RU2819898C1 - Method of forming composite material from epoxy resin - Google Patents
Method of forming composite material from epoxy resin Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819898C1 RU2819898C1 RU2023105232A RU2023105232A RU2819898C1 RU 2819898 C1 RU2819898 C1 RU 2819898C1 RU 2023105232 A RU2023105232 A RU 2023105232A RU 2023105232 A RU2023105232 A RU 2023105232A RU 2819898 C1 RU2819898 C1 RU 2819898C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- epoxy resin
- composite material
- molding
- binder
- processing
- Prior art date
Links
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001723 curing Methods 0.000 abstract 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 4
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 3
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000005511 kinetic theory Methods 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- -1 shaping the product Chemical compound 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии композиционных материалов и может быть использовано для изготовления изделий на основе эпоксидной смолы, например, в машиностроении при изготовлении рабочих колес центробежного нагнетателя воздуха.The invention relates to the technology of composite materials and can be used for the manufacture of products based on epoxy resin, for example, in mechanical engineering in the manufacture of impellers of a centrifugal air blower.
Известен способ изготовления маркированных изделий из эпоксидных смол, включающий формообразование изделия, отверждение термообработкой, которую осуществляют в две стадии, и окончательную обработку изделия (авт. свид. СССР №967866, В44В 5/00, БИ №39 от 23.10.1982).There is a known method for manufacturing marked products from epoxy resins, including shaping the product, curing by heat treatment, which is carried out in two stages, and final processing of the product (USSR certificate No. 967866, B44B 5/00, BI No. 39 dated 10/23/1982).
Указанный способ трудоемок и энергоемок, поскольку требуется разогрев матрицы и пуансона до 150°С, и сложен из-за несовершенства технологической оснастки.This method is labor-intensive and energy-intensive, since it requires heating the matrix and punch to 150°C, and is complicated due to imperfect technological equipment.
Ближайшим аналогом является способ формования изделий из эпоксидной смолы, включающий предварительную обработку связующего, формование, отверждение и механическую обработку заготовки, при этом предварительную обработку связующего производят в жидкой фазе наносекундными электромагнитными импульсами, электромагнитным перемешиванием и виброколебаниями (патент РФ №2460641, В29С 41/04, БИ №25 от 10.09.2012).The closest analogue is a method for molding products from epoxy resin, including pre-treatment of the binder, molding, curing and mechanical processing of the workpiece, while the pre-treatment of the binder is carried out in the liquid phase by nanosecond electromagnetic pulses, electromagnetic stirring and vibration vibrations (RF patent No. 2460641, B29C 41/04 , BI No. 25 dated September 10, 2012).
Однако известный способ предполагает предварительную обработку связующего только в жидкой фазе, т.е. до пропитки армирующего материала, а это не позволяет получать высокие физико-механические свойства изделий (прочность при растяжении, твердость, прочность при статическом изгибе, ударная вязкость), так как последующие (после обработки связующего в жидкой фазе) технологические операции подвергают модифицированное связующее к изменению реологических свойств и надмолекулярных структурных единиц.However, the known method involves pre-treatment of the binder only in the liquid phase, i.e. before impregnation of the reinforcing material, and this does not allow obtaining high physical and mechanical properties of products (tensile strength, hardness, static bending strength, impact strength), since subsequent (after processing the binder in the liquid phase) technological operations subject the modified binder to changes rheological properties and supramolecular structural units.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение физико-механических свойств изделий, а также повышение производительности процесса формирования композитов на основе эпоксидного связующего.The technical problem to which the invention is aimed is to increase the physical and mechanical properties of products, as well as to increase the productivity of the process of forming composites based on an epoxy binder.
Указанная задача решается тем, что в способе, включающем электрофизическую обработку связующего, формирование, отверждение и механическую обработку заготовки, согласно изобретению, на стадии электрофизической обработки связующего производят электрофизическую обработку эпоксидной смолы в жидкой фазе наносекундными электромагнитными импульсами, формирование представляет собой пропитку армирующего материала, а перед стадией отверждения проводят обработку заготовки СВЧ-излучением.This problem is solved by the fact that in a method including electrophysical processing of the binder, formation, curing and mechanical processing of the workpiece, according to the invention, at the stage of electrophysical processing of the binder, electrophysical processing of epoxy resin in the liquid phase is carried out with nanosecond electromagnetic pulses, the formation is the impregnation of the reinforcing material, and Before the curing stage, the workpiece is treated with microwave radiation.
