WO2023075648A1 - Composite materials with a polymer matrix subjected to thermal aging and low-temperature carbonziation and method of producing same - Google Patents

Composite materials with a polymer matrix subjected to thermal aging and low-temperature carbonziation and method of producing same Download PDF

Info

Publication number
WO2023075648A1
WO2023075648A1 PCT/RU2022/050344 RU2022050344W WO2023075648A1 WO 2023075648 A1 WO2023075648 A1 WO 2023075648A1 RU 2022050344 W RU2022050344 W RU 2022050344W WO 2023075648 A1 WO2023075648 A1 WO 2023075648A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
composite material
temperature
polymer
carried out
polymer matrix
Prior art date
Application number
PCT/RU2022/050344
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Андрей Александрович СТЕПАШКИН
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Эластокарб Технолоджис"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2021128653A external-priority patent/RU2794758C1/en
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Эластокарб Технолоджис" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Эластокарб Технолоджис"
Publication of WO2023075648A1 publication Critical patent/WO2023075648A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/10Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material characterised by the additives used in the polymer mixture
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02Fibres or whiskers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/22Expanded, porous or hollow particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00Compositions of unspecified macromolecular compounds

Definitions

  • the invention relates to the field of technologies for the creation of polymeric and composite materials, and in particular to a method for forming a matrix in a composite material based on a polymer subjected to thermal aging and low-temperature carbonization.
  • the obtained composite materials can replace traditional heat-resistant polymeric materials and composites in the production of units and parts of machines and devices, be used in pumping equipment, for the manufacture of parts for friction units, as materials for chemical equipment, in electrode blocks of electrochemical cells, in radiators of electronic devices.
  • a known method for manufacturing products of complex shape based on a hybrid composite matrix disclosed in RU 2670869 C1, publ. 10/25/2018, prototype.
  • a method for manufacturing a product of complex shape based on a hybrid composite matrix based on discrete solid materials including the use of at least a reinforcing filler or fillers, as well as a vulcanizable elastomeric polymer, a vulcanizing agent, characterized in that it includes the following manufacturing steps, in which:
  • the initial ingredients of the hybrid composite matrix are homogeneously mixed with a vulcanizable elastomeric polymer as a binder based on a carbon- and / or silicon-containing polymer, while the prepared primary elastomeric mixture is vulcanizable into an elastic preform, after vulcanization, it has an elongation at break of at least 30% and a strength of at least 0.3 MPa, the ratio between the filler / fillers and the vulcanizing agent, acting as discrete materials and forming the basis of the hybrid composite matrix, and the binder elastomeric polymer is selected within 30 .. .1200 May. shares by 00 May. proportions of an elastomeric binder polymer;
  • workpieces are made from the initial elastomeric mixture to form the product workpiece;
  • the workpiece is vulcanized according to the molded or moldless technology for the production of an elastomeric product, while the temperature of 390...480 K and the process duration of 5...50 minutes are set to achieve the properties of the vulcanizate corresponding to the parameters T70-T90 of the rheogram;
  • an elastic vulcanized workpiece is subjected to curing by heat treatment in the temperature range of 470...700 K for 1... Shore "D".
  • the primary elastomeric mixture vulcanized into an elastic preform has an elongation at break of at least 30% after vulcanization
  • the objective of the claimed invention is the development of compositions (composition) of composite materials with high performance and a method for their production.
  • the technical result of the invention is the production of composite materials capable of replacing both structural polymeric materials, such as polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, etc., and other structural materials, such as graphite and metals, with improved performance characteristics, such as: tensile strength up to 100 MPa, compressive strength up to 300 MPa, density from 0.4 to 12 g/ cm3 , Brinell hardness according to GOST 4670-91 up to 400 MPa, total porosity from 2 to 90%, including open porosity from 0, 1 to 60%, chemical resistance in acids and alkalis, within pH 1 ... 14, - weight change over 30 days is not more than 1%, electrical conductivity up to 40 S/cm, thermal conductivity up to 15 W/mxK, operating heat resistance up to 300 ° ⁇ , the ability to work under dry friction conditions.
  • the discretely reinforced composite material contains a polymer matrix of thermally modified polymer and/or elastomer and a functional and/or reinforcing filler and an auxiliary component distributed in the polymer matrix, with the following ratio distributed in 100 wt.h, polymer matrix of components, wt.h: functional and/or reinforcing filler - 1 ... 1200; auxiliary component - 0.5...50.
  • a reinforcing filler at least one component is used, selected from the group: carbon fibers based on hydrated cellulose, carbon fibers based on polyacrylonitrile, pitch carbon fibers, basalt fibers, polyacrylonitrile fibers.
  • dispersed particles ranging in size from 10 nm to 0.5 mm are used, selected from the group: carbon black (soot), silicon oxide (white soot).
  • the polymer matrix contains at least one polymer selected from the group: organic, inorganic, and organoelement polymers polypropylenes, polybutylenes, polyphenylene oxides, polystyrenes, polyarylates, polyamides, polysiloxanes, and/or at least one elastomer selected from the group: butadiene, butadiene - styrene, butadiene-nitrile, isoprene, ethylene-propylene, propylene-oxide, silicone rubbers.
  • polymer selected from the group: organic, inorganic, and organoelement polymers polypropylenes, polybutylenes, polyphenylene oxides, polystyrenes, polyarylates, polyamides, polysiloxanes, and/or at least one elastomer selected from the group: butadiene, butadiene - styrene, butadiene-nitrile, isoprene, ethylene-prop
  • the polymer matrix contains phenol-formaldehyde resins, and/or petroleum and/or coal tar pitches or mixtures thereof, in a total amount of 0.1 to 50 wt.% of the initial polymer.
  • cross-linking agents are used - dicumyl peroxide, benzoyl peroxide, octyl-phenol resole resins, butyl-phenol resole resins, octyl-phenol resole resins modified with bromine, agents controlling the course of thermal destruction processes - sodium tetraborate, phosphorus (V) oxide.
  • At least one component is used, selected from the group: discrete particles of artificial or natural graphite, carbon nanotubes, thermally expanded intercalated graphite, graphene, fullerenes, mesophase carbon, silicon carbide, boron nitride, titanium nitride, shungite fillers, glass microspheres , ceramic microspheres, d-element powders.
  • the method of obtaining the composite material disclosed above includes the following steps: a) drying of the initial components, including a polymer and/or elastomer, a functional and/or reinforcing filler and an auxiliary component; b) surface treatment of the original components, including polymer and/or elastomer, functional and/or reinforcing filler and auxiliary component; c) obtaining a homogeneous mixture by mixing the initial components; d) the formation of the workpiece using molded or moldless technology; e) vulcanization of the workpiece at a temperature of 12O...22O°C and a pressure of 0.1...10 MPa for 5...60 minutes or heat treatment at temperatures of 17O...22O°C for 1...12 hours, or radiation exposure with an exposure dose of 1...35 Mrad; f) heat treatment of the billet in a controlled gas environment, including heating the billet to a temperature of 280...550°C at a rate of 0.01...10°C/
  • step a) vacuum drying can be carried out.
  • step f) one or more isothermal exposures can be additionally carried out at a temperature of 240...500°C for 0.5...100 hours
  • Step f) can be carried out both in the free, unloaded state of the workpiece, and with pressure applied to the workpiece from 0.1 to 10 MPa.
  • Step f) can be carried out in a flowing gas atmosphere of an inert gas with a supply of 0.01 to 50 ml/min per 1 g of composite material, both with a static state of the furnace atmosphere and with its dynamic stirring.
  • Fig. 1 Change in heat resistance of a material containing 400 wt.h. silicon carbide before and after thermal aging and low temperature carbonization.
  • Fig. 2 Microstructure of vulcanized samples (a, b) - degree of filling 50 mass parts of SiC, (c, d) - degree of filling 450 mass parts of SiC, distributed in 100 mass.h. polymer matrix.
  • the claimed discretely reinforced composite material contains a polymer matrix of thermally modified polymer and/or elastomer and a functional and/or reinforcing filler and an auxiliary component distributed in the polymer matrix, in the following ratio distributed in 100 wt.h. polymer matrix of components, wt.h: functional and/or reinforcing filler - 1 ... 1200; auxiliary component - 0.5...50.
  • At least one component is used, selected from the group: carbon fibers based on hydrated cellulose, carbon fibers based on polyacrylonitrile, pitch carbon fibers, basalt fibers, polyacrylonitrile fibers. These carbon fibers have a length of 0.01 ... 100 mm.
  • dispersed particles ranging in size from 10 nm to 0.5 mm are used, selected from the group: carbon black (soot), silicon oxide (white soot).
  • the polymer matrix contains at least one polymer selected from the group: organic, inorganic, and organoelement polymers, polypropylenes, polybutylenes, polyphenylene oxides, polystyrenes, polyarylates, polyamides, polysiloxanes, and other polymers, and/or at least one elastomer selected from groups: butadiene, butadiene-styrene, butadiene-nitrile, isoprene, ethylene-propylene, propylene-oxide, silicone rubbers.
  • the polymer matrix contains phenol-formaldehyde resins, and/or petroleum and/or coal tar pitches or mixtures thereof, in a total amount of 0.1 to 50 wt.% of the initial polymer.
  • cross-linking agents are used - dicumyl peroxide, benzoyl peroxide, octyl-phenol resole resins, butyl-phenol resole resins, bromine-modified octyl-phenol resole resins, agents that control the course of thermal degradation processes - sodium tetraborate, phosphorus (V) oxide -
  • a functional filler at least one component with a particle size of 10 nm to 0.5 mm is used, selected from the group: discrete particles of artificial or natural graphite, carbon nanotubes, thermally expanded intercalated graphite, graphene, fullerenes, mesophase carbon, silicon carbide, boron nitride, titanium nitride, shungite fillers, glass microspheres, ceramic microspheres, powders of d-elements (Ti, V, Cr. Mn, Fe, Co, Cu, W, Mo, Zr, Nb, Hf
  • the method for obtaining the composite material disclosed above includes the following steps.
  • the initial components are dried, including polymer and/or elastomer, functional and/or reinforcing and auxiliary components. Drying is carried out at a temperature of 50 ... 115 ° C for 0.5 ... 120 hours using various known drying devices, for example, drying cabinets, heating chambers, incl. vacuum, etc. Drying of the initial components makes it possible to reduce the amount of sorbed moisture and thus reduce the amount of oxygen in the system.
  • Surface treatment includes, if necessary, at least one of the following operations: desizing, surface activation, whiskering, subsizing, chemical cleaning, finishing of fibrous fillers, surface treatment of fillers, including chemical surface treatment using alkalis, acids, organic compounds, including including using organofunctional silanes.
  • Surface treatment of fibrous fillers provides an optimal level of adhesive interaction, which makes it possible to provide the required level of physical and mechanical characteristics of the composite material - crack resistance and impact strength. Processing of dispersed fillers is aimed at obtaining functional groups on their surface that are capable of forming chemical bonds with macromolecules in the process of polymer crosslinking in order to achieve an optimal level of adhesive interaction for the formulation.
  • a homogeneous mixture is obtained by sequentially introducing a functional and/or reinforcing filler and an auxiliary component into the polymer matrix, followed by mixing the polymer matrix with the components introduced into it using standard devices: one- or two-screw extruders, rollers, closed-type rubber mixers. types, intermixes, dosing and mixing systems for liquid fillers and rubbers.
  • the workpiece is formed using molded or moldless technology. In molding technology, molding of the workpiece is carried out in a mold, for example, by casting the resulting homogeneous mixture into a mold. With shapeless technology, the shape of the product is given by the mouthpiece of the extruder, through which the molded product of the required shape exits and is subsequently cut to the required length.
  • the mold is fixed by vulcanizing the blank at a temperature of 120,..220 ° C and a pressure of 0.1 ... 10 MPa for 5 ... 60 minutes or heat treatment at temperatures of 170 ... 220 ° C within 1...12 hours or radiation exposure with an exposure dose of 1...35 Mrad.
  • the final heat treatment of the workpiece is carried out in a controlled gas environment (argon, nitrogen, air, etc.), which includes heating the workpiece to a temperature of 28O...55O°C at a rate of 0.01...10°C7 min and leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece.
  • a controlled gas environment argon, nitrogen, air, etc.
  • Heat treatment is carried out in order to form the final structure and material properties of products. Heating is carried out in a flowing gas atmosphere in order to remove gaseous pyrolysis products from the reaction zone; argon, nitrogen, air, etc. can be used as gases to create a flowing atmosphere.
  • the workpiece is cooled to room temperature!, while up to temperature! 80°C, the workpiece is cooled at a rate of 0.001...2.5°C/min.
  • the final product is obtained - the claimed composite material, which can be machined to give the final geometry of the products. Cooling is carried out by known methods, for example together with the furnace in which the heat treatment takes place, or in air after leaving the furnace, or in a separate cooling device.
  • Heat treatment' leading to the processes of thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece, is carried out at a variable heating rate of the workpiece to a temperature of 28O...55O°C at rates varying in the range of 0.01...10°C/min.
  • heat treatment leading to processes of thermal aging and low-temperature carbonization of the billet, one or more isothermal holding at a temperature of 240...500°C for 0.5...100 hours is additionally carried out.
  • Heat treatment leading to the processes of thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece, is carried out in a free, unloaded state of the workpiece or at pressure applied to the workpiece from 0.1 to 10 MPa.
  • Heat treatment leading to the processes of thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece, is carried out, if necessary, in a flowing gas atmosphere of inert gas with a supply of 0.01 to 50 ml/min per 1 g of composite material or in a flowing gas atmosphere of inert gas with a supply from 0.01 to 50 ml/min per 1 g of composite material with dynamic stirring of the atmosphere in the oven.
  • nitrile butadiene rubber, silicon carbide, and dicumyl peroxide are used as initial components.
  • NBR NBR was dried in a vacuum oven at 50°C for 6 hours, weight loss 0.6%
  • Silicon carbide is dried in an oven for 6 hours, at a temperature of 115°C, weight loss of 0.9%.
  • the workpiece is molded in the form of plates 210x290x4 mm, for this a homogeneous mixture is placed in a steel tooling and the elastomer blanks are vulcanized in a steel tooling at a temperature of 160°C for 20 minutes, on a vulcanization press at a constant mold closing force of 5 MPa.
  • the resulting plates are subjected to heat treatment in an inert atmosphere (argon) when heated from room temperature to temperature! 340°C at a rate of 10 to O.GS/min for 12 hours in a muffle ashing furnace. Heat treatment leads to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece.
  • argon inert atmosphere
  • the heat-treated billet is cooled to a temperature of 80°C at a rate of 0.25'C/min in the furnace, and then it is unloaded from the furnace and cooled to room temperature in air.
  • Example 2 is similar to example 1, except that with stirring in 100 wt.h. butadiene-nitrile rubber add 1 wt.h. silicon carbide and 0.5 wt.h. 1,3 1,4-bis (tert-butylperoxyisopropyl) benzene (LUPEROX F 40 E).
  • Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 120°C and a pressure of 0.1 MPa for 5 min; heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece is carried out up to a temperature of 340°C at a rate of 10 to 0.1°C/min for 8 hours; cooling the billet to a temperature of 80°C at a rate of 0.5 eC /min in a furnace,
  • Example 3 is similar to example 1, except that with stirring in 100 wt.h. butadiene-nitrile rubber add 600 wt.h. silicon carbide and 2 wt.h. dicumyl peroxide, as well as 2 wt.h. P2O5.
  • Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 170°C and a pressure of 5 MPa for 15 min; heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece is carried out up to a temperature of 400°C at a rate of 5 to 0.1'C/min for 10 hours; with isothermal exposure at a temperature of 320°C for 1 hour, cooling the billet to a temperature of 80°C at a rate of 0.6°C/min in the furnace.
  • Example 4 is similar to example 1, except that with stirring in 100 wt.h, butadiene-nitrile rubber add 1200 wt.h. tungsten carbide and 0.5 parts by weight of dicumyl peroxide. Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 120°C and a pressure of 10 MPa for 60 min; heat treatment, leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece, is carried out to a temperature of 550°C at a rate of 5 to 0,GS/min for 12 hours; cooling the billet to a temperature of 80°C at a rate of 0.GS/min in a furnace.
  • Nitrile butadiene rubber is dried in a vacuum oven at a temperature of 50°C, in within 6 hours, weight loss 0.6%; silicon carbide is dried in an oven for 6 hours at a temperature of 115°C, weight loss of 0.9%; crushed artificial graphite is dried in an oven for 6 hours at a temperature of 115°C, weight loss 1.7%; surface treatment of carbon fibers is carried out in a muffle furnace at a temperature of 400°C for 10 minutes in an air atmosphere to remove the sizing and moisture. Heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the billet is carried out up to a temperature of 360°C at a rate of 5 to 0.1°C/min for 8 hours.
  • Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 170 C and a pressure of 5 MPa for 25 minutes; heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece is carried out to a temperature of 360°C at a rate of 5 to 0.01°C/min for 24 hours, cooling of the workpiece to a temperature of 80°C at a rate of 1.25°C/ min in the oven.
  • Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 120°C and a pressure of 1 MPa for 50 min; heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece is carried out up to a temperature of 280°C at a rate of 10 to 0.33°C/min for 6 hours; cooling the billet to a temperature of 80°C at a rate of 0.25°C/min in the furnace.
  • Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 150°C and a pressure of 10 MPa for 60 min; heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece is carried out up to a temperature of 340'C at a rate of 10 to 0.33°C/min for 24 hours; cooling the billet to a temperature of 80°C at a rate of 0.001°C/min in a furnace.
  • the nitrile butadiene rubber was dried in a vacuum oven at 50° C. for 6 hours, weight loss 0.6%.
  • Shungite filler Karbosil T-20 is dried in an oven for 6 hours at a temperature of 115°C, weight loss 1.0%.
  • heating is carried out to a temperature of 340°C at a rate of 5 to 0.33°C/min for 8 hours and isothermal exposure at a temperature of 340°C for 2 hours.
  • NBR mixed with low temperature coal tar pitch was dried in a vacuum oven at 50 ° C for 6 hours, weight loss 1.4%; crushed artificial graphite is dried in an oven for 6 hours at a temperature of 115°C, weight loss 1.7%; surface treatment of carbon fibers is carried out in a muffle furnace at a temperature of ZOSGS, for 40 minutes in an air atmosphere to remove the sizing and alagi.
  • Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 120°C and a pressure of 2.5 MPa for 10 min; Heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece is carried out up to a temperature of 340 C at a rate of 10 to 0.1°C/min for 8 hours; cooling the billet to a temperature of 80°C at a rate of 0.25°C/min in the furnace.
  • Example 11 is similar to example 6, except that while stirring in
  • 100 wt.h. ethylene vinyl acetate brand lotader 3210 add 600 wt.h. basalt fibers 10 mm long, 10 wt.h. carbon black brand P-234 and 2.5 wt.h. sodium tetraborate.
  • heat treatment is used at a temperature of 170°C for 6 hours. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 2.
  • Example 2 is similar to example 4, except that with stirring in 100 wt.h ethylene vinyl acetate brand lotader 3210 add 1200 wt.h, basalt fibers and 0.5 wt.h. P2O5. To fix the shape of the workpiece, instead of vulcanization, heat treatment is carried out at a temperature of 170°C for 6 hours.
  • Example 13 is similar to example 2, except that instead of vulcanization, radiation crosslinking is carried out, which is carried out using an electron accelerator "Electronics ELU-6" with an energy of 6 MeV, a flux density of 10' and e/cm 2 xs and an irradiation dose of 1 Mrad.
  • an electron accelerator “Electronics ELU-6” with an energy of 6 MeV, a flux density of 10' and e/cm 2 xs and an irradiation dose of 1 Mrad.
  • Example 14 is similar to example 3, except that instead of vulcanization, radiation crosslinking is carried out, which is carried out using an accelerator electrons "Electronics ELU-6" with an energy of 6 MeV, a flux density of 10 th e/cm 2 xs and an irradiation dose of 15 Mrad.
  • an accelerator electrons "Electronics ELU-6" with an energy of 6 MeV, a flux density of 10 th e/cm 2 xs and an irradiation dose of 15 Mrad.
  • Example 15 is similar to example 4, except that instead of vulcanization, radiation crosslinking is carried out, which is carried out using an electron accelerator "Electronics ELU-6" with an energy of 6 MeV, a flux density of 10 11 e/cm 2 *o and an irradiation dose of 35 Mrad.
  • an electron accelerator “Electronics ELU-6” with an energy of 6 MeV, a flux density of 10 11 e/cm 2 *o and an irradiation dose of 35 Mrad.
  • Example 16 is similar to example 2, except that instead of vulcanization, heat treatment is carried out at a temperature of 170°C.
  • Example 17 is similar to example 3, except that instead of vulcanization, heat treatment is carried out at a temperature of 195°C.
  • Example 18 is similar to example 4, except that instead of vulcanization, heat treatment is carried out at a temperature of 220°C.
  • Example 19 is similar to example 10, except that with stirring in 100 wt.h. a mixture of butadiene-nitrile rubber with low-temperature coal tar pitch, taken in a ratio of 90:10, add 100 May hours of technical carbon grade P-234, 300 wt.h. polyacrylonitrile fibers, 10 wt.h. modified alkylphenol resin Eiaztobond T 6000, 5 wt.h. butyl-phenol resole resin Elaztobond C 650 and 2.5 wt.h. sodium tetraborate.
  • Example 20 is similar to example 10, except that with stirring at 100 mao.h. mixtures of butadiene-nitrile rubber with low-temperature coal pitch, taken in a ratio of 90:10, add 300 wt.h. basalt fibers, 20 wt.h. modified alkylphenol resin Eiaztobond T 6000, 5 wt.h. butyl-phenol resole resin Eiaztobond C 650 and 2.5 wt.h. sodium tetraborate.
  • Example 21 is similar to example 1, except that the processes of thermal aging and low-temperature carbonization are carried out with dynamic mixing of the atmosphere in the furnace (supplying air flow into the furnace using a fan).

