Композиция для получения модифицированного углеродного материала

к: .О П И С А Н И Е (п)53(953ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистицеских Республик(46) Дата опубликования описания 25,01.77(51) М, Кл,е С 01 В 31/00 С 01 В 31/10 Гасударственный комитет Совета Министров СССР по делам изоаретений и открытий(71) Заявитель Институт общей и неорганической химии АН Белорусской ССР(54) КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛАИзобретение касается получения композиционных материалов на основе углеродных волокон. Эти материалы, обладающие высокой стойкостью к тепповым ударам, абляционной устойчивостью, высокой прочностью, наиболее широко применяют ся в ракето- и самолетостроении. Области их применения непрерывно расширяю ся.Известен способ получения угольных композиций на основе модифицированных углеродных или графитовых волокон и эпоксидных смол. Для улучшения адгезии между полимером и наполнителем графитовое волокно первоначально обрабатывают в среде инертного газа при повышенной температуре, а затем - в озонсодержащей атмосфере при умеренной температуре 3.3, Недостатками известного способа являются жесткие условия обработки.Известна композиция на основе углеродных волокон, в которой для улучшения сцепления углеродных волокон с эпоксидной полимерной матрицей для изготовления комлозиционных материалов волокна обрабатывают при нормальной и повышенной температурах окислителями: азотнойкислотой, смесью азотной и серной кислотперекисью водорода, гипохлоритом натрия( Ма СЮО ) 21,Недостатком известногосостава является отсутствие прочной химической связи между волокном и связующим, поэтому прочность композиций невысокая,10 С целью получения материала с повышенной прочностью и ионообменными свойствами, композиция содержит фосфорилированное углеродное волокно с содержанием фосфора 1,00-6,25 вес,% в качестве 5 одновременно наполнителя и отвердителяпри следующем соотношении компонентов(в вес.ч.);фосфорилированноеуглеродное волокно 50-125 20 Эпоксидная смола 50 150Реакционная способность эпоксиднойсмолы обусловлена, как известно, наличием нестойких трехчленных кислородсодержащих циклов (СНа, С"е) или эпоксидных 25 групп. Эпоксидная смола сама по себеотверждаться не может. Отверждение обычно проводят при помощи ангидридов кислот илиаминов. В композиции по изобретению, состоящей из двух компонентов (эпоксиднаясмола ЭДи углеродное волокно, выпалняющее функцию активного наполнителя)использована угольная ткань, подученнаяпутем пирапиза фосфорилированной целлюлозы, содержащая остатки конденсированных фосфорных кислот, Для сравнения ис- фпользовали графитовуюткань, не содержащую на поверхности активных групп.О взаимодействии смолы и углеродноговолокна судили по конверсии (убыли) эпоксидных групп, участвующих в отверждении,по привесу на углеродном волокне химически связанной смолы, а для фосфорсодержащих волокон - еще и по инфракрасным спектрам,В результате обработки углеродных во 20локон эпоксидной смолой ЭДпривес составил от 11 до 190%, прочность компзиционного материала возросла от 1,5до 4,5 раз в зависимости от наличия и25вида функциональных групп на волокне,Отсутствие эпоксидных групп в композиционном материале, по данным химического анализа и ИК-спектрам, после тепловойобработки и наличие привеса после экстры 30ции ацетоном указывает на происходящийпроцесс отверждения эпоксидной смолы науглеродном волокне за счет активных функциональных групп,Обменная емкость композиционного материала в случае, когда для пропитки .использовали фосфорсодержашее угольное волокно, возросла на 35%.Таким образом, пропиткой фосфорсодержашего угольного волокна эпоксидной смолой можно получить достаточно прочныекомпозиционные материалы, с высокой обменной емкостью, что позволяет расширитьобласть их применения.П р и м е р 1. Исходный материал - 4ткань из целлюлозного волокна, Ткань подвергают фосфорилированию, Для этого ееобрабатывают в водном растворе фосфорной кислоты и мочевины концентрациейреагентов 200 и 310 г/л соответственно, ротжимают от избытка раствора, высушивают и по вергают термообработке при150 оС в течение 30 мин. Затем тканьпромывают водой и высушивают. фосфорилированную ткань пиролизуют в таке инерч Ыного г аза - азота, скорость подъема температуры - 2 град/мин, Конечная температура пиропиза 500 оС, Полученная фосфорсодержащая ткань имеет обменную емкость1,63 мг экв/г и содержит 2,55% фосфора, 6 О 4Обработанную таким образом угольнуюткань вносят в эпоксидную смолу ЭД в соотношении 1:1 по весу, Отвердительне добавляют,Получают следующую композицию дляпопучения модифицированного углеродногоматериала (в вес,ч,):Эпоксидная смола 100Углеродный материал 100При последующей термообработке .при180 аС в течение 10 час получают модифицированный углеродный материал.Химический анализ полученного композиционного материала указывает на отсутствие эпоксидных групп в образце. Привес,т.е. количество Неэкстрагируемой споверхности угольной ткани эпоксиднойсмолы, составляет 60%. Прочность материала повышается в 4,5 раза, Обменная емкость 2,2 мг экв/г, т,е, возрастает на 35% по сравнению с обменнойемкостью обработанного смолой образца.П р и м е р 2. Угольную фосфорсодержащую ткань, полученную по примеру 1,вносят в эпоксидную смолу ЭДв соотношениив вес.ч.):Смопа 100Углеродный материал 125Отверждение проводят согласно примеру 1. Копичество неэкстрагируемой с поверхности угольной ткани эпоксидной смолы составляет 93%, обменная емкостьпо Йа 0 Н 3,45 мг экв/г.П р и м е р 3, Угольную фосфорсодержащую ткань, попученную по примеру 2,вносят в эпоксидную смопу ЭДв соотношении: (в вес.ч.):Смола 150Углеродный материал 50Отверждение проводят согласно примеру 1. Количество неэкстрагируемой с поверхности угольной ткани эпоксидной смолы составляет 190%, обменная емкостьпо ИО 0 Н 0,45 мг экв/г.П р и м е р 4. Углеродную фосфорсодержащую ткань, полученную по примеру 1,вносят в эпоксидную смолу в соотношении(в вес.ч.):Смола 150Углеродный материал 125Отверждение проводят согласно примеру 1. Количество неэкстрагируемой с пь.верхности угольной ткани эпоксидной смолы составляет 112%, обменная емкостьпо НоОН 2,71 мг экв/г. ф ормула изобретенияКомпозиция для получения модифицированного углеродного материала, содерж537953 фосфорилированноеуглер одное волокноЭпоксидная смола 50 125 50-150 Составитель Т, Мартинская Редактор Л. Ушакова Техред М, Левицкая Корректор А. ЛакидаЗаказ 5651/13 Тираж 630 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4 ЛФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 щая углеродный волокнистый наполнитель,эпоксидную смолу и отвердитель, о т -личающаяся тем,что,сцельюполучения материала с повышенной прочностью и ионообменными свойствами, коььпозиция содержит фосфорилированное углеродное волокно с содержанием фосфора1,00-6,25 вес.% в качестве одновременно наполнителя и отверднтеля при следующем соотношении компонентов (в вес,ч.): 5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Пат, США ЬЬ 3723607, С 01 В 31/00,1973 г.2. Пат, Англии М 9 1238308, С 1 А,10 1968 г - прототип,