Обработка эпоксидной смолы наносекундными электромагнитными импульсами приводит, в соответствие с дырочной концепцией жидкого состояния Я.И. Френкеля, к увеличению количества атомов, обладающих избыточной энергией, необходимой для совершения акта перехода частицы из одного положения равновесия в другое [Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей / Я.И. Френкель. - Л.: Наука, 1975]. Такой переход, как известно [Тагер А.А. Физикохимия полимеров / А.А. Тагер. - М.: «Химия». - 1978. - 544 с.], вызывает разрыв химических связей. При этом разрыв связей обычно сопровождается образованием на их концах активных радикалов, обладающих высокой реакционной способностью, что является причиной последующего образования поперечных химических связей между макромолекулами, и, следовательно, пространственной структуры полимерного связующего на данной стадии производства композитного материала.Treatment of epoxy resin with nanosecond electromagnetic pulses brings it into conformity with the hole concept of the liquid state of Ya.I. Frenkel, to increase the number of atoms with excess energy necessary to complete the act of transition of a particle from one equilibrium position to another [Frenkel Ya.I. Kinetic theory of liquids / Ya.I. Frenkel. - L.: Nauka, 1975]. Such a transition, as is known [Tager A.A. Physicochemistry of polymers / A.A. Tager. - M.: “Chemistry”. - 1978. - 544 p.], causes the rupture of chemical bonds. In this case, the breaking of bonds is usually accompanied by the formation of active radicals at their ends that are highly reactive, which is the reason for the subsequent formation of cross-links between macromolecules, and, consequently, the spatial structure of the polymer binder at this stage of production of the composite material.
Обработка заготовки СВЧ-излучением приводит к снижению энергетического барьера реакции отверждения кристаллической фазы связующего, т.е. энергии активации, за счет крутильных колебаний дипольных молекул полимера и полиаминов электрическим вектором электромагнитного поля, создающих дополнительные возможности «сшивок» молекул мономера с участием инициатора, сшивание макроцепей полимерной матрицы; упрочняющее влияние СВЧ на армирующие нити, а также усиление адгезии между эпоксидной смолой и армирующим материалом, что приводит к повышению физико-механических свойств композита.Treatment of the workpiece with microwave radiation leads to a decrease in the energy barrier of the hardening reaction of the crystalline phase of the binder, i.e. activation energy, due to torsional vibrations of dipole molecules of the polymer and polyamines by the electric vector of the electromagnetic field, creating additional opportunities for “cross-linking” of monomer molecules with the participation of the initiator, cross-linking of macrochains of the polymer matrix; the strengthening effect of microwaves on the reinforcing threads, as well as increased adhesion between the epoxy resin and the reinforcing material, which leads to an increase in the physical and mechanical properties of the composite.
Кроме того, под воздействием СВЧ-обработки происходит саморазогрев эпоксидной смолы за счет теплоты раскрытия эпоксигрупп под действием аминов, при этом повышается подвижность структурных элементов полимера, т.е., по существу, такие воздействия эквивалентны повышению температуры, что приводит к ускорению отверждения эпоксиполимера и повышает производительность установки в 1.4-1,6 раз.In addition, under the influence of microwave treatment, self-heating of the epoxy resin occurs due to the heat of opening of epoxy groups under the influence of amines, while the mobility of the structural elements of the polymer increases, i.e., essentially, such effects are equivalent to an increase in temperature, which leads to accelerated curing of the epoxy polymer and increases the productivity of the installation by 1.4-1.6 times.