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of creating polymeric and composite materials, and more particularly to a method of forming, in a composite material, a matrix based on a polymer subjected to thermal aging and low-temperature carbonization. The resulting composite materials can be used as an alternative to traditional heat-resistant polymeric materials and composites in the production of assemblies and parts of machines and appliances, and can also be used in pumping machinery, for manufacturing parts of friction assemblies, as materials for chemical equipment, in electrode assemblies in electrochemical cells, and in heat sinks for electronic devices. The technical result of the invention is the production of composite materials that are able to act as an alternative both to polymeric structural materials such as polysulphone, polyethersulphone, polyphenylene sulphide, polyether ether ketone and others, as well as to other structural materials such as, for example, graphite and metals, and have improved performance characteristics such as: an ultimate tensile strength of up to 100 Mpa, a compressive strength of up to 300 MPa, a density of from 0.4 to 12 g/cm3, a Brinell hardness, according to GOST 4670–91, of up to 400 MPa, a total porosity of from 2 to 90%, including an open porosity of from 0.1 to 60%, chemical stability in acids and bases within a range of pH 1-14, a mass change rate of not more than 1% over 30 days, an electrical conductivity of up to 40 S/cm, a thermal conductivity of up to 15 W/mK, an operational thermal resistance of up to 300°С, and the ability to operate under dry friction. A discreetly reinforced composite material contains a polymer matrix consisting of a thermally modified composite polymer and/or elastomer and, distributed in said polymer matrix, a functional and/or reinforcing filler and an auxiliary component, with the following ratio of components distributed in 100 pbw of polymer matrix: 1-1200 pbw functional and/or reinforcing filler, and 0.5-50 pbw auxiliary component.

