Тканый препрег

СОЮЗ СОНЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 09) ыи техноло- Циолковского тренко,Л,А.Квачева,.Н,А.Ухова н, В.П.Дми(56) Закл. В 2 ся нити с ным на нихоличестве 5-40% ф 2 ил ОСУДАРСТНЕННЫИ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) Изобретение относится к изготовлению армированных пластиков на основе термопластичной матрицы, а именно 5 Н 4 Р 03 П 1/00 1 к изготовлению препрегов, может найти применение в различных отрасляхмашиностроения, в медицине, на транспорте и позволяет повысить эксплуатационные характеристики путем увеличения степени вытяжки пластика на основе препрега при термоформовании. Препрег выполнен в виде ткани ажурногопереплетения, уток и стоевые нити осиовы которой состоят из волокон термопластичного полимера с вязкостьюрасплава 250-2000 Па с, а в качествеперевивочных использованы термостойкие органические, минеральные илиуглеродные нити или жгуты. Для улучшения пропитки армирующих волоконтермопластичной матрицей и предохранения их от повреждений в качестве еревивочных использ редварительно нанес лоем термопласта в т массы волокна. 1 табл.Изобретение относится к техническим тканям, предназначенным для изготовления армированных пластиков наоснове термопластичной матрицы, аименно к изготовлению препрегов, иможет найти применение в различныхотраслях машиностроения, в медицине,на транспорте,Цель изобретения " улучшение эксплуатационных характеристик путемобеспечения возможности увеличениястепени вытяжки получаемого пластика,На фиг. 1 представлены вариантыструктуры получаемой ткани. 15Тканый препрег состоит из термоьпластичных нитей утка 1, термопластичных стоевых нитей 2 и термостойких перевивочных нитей 3 основы.0Выполнение стоевых нитей термопластичными, а перевивочных термостойкими связано с тем, что в процессе изготовления листовой заготовки под штамповку, плавкие нити основы 25 и утка при нагревании превращаются в расплав, который пропитывает изви-.тые перевивочные нити и при последующем охлаждении фиксирует в пластике необходимую для последующей вытяжки30 извитую структуру перевивочных нитей. В процессе штамповки такой заготовки пуансон действует на нити каждого слоя материала, выпрямляет извитые армирующие нити на величину извитости нитей в препреге, причем нити утка и етоевые нити основы не мешают процессу вьтяжки, так как образуют после плавления монолитную термопластичную матрицу, 40Выполнение препрега из нитей фенилон позволяет получить за счет растяжения нитей в пластике степень вытяжки 10-12%.Если выполнить препрег так же, 45как и прототип, но вместо нитей фенилон использовать минеральные или углеродистые нити, то не удается получить степени вытяжки в пластике больше 0,1-2,5% (величина характеризуется относительным удлинением нитей), так как нити находятся в распрямленном состоянии и при больших удлинениях волокна начнут разрушаться.Применение ажурных переплетений для таких нитей позволяет задать в полуфабрикате на стадии ткачества практически любую степень вытяжки, изменяя извитость перевивочных нитей. С целью дополнительного увеличения степени вытяжки армирующих нитейдо 200% в качестве перевивочных ис-пользуются текстурированные нити изволокон иа основе полигетероариленов.Описанные варианты тканого препрега обеспечивают степень извитостиармирующих нитей от 50 до 200%, чтоноэноляет предотвратить повреждениенепрерывной структуры нитей за счетвыравнивания их в процессе термоформирования с вытяжкой.Диапазон варьирования плотностейукладки стоевых и уточных нитей вкаждом отдельном случае зависит. оттребуемой степени извитости, объемного содержания используемых нитей,номенклатуры. В качестве термопластичных плавких нитей могут быть использованы нити на основе полиамида,полеолефинов, фторспластов, полифениленоксидов, полисульфонов, в качестве армирующих - ароматическиеполиамиды, полиоксадиазол, полиамидобензимид, полиимиды, стеклянные углеродные волокна (последние при условии, что критический радиус волокнанри изгибе должен быть не более 5 мм).Изобретение иллюстрируется следующими примерами,П р и м е р ы 1-3. Тканый препрегажурного переплетения содержит в основе (стоевые нити) и уФке капроновуюмононить, а в качестве перевивочной -комплексную углеродную нить.Характеристики тканого препрегас различным соотношением плавкихкапроновых и неплавких углеродныхйитей приведены в табл 1.Из полученного препрега собираютпакет заготовок по схеме 1:0 (однонаправленное расположение имеет комплексная нить) толщиной 5 мм. Плоскиеобразцы размером 200 х 200 мм прессуют по 535 К, давлении 1,5 МПа в течение 15 мин с последующим Охлаждениемпод давлением до 353 К. Вязкость расплава полимера во время процессапрессования составляет 250 Па с. При вязкости расплавов менее 250 Па с происходит значительный отжим связующего из пакета при прессовании, что ведет к значительному изменению содержания полимера в пластике. Кроме того, применение полимеров с низкими значениями вязкости расплава привоцит к снижению физико-механиз144097 ческих характеристик пластиков па их основе.