric, or a layer of woven fabric, or both types of these layers in an arbitrary number and sequence, and preferably a sealing layer based on thermoplastic elastomers. The webs are impregnated with a curable binder based on a resin cured by ultraviolet radiation or by exposure to elevated temperatures from 70 to 130°C.
Нетканое полотно представляет собой иглопробивное синтетическое полотно (синтетический войлок) на основе полиэфирных или иных синтетических, или натуральных волокон.Non-woven fabric is a needle-punched synthetic fabric (synthetic felt) based on polyester or other synthetic or natural fibers.
Тканое полотно представляет собой мультиаксиальное полотно или полотняное, или саржевое полотно или их разновидности (рогожа, жаккард и т.д.) на основе арамидных, базальтовых, стеклянных или углеродных волокон (ровинга), в любом составе и порядке, от одиночного слоя до многослойных комплексов.A woven fabric is a multiaxial fabric or linen or twill fabric or their varieties (bast, jacquard, etc.) based on aramid, basalt, glass or carbon fibers (roving), in any composition and order, from a single layer to multilayer complexes.
Термопластичными эластомерами герметизирующего слоя являются полиэтилен, полипропилен, полиуретан, поливинилхлорид, полиэфирэфиркетон или их смеси и сополимеры.The thermoplastic elastomers of the sealing layer are polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyvinyl chloride, polyetheretherketone or mixtures and copolymers thereof.
Связующая смола предпочтительно фотореактивная на основе непредельных полиэфиров. Кроме того, связующая смола может быть эпоксидной, полиэфирной, винилэфирной, эпоксивинилэфирной, полиуретановой или другой.The binder resin is preferably photoreactive based on unsaturated polyesters. In addition, the binder resin may be epoxy, polyester, vinyl ester, epoxy vinyl ester, polyurethane or other.
Увеличение физико-механических характеристик, термостабильности и химической стойкости к воздействию агрессивных сред достигаются за счет того, что связующее модифицировано наноуглеродными присадками, содержание которых в смоле может быть от 0,0005% до 20% по массе. An increase in physical and mechanical characteristics, thermal stability and chemical resistance to aggressive media is achieved due to the fact that the binder is modified with nanocarbon additives, the content of which in the resin can be from 0.0005% to 20% by weight.
Наноуглеродными присадками является смесь графенов или диаменов, или их смесь между собой и с фуллеренами. При этом фуллерены представляют собой чистые фуллерены С60, С70, или более тяжёлые фракции (С76, С78, С84 и далее), либо их смеси.Nanocarbon additives are a mixture of graphenes or diamenes, or their mixture with each other and with fullerenes. In this case, fullerenes are pure fullerenes C60, C70, or heavier fractions (C76, C78, C84 and beyond), or mixtures thereof.
При этом графены и диамены в произвольной пропорции выполняют функцию сверхпрочных двумерных армирующих наполнителей связующего (смолы).In this case, graphenes and diamens in an arbitrary proportion perform the function of heavy-duty two-dimensional reinforcing fillers of the binder (resin).
Роль и механизм работы фуллеренов состоит в купировании трещинообразования как полимерной матрицы, так и армирующих наполнителей и добавок, поскольку микротрещины, возникающие в процессе испытаний, во время роста замыкаются на молекулах фуллерена (независимо от марки - С60, С70 или высшие фуллерены) в силу его высоких электроноакцепторных свойств.The role and mechanism of operation of fullerenes is to stop cracking of both the polymer matrix and reinforcing fillers and additives, since microcracks that occur during testing are closed on fullerene molecules during growth (regardless of the brand - C60, C70 or higher fullerenes) due to its high electron-withdrawing properties.
Результаты исследований по определению прочностных характеристик указанных материалов с последовательным введением в состав связующего на основе эпоксидных и винилэфирных смол, модифицирующих наноуглеродных компонентов приведены в Таблице 2.The results of studies to determine the strength characteristics of these materials with the sequential introduction of modifying nanocarbon components into the composition of the binder based on epoxy and vinyl ester resins are shown in Table 2.
Таблица 2. Результаты испытаний образцов на основе модифицированного связующего.Table 2. Test results for samples based on the modified binder.
Изготовление образцов и их испытания проводились в соответствии с ГОСТ 9550-81 «Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе».Samples were manufactured and tested in accordance with GOST 9550-81 "Methods for determining the modulus of elasticity in tension, compression and bending."