Description

Композиционные материалы с полимерной матрицей, подвергнутой термическому старению и низкотемпературной карбонизации, и метод их получения Composite materials with a polymer matrix subjected to thermal aging and low-temperature carbonization, and a method for their preparation
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ FIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к области технологий создания полимерных и композиционных материалов, а именно к способу формирования в композиционном материале матрицы на основе подвергнутого термическому старению и низкотемпературной карбонизации полимера. Полученные композиционные материалы могут заменять традиционные теплостойкие полимерные материалы и композиты при производстве узлов и деталей машин и приборов, применяться в насосном оборудовании, для изготовления деталей узлов трения, в качестве материалов для химического оборудования, в электродных блоках электрохимических ячеек, в радиаторах электронных устройств. The invention relates to the field of technologies for the creation of polymeric and composite materials, and in particular to a method for forming a matrix in a composite material based on a polymer subjected to thermal aging and low-temperature carbonization. The obtained composite materials can replace traditional heat-resistant polymeric materials and composites in the production of units and parts of machines and devices, be used in pumping equipment, for the manufacture of parts for friction units, as materials for chemical equipment, in electrode blocks of electrochemical cells, in radiators of electronic devices.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ BACKGROUND OF THE INVENTION
Использование полимерных материалов в различных областях промышленности неуклонно возрастает с каждым годом. Данная тенденция обусловлена сочетанием низкой плотности, химической и коррозионной стойкости с комплексом физикомеханических, теплофизических, трибологических и других эксплуатационных свойств в совокупности с дешевизной производства изделий из полимеров. Производство изделий сложной формы по хорошо зарекомендовавшим себя практически безотходным технологиям переработки полимеров (экструзия, литье под давлением) позволяет значительно снизить себестоимость продукции. Композиционные материалы с полимерными матрицами позволяют достигать уровня свойств, значительно превышающего характеристики чистых ненаполненных полимеров. Перспективность использования полимеров и композиционных материалов на их основе в качестве альтернативы металлическим и керамическим материалам в различных отраслях промышленности инициирует активное развитие исследований в области создания таких композитов. The use of polymeric materials in various industries is steadily increasing every year. This trend is due to a combination of low density, chemical and corrosion resistance with a complex of physical, mechanical, thermal, tribological and other operational properties, combined with the low cost of manufacturing products from polymers. The production of complex-shaped products using well-established practically waste-free technologies for processing polymers (extrusion, injection molding) can significantly reduce the cost of production. Composite materials with polymer matrices make it possible to achieve a level of properties that significantly exceeds the characteristics of pure unfilled polymers. The prospect of using polymers and composite materials based on them as an alternative to metal and ceramic materials in various industries initiates the active development of research in the field of creating such composites.
На сегодняшний день одной из существенных проблем, ограничивающих использование в технике полимерных материалов, является их низкая теплостойкость, так как большинство используемых полимеров и эластомеров имеют температуры эксплуатации ниже 150...200°С, а немногочисленные существующие высокотемпературные полимеры, такие как полиимиды, полибензимидазолы, полибензотиазолы, фталонитрилы, в настоящий момент производятся в незначительных объемах, сложны в переработке, обладают высокой стоимостью. Повышение теплостойкости изделий из массовых, доступных на рынке полимеров и эластомеров позволит значительно расширить области их применения в технике за счет более полной реализации их преимуществ, таких как невысокая цена, малый вес и высокие удельные характеристики. To date, one of the significant problems that limit the use of polymeric materials in technology is their low heat resistance, since most of the polymers and elastomers used have operating temperatures below 150–200°C, and the few existing high-temperature polymers, such as polyimides, polybenzimidazoles , polybenzothiazoles, phthalonitriles, are currently produced in small volumes, difficult to process, and have a high cost. Increasing the heat resistance of products made from mass-produced polymers and elastomers available on the market will significantly expand the scope of their application in engineering due to a more complete realizing their advantages, such as low price, light weight and high specific characteristics.
Известно, что одним из методов повышения теплостойкости полимерных материалов является контролируемое старение под действием тепла, кислорода, озона. В процессе старения происходит изменение свойств полимеров, к примеру, изменяется величины разрушающих напряжений при различных видах нагружения, уменьшаются соответствующие им величины деформаций, трещиностойкость, ударная вязкость и др. It is known that one of the methods for increasing the heat resistance of polymeric materials is controlled aging under the action of heat, oxygen, and ozone. In the process of aging, the properties of polymers change, for example, the values of destructive stresses change under various types of loading, the corresponding values of deformations, crack resistance, impact strength, etc. decrease.
Известно, что протекающие при старении изменения свойств обусловлены протеканием в полимерах конкурирующими между собой реакциями деструкции и сшивания в макромолекулах полимера. Реакции деструкции приводят к уменьшению молекулярного веса материала и ухудшению ее характеристик. При протекании реакций сшивки полимера происходит сшивание между собой соседних макромолекул или частей одной макромолекулы с образованием объемной сетки связей. В результате такой сшивки меняется структура материала, уменьшаются его деформации при различных видах воздействия, увеличивается термическая стабильность. Использование данного подхода в технике позволяет увеличивать теплостойкость различных полимеров на 5О...7О°С, при этом предельные температуры старения не превышают 200...250°С. It is known that changes in properties that occur during aging are due to the occurrence in polymers of competing reactions of degradation and crosslinking in polymer macromolecules. Destruction reactions lead to a decrease in the molecular weight of the material and deterioration of its characteristics. During polymer crosslinking reactions, adjacent macromolecules or parts of one macromolecule are crosslinked to form a three-dimensional network of bonds. As a result of such cross-linking, the structure of the material changes, its deformations decrease under various types of impact, and thermal stability increases. The use of this approach in engineering makes it possible to increase the heat resistance of various polymers by 5O...7O°C, while the limiting aging temperatures do not exceed 200...250°C.
Известно, что при обеспечении защиты от окисления, наибольшей термической стабильностью обладают полностью углеродные матрицы, а углерод-углеродные композиционные материалы способны работать при температурах до 2800...3000°С. Основные подходы к получению таких матриц заключаются в ускоренной карбонизации полимерных связующих, обладающих стабильностью до температур 900°С. Протекание карбонизации начинается при температурах 180...200*С, с возрастающей скоростью, при этом в интервале температур 400...550°С происходит полная деструкция полимерной составляющей, а при более высоких температурах, начинается структурирование полученного углеродного остатка (полукокса) с формированием непрерывных сеток из атомов углерода. It is known that when providing protection against oxidation, all-carbon matrices have the highest thermal stability, and carbon-carbon composite materials are capable of operating at temperatures up to 2800...3000°C. The main approaches to the preparation of such matrices are accelerated carbonization of polymeric binders that are stable up to temperatures of 900°C. The course of carbonization begins at temperatures of 180...200*C, with increasing speed, while in the temperature range of 400...550°C, the complete destruction of the polymer component occurs, and at higher temperatures, the structuring of the resulting carbon residue (semi-coke) begins with formation of continuous nets of carbon atoms.
Известен способ изготовления изделия сложной формы на основе гибридной композитной матрицы, раскрытый в RU 2670869 С1, опубл. 25.10.2018, прототип. Способ изготовления изделия сложной формы на основе гибридной композитной матрицы на базе дискретных твердых материалов, включающий использование, по меньшей мере, усиливающего наполнителя или наполнителей, а также вулканизуемого эластомерного полимера, вулканизирующего агента, характеризующийся тем, что включает следующие этапы изготовления, на которых: A known method for manufacturing products of complex shape based on a hybrid composite matrix, disclosed in RU 2670869 C1, publ. 10/25/2018, prototype. A method for manufacturing a product of complex shape based on a hybrid composite matrix based on discrete solid materials, including the use of at least a reinforcing filler or fillers, as well as a vulcanizable elastomeric polymer, a vulcanizing agent, characterized in that it includes the following manufacturing steps, in which:
- сначала производят однородное смешение исходных ингредиентов гибридной композитной матрицы со способным к вулканизации эластомерным полимером в качестве связующего на базе углерод- и/или кремнийсодержащего полимера, при этом подготовленная первичная эластомерная смесь, вулканизуемая в эластичную заготовку, имеет после вулканизации удлинение при разрыве не менее 30% и прочность не менее 0,3 МПа, соотношение между наполнителем/наполнителями и вулканизирующим агентом, выступающими в роли дискретных материалов и образующими основу гибридной композиционной матрицы, и связующим эластомерным полимером выбирается в пределах 30...1200 мае. долей к 00 мае. долям эластомерного связующего полимера; - first, the initial ingredients of the hybrid composite matrix are homogeneously mixed with a vulcanizable elastomeric polymer as a binder based on a carbon- and / or silicon-containing polymer, while the prepared primary elastomeric mixture is vulcanizable into an elastic preform, after vulcanization, it has an elongation at break of at least 30% and a strength of at least 0.3 MPa, the ratio between the filler / fillers and the vulcanizing agent, acting as discrete materials and forming the basis of the hybrid composite matrix, and the binder elastomeric polymer is selected within 30 .. .1200 May. shares by 00 May. proportions of an elastomeric binder polymer;
- далее изготавливают заготовки из исходной эластомерной смеси для формирования заготовки изделия; - further, workpieces are made from the initial elastomeric mixture to form the product workpiece;
- вулканизируют заготовку по формовой или бесформовой технологии производства эластомерного изделия, при этом температура 390...480 К и длительность процесса 5...50 мин задаются для достижения свойств вулканизата, соответствующих параметрам Т70-Т90 реограммы; - the workpiece is vulcanized according to the molded or moldless technology for the production of an elastomeric product, while the temperature of 390...480 K and the process duration of 5...50 minutes are set to achieve the properties of the vulcanizate corresponding to the parameters T70-T90 of the rheogram;
- эластичную вулканизованную заготовку подвергают отверждению путем термической обработки в диапазоне температур 470...700 К в течение 1.. , 100 ч для достижения заготовкой заданной плотности гибридной матрицы при пористости не более 2% и твердости в пределах 30...98 ед. Шор «Д». - an elastic vulcanized workpiece is subjected to curing by heat treatment in the temperature range of 470...700 K for 1... Shore "D".
Недостатками указанного выше способа являются: The disadvantages of the above method are:
- Использование только вулканизуемых с использованием вулканизирующего агента эластомерных полимеров, что значительно ограничивает условия получения полуфабрикатов (температура 390...480 К и длительность процесса 5...50 мин задаются для достижения свойств вулканизата, соответствующих параметрам Т70- Т90 реограммы) и условия проведения в дальнейшем термического старения заготовок: - The use of only elastomeric polymers vulcanized using a vulcanizing agent, which significantly limits the conditions for obtaining semi-finished products (temperature 390 ... 480 K and the duration of the process 5 ... further thermal aging of blanks:
- Ограничение по деформационным характеристикам вулканизованного полуфабриката (первичная эластомерная смесь, вулканизуемая в эластичную заготовку, имеет после вулканизации удлинение при разрыве не менее 30%); - Restriction on the deformation characteristics of the vulcanized semi-finished product (the primary elastomeric mixture vulcanized into an elastic preform has an elongation at break of at least 30% after vulcanization);
- Отсутствие возможности получения материалов с высокой пористостью и твердостью (ограничение при пористости не более 2% и твердости в пределах 30...98 ед. Шор «Д».), отсутствие возможности регулировать соотношение между открытой и закрытой пористостью в получаемых материалах; - The inability to obtain materials with high porosity and hardness (limited with porosity not more than 2% and hardness within 30 ... 98 units Shore "D"), the inability to regulate the ratio between open and closed porosity in the materials obtained;
- Ограничение размеров используемых наполнителей (предпочтительно менее 300 мкм); - Limiting the size of the fillers used (preferably less than 300 microns);
- Отсутствие контролируемого охлаждения полученных изделий, что существенно влияет на уровень внутренних напряжений в них. - The absence of controlled cooling of the obtained products, which significantly affects the level of internal stresses in them.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ DISCLOSURE OF THE INVENTION
