Препрег

СОЮЗ СОВЕТСОЦИАЛИСТСПУБЛИ 765209 А 1 ЕСНИХ 8 1, 63/О р 1) .С 01 В 31/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕРЬСТВУ ВТОРСКОМУ репрега, теплостоикости о чная Углепластики на основе т ысокими прочами, особенно ости тавов отличаются ми характеристи п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54)(57) ПРЕПРЕГ на основе однонаправленного волокнистого углеродного наполнителя, обработанного в окислительной среде, и связующего,содержащего эпоксидную смолу и отвердитель, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения технологичнос Изобретение относится к производству препрегов для композиционных . материалов на основе наполнителей из углеродного волокна и модиФици,рованных эпоксидных связующих.Известны препреги, применяемые для изготовления композиционных материалов, содержащие однонаправленный волокнистый углеродный наполнитель, предварительно обработанный в жидкой или газообразной окислительной среде.Известны также эпоксидные составы для препрегов, получаемые на основе диановых эпоксидных смол, отверждаемых каталитически комплексным соединостных характеристик композиционного материала на его основе, связующее содержит в качестве эпоксидной смолы - эпоксиноволачную смолу, в ка честве отвердителя - комплексное сое динение трифторида бора с бензиламином и дополнительно фурФурилглицидиловый эФир в качестве активного разбавителя при следующем соотношении компонентов, мас.7:Однонаправленныйуглеродный наполнитель 58-70 Эпоксиноволасмола 24-35 Комплексное соединение триФторидабора с бензиламином 0,7-1,2 фуРФурилглицидиловый эФир 5,0-6,8 триФторида бора с моноэтилам сжатии и сдвиге.Однако применяемые для изготовле ния композиционных материалов эпоксндные связующие вышеупомянутых составов не обеспечивают достаточно высокой жизнеспособности полуфабриката и необходимой теплостойкости. Дляих отверждения требуются температуры 180-200 С, что затрудняет техноологическчв попопдбо ч м765209 снижает масштабы и сужает кругобъектов их возможного применения впромышленности.Наиболее близким по составу явля 5ется препрег, который содержит углеродный наполнитель в виде жгута,обработанного в окислительной среде,и эпоксидное связующее, Материал наего основе имеет достаточно высокие 10показатели прочности при сдвиге имодуля упругости при изгибе.К числу его недостатков следуетотнести высокую температуру отверждения (200 С), сравнительно невысоккую жизнеспособность препрега и недостаточно высокую прочность при изгибе пластика.Целью изобретения является повышение технологичности препрега,теплостойкости и прочностных характеристик композиционного материала на егооснове,Это достигается тем, что связующее,содержит в качестве эпоксидной смолы - эпоксиноволачную смолу, в качестве отвердителя - комплексное соединение трифторида бора с бенэиламином и дополнительно фурфурилглицидиловый эфир в качестве активного разбавителя при следующем соотношениикомпонентов, мас.7:Однонаправленныйуглеродныйнаполнитель 58-70Эпоксиновопропитанного, подсушенного и раскроенного по Форме изделия полуФабриката в пакет, прессованием пакета под давлением2 кгс/сми температуре не выше 160 С.