Полимерный композитный материал по варианту 3 представлен в виде рукава и имеет трубчатую стенку, содержащую слой нетканого полотна, слой тканого полотна и желательно герметизирующий слой на основе термопластичных эластомеров. Полотна пропитаны отверждаемым связующим на основе смолы, отверждаемой ультрафиолетовым излучением либо посредством воздействия повышенных температур от 70 до 130°С.The polymer composite material according to option 3 is presented in the form of a sleeve and has a tubular wall containing a layer of non-woven fabric, a layer of woven fabric and, preferably, a sealing layer based on thermoplastic elastomers. The webs are impregnated with a curable binder based on a resin cured by ultraviolet radiation or by exposure to elevated temperatures from 70 to 130°C.
Нетканое полотно представляет собой иглопробивное синтетическое полотно (синтетический войлок) на основе полиэфирных или иных синтетических, или натуральных волокон.Non-woven fabric is a needle-punched synthetic fabric (synthetic felt) based on polyester or other synthetic or natural fibers.
Тканое полотно представляет собой мультиаксиальное полотно или полотняное, или саржевое полотно или их разновидности (рогожа, жаккард и т.д.) на основе арамидных, базальтовых, стеклянных или углеродных волокон (ровинга), в любом составе и порядке, от одиночного слоя до многослойных комплексов.A woven fabric is a multiaxial fabric or linen or twill fabric or their varieties (bast, jacquard, etc.) based on aramid, basalt, glass or carbon fibers (roving), in any composition and order, from a single layer to multilayer complexes.
Термопластичными эластомерами герметизирующего слоя являются полиэтилен, полипропилен, полиуретан, поливинилхлорид, полиэфирэфиркетон или их смеси и сополимеры.The thermoplastic elastomers of the sealing layer are polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyvinyl chloride, polyetheretherketone or mixtures and copolymers thereof.
Связующая смола предпочтительно фотореактивная на основе непредельных полиэфиров. Кроме того, связующая смола может быть эпоксидной, полиэфирной, винилэфирной, эпоксивинилэфирной, полиуретановой или другой.The binder resin is preferably photoreactive based on unsaturated polyesters. In addition, the binder resin may be epoxy, polyester, vinyl ester, epoxy vinyl ester, polyurethane or other.
Увеличение физико-механических характеристик, термостабильности и химической стойкости к воздействию агрессивных сред достигаются за счет того, что связующее модифицировано наноуглеродными присадками, содержание которых в смоле может быть от 0,0005% до 20% по массе. An increase in physical and mechanical characteristics, thermal stability and chemical resistance to aggressive media is achieved due to the fact that the binder is modified with nanocarbon additives, the content of which in the resin can be from 0.0005% to 20% by weight.
Наноуглеродными присадками является смесь является смесь графена и диамена с однослойными и многослойными углеродными открытыми и закрытыми нанотрубками.Nanocarbon additives is a mixture of graphene and diamene with single-walled and multi-layered carbon open and closed nanotubes.
При этом графены и диамены или их смесь в произвольной пропорции выполняют функцию сверхпрочных двумерных армирующих наполнителей связующего (смолы).At the same time, graphenes and diamens or their mixture in an arbitrary proportion perform the function of heavy-duty two-dimensional reinforcing fillers of the binder (resin).
Использование углеродных нанотрубок для модификации полимерных смол также известно. Они выполняют роль сверхпрочных одномерных наполнителей наноуровня, по аналогии с рубленными нитями из стеклянного, базальтового, арамидного или углеродного ровинга.The use of carbon nanotubes to modify polymer resins is also known. They play the role of ultra-strong one-dimensional nano-level fillers, by analogy with chopped strands of glass, basalt, aramid or carbon roving.
Результаты исследований по определению прочностных характеристик указанных материалов с последовательным введением в состав связующего на основе эпоксидных и винилэфирных смол, модифицирующих наноуглеродных компонентов приведены в Таблице 3.The results of studies to determine the strength characteristics of these materials with the sequential introduction of modifying nanocarbon components into the composition of the binder based on epoxy and vinyl ester resins are shown in Table 3.
Таблица 3. Результаты испытаний образцов на основе модифицированного связующего.Table 3. Test results for samples based on the modified binder.
Изготовление образцов и их испытания проводились в соответствии с ГОСТ 9550-81 «Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе».Samples were manufactured and tested in accordance with GOST 9550-81 "Methods for determining the modulus of elasticity in tension, compression and bending."