Задачей заявленного изобретения является разработка композиций (состава) композиционных материалов, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками и способа их получения. Техническим результатом изобретения является получение композиционных материалов, способных заменять как конструкционные полимерные материалы, такие как полисульфон, полиэфирсульфон, полифениленсульфид, полиэфирэфиркетон и др, так и другие конструкционные материалы, например графит и металлы, обладающих улучшенными эксплуатационными характеристиками, такими как: прочность на разрыв до 100 МПа, прочность на сжатие до 300 МПа, плотность от 0,4 до 12 г/см3, твердость по Бринеллю по ГОСТ 4670-91 до 400 МПа, общая пористость от 2 до 90%, в том числе открытая пористость от 0,1 до 60%, химическая стойкость в кислотах и щелочах, в пределах pH 1 ...14, - изменение массы за 30 суток не более 1%, электропроводность до 40 См/см, теплопроводность до 15 Вт/мхК, эксплуатационная теплостойкость до 300°С, возможность работать а условиях сухого трения. The objective of the claimed invention is the development of compositions (composition) of composite materials with high performance and a method for their production. The technical result of the invention is the production of composite materials capable of replacing both structural polymeric materials, such as polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, etc., and other structural materials, such as graphite and metals, with improved performance characteristics, such as: tensile strength up to 100 MPa, compressive strength up to 300 MPa, density from 0.4 to 12 g/ cm3 , Brinell hardness according to GOST 4670-91 up to 400 MPa, total porosity from 2 to 90%, including open porosity from 0, 1 to 60%, chemical resistance in acids and alkalis, within pH 1 ... 14, - weight change over 30 days is not more than 1%, electrical conductivity up to 40 S/cm, thermal conductivity up to 15 W/mxK, operating heat resistance up to 300 °С, the ability to work under dry friction conditions.
Указанный технический результат достигается за счет того, что дискретно- армированный композитный материал содержит полимерную матрицу из термически модифицированных полимера и/или эластомера и распределенные в полимерной матрице функциональный и/или усиливающий наполнитель и вспомогательный компонент, при следующем соотношении распределенных в 100 мас.ч, полимерной матрицы компонентов, в мас.ч: функциональный и/или усиливающий наполнитель - 1 ... 1200; вспомогательный компонент - 0,5...50. В качестве усиливающего наполнителя используют по крайней мере один компонент, выбранный из группы: углеродные волокна на основе гидратцеллюлозы, углеродные волокна на основе полиакрилнитрила, пековые углеродные волокна, базальтовые волокна, полиакрилнитрильные волокна. The specified technical result is achieved due to the fact that the discretely reinforced composite material contains a polymer matrix of thermally modified polymer and/or elastomer and a functional and/or reinforcing filler and an auxiliary component distributed in the polymer matrix, with the following ratio distributed in 100 wt.h, polymer matrix of components, wt.h: functional and/or reinforcing filler - 1 ... 1200; auxiliary component - 0.5...50. As a reinforcing filler, at least one component is used, selected from the group: carbon fibers based on hydrated cellulose, carbon fibers based on polyacrylonitrile, pitch carbon fibers, basalt fibers, polyacrylonitrile fibers.
В качестве усиливающего наполнителя используют дисперсные частицы размером от 10 нм до 0,5 мм, выбранные из группы: технический углерод (сажа), оксид кремния (белая сажа). As a reinforcing filler, dispersed particles ranging in size from 10 nm to 0.5 mm are used, selected from the group: carbon black (soot), silicon oxide (white soot).
Полимерная матрица содержит по крайней мере один полимер, выбранный из группы: органические, неорганические, и элементоорганические полимеры полипропилены, полибутилены, полифениленоксиды, полистиролы, полиарилаты, полиамиды, полисилоксаны, и/или по крайней мере один эластомер, выбранный из группы: бутадиеновые, бутадиен-стирольные, бутадиен-нитрильные, изопреновые, этилен-пропиленовые, пропилен-оксидные, силиконовые каучуки. The polymer matrix contains at least one polymer selected from the group: organic, inorganic, and organoelement polymers polypropylenes, polybutylenes, polyphenylene oxides, polystyrenes, polyarylates, polyamides, polysiloxanes, and/or at least one elastomer selected from the group: butadiene, butadiene - styrene, butadiene-nitrile, isoprene, ethylene-propylene, propylene-oxide, silicone rubbers.
Полимерная матрица содержит фенолформальдегидные смолы, и/или нефтяные и/или каменноугольные пеки или их смеси, общим количеством от 0,1 до 50 мас.% от массы исходного полимера. The polymer matrix contains phenol-formaldehyde resins, and/or petroleum and/or coal tar pitches or mixtures thereof, in a total amount of 0.1 to 50 wt.% of the initial polymer.
В качестве вспомогательного компонента используют сшивающие агенты - пероксид дикумила, пероксид бензоила, октил-фенол резольные смолы, бутил-фенол резольные смолы, октил-фенол резольные смолы, модифицированные бромом, агенты управляющие протеканием процессов термической деструкции - тетраборат натрия, оксид фосфора (V). As an auxiliary component, cross-linking agents are used - dicumyl peroxide, benzoyl peroxide, octyl-phenol resole resins, butyl-phenol resole resins, octyl-phenol resole resins modified with bromine, agents controlling the course of thermal destruction processes - sodium tetraborate, phosphorus (V) oxide.
В качестве функционального наполнителя используют по крайне мере один компонент, выбранный из группы: дискретные частицы искусственного или природного графита, углеродные нанотрубки, терморасширенный интеркалированный графит, графен, фуллерены, мезофазный углерод, карбид кремния, нитрид бора, нитрид титана, шунгитовые наполнители, стеклянные микросферы, керамические микросферы, порошки d-элементов. As a functional filler, at least one component is used, selected from the group: discrete particles of artificial or natural graphite, carbon nanotubes, thermally expanded intercalated graphite, graphene, fullerenes, mesophase carbon, silicon carbide, boron nitride, titanium nitride, shungite fillers, glass microspheres , ceramic microspheres, d-element powders.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что способ получения раскрытого выше композитного материала включает следующие этапы a) сушка исходных компонентов, включающих полимер и/или эластомер, функциональный и/или усиливающий наполнитель и вспомогательный компонент; b) поверхностная обработка исходных компонентов, включающих полимер и/или эластомер, функциональный и/или усиливающий наполнитель и вспомогательный компонент; c) получение гомогенной смеси путем перемешивания исходных компонентов; d) формирование заготовки с использованием формовой или бесформовой технологии; e) вулканизация заготовки при температуре 12О...22О°С и давлении 0.1...10 МПа в течение 5...60 мин или термическая обработка при температурах 17О...22О°С в течение 1...12 часов или радиационное облучение с дозой облучения 1...35 Мрад; f) термическая обработка заготовки в регулируемой газовой среде, включающая нагрев заготовки до температуры 28О...55О°С со скоростью 0,01 ...10°С/мин; д) охлаждение заготовки до комнатной температуры, при этом до температуры 80°С заготовку охлаждают со скоростью 0,001...2,5йС/мин. The specified technical result is also achieved due to the fact that the method of obtaining the composite material disclosed above includes the following steps: a) drying of the initial components, including a polymer and/or elastomer, a functional and/or reinforcing filler and an auxiliary component; b) surface treatment of the original components, including polymer and/or elastomer, functional and/or reinforcing filler and auxiliary component; c) obtaining a homogeneous mixture by mixing the initial components; d) the formation of the workpiece using molded or moldless technology; e) vulcanization of the workpiece at a temperature of 12O...22O°C and a pressure of 0.1...10 MPa for 5...60 minutes or heat treatment at temperatures of 17O...22O°C for 1...12 hours, or radiation exposure with an exposure dose of 1...35 Mrad; f) heat treatment of the billet in a controlled gas environment, including heating the billet to a temperature of 280...550°C at a rate of 0.01...10°C/min; e) cooling the billet to room temperature, while the billet is cooled to a temperature of 80°C at a rate of 0.001 ... 2.5 ° C / min.
На этапе а) может осуществляться вакуумная сушка. In step a) vacuum drying can be carried out.
На этапе f) дополнительно может осуществляться одна или более изотермическая выдержка при температуре 240...500°С в течение 0,5... 100 часовIn step f), one or more isothermal exposures can be additionally carried out at a temperature of 240...500°C for 0.5...100 hours
Этап f) может осуществляться как в свободном, не нагруженном состоянии заготовки, так и при приложенном к заготовке давлении от 0,1 до 10 МПа. Step f) can be carried out both in the free, unloaded state of the workpiece, and with pressure applied to the workpiece from 0.1 to 10 MPa.
Этап f) может осуществляться в проточной газовой атмосфере инертного газа с подачей от 0,01 до 50 мл/мин на 1 г композитного материала, как при статическом состоянии атмосферы печи, так и при её динамическом перемешивании. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ Step f) can be carried out in a flowing gas atmosphere of an inert gas with a supply of 0.01 to 50 ml/min per 1 g of composite material, both with a static state of the furnace atmosphere and with its dynamic stirring. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено: Фиг. 1 - Изменение теплостойкости материала, содержащего 400 мас.ч. карбида кремния до и после термического старения и низкотемпературной карбонизации. The invention will be better understood from the description, which is not restrictive and given with reference to the accompanying drawings, which show: Fig. 1 - Change in heat resistance of a material containing 400 wt.h. silicon carbide before and after thermal aging and low temperature carbonization.
Фиг. 2 - Микроструктура вулканизованных образцов (а, Ь) - степень наполнения 50 массовых частей SiC, (с, d) - степень наполнения 450 массовых частей SiC, распределенных в 100 мас.ч. полимерной матрицы. Fig. 2 - Microstructure of vulcanized samples (a, b) - degree of filling 50 mass parts of SiC, (c, d) - degree of filling 450 mass parts of SiC, distributed in 100 mass.h. polymer matrix.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Заявленный дискретно-армированный композитный материал содержит полимерную матрицу из термически модифицированных полимера и/или эластомера и распределенные в полимерной матрице функциональный и/или усиливающий наполнитель и вспомогательный компонент, при следующем соотношении распределенных в 100 мас.ч. полимерной матрицы компонентов, в мас.ч: функциональный и/или усиливающий наполнитель - 1 ... 1200; вспомогательный компонент - 0,5...50. The claimed discretely reinforced composite material contains a polymer matrix of thermally modified polymer and/or elastomer and a functional and/or reinforcing filler and an auxiliary component distributed in the polymer matrix, in the following ratio distributed in 100 wt.h. polymer matrix of components, wt.h: functional and/or reinforcing filler - 1 ... 1200; auxiliary component - 0.5...50.
В качестве усиливающего наполнителя используют по крайней мере один компонент, выбранный из группы: углеродные волокна на основе гидратцеллюлозы, углеродные волокна на основе полиакрилнитрила, пековые углеродные волокна, базальтовые волокна, полиакрилнитрильные волокна. Указанные углеродные волокна имеют длину 0,01... 100 мм. As a reinforcing filler, at least one component is used, selected from the group: carbon fibers based on hydrated cellulose, carbon fibers based on polyacrylonitrile, pitch carbon fibers, basalt fibers, polyacrylonitrile fibers. These carbon fibers have a length of 0.01 ... 100 mm.
В качестве усиливающего наполнителя используют дисперсные частицы размером от 10 нм до 0,5 мм, выбранные из группы: технический углерод (сажа), оксид кремния (белая сажа). As a reinforcing filler, dispersed particles ranging in size from 10 nm to 0.5 mm are used, selected from the group: carbon black (soot), silicon oxide (white soot).
Полимерная матрица содержит по крайней мере один полимер, выбранный из группы: органические, неорганические, и элементоорганические полимеры полипропилены, полибутилены, полифениленоксиды, полистиролы, полиарилаты, полиамиды, полисилоксаны, а также другие полимеры, и/или по крайней мере один эластомер, выбранный из группы: бутадиеновые, бутадиен-стирольные, бутадиен- нитрильные, изопреновые, этилен-пропиленовые, пропилен-оксидные, силиконовые каучуки. The polymer matrix contains at least one polymer selected from the group: organic, inorganic, and organoelement polymers, polypropylenes, polybutylenes, polyphenylene oxides, polystyrenes, polyarylates, polyamides, polysiloxanes, and other polymers, and/or at least one elastomer selected from groups: butadiene, butadiene-styrene, butadiene-nitrile, isoprene, ethylene-propylene, propylene-oxide, silicone rubbers.
Полимерная матрица содержит фенолформальдегидные смолы, и/или нефтяные и/или каменноугольные пеки или их смеси, общим количеством от 0,1 до 50 мас.% от массы исходного полимера. The polymer matrix contains phenol-formaldehyde resins, and/or petroleum and/or coal tar pitches or mixtures thereof, in a total amount of 0.1 to 50 wt.% of the initial polymer.
В качестве вспомогательного компонента используют сшивающие агенты - пероксид дикумила, пероксид бензоила, октил-фенол резольные смолы, бутил-фенол резольные смолы, октил-фенол резольные смолы, модифицированные бромом, агенты управляющие протеканием процессов термической деструкции - тетраборат натрия, оксид фосфора (V)- В качестве функционального наполнителя используют по крайне мере один компонент с размером частиц от 10 нм до 0,5 мм , выбранный из группы: дискретные частицы искусственного или природного графита, углеродные нанотрубки, терморасширенный интеркалированный графит, графен, фуллерены, мезофазный углерод, карбид кремния, нитрид бора, нитрид титана, шунгитовые наполнители, стеклянные микросферы, керамические микросферы, порошки d-элементов (Ti, V, Сг. Мп, Fe, Со, Си, W, Mo, Zr, Nb, Hf, Та и др.), а так же их оксиды, нитриды, карбиды, бориды. As an auxiliary component, cross-linking agents are used - dicumyl peroxide, benzoyl peroxide, octyl-phenol resole resins, butyl-phenol resole resins, bromine-modified octyl-phenol resole resins, agents that control the course of thermal degradation processes - sodium tetraborate, phosphorus (V) oxide - As a functional filler, at least one component with a particle size of 10 nm to 0.5 mm is used, selected from the group: discrete particles of artificial or natural graphite, carbon nanotubes, thermally expanded intercalated graphite, graphene, fullerenes, mesophase carbon, silicon carbide, boron nitride, titanium nitride, shungite fillers, glass microspheres, ceramic microspheres, powders of d-elements (Ti, V, Cr. Mn, Fe, Co, Cu, W, Mo, Zr, Nb, Hf, Ta, etc.), as well as their oxides, nitrides, carbides, borides.
Способ получения раскрытого выше композитного материала включает следующие этапы. The method for obtaining the composite material disclosed above includes the following steps.
На первом этапе осуществляют сушка исходных компонентов, включающих полимер и/или эластомер, функциональный и/или усиливающий и вспомогательный компоненты. Сушку осуществляют при температуре 50... 115°С в течение 0,5... 120 часов с помощью различных известных сушильных устройств, например, сушильные шкафы, нагревательных камер, в т.ч. вакуумных и др. Сушка исходных компонентов позволяет уменьшить количество сорбированной влаги и уменьшить, таким образом, количество кислорода в системе. At the first stage, the initial components are dried, including polymer and/or elastomer, functional and/or reinforcing and auxiliary components. Drying is carried out at a temperature of 50 ... 115 ° C for 0.5 ... 120 hours using various known drying devices, for example, drying cabinets, heating chambers, incl. vacuum, etc. Drying of the initial components makes it possible to reduce the amount of sorbed moisture and thus reduce the amount of oxygen in the system.