Отличительной особенностью предлагаемого композиционного материала является использование в нем в качестве связующего теплостойкой эпоксиноволачной смолы в смеси с активным разбавителем Фурфурилглицидиловым эфиром и комплексным катализатором ВГ 11 Н СНСН , Важно сочетание связующего указанного состава с химически обработанным углеродным наполнителем. Только таким образом можно получить одновременное повышение прочности при сдвиге и сжатии на 50-60%, улучшение технологичности (повышение жизнеспособности пренрега до ) 6 мес , достижение эластичности и оптимальной липкости полуфабриката); повышение теплостойкости пластика до150 С.П р и м е р 1. В реактор, снабженный мешалкой, загружают 61,5 мас.ч. ацетона; 61,5 мас.ч. абсолютированного этанола, 100 мас.ч. эпоксиноволачной смолы с содержанием эпоксигрупп 18,6%; 20 мас,ч, Фурфурилглицидилового эфира и 3 мас,ч. комплекса ВР х х БН СНСН . Смесь перемешивают 1 2 ч при комнатной температуре до полного растворения компонентов и выгружают из реактора.24-35лачная смолаКомплексноесоединениетрифторида борас бензиламином 0,7-1,2Фурфурилглицидиловый эфир 5,0-6,8Связующее, применяемое в виде раствора, получают совмещением при0 л18-40всех компонентов одновременно с требуемым количеством органического растворителя, например кетона или его смесей со спиртами.При использовании связующего в50 виде расплава его получают растворением эпоксиноволачной смолы в предварительно приготовленном растворе комплекса в фурфурилглицидиловом эфире при 60-70 С.Композиционныи материал получаюты55 пропиткой химически обработанного армирующего наполнителя раствором или расплавом связующего, укладкой Из углеродного жгута, обработанного азотной кислотой, и полученного 50%-ного раствора связующего методом намотки готовят листовой препрег с содержанием наполнителя 68%, содержанием летучих 37., жизнеспособностью 6 мес, Полуфабрикат раскраивают на заготовки 130 х 220 мм, выкладываютпакет их 4-х слоев и прессуют его по режиму:Подача удельного давления, кгс/см 5Подъем температурыдо, С 1555Выдержка, час 10Охлаждение материаола в прессе до, С 40Выгрузка Не регл.Прессование ведут в пресс-форме закрытого или полузакрытого типа.Состав композиционного материала, мас.7:765209 63,0 68,0 Углеродный наполнительЭпоксиноволачная Углеродный наполнитель Эпоксиново26,0 35 33,4 смолафурфурилглицидиловый эфир 6,6КомплексВРЛНг СНг С 6 Н1 ) 0Готовый армированный пластик имеет: плотность 1,38 г/см ; прочность при изгибе, кгс/мм ; при 20 С - 110;г, о при 120 С - 104; при 150 С - 102 (92,67 от исходной); модуль упругости при изгибе, кгс/мм : при 20 С 13800; при 120 С - 13300; при 150 Св 13000 (947 от исходного); прочность при сжатии, кгс/мм : при 20 Со 65,0; при 150 С - 33,0; прочность2, о при сдвиге, кгс/мм : при 20 С - 6,5; при 150 С - 3,6. 40 50 П р и м е р 3. Композиционный материал из углеродной ленты, обработанной азотной кислотой, изготавли.вают по примеру 2, получая углеплас,ик следующего состава, мас.7; смолафурфурилглицидиловый эфир 5,2КомплексВсЗНг.СНгСНО, 8Готовый армированный пластик имеет плотность 1,45 г/см ; прочность2, о при изгибе, кгс/мм: при 20 С 115,0; при 120 С - 114,0; при 150.С -0 о 94,5 (82,5 от исходной); модуль упругости при изгибе, кгс/мм: .при15 20 С - 14900; при 120 С - 13900; при 150 С - 1 2400 (83,27 от исходного); прочность при сжатии, кгс/мм : при 20 С - 32,0; при 150 С - 49,0; прочность при сдвиге, кгс/мм ; при 20 С - 20 7,5; при 150 С - 4,45.П р и м е р 2. Из однонаправленной углеродной ленты, окисленной в воздушной среде, и 507.