Таким образом, за счет комбинированной (двухстадийной) обработки эпоксидной смолы происходит изменение структуры полимера, повышение прочности межатомных и межмолекулярных связей, и, следовательно, повышение физико-механических свойств готового изделия. Предлагаемые режимы обработки являются оптимальными для эпоксидной смолы.Thus, due to the combined (two-stage) processing of epoxy resin, the structure of the polymer changes, the strength of interatomic and intermolecular bonds increases, and, consequently, the physical and mechanical properties of the finished product increase. The proposed processing modes are optimal for epoxy resin.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена схема установки для осуществления способа совместного воздействия наносекундными электромагнитными импульсами и обработке СВЧ-излучением эпоксидной смолы при формировании композитного материала.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a diagram of an installation for implementing a method of combined exposure to nanosecond electromagnetic pulses and microwave radiation treatment of epoxy resin during the formation of a composite material.
На фиг. 1 схематично изображена схема установки, предназначенной для осуществления предлагаемого способа.In fig. 1 schematically shows a diagram of an installation intended for implementing the proposed method.
Для осуществления способа установка включает генератор 1, провода электропитания 2 электродов излучения наносекундными электромагнитными импульсами 3, диэлектрическую емкость 4 для обработки полимерного связующего 5, диэлектрический трубопровод 6, предназначенный для перекачки обработанного наносекундными электромагнитными импульсами связующего, диэлектрическую емкость 7 для обработанной эпоксидной смолы 8, раскатное устройство 9 армирующего материала 10, валики 12 для отжима полимерного связующего с пропитанного армирующего материала 13, отрезное устройство 14, стол 15 для формование пакета заготовки 16, камеру 17 для обработки заготовки 18 СВЧ-излучением, камеру отверждения 19 композитного материала.To implement the method, the installation includes a generator 1, power supply wires 2 electrodes emitting nanosecond electromagnetic pulses 3, a dielectric capacitance 4 for processing the polymer binder 5, a
Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.
Предварительно смешенную с отвердителем эпоксидную смолу 5 загружают в жидком виде в диэлектрическую емкость 4, в которой размещают электроды 3. Затем включают генератор 1 и через электропитательные провода 2, электроды 3 производят обработку эпоксидной смолы 5. Численные значения параметров обработки выбираются экспериментальным путем.Epoxy resin 5, pre-mixed with the hardener, is loaded in liquid form into a dielectric container 4, in which electrodes 3 are placed. Then the generator 1 is turned on and through the power supply wires 2, the electrodes 3 process the epoxy resin 5. The numerical values of the processing parameters are selected experimentally.
Контроль за состоянием эпоксидной смолы 5 осуществляют путем отбора контрольных проб известным способом. После обработки эпоксидную смолу подают в диэлектрическую емкость 7, в которой пропитывают армирующий материал 10, затем пропитанный армирующий материал пропускают через валики 12 для отжима излишков полимерного связующего, далее пропитанный и отжатый от излишков эпоксидной смолы армирующий материал 13 разрезают на мерные куски при помощи отрезного устройства 14. На столе 15 формируют заготовки композита 16, который подают в камеру 17 для обработки СВЧ-излучением, затем после обработки заготовки помещают в камеру 19 для отверждения композитного материала. Полученный композитный материал отправляют на дальнейшую механическую обработку.Monitoring the condition of epoxy resin 5 is carried out by taking control samples in a known manner. After processing, the epoxy resin is fed into a dielectric container 7, in which the reinforcing
В отличие от аналогов предлагаемый способ обеспечивает повышение прочности, жесткости, модуля упругости и температуры плавления изделий на основе эпоксидной смолы в процессе эксплуатации за счет повышения качества композиции, а также повышает производительность процесса формирования композитов на основе эпоксидного связующего.Unlike analogues, the proposed method provides an increase in the strength, rigidity, elastic modulus and melting temperature of products based on epoxy resin during operation by improving the quality of the composition, and also increases the productivity of the process of forming composites based on an epoxy binder.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819898C1 true RU2819898C1 (en) | 2024-05-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000068420A (en) * | 1998-08-24 | 2000-03-03 | Dainippon Ink & Chem Inc | Electronic component sealing material and manufacture thereof |