После сушки осуществляют поверхностную обработку указанных исходных компонентов. Поверхностная обработка включает, при необходимости, по крайней мере одну из следующих операций: расшлихтовку, активирование поверхности, вискеризацию, подшлихтовку, химическую очистку, аппретирование волокнистых наполнителей, поверхностную обработку наполнителей, включающую химическую обработку поверхности с использованием щелочей, кислот, органических соединений, в том числе с использованием органофункциональных силанов. Поверхностная обработка волокнистых наполнителей обеспечивает оптимальный уровень адгезионного взаимодействия, что позволяет обеспечить необходимый уровень физико-механических характеристик композитного материала - трещиностойкость и ударная вязкость. Обработка дисперсных наполнителей направлена на получение на их поверхности функциональных групп способных в процессе сшивки полимера к образованию химических связей с макромолекулами с целью достижения оптимального для рецептуры уровня адгезионного взаимодействия. After drying, the surface treatment of said initial components is carried out. Surface treatment includes, if necessary, at least one of the following operations: desizing, surface activation, whiskering, subsizing, chemical cleaning, finishing of fibrous fillers, surface treatment of fillers, including chemical surface treatment using alkalis, acids, organic compounds, including including using organofunctional silanes. Surface treatment of fibrous fillers provides an optimal level of adhesive interaction, which makes it possible to provide the required level of physical and mechanical characteristics of the composite material - crack resistance and impact strength. Processing of dispersed fillers is aimed at obtaining functional groups on their surface that are capable of forming chemical bonds with macromolecules in the process of polymer crosslinking in order to achieve an optimal level of adhesive interaction for the formulation.
Затем после поверхностной обработки осуществляют получение гомогенной смеси путем последовательного введения в полимерную матрицу функционального и/или усиливающего наполнителя и вспомогательного компонента, с последующим перемешиванием полимерной матрицы с введенными в нее компонентами с использованием стандартных устройств: одно- или двух шнековые экструдеры, вальцы, резиносмесители закрытого типа, интермиксы, дозирующие и смешивающие системы для жидких наполнителей и каучуков. После получения гомогенной смеси осуществляют формирование заготовки с использованием формовой или бесформовой технологии. При формовой технологии формование заготовки осуществляется в форме, например при помощи литья полученной гомогенной смеси в форму. При бесформенной технологии форма изделию придается за счет мундштука экструдера, через который выходит сформованное изделие требуемой формы и в дальнейшем режется на необходимую длину. Then, after surface treatment, a homogeneous mixture is obtained by sequentially introducing a functional and/or reinforcing filler and an auxiliary component into the polymer matrix, followed by mixing the polymer matrix with the components introduced into it using standard devices: one- or two-screw extruders, rollers, closed-type rubber mixers. types, intermixes, dosing and mixing systems for liquid fillers and rubbers. After obtaining a homogeneous mixture, the workpiece is formed using molded or moldless technology. In molding technology, molding of the workpiece is carried out in a mold, for example, by casting the resulting homogeneous mixture into a mold. With shapeless technology, the shape of the product is given by the mouthpiece of the extruder, through which the molded product of the required shape exits and is subsequently cut to the required length.
Затем после формования заготовки осуществляют фиксацию формы при помощи вулканизации заготовки при температуре 120,..220°С и давлении 0,1... 10 МПа в течение 5...60 мин или термической обработки при температурах 170...220°С в течение 1...12 часов или радиационного облучения с дозой облучения 1 ...35 Мрад. Then, after molding the blank, the mold is fixed by vulcanizing the blank at a temperature of 120,..220 ° C and a pressure of 0.1 ... 10 MPa for 5 ... 60 minutes or heat treatment at temperatures of 170 ... 220 ° C within 1...12 hours or radiation exposure with an exposure dose of 1...35 Mrad.
После фиксации формы осуществляют финальную термическую обработку заготовки в регулируемой газовой среде (аргон, азот, воздух и др.), включающую нагрев заготовки до температуры 28О...55О°С со скоростью 0,01... 10°С7мин и приводящую к процессам термического старения и низкотемпературной карбонизации заготовки. Для реализации финальной термической обработки используются стандартные печи с регулируемой газовой атмосферой, оснащенные системами управления, обеспечивающими проведение нагрева с заданными скоростями в течение установленного времени и обеспечивающими заданную равномерность теплового поля внутри печи. Термическая обработка проводится с целью формирования окончательной структуры и свойств материала изделий. Нагрев осуществляется в проточной газовой атмосфере с целью удаления из зоны реакции газообразных продуктов пиролиза, в качестве газов для создания проточной атмосферы может использоваться аргон, азот, воздух и др. After fixing the mold, the final heat treatment of the workpiece is carried out in a controlled gas environment (argon, nitrogen, air, etc.), which includes heating the workpiece to a temperature of 28O...55O°C at a rate of 0.01...10°C7 min and leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece. To implement the final heat treatment, standard furnaces with a controlled gas atmosphere are used, equipped with control systems that ensure heating at specified rates for a specified time and ensure a given uniformity of the thermal field inside the furnace. Heat treatment is carried out in order to form the final structure and material properties of products. Heating is carried out in a flowing gas atmosphere in order to remove gaseous pyrolysis products from the reaction zone; argon, nitrogen, air, etc. can be used as gases to create a flowing atmosphere.
На последнем этапе осуществляют охла>вдение заготовки до комнатной температурь!, при этом до температурь! 80°С заготовку охлаждают со скоростью 0,001...2,5°С/мин. В результате получают конечный продукт - заявленный композитный материал, который может подвергаться механической обработке для придания окончательной геометрии изделий. Охлаждение осуществляют известными способами, например вместе с печью, в которой происходит термообработка, или на воздухе после выхода из печи, или в отдельном устройстве для охлаждения. At the last stage, the workpiece is cooled to room temperature!, while up to temperature! 80°C, the workpiece is cooled at a rate of 0.001...2.5°C/min. As a result, the final product is obtained - the claimed composite material, which can be machined to give the final geometry of the products. Cooling is carried out by known methods, for example together with the furnace in which the heat treatment takes place, or in air after leaving the furnace, or in a separate cooling device.
Термическую обработку', приводящую к процессам термического старения и низкотемпературной карбонизации заготовки, осуществляют при переменной скорости нагрева заготовки до температуры 28О...55О°С со скоростями, изменяющимися в диапазоне 0,01... 10°С/мин. Heat treatment', leading to the processes of thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece, is carried out at a variable heating rate of the workpiece to a temperature of 28O...55O°C at rates varying in the range of 0.01...10°C/min.
При термической обработке, приводящей к процессам термического старения и низкотемпературной карбонизации заготовки, дополнительно осуществляют одну или более изотермическую выдержку при температуре 240...500°С в течение 0,5... 100 часов. Термическую обработку, приводящую к процессам термического старения и низкотемпературной карбонизации заготовки, осуществляют в свободном, не нагруженном состоянии заготовки или при приложенном к заготовке давлении от 0,1 до 10 МПа. During heat treatment, leading to processes of thermal aging and low-temperature carbonization of the billet, one or more isothermal holding at a temperature of 240...500°C for 0.5...100 hours is additionally carried out. Heat treatment, leading to the processes of thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece, is carried out in a free, unloaded state of the workpiece or at pressure applied to the workpiece from 0.1 to 10 MPa.
Термическую обработку, приводящую к процессам термического старения и низкотемпературной карбонизации заготовки, осуществляют, при необходимости, в проточной газовой атмосфере инертного газа с подачей от 0,01 до 50 мл/мин на 1 г композитного материала или в проточной газовой атмосфере инертного газа с подачей от 0,01 до 50 мл/мин на 1 г композитного материала при динамическом перемешивании атмосферы в печи. Heat treatment, leading to the processes of thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece, is carried out, if necessary, in a flowing gas atmosphere of inert gas with a supply of 0.01 to 50 ml/min per 1 g of composite material or in a flowing gas atmosphere of inert gas with a supply from 0.01 to 50 ml/min per 1 g of composite material with dynamic stirring of the atmosphere in the oven.
Пример Example
Для получения композиционного материала в качестве исходных компонентов применяют бутадиен-нитрильный каучук, карбид кремния и пероксид дикумила. To obtain a composite material, nitrile butadiene rubber, silicon carbide, and dicumyl peroxide are used as initial components.
Бутадиен-нитрильный каучук сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 50°С, в течение 6 часов, потеря массы 0,6% NBR was dried in a vacuum oven at 50°C for 6 hours, weight loss 0.6%
Карбид кремния сушат в сушильном шкафу в течение 6 часов, при температуре 115°С, потеря массы 0,9%. Silicon carbide is dried in an oven for 6 hours, at a temperature of 115°C, weight loss of 0.9%.
После сушки исходных компонентов осуществляют получение гомогенной смеси. Для этого в резиносмесительные вальцы добавляют 100 мас.ч. бутадиен-нитрильного каучука, а затем последовательно добавляют от содержания указанного каучука 300 мас.ч. карбида кремния и 1 мас.ч. пероксида дикумила и осуществляют перемешивание исходных компонентов при отношении скоростей валов 1 :1 ,25 в течение 40 минут. After drying the initial components, a homogeneous mixture is obtained. To do this, 100 wt.h. are added to the rubber mixing rollers. butadiene-nitrile rubber, and then sequentially add from the content of the specified rubber 300 wt.h. silicon carbide and 1 wt.h. dicumyl peroxide and the initial components are mixed at a ratio of shaft speeds of 1:1.25 for 40 minutes.
Затем осуществляют формование заготовки в виде пластин 210x290x4 мм, для этого гомогенную смесь закладывают в стальную оснастку и осуществляют вулканизацию эластомерных заготовок в стальной оснастке при температуре 160°С в течении 20 минут, на вулканизационном прессе при постоянном усилии смыкания прессформы 5 МПа. Then the workpiece is molded in the form of plates 210x290x4 mm, for this a homogeneous mixture is placed in a steel tooling and the elastomer blanks are vulcanized in a steel tooling at a temperature of 160°C for 20 minutes, on a vulcanization press at a constant mold closing force of 5 MPa.
Полученные пластины подвергают термической обработке в инертной атмосфере (в среде аргона) при нагреве от комнатной температуры до температурь! 340°С со скоростью от 10 до О.ГС/мин в течение 12 часов в муфельной печи озоления. Термическая обработка приводит к термическому старению и низкотемпературной карбонизации заготовки. The resulting plates are subjected to heat treatment in an inert atmosphere (argon) when heated from room temperature to temperature! 340°C at a rate of 10 to O.GS/min for 12 hours in a muffle ashing furnace. Heat treatment leads to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece.
Далее осуществляют охлаждение термообработанной заготовки до температуры 80°С со скоростью 0,25’С/мин в печи, а затем выгружают ее из печи и охлаждают до комнатной температуры на воздухе. Next, the heat-treated billet is cooled to a temperature of 80°C at a rate of 0.25'C/min in the furnace, and then it is unloaded from the furnace and cooled to room temperature in air.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 1. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in Table 1.
Пример 2 Пример 2 аналогичен примеру 1 , за исключением того, что при перемешивании в 100 мас.ч. бутадиен-нитрильного каучука добавляют 1 мас.ч. карбида кремния и 0,5 мас.ч. 1,3 1 ,4-бис (терт-бутилпероксиизопропил) бензола (LUPEROX F 40 Е). Вулканизацию заготовки осуществляют при температуре 120°С и давлении 0,1 МПа в течение 5 мин; термическую обработку, приводящую к термическому старению и низкотемпературной карбонизации заготовки, осуществляют до температуры 340°С со скоростью от 10 до 0,1°С/мин в течение 8 часов; охла одение заготовки до температуры 80°С со скоростью 0,5еС/мин в печи, Example 2 Example 2 is similar to example 1, except that with stirring in 100 wt.h. butadiene-nitrile rubber add 1 wt.h. silicon carbide and 0.5 wt.h. 1,3 1,4-bis (tert-butylperoxyisopropyl) benzene (LUPEROX F 40 E). Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 120°C and a pressure of 0.1 MPa for 5 min; heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece is carried out up to a temperature of 340°C at a rate of 10 to 0.1°C/min for 8 hours; cooling the billet to a temperature of 80°C at a rate of 0.5 eC /min in a furnace,
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 1. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in Table 1.
Пример 3 Example 3
Пример 3 аналогичен примеру 1, за исключением того, что при перемешивании в 100 мас.ч. бутадиен-нитрильного каучука добавляют 600 мас.ч. карбида кремния и 2 мас.ч. пероксида дикумила, а также 2 мас.ч. Р2О5. Вулканизацию заготовки осуществляют при температуре 170°С и давлении 5 МПа в течение 15 мин; термическую обработку, приводящую к термическому старению и низкотемпературной карбонизации заготовки, осуществляют до температуры 400°С со скоростью от 5 до 0,1’С/мин в течение 10 часов; с изотермической выдержкой при температуре 320°С в течение 1 часа, охлаждение заготовки до температуры 80°С со скоростью 0,6°С/мин в печи. Example 3 is similar to example 1, except that with stirring in 100 wt.h. butadiene-nitrile rubber add 600 wt.h. silicon carbide and 2 wt.h. dicumyl peroxide, as well as 2 wt.h. P2O5. Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 170°C and a pressure of 5 MPa for 15 min; heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece is carried out up to a temperature of 400°C at a rate of 5 to 0.1'C/min for 10 hours; with isothermal exposure at a temperature of 320°C for 1 hour, cooling the billet to a temperature of 80°C at a rate of 0.6°C/min in the furnace.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 1. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in Table 1.