-ного раствора связующего методом пропитки на верти кальной пропиточной машине готовят препрег с содержанием наполнителя 59,07., летучих 2,87. и жизнеспособностью - 6 мес. Полуфабрикат раскраивают на заготовки 180 х 220 мм,вык ладку и прессование ведут по примеру 1. Состав композиционного материала, мас,%:Углеродныйнаполнитель 59,0Эпоксиноволачная30,3 ная смола 39,6КомплексВР ИИгСНг СвН,2Готовый армированный пластик имеет: плотность 1,40 г/см ; прочность3. при изгибе, кгс/мм при 20 С - 108; при 150 С - 37 (30,57 исходной); модуль упругости при изгибе, кгс/мж : лачная смолаФурфурилглицидиловый эфир 5,8КомплексВГ БНгСНгСН 0,9Готовый армированный пластик имеет: плотность 1,41. г/см ; прочностьз,г опри изгибе, кгс/мм : при 20 С - 120;при 120 ОС - 118. при 150 С - 102;гмодуль упругости при изгибе, кгс/ммпри 20 С - 14600; при 120"С - 14100;при 150 С - 13700; прочность присжатии 75 кгс/мм ; прочность приг,2сдвиге 6,5 кгс/ммП р и м е р 4 (контрольный).Композиционный материал готовят в соответствии с примером 2 из углеродной ленты той же партии, но химически необработанной.Готовый армированный пластик имеет: плотность - 1,33 г/см ; прочностьЭ,при изгибе, кгс/мм: при 20 С - 103;при 120 С - 94,5; при 150 С - 52,3(50,57. от исходной); мо,;уль упругости при изгибе, кгс/мм ; при 20 С2,о11300; при 120 С - 10300; при 150 С7300 (69% от исходного); прочностьпри сжатии-при 20 С - 38,0 к с/ммпрочность при сдвиге при 20 С2,9 кгс/ьм.П р и и е р 5 (контрольный), Изуглеродной ленты, окисленной в воздушной среде, и 50%-ного растворасмеси эпсксиковолачной смолы с комплексом ВР ННгСЧгС 6 Нз в ссс .;ошении 100:3 методом пропитки на вертикальной пропиточной машине готовятпрепрег с содержанием наполнителя59,27. и летучих 3,5%. Полуфабрикатсухой, хрупкий, легко ломается ираскрашивается, требует отвержденияпо режиму примераСостав композиционного материала,мас,%:Углеродныйнаполнитель 59,2Эпоксиноволач765209 32,2 20 екиологичиос чноств прн нбеукгс/ни снвб,6 3 олннтелвтвнивл угу однал лент умнее - ЗН ифф 4 енипенщщ ы е чи и е ЭНС - зпоксиноэолачмал сюлв ФГЗ - рФурилглнпнднповый зФнр ФВВА - комплекс Вру ю ННВСН (Н актор Л.Письман Техред М,Моргентал Коррек.Самборска Заказ 669 Т ВНИИПИ Государственного коми 113035, Москраж 305 Подписное ета по изобретениям и открытиям при а, Ж, Раушская наб., д. 4/5 НТ СС Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгоро гарина, 101 при 20 оС - 14000; при 1500 С - 11200 (ЗОХ от исходного); прочность при сжатии при 20 С - 52,0 кгс/ммП р и м е р б (контрольный).Композиционный материал готовят в соответствии с примером 5 из углеродной ленты той же партии и связующего из эпоксиноволачной смолы, м-фенилендиамина и фурфурилглициднлового эфи ра в соотношении 100:10:20.Полуфабрикат на основе указанных компонентов жесткий, сухой, связующее теряет текучесть при формовании через 15-20 ч. Готовый композиционный мате риал имеет следующий состав,мас.Е:Углеродныйнаполнитель 59,2Эпоксиноволачнаясмола вурфурилглицидиловый эфир 6,4м-Фенилендиамий3,2Свойства углепластика составляют: плотность - 1,38 г/см ; прочность при изгибе, кгс/мм: прн 20 С96,0; при 150 С - 64; модуль упру" гости при изгибе, кгс/мм : при 20 С - 12600; при 50 С - 8500 прочность при сжатии при 20 С 56 кгс/ммСравнительные свойства материалов по примерам 1-6 приведены в таблице. Приведенные в таблице данные показывают, что предлагаемый препрег (примеры 1-3) имеет преимущество по прочностным характеристикам, по теплостойкости и по технологическим свойствам.