Способ получения эпоксиуглепластика

(54) СПО ЛАСТИК (57) Сущ ет проп ным трехфто ра и от углерод ческого одновре нагрево ность изобретения: сп итку углеродных воло связующим с пр ристого бора в качеств верждение при пропу ные волокна постоян тока плотностью 0,62 менным внешним ко м. 1 3, и. ф-лы, 1 ил 2 особ включакон эпоксидименением е катализатоскании через ного электри - 0,67 А/мм с нвенционным табл. ниверси,А.Ярце Е,А.Ми Ю.А., Бараков с полнителей , с. 38-40,ла все же недостаточнного мат по но 3Оь ы 1 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Патент США ч. 3660140,кл, С 08 Л 3/28, опублик. 1972.Тростянская Е,Б., Михайлиннов Ю,Н. Отверждение пластимощью токопроводящих напо//Пластические массы, 1977, йг 1 Изобретение относится к способам армирования высокомолекулярных соединений волокнистым материалом и может быть использовано п ри производстве углепластика из эпоксидного связующего с применением трехфтористого бора в качестве катализатора,Известен способ получения армированного композиционного материала путем полимеризации эпоксидной смолы с графитовыми волокнами, поверхность которых окислена азотной кислотой, в сочетании с ее термообработкой. Окисление графитовых волокон азогной кислотой способствует увеличению их удельной поверхности и созданию кислой поверхности. В углепластиках с волокном НМОсуществует зависимость между прочностью на сдвиг и величинои удельной поверхности. В результате окисления волокна повышается также и прочность на растяжение в поперечном направлении, но, тем не менее, в известном способе улучшение физико-механических свойств ц 5 С 08 Л 3/28, В 29 С 35/12//В 29 9:00, В 29 К 63:00 СОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПОКСИУГЛЕПНаиболее близким к изобретению является способ получения эпоксиуглепластика на связующем с применением трехфтористого бора, согласно которому пластик на базе углеродных волокон отверждают за счет нагрева образца изнутри путем пропускания через проводящие волокна постоянного электрического тока удельной мощности 0,2 - 0,6 Вт/см .Однако такое отверждение не дает удовлетворительного увеличения прочности при изгибе (всего в 1,5 раза по сравнению с обычным методом прессования), что можно обьяснить недостаточной адгезионной прочностью на поверхности раздела полимер-наполнитель.Целью изобретения является повышение прочности эпоксиуглепластика на растяжение и изгиб,Поставленная цель достигается тем, что в способе получения эпоксиуглепластика, включающем пропитку углеродных волокон510 20 25 30 35 40 45 50 55 эпоксидным связующим с применением трехфтористого бора в качестве катализатора и отверждение, пропускание электрического тока через пропитанные волокна осуществляют при одновременном внешнем конвенционном нагреве в процессе отверждения,Согласно способу пропускают постоянный электрический ток плотностью 0,62 - 0,67 А/мм .Изобретение иллюстрируется следующими примерами,П р и м е р 1. Измеряют магометром суммарное электрическое сопротивление волокна Элур 0,1 п ТУ 6-06-И 86-86, а также определяют эффективную площадь его поперечного сечения. С учетом требуемой плотности тока 0,62 А/мм определяют вегличину напряжения, которое необходимо приложить к волокнам, а затем волокна пропитывают эпоксидным связующим ЭНФБ ТУ 1-596-36-82, после чего к ним под натяжением при удельной нагрузке 195 г/мм прикладывают определенное расчетным путем напряжение от источника постоянного тока и помещают их в термостат, Не снимая приложенного напряжения и нагрузки, пропитанные волокна отверждают при 1700 С в течение 4 ч. Полученные образцы имеют прочность на изгиб (148+ 2,8) кг/мм и прочность на растяжение (105+ 2,8) кг/мм .П р и м е р 2. Технология получения эпоксиуглепластика та же, что в примере 1, но к волокнам прикладывают постоянное напряжение, обеспечивающее плотность тока через волокна при отверждении 0,65 А/мм . Полученные образцы имеютгпрочность на изгиб (150 +2,9) кг/мм и прочность на растяжение (104 +2,2) кг/мм .П р и м е р 3, Технология получения эпоксиуглепластика та же, что в примере 1, но к волокнам прикладывают постоянное напряжение, обеспечивающее плотность тока через волокна при отверждении 0,67 А/мм . Полученные образцы имеютгпрочность на изгиб (150 ":2,9) кг/мм и прочность на растяжение (104,7.