Пример 4 Example 4
Пример 4 аналогичен примеру 1 , за исключением того, что при перемешивании в 100 мас.ч, бутадиен-нитрильного каучука добавляют 1200 мас.ч. карбида вольфрама и 0,5 мас.ч, пероксида дикумила. Вулканизацию заготовки осуществляют при температуре 120°С и давлении 10 МПа в течение 60 мин; термическую обработку, приводящую к термическому старению и низкотемпературной карбонизации заготовки, осуществляют до температуры 550°С со скоростью от 5 до 0,ГС/мин в течение 12 часов; охлаждение заготовки до температуры 80°С со скоростью 0,ГС/мин в печи. Example 4 is similar to example 1, except that with stirring in 100 wt.h, butadiene-nitrile rubber add 1200 wt.h. tungsten carbide and 0.5 parts by weight of dicumyl peroxide. Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 120°C and a pressure of 10 MPa for 60 min; heat treatment, leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece, is carried out to a temperature of 550°C at a rate of 5 to 0,GS/min for 12 hours; cooling the billet to a temperature of 80°C at a rate of 0.GS/min in a furnace.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 1 . As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 1.
Пример 5 Example 5
Пример 5 аналогичен примеру 1 , за исключением того, что при перемешивании в 100 мас.ч. бутадиен-нитрильного каучука добавляют 60 мас.ч. карбида кремния, 190 мас.ч. измельченного искусственного графита с размером частиц D50 = 35 мкм, 40 мас.ч. углеродного волокна длиной 50 мм, 1 мас.ч. многостенных углеродных нанотрубок, 9 мас.ч. технического углерода марки П-234 и 1 мас.ч. пероксида дикумила. Бутадиен- нитрильный каучук сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 50°С, в течение 6 часов, потеря массы 0,6%; карбид кремния сушат в сушильном шкафу в течение 6 часов, при температуре 115°С, потеря массы 0,9%; измельченный искусственный графит сушат в сушильном шкафу в течение 6 часов, при температуре 115°С, потеря массы 1 ,7%; поверхностную обработку углеродных волокон проводят в муфельной печи при температуре 400°С, в течение 10 минут в воздушной атмосфере для удаления аппрета и влаги. Термическую обработку, приводящую к термическому старению и низкотемпературной карбонизации заготовки, осуществляют до температуры 360°С со скоростью от 5 до 0,1 °С/мин в течение 8 часов. Example 5 is similar to example 1, except that with stirring in 100 wt.h. butadiene-nitrile rubber add 60 wt.h. silicon carbide, 190 wt.h. crushed artificial graphite with a particle size of D50 = 35 μm, 40 wt.h. carbon fiber 50 mm long, 1 wt.h. multi-walled carbon nanotubes, 9 wt.h. carbon black brand P-234 and 1 wt.h. dicumyl peroxide. Nitrile butadiene rubber is dried in a vacuum oven at a temperature of 50°C, in within 6 hours, weight loss 0.6%; silicon carbide is dried in an oven for 6 hours at a temperature of 115°C, weight loss of 0.9%; crushed artificial graphite is dried in an oven for 6 hours at a temperature of 115°C, weight loss 1.7%; surface treatment of carbon fibers is carried out in a muffle furnace at a temperature of 400°C for 10 minutes in an air atmosphere to remove the sizing and moisture. Heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the billet is carried out up to a temperature of 360°C at a rate of 5 to 0.1°C/min for 8 hours.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 1 , As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 1,
Пример 6 Example 6
Пример 6 аналогичен примеру 5, за исключением того, что при перемешивании в 100 мас.ч. бутадиен-нитрильного каучука добавляют 290 мас.ч. карбида кремния, 50 мас.ч. измельченного искусственного графита с размером частиц D50 = 71 мкм, 9 мас.ч. технического углерода марки П-234, 50 мас.ч. углеродного волокна длиной 50 мм, 1 мас.ч. многостенных углеродных нанотрубок, 10 мас.ч. модифицированной алкилфенольной смолы Eteztobond Т 6000 и 5 мас.ч. бутил-фенол резольной смолы Eiaztobond С 650. Вулканизацию заготовки осуществляют при температуре 170сС и давлении 5 МПа в течение 25 мин; термическую обработку, приводящую к термическому старению и низкотемпературной карбонизации заготовки, осуществляют до температуры 360°С со скоростью от 5 до 0,01°С/мин в течение 24 часов, охлаждение заготовки до температуры 80°С со скоростью 1 ,25°С/мин в печи. Example 6 is similar to example 5, except that with stirring in 100 wt.h. butadiene-nitrile rubber add 290 wt.h. silicon carbide, 50 wt.h. crushed artificial graphite with a particle size of D50 = 71 μm, 9 wt.h. technical carbon brand P-234, 50 wt.h. carbon fiber 50 mm long, 1 wt.h. multi-walled carbon nanotubes, 10 wt.h. modified alkylphenol resin Eteztobond T 6000 and 5 wt.h. butyl-phenol resole resin Eiaztobond C 650. Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 170 C and a pressure of 5 MPa for 25 minutes; heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece is carried out to a temperature of 360°C at a rate of 5 to 0.01°C/min for 24 hours, cooling of the workpiece to a temperature of 80°C at a rate of 1.25°C/ min in the oven.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 1 . As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 1.
Пример 7 Example 7
Пример 7 аналогичен примеру 5, за исключением того, что при перемешивании в 100 мас.ч. бутадиен-нитрильного каучука добавляют 0,25 мас.ч. нитрида титана, 0,25 мас.ч. естественного графита ГЛ-1 с размером частиц D50 = 140 мкм, 0,25 мас.ч. углеродного волокна длиной 100 мм, 0,25 мас.ч. многостенных углеродных нанотрубок марки «Таунит» и 5 мас.ч. октил-фенол резольной смолы SP 1045 Н. Вулканизацию заготовки осуществляют при температуре 120°С и давлении 1 МПа в течение 50 мин; термическую обработку, приводящую к термическому старению и низкотемпературной карбонизации заготовки, осуществляют до температуры 280°С скоростью от 10 до 0,33°С/мин в течение 6 часов; охлаждение заготовки до температуры 80°С со скоростью 0,25°С /мин в печи. Example 7 is similar to example 5, except that with stirring in 100 wt.h. butadiene-nitrile rubber add 0.25 wt.h. titanium nitride, 0.25 wt.h. natural graphite GL-1 with particle size D50 = 140 μm, 0.25 wt.h. carbon fiber 100 mm long, 0.25 wt.h. multi-walled carbon nanotubes brand "Taunit" and 5 wt.h. octyl-phenol resole resin SP 1045 N. Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 120°C and a pressure of 1 MPa for 50 min; heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece is carried out up to a temperature of 280°C at a rate of 10 to 0.33°C/min for 6 hours; cooling the billet to a temperature of 80°C at a rate of 0.25°C/min in the furnace.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице . As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in the table.
Пример § Пример 8 аналогичен примеру 5, за исключением того, что при перемешивании в 100 мас.ч. бутадиен-стирольного каучука добавляют 850 мас.ч. карбида вольфрама, 25 мас.ч. измельченного искусственного графита с размером частиц D50 = 140 мкм, 20 мас.ч. углеродного волокна длиной 100 мм, 5 мас.ч. многостенных углеродных нанотрубок и 2,5 мас.ч. ди (трет-бутилпероксиизопропил) бензола. Вулканизацию заготовки осуществляют при температуре 150°С и давлении 10 МПа в течение 60 мин; термическую обработку, приводящую к термическому старению и низкотемпературной карбонизации заготовки, осуществляют до температуры 340’С со скоростью от 10 до 0,33°С/мин в течение 24 часов; охлаждение заготовки до температуры 80°С со скоростью 0,001 °С/мин в печи. Example § Example 8 is similar to example 5, except that with stirring in 100 wt.h. styrene-butadiene rubber add 850 wt.h. tungsten carbide, 25 wt.h. crushed artificial graphite with a particle size of D50 = 140 μm, 20 wt.h. carbon fiber 100 mm long, 5 wt.h. multi-walled carbon nanotubes and 2.5 wt.h. di(tert-butylperoxyisopropyl)benzene. Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 150°C and a pressure of 10 MPa for 60 min; heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece is carried out up to a temperature of 340'C at a rate of 10 to 0.33°C/min for 24 hours; cooling the billet to a temperature of 80°C at a rate of 0.001°C/min in a furnace.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 1. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in Table 1.
Пример 9 Example 9
Пример 9 аналогичен примеру 1, за исключением того, что при перемешивании в 100 мас.ч. бутадиен-нитрильного каучука добавляют 225 мас.ч. дисперсного шунгитового наполнителя Карбосил Т-20 с размером частиц D50 = 6 мкм, 25 мас.ч. углеродного волокна длиной 10 мм, 50 мас.ч. технического углерода марки П-234, 3 мас.ч. октилфенол резольной смолы SP 1045 Н. Example 9 is similar to example 1, except that with stirring in 100 wt.h. butadiene-nitrile rubber add 225 wt.h. dispersed shungite filler Karbosil T-20 with a particle size of D50 = 6 μm, 25 wt.h. carbon fiber 10 mm long, 50 wt.h. technical carbon brand P-234, 3 wt.h. octylphenol resole resin SP 1045 H.
Бутадиен-нитрильный каучук сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 50°С, в течение 6 часов, потеря массы 0,6%. The nitrile butadiene rubber was dried in a vacuum oven at 50° C. for 6 hours, weight loss 0.6%.
Шунгитовый наполнитель Карбосил Т-20 сушат в сушильном шкафу в течение 6 часов, при температуре 115°С, потеря массы 1,0%. Shungite filler Karbosil T-20 is dried in an oven for 6 hours at a temperature of 115°C, weight loss 1.0%.
Поверхностную обработку углеродных волокон проводят в концентрированной азотной кислоте при температуре 25°С, в течение 12 часов, после чего волокна сушат в сушильном шкафу в течение 6 часов, при температуре 115°С, потеря массы 2,7%. Surface treatment of carbon fibers is carried out in concentrated nitric acid at a temperature of 25°C for 12 hours, after which the fibers are dried in an oven for 6 hours at a temperature of 115°C, weight loss of 2.7%.
При термическом старении и низкотемпературной карбонизации осуществляют нагрев до температуры 340°С со скоростью от 5 до 0,33°С/мин в течение 8 часов и изотермическую выдержку при температуре 340°С в течение 2 часов. During thermal aging and low-temperature carbonization, heating is carried out to a temperature of 340°C at a rate of 5 to 0.33°C/min for 8 hours and isothermal exposure at a temperature of 340°C for 2 hours.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 1. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in Table 1.
Пример 10 Example 10
Пример 10 аналогичен примеру 2, за исключением того, что при перемешивании в 100 мас.ч. смеси бутадиен-нитрильного каучука с низкотемпературным каменноугольным пеком, взятой в соотношении 90:10, добавляют 200 мас.ч. измельченного искусственного графита с размером частиц D50 = 71 мкм, 50 мас.ч. технического углерода марки П-234, 150 мас.ч. углеродного волокна длиной 50 мм, 10 мас.ч. модифицированной алкилфенольной смолы Elaztobond Т 6000, 5 мас.ч. бутил-фенол резольной смолы Elaztobond С 650 и 1 мас.ч. 1 ,3 1 ,4-бис (терт-бутилпероксиизопропил) бензола (LUPEROX F 40 E). Бутадиен-нитрильный каучук, смешанный с низкотемпературным каменноугольным пеком, сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 50еС, в течение 6 часов, потеря массы 1,4%; измельченный искусственный графит сушат в сушильном шкафу в течение 6 часов, при температуре 115°С, потеря массы 1 ,7%; поверхностную обработку углеродных волокон проводят в муфельной печи при температуре ЗОСГС, в течение 40 минут в воздушной атмосфере для удаления аппрета и алаги. Вулканизацию заготовки осуществляют при температуре 120°С и давлении 2,5 МПа в течение 10 мин; Термическую обработку, приводящую к термическому старению и низкотемпературной карбонизации заготовки, осуществляют до температуры 340сС со скоростью от 10 до 0,1°С/мин в течение 8 часов; охлаждение заготовки до температуры 80°С со скоростью 0,25°С/мин в печи. Example 10 is similar to example 2, except that with stirring in 100 wt.h. a mixture of butadiene-nitrile rubber with low-temperature coal tar pitch, taken in a ratio of 90:10, add 200 wt.h. crushed artificial graphite with a particle size of D50 = 71 μm, 50 wt.h. technical carbon grade P-234, 150 wt.h. carbon fiber 50 mm long, 10 wt.h. modified alkylphenol resin Elaztobond T 6000, 5 wt.h. butyl-phenol resole resin Elaztobond C 650 and 1 wt.h. 1,3 1,4-bis(tert-butylperoxyisopropyl)benzene (LUPEROX F 40 E). NBR mixed with low temperature coal tar pitch was dried in a vacuum oven at 50 ° C for 6 hours, weight loss 1.4%; crushed artificial graphite is dried in an oven for 6 hours at a temperature of 115°C, weight loss 1.7%; surface treatment of carbon fibers is carried out in a muffle furnace at a temperature of ZOSGS, for 40 minutes in an air atmosphere to remove the sizing and alagi. Vulcanization of the workpiece is carried out at a temperature of 120°C and a pressure of 2.5 MPa for 10 min; Heat treatment leading to thermal aging and low-temperature carbonization of the workpiece is carried out up to a temperature of 340 C at a rate of 10 to 0.1°C/min for 8 hours; cooling the billet to a temperature of 80°C at a rate of 0.25°C/min in the furnace.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице . As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in the table.
Пример 11 Пример 11 аналогичен примеру 6, за исключением того, что при перемешивании вExample 11 Example 11 is similar to example 6, except that while stirring in
100 мас.ч. этиленвинилацетата марки lotader 3210 добавляют 600 мас.ч. базальтовых волокон длиной 10 мм, 10 мас.ч. технического углерода марки П-234 и 2,5 мас.ч. тетрабората натрия. Для фиксации формы заготовки вместо вулканизации применяют термическую обработку при температуре 170°С в течение 6 часов. В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 2. 100 wt.h. ethylene vinyl acetate brand lotader 3210 add 600 wt.h. basalt fibers 10 mm long, 10 wt.h. carbon black brand P-234 and 2.5 wt.h. sodium tetraborate. To fix the shape of the workpiece, instead of vulcanization, heat treatment is used at a temperature of 170°C for 6 hours. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 2.
Пример 12 Example 12
Пример 2 аналогичен примеру 4, за исключением того, что при перемешивании в 100 мас.ч этиленвинилацетата марки lotader 3210 добавляют 1200 мас.ч, базальтовых волокон и 0,5 мас.ч. Р2О5. Для фиксации формы заготовки вместо вулканизации проводят термическую обработку при температуре 170°С в течение 6 часов. Example 2 is similar to example 4, except that with stirring in 100 wt.h ethylene vinyl acetate brand lotader 3210 add 1200 wt.h, basalt fibers and 0.5 wt.h. P2O5. To fix the shape of the workpiece, instead of vulcanization, heat treatment is carried out at a temperature of 170°C for 6 hours.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 2. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 2.
Пример 13 Пример 13 аналогичен примеру 2, за исключением того, что вместо вулканизации проводят радиационную сшивку, которую осуществляют с помощью ускорителя электронов «Электроника ЭЛУ-6» с энергией 6 МэВ, плотностью потока 10'и эл/см2хс и дозой облучения 1 Мрад. Example 13 Example 13 is similar to example 2, except that instead of vulcanization, radiation crosslinking is carried out, which is carried out using an electron accelerator "Electronics ELU-6" with an energy of 6 MeV, a flux density of 10' and e/cm 2 xs and an irradiation dose of 1 Mrad.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 2. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 2.
Пример 14 Example 14