Полимерный композитный материал по варианту 4 представлен в виде рукава и имеет трубчатую стенку, содержащую слой нетканого полотна, слой тканого полотна и желательно герметизирующий слой на основе термопластичных эластомеров. Полотна пропитаны отверждаемым связующим на основе смолы, отверждаемой ультрафиолетовым излучением либо посредством воздействия повышенных температур от 70 до 130°С. The polymer composite material according to option 4 is presented in the form of a sleeve and has a tubular wall containing a layer of non-woven fabric, a layer of woven fabric and, preferably, a sealing layer based on thermoplastic elastomers. The webs are impregnated with a curable binder based on a resin cured by ultraviolet radiation or by exposure to elevated temperatures from 70 to 130°C.
Нетканое полотно представляет собой иглопробивное синтетическое полотно (синтетический войлок) на основе полиэфирных или иных синтетических, или натуральных волокон.Non-woven fabric is a needle-punched synthetic fabric (synthetic felt) based on polyester or other synthetic or natural fibers.
Тканое полотно представляет собой мультиаксиальное полотно или полотняное, или саржевое полотно или их разновидности (рогожа, жаккард и т.д.) на основе арамидных, базальтовых, стеклянных или углеродных волокон (ровинга), в любом составе и порядке, от одиночного слоя до многослойных комплексов.A woven fabric is a multiaxial fabric or linen or twill fabric or their varieties (bast, jacquard, etc.) based on aramid, basalt, glass or carbon fibers (roving), in any composition and order, from a single layer to multilayer complexes.
Термопластичными эластомерами герметизирующего слоя являются полиэтилен, полипропилен, полиуретан, поливинилхлорид, полиэфирэфиркетон или и/или их смеси и сополимеры.The thermoplastic elastomers of the sealing layer are polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyvinyl chloride, polyetheretherketone or and/or mixtures and copolymers thereof.
Связующая смола предпочтительно фотореактивная на основе непредельных полиэфиров. Кроме того, связующая смола может быть эпоксидной, полиэфирной, винилэфирной, эпоксивинилэфирной, полиуретановой или другой.The binder resin is preferably photoreactive based on unsaturated polyesters. In addition, the binder resin may be epoxy, polyester, vinyl ester, epoxy vinyl ester, polyurethane or other.
Увеличение физико-механических характеристик, термостабильности и химической стойкости к воздействию агрессивных сред достигаются за счет того, что связующее модифицировано наноуглеродными присадками, содержание которых в смоле может быть от 0,0005% до 20% по массе. An increase in physical and mechanical characteristics, thermal stability and chemical resistance to aggressive media is achieved due to the fact that the binder is modified with nanocarbon additives, the content of which in the resin can be from 0.0005% to 20% by weight.
Наноуглеродными присадками является смесь графенов и диаменов, фуллеренов и открытых, и закрытых углеродных нанотрубок. При этом фуллерены представляют собой чистые фуллерены С60, С70 или более тяжёлые фракции (С76, С78, С84 и далее) либо их смеси, а углеродные нанотрубки могут быть одно-, двух- или многослойными.Nanocarbon additives are a mixture of graphenes and diamens, fullerenes and open and closed carbon nanotubes. In this case, fullerenes are pure fullerenes C60, C70 or heavier fractions (C76, C78, C84 and beyond) or mixtures thereof, and carbon nanotubes can be single-, double- or multilayer.
Результаты исследований по определению прочностных характеристик указанных материалов с последовательным введением в состав связующего на основе эпоксидных и винилэфирных смол, модифицирующих наноуглеродных компонентов приведены в Таблице 4.The results of studies to determine the strength characteristics of these materials with the sequential introduction of modifying nanocarbon components into the composition of the binder based on epoxy and vinyl ester resins are shown in Table 4.
Таблица 4. Результаты испытаний образцов на основе модифицированного связующего.Table 4. Test results for samples based on the modified binder.
Углеродные нанотрубкиGraphenes and Diamens+Fullerenes+
carbon nanotubes
Изготовление образцов и их испытания проводились в соответствии с ГОСТ 9550-81 «Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе».Samples were manufactured and tested in accordance with GOST 9550-81 "Methods for determining the modulus of elasticity in tension, compression and bending."