+ 2,2) кг/мм,Оптимальность параМетров предлагаемого способа иллюстрирует табл, 1,По прототипу для образцов, отвержденных путем пропускания постоянного тока удельной мощностью 0,2 - 0,6 Вт/см через токопроводящие углеродные волокна, приведен только один параметр - прочность на изгиб, равный 75 + 5) кг/мм . Однако следует заметить, что в известном способе использован наиболее удобный в этом плане параметр - удельная мощность:1 г 1йуд= =, где Я - площадь сеченияЯ Япроводника, по которой легко определить еще одно необходимое значение - удельное количество теплоты, выделяемое при прохождении тока через волокна: С 1 уд = Куд т, где т - время пропускания тока.В предлагаемом способе наиболее удобным параметром является плотность тока:Я О 1 ЯПереход от оптимального значения удельной мощности тока для прототипа к величине его плотности показывает, что 0,2-0 гб Вт/см соответствует 0,065 - 0,1 А/мм,Сравнение значения плотности тока по прототипу с соответствующими занчениями заявляемых плотностей тока показывает, что при плотности тока 0,065 - 0,1 А/мм образцы по прототипу имеют разрывную прочность 72,2 - 77 кг/мм .Катушку из кварцевого стекла со жгутом волокон (количество волокон в жгуте для всех опытов величина постоянная) устанавливают на шпулярник 1, снабженный тормозным устройством, обеспечивающим натяжение до 500 г/жгут, Жгут пропускают через пропиточную ванночку 2 с раствором связующего. Для удаления избытка связующего и уплотнения образца пропиточный жгут протягивают через фильеру 3 со скоростью не более 50 см/мин. Жгут закрепляют на четырехграннике 4 и наматывают на него с шагом в 3/6 мм. Размеры граней соответствуют размерам испытуемых образцов. Начало и конец закрепленного жгута не пропитывают, Присоединяя к ним измерительный омметр, определяют суммарное электрическое сопротивление жгута, Зная сопротивление жгута, рассчитывают необходимое напряжение как функцию тока; О= 1 й. Оптимальное значение постоянного тока для получения максимального положительного эффекта, определен. ное опытным путем, для жгута составляет 0,057-0,062 А. Таким образом, подводя к концам жгута рассчитанное напряжение, устанавливают необходимый токовый режим Затем, не снимая приложенного напряже. ния и нагрузки (жгут на барабане зафикси. рован под напряжением при нагрузке заданной тормозным устройством), четы рехгранник со жгутом помещают в термо6 1763451 Таблица 1 40 стат и отверждают при 170 С в течение 4 ч. После отверждения жгут разрезают на необходимое количество образцов и испытывают согласно ГОСТ 18564-73, 25601-80.Поскольку ток - величина, зависимая от геометрических размеров жгута и количества составляющих его волокон, используют величину независимую - плотность1тока: )= - , где Я - эффективная площадьъ )сечения жгута, зависящая от толщины жгута, т,е, от числа составляющих его волокон.В предлагаемом способе эффективная площадь сечения жгута составляет 0,092 мм, Отсюда плотность тока для оптимальных режимов; 11 0 057г, )1- Я 0,092 -0,062 А/Мм 0,062 2Р= 0092 = 0,67 А/мм . Таким образом, рассчитанные оптимальные значения плотности тока 1= 0,62 - 0,67 А/мм будут справедливы для образцов углепластика с любыми геометрическими размерами.Время воздействия электрического тока (4 ч) соответствует времени отверждения образца.Оптимальность заявленного режима можно обосновать экспериментальными данными, представленными в табл: 2,Как видно из табл. 2, максимальное значение прочности наразрыв и прочности на изгиб получается при времени полимеризации под током 4 ч.Экономический эффект от использования предлагаемого способа можно оценить 5 следующим образом. Предлагаемый способобеспечивает повышение прочности на изгиб и на растяжение изделий из эпоксиуглепластика не менее чем в 1,4 раза по сравнению с прототипом. Предположитель но долговечность детали из углепластикавозрастает также в 1,4 раза. Отсюда, при прочих равных условиях эксплуатации, за один и тот же промежуток времени потребуется 140 деталей, изготовленных по прото типу, и 100 деталей, изготовленныхпредлагаемым способом, Разница составит 40 деталей за один и тот же промежуток времени,20 Формула изобретения 1. Способ получения эпоксиуглепластика, включающий пропитку углеродных волокон эпоксидным связующим с применением 25 трехфтористого бора в качестве катализатора и отверждение при пропускании через волокна постоянного электрического тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения прочности на растяжение и изгиб, пропускание электрического тока через пропитанные волокна осуществляют при одновременном внешнем конвенционном нагреве в процессе отверждения,2, Способ поп.1,отл и ч а ю щи йс ятем, что при внешнем конвенционном нагреве пропускают постоянный электрический ток плотностью 0,62 - 0,67 А/мм .1763451 Таблица 2 орректор Л ф эктор Г,Бельс каз 3428 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Составите Техред М. В.Чистяковгентал