Пример 14 аналогичен примеру 3, за исключением того, что вместо вулканизации проводят радиационную сшивку, которую осуществляют с помощью ускорителя электронов «Электроника ЭЛУ-6» с энергией 6 МэВ, плотностью потока 10й эл/см2хс и дозой облучения 15 Мрад. Example 14 is similar to example 3, except that instead of vulcanization, radiation crosslinking is carried out, which is carried out using an accelerator electrons "Electronics ELU-6" with an energy of 6 MeV, a flux density of 10 th e/cm 2 xs and an irradiation dose of 15 Mrad.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 2, As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 2,
Пример 15 Example 15
Пример 15 аналогичен примеру 4, за исключением того, что вместо вулканизации проводят радиационную сшивку, которую осуществляют с помощью ускорителя электронов «Электроника ЭЛУ-6» с энергией 6 МэВ, плотностью потока 1011 эл/см2*о и дозой облучения 35 Мрад. Example 15 is similar to example 4, except that instead of vulcanization, radiation crosslinking is carried out, which is carried out using an electron accelerator "Electronics ELU-6" with an energy of 6 MeV, a flux density of 10 11 e/cm 2 *o and an irradiation dose of 35 Mrad.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 2. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 2.
Пример 16 Example 16
Пример 16 аналогичен примеру 2, за исключением того, что вместо вулканизации проводят термическую обработку при температуре 170°С. Example 16 is similar to example 2, except that instead of vulcanization, heat treatment is carried out at a temperature of 170°C.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 2. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 2.
Пример 17 Example 17
Пример 17 аналогичен примеру 3, за исключением того, что вместо вулканизации проводят термическую обработку при температуре 195°С. Example 17 is similar to example 3, except that instead of vulcanization, heat treatment is carried out at a temperature of 195°C.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 2. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 2.
Пример 18 Example 18
Пример 18 аналогичен примеру 4, за исключением того, что вместо вулканизации проводят термическую обработку при температуре 220°С. Example 18 is similar to example 4, except that instead of vulcanization, heat treatment is carried out at a temperature of 220°C.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 2. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 2.
Пример 19 Example 19
Пример 19 аналогичен примеру 10, за исключением того, что при перемешивании в 100 мас.ч. смеси бутадиен-нитрильного каучука с низкотемпературным каменноугольным пеком, взятой в соотношении 90:10, добавляют 100 мае ч. технического углерода марки П-234, 300 мас.ч. полиакрилнитрильных волокон, 10 мас.ч. модифицированной алкилфенольной смолы Eiaztobond Т 6000, 5 мас.ч. бутил-фенол резольной смолы Elaztobond С 650 и 2,5 мас.ч. тетрабората натрия. Example 19 is similar to example 10, except that with stirring in 100 wt.h. a mixture of butadiene-nitrile rubber with low-temperature coal tar pitch, taken in a ratio of 90:10, add 100 May hours of technical carbon grade P-234, 300 wt.h. polyacrylonitrile fibers, 10 wt.h. modified alkylphenol resin Eiaztobond T 6000, 5 wt.h. butyl-phenol resole resin Elaztobond C 650 and 2.5 wt.h. sodium tetraborate.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 2. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 2.
Пример 20 Example 20
Пример 20 аналогичен примеру 10, за исключением того, что при перемешивании в 100 мао.ч. смеси бутадиен-нитрильного каучука с низкотемпературным каменноугольным пеком, взятой в соотношении 90:10, добавляют 300 мас.ч. базальтовых волокон, 20 мас.ч. модифицированной алкилфенольной смолы Eiaztobond Т 6000, 5 мас.ч. бутил-фенол резольной смолы Eiaztobond С 650 и 2,5 мас.ч. тетрабората натрия. Example 20 is similar to example 10, except that with stirring at 100 mao.h. mixtures of butadiene-nitrile rubber with low-temperature coal pitch, taken in a ratio of 90:10, add 300 wt.h. basalt fibers, 20 wt.h. modified alkylphenol resin Eiaztobond T 6000, 5 wt.h. butyl-phenol resole resin Eiaztobond C 650 and 2.5 wt.h. sodium tetraborate.
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 2. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 2.
Пример 21 Example 21
Пример 21 аналогичен примеру 1, за исключением того, что процессы термического старения и низкотемпературной карбонизации осуществляют при динамическом перемешивании атмосферы в печи (подача потока воздуха в печь при помощи вентилятора). Example 21 is similar to example 1, except that the processes of thermal aging and low-temperature carbonization are carried out with dynamic mixing of the atmosphere in the furnace (supplying air flow into the furnace using a fan).
В результате получают композитный материал, свойства которого представлены в таблице 2. As a result, a composite material is obtained, the properties of which are presented in table 2.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как оно раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения. The invention has been described above with reference to a specific embodiment. For specialists, other embodiments of the invention may be obvious, without changing its essence, as it is disclosed in the present description. Accordingly, the invention is to be considered limited in scope by the following claims only.
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
16 16
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Figure imgf000019_0001
SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
Figure imgf000019_0001
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Figure imgf000020_0001
SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
Figure imgf000020_0001
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000021_0001
19 19
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0001
21 21
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Дискретно-армированный композитный материал, содержащий полимерную матрицу из термически модифицированных полимера и/или эластомера и распределенные в полимерной матрице функциональный и/или усиливающий наполнитель и вспомогательный компонент, при следующем соотношении распределенных в 100 мас.ч. полимерной матрицы компонентов, в мас.ч: функциональный и/или усиливающий наполнитель - 1...1200; вспомогательный компонент - 0,5...50. 1. Discretely reinforced composite material containing a polymer matrix of a thermally modified polymer and/or elastomer and a functional and/or reinforcing filler and an auxiliary component distributed in the polymer matrix, in the following ratio distributed in 100 wt.h. polymer matrix of components, wt.h: functional and/or reinforcing filler - 1...1200; auxiliary component - 0.5...50.
2. Композитный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве усиливающего наполнителя используют по крайней мере один компонент, выбранный из группы: углеродные волокна на основе гидратцеллюлозы, углеродные волокна на основе полиакрилнитрила, пековые углеродные волокна, базальтовые волокна, полиакрилнитрильные волокна. 2. A composite material according to claim 1, characterized in that at least one component selected from the group is used as a reinforcing filler: carbon fibers based on hydrated cellulose, carbon fibers based on polyacrylonitrile, pitch carbon fibers, basalt fibers, polyacrylonitrile fibers.
3. Композитный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве усиливающего наполнителя используют дисперсные частицы размером от 10 нм до 0,5 мм, выбранные из группы: технический углерод (сажа), оксид кремния (белая сажа). 3. Composite material according to claim 1, characterized in that as a reinforcing filler, dispersed particles ranging in size from 10 nm to 0.5 mm are used, selected from the group: carbon black (soot), silicon oxide (white soot).
4. Композитный материал по п.1 , отличающийся тем, что полимерная матрица содержит по крайней мере один полимер, выбранный из группы: органические, неорганические, и элементоорганические полимеры - полипропилены, полибутилены, полифениленоксиды, полистиролы, полиарилаты, полиамиды, полисилоксаны, и/или по крайней мере один эластомер, выбранный из группы: бутадиеновые, бутадиенстирольные, бутадиен-нитрильные, изопреновые, этилен-пропиленовые, пропиленоксидные, силиконовые каучуки. 4. Composite material according to claim 1, characterized in that the polymer matrix contains at least one polymer selected from the group: organic, inorganic, and organoelement polymers - polypropylenes, polybutylenes, polyphenylene oxides, polystyrenes, polyarylates, polyamides, polysiloxanes, and / or at least one elastomer selected from the group: butadiene, styrene-butadiene, nitrile butadiene, isoprene, ethylene-propylene, propylene oxide, silicone rubbers.
5. Композитный материал по п.4, отличающийся тем, что полимерная матрица содержит фенолформальдегидные смолы, и/или нефтяные и/или каменноугольные пеки или их смеси, общим количеством от 0,1 до 50 мас.% от массы исходного полимера. 5. Composite material according to claim 4, characterized in that the polymer matrix contains phenol-formaldehyde resins, and/or petroleum and/or coal tar pitches or mixtures thereof, in a total amount of 0.1 to 50 wt.% of the mass of the original polymer.
6. Композитный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве вспомогательного компонента используют сшивающие агенты - пероксид дикумила, пероксид бензоила, октил-фенол резольные смолы, бутил-фенол резольные смолы, октил-фенол резольные смолы, модифицированные бромом, агенты управляющие протеканием процессов термической деструкции - тетраборат натрия, оксид фосфора (V). 6. Composite material according to claim 1, characterized in that cross-linking agents are used as an auxiliary component - dicumyl peroxide, benzoyl peroxide, octyl-phenol resole resins, butyl-phenol resole resins, bromine-modified octyl-phenol resole resins, control agents the course of thermal destruction processes - sodium tetraborate, phosphorus (V) oxide.
7. Композитный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве функционального наполнителя используют по крайне мере один компонент, выбранный из группы: дискретные частицы искусственного или природного графита, углеродные нанотрубки, терморасширенный интеркалированный графит, графен, фуллерены, мезофазный углерод, карбид кремния, нитрид бора, нитрид титана, шунгитовые 7. Composite material according to claim 1, characterized in that at least one component selected from the group is used as a functional filler: discrete particles of artificial or natural graphite, carbon nanotubes, thermally expanded intercalated graphite, graphene, fullerenes, mesophase carbon, carbide silicon, boron nitride, titanium nitride, shungite
22 наполнители, стеклянные микросферы, керамические микросферы, порошки cl- элементов. 22 fillers, glass microspheres, ceramic microspheres, powders of cl-elements.
8. Способ получения композитного материала по любому из пп.1-7, включающий следующие этапы: a) сушка исходных компонентов, включающих полимер и/или эластомер, функциональный и/или усиливающий наполнитель и вспомогательный компонент; b) поверхностная обработка исходных компонентов, включающих полимер и/или эластомер, функциональный и/или усиливающий наполнитель и вспомогательный компонент; c) получение гомогенной смеси путем перемешивания исходных компонентов; d) формирование заготовки с использованием формовой или бесформовой технологии; e) вулканизация заготовки при температуре 12О...22О°С и давлении 0,1... 10 МПа в течение 5...60 мин или термическая обработка при температурах 17О...22О°С в течение 1... 12 часов или радиационное облучение с дозой облучения 1 ...35 Мрад; f) термическая обработка заготовки в регулируемой газовой среде, включающая нагрев заготовки до температуры 28О...55О°С со скоростью 0,01... 10°С/мин; д) охлаждение заготовки до комнатной температуры, при этом до температуры 80°С заготовку охлаждают со скоростью 0,001...2,5°С/мин; 8. The method of obtaining a composite material according to any one of paragraphs.1-7, including the following steps: a) drying the original components, including polymer and/or elastomer, functional and/or reinforcing filler and auxiliary component; b) surface treatment of the original components, including polymer and/or elastomer, functional and/or reinforcing filler and auxiliary component; c) obtaining a homogeneous mixture by mixing the initial components; d) the formation of the workpiece using molded or moldless technology; e) vulcanization of the workpiece at a temperature of 12O...22O°C and a pressure of 0.1...10 MPa for 5...60 min or heat treatment at temperatures of 17O...22O°C for 1...12 hours or radiation exposure with an exposure dose of 1 ... 35 Mrad; f) heat treatment of the billet in a controlled gas environment, including heating the billet to a temperature of 280...550°C at a rate of 0.01...10°C/min; e) cooling the billet to room temperature, while the billet is cooled to a temperature of 80°C at a rate of 0.001...2.5°C/min;
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что на этапе а) осуществляют вакуумную сушку. 9. Method according to claim 8, characterized in that in step a) vacuum drying is carried out.
10. Способ по п.8, отличающийся тем, что на этапе f) дополнительно осуществляют одну или более изотермическую выдержку при температуре 240...500°С в течение 0,5... 100 часов. 10. The method according to claim 8, characterized in that at step f) one or more isothermal exposure is additionally carried out at a temperature of 240 ... 500 ° C for 0.5 ... 100 hours.
11. Способ по п.8, отличающийся тем, что этап f) осуществляют в свободном, не нагруженном состоянии заготовки. 11. The method according to claim 8, characterized in that step f) is carried out in a free, unloaded state of the workpiece.
12. Способ по п.8, отличающийся тем, что этап f) осуществляют при приложенном к заготовке давлении от 0,1 до 10 МПа. 12. The method according to claim 8, characterized in that step f) is carried out with a pressure applied to the workpiece from 0.1 to 10 MPa.
13. Способ по п.8, отличающийся тем, что этап f) осуществляют в проточной газовой атмосфере инертного газа с подачей от 0,01 до 50 мл/мин на 1 г композитного материала. 13. The method according to claim 8, characterized in that step f) is carried out in a flowing gas atmosphere of an inert gas with a supply of 0.01 to 50 ml/min per 1 g of composite material.
14. Способ по п.8, отличающийся тем, что этап f) осуществляют в проточной газовой атмосфере инертного газа с подачей от 0,01 до 50 мл/мин на 1 г композитного материала при динамическом перемешивании атмосферы в печи. 14. The method according to claim 8, characterized in that step f) is carried out in a flowing gas atmosphere of an inert gas with a supply of 0.01 to 50 ml/min per 1 g of composite material with dynamic stirring of the atmosphere in an oven.
PCT/RU2022/050344 2021-11-01 2022-10-31 Composite materials with a polymer matrix subjected to thermal aging and low-temperature carbonziation and method of producing same WO2023075648A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021128653 2021-11-01
RU2021128653A RU2794758C1 (en) 2021-11-01 Method for producing discrete reinforced composite material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023075648A1 true WO2023075648A1 (en) 2023-05-04