| CN101221832A (en) * | 2007-12-26 | 2008-07-16 | 中国科学院电工研究所 | Composite insulating material and method for producing the same |
| RU2460641C1 (en) * | 2011-03-15 | 2012-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" | Method of forming articles from epoxy resin |
| RU2684378C1 (en) * | 2018-07-05 | 2019-04-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of increasing efficiency of hardening carbon-fiber reinforced polymer composite material with microwave radiation and ultrasound |
| RU2787880C1 (en) * | 2021-12-21 | 2023-01-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method for strengthening reinforced polymeric composite materials |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000068420A (en) * | 1998-08-24 | 2000-03-03 | Dainippon Ink & Chem Inc | Electronic component sealing material and manufacture thereof |
| CN101221832A (en) * | 2007-12-26 | 2008-07-16 | 中国科学院电工研究所 | Composite insulating material and method for producing the same |
| RU2460641C1 (en) * | 2011-03-15 | 2012-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" | Method of forming articles from epoxy resin |
| RU2684378C1 (en) * | 2018-07-05 | 2019-04-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of increasing efficiency of hardening carbon-fiber reinforced polymer composite material with microwave radiation and ultrasound |
| RU2787880C1 (en) * | 2021-12-21 | 2023-01-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method for strengthening reinforced polymeric composite materials |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Сомин В.И., Еренков О.Ю. Улучшение физико-механических показателей эпоксидного связующего путём структурирования электромагнитными наноимпульсами в процессе отверждения. Современные материалы, техника и технологии. 2015, No 2 (2), 236-238 с. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102292011B1 (en) | Fiber-reinforced resin material and fiber-reinforced resin compact using same | |
| Xie et al. | Effect of talc/MMA in situ polymerization on mechanical properties of PVC‐matrix composites | |
| RU2819898C1 (en) | Method of forming composite material from epoxy resin | |
| CN108015923A (en) | A kind of processing and forming technology of fiber reinforced thermolplastic composite material product | |
| Rao et al. | Studies on tensile and interlaminar shear strength properties of thermally cured and microwave cured glass–epoxy composites | |
| Kolosov | Low-frequency ultrasonic treatment as an effective method for modifying liquid reactoplastic media | |
| RU2422273C1 (en) | Method of forming articles from epoxy resin | |
| Suberlyak et al. | Ammonia-free, low-toxic press-materials with improved electroinsulating properties based on modified novolak phenol-formaldehyde resing properties based on modified novolak phenol-formaldehyde resin | |
| RU2811868C1 (en) | Method for molding epoxy resin products | |
| RU2460641C1 (en) | Method of forming articles from epoxy resin | |
| RU2687939C1 (en) | Method of reinforcing reinforced with carbon fiber polymer composite materials | |
| Madyira et al. | Mechanical characterization of coir epoxy composites and effect of processing methods on mechanical properties | |
| Bogoeva-Gaceva et al. | Ultrasound assisted process for enhanced interlaminar shear strength of carbon fiber/epoxy resin composites | |
| RU2692367C2 (en) | Polymer with improved characteristics and method for production thereof | |
| RU2540636C1 (en) | Device for forming articles from epoxy resin | |
| Zhang et al. | Miscibility, morphology, mechanical, and thermodynamic properties of epoxy resins toughened with functionalized core-shell nanoparticles containing epoxy groups on the surface | |
| JP5693473B2 (en) | Method for curing and surface functionalizing molded parts | |
| RU2790312C1 (en) | Method for manufacturing products from composite materials on organic thermosetting bundles | |
| Kang et al. | Effect of electron beam and γ-ray irradiation on the curing of epoxy resin | |
| RU2678022C1 (en) | Method for processing products made of coal plastic | |
| RU1776664C (en) | Method for producing building products | |
| Grabalosa et al. | Processing of polyamide by ultrasonic molding for medical applications. Preliminar study | |
| Selvaraj et al. | The evaluation of effect of post processing process on parts printed using photopolymer resin by stereolithography additive manufacturing | |
| Adeodu et al. | Comparism of Cure Modeling of Unsaturated Polyester Based Composites Using Microwave and Autoclave Assisted Hand Lay-Up Process in Cylinderical Mould | |
| Olodu et al. | Empirical Modelling of Developed Polyvinyl Chloride–Grass Composite |