SU1763451A1 - Способ получени эпоксиуглепластика - Google Patents

Description

1

(21)4799916/05 (22) 07.03.90 (46)23.09.92. Бюл. №35 (71)Таджикский государственный университет им. В.И.Ленина

(72) Т.Б.Бобоев, В.В.Филатов, В.А.Ярцев, А.И.Семикопный, Н.А.Николаева и Е.А.Митрофанова

(56) Патент США № 3660140, кл, С 08 J 3/28, опублик. 1972.

Трост нска  Е.Б., Михайлин Ю.А., Баранов Ю.Н. Отверждение пластиков с помощью токопровод щих наполнителей //Пластические массы, 1977, № 1, с. 38-40.

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПОКСИУГЛЕП- ЛАСТИКА

(57) Сущность изобретени : способ включает пропитку углеродных волокон эпоксидным св зующим с применением трехфтористого бора в качестве катализатора и отверждение при пропускании через углеродные волокна посто нного электрического тока плотностью 0,62-0,67 А/мм с одновременным внешним конвенционным нагревом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относитс  к способам армировани  высокомолекул рных соединений волокнистым материалом и может быть использовано при производстве углепластика из эпоксидного св зующего с применением трехфтористого бора в качестве катализатора.

Известен способ получени  армированного композиционного материала путем полимеризации эпоксидной смолы с графитовыми волокнами, поверхность которых окислена азотной кислотой, в сочетании с ее термообработкой. Окисление графитовых волокон азотной кислотой способствует увеличению их удельной поверхности и созданию кислой поверхности . В углепластиках с волокном HMG-50 существует зависимость между прочностью на сдвиг и величиной удельной поверхности . В результате окислени  волокна повышаетс  также и прочность на раст жение в поперечном направлении, но, тем не менее, в известном способе улучшение физико-механических свойств

полученного материала все же недостаточно .

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ получени  эпоксиуглепластика на св зующем с применением трехфтористого бора, согласно которому пластик на базе углеродных волокон отверждают за счет нагрева образца изнутри путем пропускани  через провод щие волокна посто нного электрического тока удельной мощности 0,2-0,6 Вт/см2.

Однако такое отверждение не дает удовлетворительного увеличени  прочности при изгибе (всего в 1,5 раза по сравнению с обычным методом прессовани ), что можно объ снить недостаточной адгезионной прочностью на поверхности раздела полимер-наполнитель .

Целью изобретени   вл етс  повышение прочности эпоксиуглепластика на раст жение и изгиб.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе получени  эпоксиуглепластика, включающем пропитку углеродных волокон

СО

С

XI о

GJ 4

сл

эпоксидным св зующим с применением трехфтористого бора в качестве катализатора и отверждение, пропускание электрического тока через пропитанные волокна осуществл ют при одновременном внешнем конвенционном нагреве в процессе отверждени .

Согласно способу пропускают посто нный электрический ток плотностью 0,62- 0,67 А/мм2.

Изобретение иллюстрируетс  следующими примерами.

П р и м е р 1. Измер ют магометром суммарное электрическое сопротивление волокна Элур 0,1п ТУ 6-06-И86-86, а также определ ют эффективную площадь его поперечного сечени . С учетом требуемой плотности тока 0,62 А/мм2 определ ют величину напр жени , которое необходимо приложить к волокнам, а затем волокна пропитывают эпоксидным св зующим ЭНФБ ТУ 1-596-36-82, после чего к ним под нат жением при удельной нагрузке 195 г/мм прикладывают определенное расчетным путем напр жение от источника посто нного тока и помещают их в термостат. Не снима  приложенного напр жени  и нагрузки, пропитанные волокна отверждают при 170°С в течение 4 ч. Полученные образцы имеют прочность на изгиб (148 ±2,8) кг/мм2 и прочность на раст жение (105 ±2,8) кг/мм .

П р и м е р 2. Технологи  получени  эпоксиуглепластика та же, что в примере 1, но к волокнам прикладывают посто нное напр жение, обеспечивающее плотность тока через волокна при отверждении 0,65 А/мм . Полученные образцы имеют прочность на изгиб (150 ±2,9) кг/мм2 и прочность на раст жение (104 ±2,2) кг/мм .

ПримерЗ, Технологи  получени  эпоксиуглепластика та же, что в примере 1, но к волокнам прикладывают посто нное напр жение, обеспечивающее плотность тока через волокна при отверждении 0,67 А/мм . Полученные образцы имеют прочность на изгиб (150 ±2,9) кг/мм2 и прочность на раст жение (104,7 ±2,2) кг/мм .

Оптимальность параметров предлагаемого способа иллюстрирует табл. 1.