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2774496C1 true RU2774496C1 (en) | 2022-06-21 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2376327C1 (en) * | 2008-04-01 | 2009-12-20 | Борис Моисеевич Гинзбург | Antifriction composite material |
| RU2437902C2 (en) * | 2009-10-22 | 2011-12-27 | Андрей Николаевич Пономарев | Nanocomposite material based on polymer binding materials |
| US20120196081A1 (en) * | 2009-10-08 | 2012-08-02 | Klaus Friedrich Gleich | New binder composition |
| US20130206273A1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-15 | Randall V. Guest | Fiber Reinforced Polymer Matrix Nanocomposite Downhole Member |
| RU2618882C2 (en) * | 2015-07-16 | 2017-05-11 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Стеклопластик" | Light high-strength waterproof composite material and method of its manufacture |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2376327C1 (en) * | 2008-04-01 | 2009-12-20 | Борис Моисеевич Гинзбург | Antifriction composite material |
| US20120196081A1 (en) * | 2009-10-08 | 2012-08-02 | Klaus Friedrich Gleich | New binder composition |
| RU2437902C2 (en) * | 2009-10-22 | 2011-12-27 | Андрей Николаевич Пономарев | Nanocomposite material based on polymer binding materials |
| US20130206273A1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-15 | Randall V. Guest | Fiber Reinforced Polymer Matrix Nanocomposite Downhole Member |
| RU2618882C2 (en) * | 2015-07-16 | 2017-05-11 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Стеклопластик" | Light high-strength waterproof composite material and method of its manufacture |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СОВЕТСКИЙ ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ, под ред. Прохорова А.М., Москва, Советская энциклопедия, 1984, с. 1127. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Iwahori et al. | Mechanical properties improvements in two-phase and three-phase composites using carbon nano-fiber dispersed resin | |
| Li et al. | Mechanical enhancement effect of the interlayer hybrid CNT film/carbon fiber/epoxy composite | |
| Pandey et al. | Carbon nanotube-based multifunctional polymer nanocomposites | |
| Yokozeki et al. | Fracture toughness improvement of CFRP laminates by dispersion of cup-stacked carbon nanotubes | |
| Koirala et al. | Using ultra-thin interlaminar carbon nanotube sheets to enhance the mechanical and electrical properties of carbon fiber reinforced polymer composites | |
| Bilisik et al. | Carbon nanotubes in carbon/epoxy multiscale textile preform composites: A review | |
| Liu et al. | Interlocked CNT networks with high damping and storage modulus | |
| Davis et al. | An experimental study of interlaminar shear fracture toughness of a nanotube reinforced composite | |
| Khan et al. | Impact and delamination failure of multiscale carbon nanotube-fiber reinforced polymer composites: a review | |
| Yourdkhani et al. | Carbon nanotube-reinforced carbon fibre-epoxy composites manufactured by resin film infusion | |
| Sager et al. | Interlaminar fracture toughness of woven fabric composite laminates with carbon nanotube/epoxy interleaf films | |
| US20080020193A1 (en) | Hybrid fiber tows containning both nano-fillers and continuous fibers, hybrid composites, and their production processes | |
| Parveen et al. | Novel glass fibre reinforced hierarchical composites with improved interfacial, mechanical and dynamic mechanical properties developed using cellulose microcrystals | |
| Mishra et al. | Effect of graphene oxide on the interlaminar fracture toughness of carbon fiber/epoxy composites | |
| Lake et al. | Carbon nanofiber multifunctional mat | |
| Yao et al. | High performance co-polyimide nanofiber reinforced composites | |
| JP2019001872A (en) | Cellulose nanofiber-containing carbon fiber-reinforced plastic | |
| Ruan et al. | Mechanical enhancement of UHMWPE fibers by coating with carbon nanoparticles | |
| Evers et al. | Scalable high tensile modulus composite laminates using continuous carbon nanotube yarns for aerospace applications | |
| Lee et al. | Improvement in mechanical properties of glass fiber fabric/PVC composites with chopped glass fibers and coupling agent | |
| Wang et al. | Interlaminar fracture toughness of carbon/epoxy composites laminates toughened by short carbon fiber | |
| He et al. | Synergistic toughening on CFRP via in-depth stitched CNTs | |
| Gowayed | Types of fiber and fiber arrangement in fiber-reinforced polymer (FRP) composites | |
| RU2774496C1 (en) | Sleeve with nanomaterials (variants) | |
| Bodduru et al. | Influence of MXene, graphene nanoplatelet and multi-walled carbon nanotube on mechanical properties, swelling and flammability behaviour of hybrid sisal/glass fibre reinforced epoxy laminate composites |