Family

ID=86158323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2022/050344 WO2023075648A1 (en) 2021-11-01 2022-10-31 Composite materials with a polymer matrix subjected to thermal aging and low-temperature carbonziation and method of producing same

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023075648A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2670869C1 (en) * 2017-10-10 2018-10-25 Иван Соломонович Пятов Method of manufacturing a product of complex form based on hybrid composite matrix
US20190153203A1 (en) * 2016-09-28 2019-05-23 Fuji Xerox Co., Ltd. Resin composition and resin molded body

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190153203A1 (en) * 2016-09-28 2019-05-23 Fuji Xerox Co., Ltd. Resin composition and resin molded body
RU2670869C1 (en) * 2017-10-10 2018-10-25 Иван Соломонович Пятов Method of manufacturing a product of complex form based on hybrid composite matrix

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUKOV D. I. ET AL.: "Highly filled elastomeric matrix composites: Structure and property evolution at low-temperature carbonizatio n", MATERIALS AND DESIGN, vol. 156, 2018, pages 22 - 31, XP085440278, DOI: 10.1016/j.matdes.2018.06.034 *
STEPASHKIN ANDREY A., IGNATYEV SEMEN D., CHUKOV DILYUS I., TCHERDYNTSEV VICTOR V., KALOSHKIN SERGEY D., MEDVEDEVA ELENA V.: "Low-Temperature Carbonized Elastomer-Based Composites Filled with Silicon Carbide", POLYMERS, vol. 12, no. 11, pages 2669, XP093066335, DOI: 10.3390/polym12112669 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101216524B1 (en) Fuel cell separator and method of manufacturing the same
EP1598394B1 (en) Carbon Fiber composite material and method of producing the same
EP1869120B1 (en) Electrically conducting curable resin composition, cured product thereof and molded article of the same
EP1218312B1 (en) Pitch based foam with particulate
JP5567534B2 (en) Conductive structure, method for producing the same, and separator for fuel cell
CN1701946A (en) Metal material and method of producing the same, and carbon fiber-metal composite material and method of producing the same
US6811917B2 (en) Thermosetting composition for electrochemical cell components and methods of making thereof
Chen et al. Mechanical and thermal properties of attapulgite clay reinforced polymethylmethacrylate nanocomposites
JP4889962B2 (en) Conductive structure, method for producing the same, and separator for fuel cell
EP1579521B1 (en) Curable composition, cured product thereof, molded product thereof and use as fuel cell separator
Ma et al. Effects of difunctional reactive polyhedral oligomeric silsesquioxane on the properties of EPDM
RU2670869C1 (en) Method of manufacturing a product of complex form based on hybrid composite matrix
CN109748260B (en) Modified carbon nanotube array and elastomer composite material and preparation method thereof
TW591068B (en) Conductive curable resin composition
RU2794758C1 (en) Method for producing discrete reinforced composite material
WO2023075648A1 (en) Composite materials with a polymer matrix subjected to thermal aging and low-temperature carbonziation and method of producing same
Bazli et al. Investigation of rheological, mechanical, and thermal properties of nanocomposites based on nitrile rubber‐phenolic resin reinforced with nanographene
JP6473588B2 (en) Carbon fiber composite material and method for producing carbon fiber composite material
RU2795048C1 (en) Composite material for manufacturing of bipolar and monopolar plates of electrochemical cells and method for their manufacture
WO2023191661A1 (en) Composite material for the manufacture of plates for electrochemical cells
JP6684270B2 (en) Carbon evaporation source
WO2013031145A1 (en) Heat-curable resin composition, method for producing cured article and molded article thereof, cured article, molded article, and separator for fuel cell
JP2011195618A (en) Method for preparing electroconductive resin composition and fuel cell separator using the electroconductive resin composition
JP2021130580A (en) Method for producing graphite material having high thermal expansion coefficient and the graphite material
JP5011521B2 (en) Method for producing porous body

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22887792

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1