По прототипу дл  образцов, отвержден- ных путем пропускани  посто нного тока удельной мощностью 0,2-0,6 Вт/см2 через токопровод щие углеродные волокна, приведен только один параметр - прочность на изгиб, равный (75 ± 5) кг/мм . Однако следует заметить, что в известном способе

использован наиболее удобный в этом плане параметр - удельна  мощность:

Муд

UI

R

, где S площадь сечени 

проводника, по которой легко определить еще одно необходимое значение - удельное количество теплоты, выдел емое при прохождении тока через волокна: 0Уд №уд t, где t - врем  пропускани  тока.

В предлагаемом способе наиболее удобным параметром  вл етс  плотность тока:

15

I

Переход от оптимального значени  удельной мощности тока дл  прототипа к величине его плотности показывает, что

0,2-0,6 Вт/см2 соответствует 0,065-0,1 А/мм .

Сравнение значени  плотности тока по прототипу с соответствующими занчени ми за вл емых плотностей тока показывает,

что при плотности тока 0,065-0,1 А/мм2 образцы по прототипу имеют разрывную прочность 72,2-77 кг/мм2.

Катушку из кварцевого стекла со жгутом волокон (количество волокон в жгуте дл 

всех опытов величина посто нна ) устанавливают на шпул рник 1, снабженный тормозным устройством, обеспечивающим нат жение до 500 г/жгут, Жгут пропускают через пропиточную ванночку 2 с раствором

св зующего. Дл  удалени  избытка св зующего и уплотнени  образца пропиточный жгут прот гивают через фильеру 3 со скоростью не более 50 см/мин. Жгут закрепл ют на четырехграннике 4 и наматывают на него

с шагом в 3/6 мм. Размеры граней соответствуют размерам испытуемых образцов. Начало и конец закрепленного жгута не пропитывают. Присоедин   к ним измерительный омметр, определ ют суммарное

электрическое сопротивление жгута. Зна  сопротивление жгута, рассчитывают необходимое напр жение как функцию тока: U IR. Оптимальное значение посто нного тока дл  получени  максимального положительного эффекта, определенное опытным путем, дл  жгута составл ет 0,057-0,062 А. Таким образом, подвод  к концам жгута рассчитанное напр жение, устанавливают необходимый токовый режим

Затем, не снима  приложенного напр же ни  и нагрузки (жгут на барабане зафиксирован под напр жением при нагрузке заданной тормозным устройством), четы рехгранник со жгутом помещают в термо

стат и отверждают при 170°С в течение 4 ч. После отверждени  жгут разрезают на необходимое количество образцов и испытывают согласно ГОСТ 18564-73, 25601-80.

Поскольку ток - величина, зависима  от геометрических размеров жгута и количества составл ющих его волокон, используют величину независимую - плотность

тока: j -5- , где S - эффективна  площадь

Я4 О

сечени  жгута, завис ща  от толщины жгута , т.е. от числа составл ющих его волокон .

В предлагаемом способе эффективна  площадь сечени  жгута составл ет 0,092 мм2. Отсюда плотность тока дл  оптимальных режимов:

1 Ж 0 062А/Мм2:

J2

Щ-- 0,67 А/мм2.

0,092

Таким образом, рассчитанные оптимальные значени  плотности тока j 0,62-0,67 А/мм2 будут справедливы дл  образцов углепластика с любыми геометрическими размерами.

Врем  воздействи  электрического тока (4 ч) соответствует времени отверждени  образца .

Оптимальность за вленного режима можно обосновать экспериментальными данными, представленными в табл. 2.

Как видно из табл. 2, максимальное значение прочности на разрыв и прочности на

изгиб получаетс  при времени полимеризации под током 4 ч.

Экономический эффект от использовани  предлагаемого способа можно оценить

следующим образом. Предлагаемый способ обеспечивает повышение прочности на изгиб и на раст жение изделий из эпоксиуг- лепластика не менее чем в 1,4 раза по сравнению с прототипом. Предположительно долговечность детали из углепластика возрастает также в 1,4 раза. Отсюда, при прочих равных услови х эксплуатации, за один и тот же промежуток времени потребуетс  140 деталей, изготовленных по прототипу , и 100 деталей, изготовленных предлагаемым способом. Разница составит 40 деталей за один и тот же промежуток времени

Claims (2)

1.Способ получени  эпоксиуглепласти- ка, включающий пропитку углеродных волокон эпоксидным св зующим с применением

трехфтористого бора в качестве катализатора и отверждение при пропускании через волокна посто нного электрического тока, отличающийс  тем, что, с целью повышени  прочности на раст жение и изгиб , пропускание электрического тока через пропитанные волокна осуществл ют при одновременном внешнем конвенционном нагреве в процессе отверждени .

2.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что при внешнем конвенционном нагреве пропускают посто нный электрический ток плотностью 0,62-0,67 А/мм2.

40

Таблица 1

Таблица 2