Процесс термоформирования с вытяжкой осуществляется на пневмовакуум 5 формовочной машине, снабженной нагревательным устройством контактного типа. Полученный при прессовании образец помещают в нагревательное устройство, где он нагревается, затем пере носят в рабочую зону пневмовакуумформовочной машины, где происходит процесс пневмоформованиядо полного выравнивания иэ витых армирующих волокон.П р и м е р 4-6. Тканый препрег ажурного переплетения содержит в основе (стоевые нити) и утка фторопластовые мононити, а в качестве перевивочных - нити на основе полиамидобензимида.20Характеристики тканого препрега с различным соотношением плавких фто-ропластовых и неплавких полиамидо-. бензимидовых нитей приведены в табл.1.Из полученного препрега собирают 25 пакет заготовок по схеме 1:0 (однонаправленное расположение имеет полиамидобензимидовая нить) толщиной 5 мм. Плоские образцы размером 200 к ф 200 мм прессуют с послецующим охлаждением под давлением. Вязкость расплава полимера во время процесса прессования составляет 1200 Па с. Процесс .термоформования с вытяжкой осуществляется так же, как в примерах 1-3. Характеристики тканого препрега с различным соотношением плавких фториновых и неплавких стеклянных нитей приведены в табл, 1.Из полученного препрега собирают пакет заготовок по схеме 1;0 (однонаправленное расположение имеют стеклянные нити) толщиной 5 мм. Плоские образцы размером 200 а 200 мм прессовали с последующим охлаждением под давлением.Вязкость расплава полимера во время процесса прессования составляет 1200 Па с. П р и м е р 7-9. Тканый препрег ажурного переплетения содержит в основе (стоевые нити) и утке мононити фторопластика, а в качестве переви-40 вочных - стеклянные нити.Характеристики тканого препрега. с различным соотношением плавких фторопластовых и неплавких стеклянных нитей приведены в табл. 1.Иэ полученного препрега собирают пакет заготовок по схеме 1:0 (однонаправленное расположение имеет стеклянная нить) толщиной 5 мм, Плоские образцы размером 200200 мм прессуют с последующим охлаждением под давлением. Вязкость расплава полимера во время процесса прессования составляет 2000 Па с. При вязкостях расплавов более 2000 Па с ухудшается смачи ваемость армирующих волокон полимерной матрицей, что приводит к образованию большого количества крупных пор в пластике, которые в значитель 34ной степени ухудшают его физико-механические характеристики. Процесс термоформования с вытяжкой осуществляется так же, как в прюерах 1-6. Температура образца 543 К.П р и м е р ы 10-12. Тканый препрег ажурного переплетения содержит в основе стоевые полиамндобенэимидовые нити и стеклянные перевивочные нити, а в утке - капроновую нить.Характеристики тканого препрега с различным содержанием плавких капроновых и неплавких нитей приведены в табл. 1.Иэ полученного препрега собирают пакет заготовок по схеме 1:О (однонаправленное расположение имеют не плавкие нити) толщиной 5 мм. Плоские образцы размером 200200 мм прессуют с последующим охлаждением под ди- лением.Вязкость расплава полимера во время процесса прессования составляет 250 Па с.При вязкостях расплавов менее 250 Па с происходит значительный отжим связующего из пакета при прес- совании, что ведет к значительному изменению процентного содержания полимера в пластике.Кроме того, применение полимеров с низкими значениями вязкости расплава приводит к снижению физико-механических характеристик пластиков на их основе.Процесс термоформования с вытяжкой осуществляется на пневмовакуумформовочной машине, снабженной нагревательным устройством контактного типа.П р и м е р ы 13-15. Тканый препрег ажурного переплетения содержит в основе стоевые и перевивочные нити, а в утке - фторопластовые мононити.514409Процесс термоформования с вытяжкойосуществляется так же, как в примерах 10-12,5П р и м е р ы 1 б. Препрег тканый ажурного переплетения содержитв основе стоевые нити феннлон и перевивочные полиамидобензимидные нити,а в утке - фторопластовую мононить.Характеристики тканого препрега 10с различным соотношением плавких фториновых и неплавких фенилоновых иполиамидобензимидных нитей приведеныв табл. 1.Из полученного препрега собирают 15пакет заготовок по схеме 1:0 толщиной 5 мм,Плоские образцы размером 200200 мм прессуют при 1,5 МПа в течение 15 мин с последующим охлаждением под давлением, Рязкость распла"ва полимера во время процесса прессования составляет 2000 Па с,При вязкостях расплавов более2000 Пас ухудшается смачиваемость 25армирующих волокон полимерной матрицей, что приводит к образованию большого количества крупных пор в пластике, которые в значительной степениухудшают его физико-механические ха- ЗОрактеристики,Процесс термоформования с вытяжкойосуществляется так же, как в примерах 10-15,П р и м е р ы 19-23. Тканый препрег ажурного переплетения содержитв основе (стоевые нити) и утке мононити фторопласта, а в качестве перевивочных - нити полиамидобензимида спредварительно нанесенным из раствора 40фторопласта в диметилацетамидеслоем термопласта.Характеристики тканого препрегас содержанием 5-40% термопласта наволокне полиамидобензимида приведеныв табл. 2.Выбор нижней (5%) и верхней (40%)границ диапазона нанесения термопласта на волокно обусловлен тем, чтопри содержании термопласта меньше 5%от массы волокна не удается обеспечить сплошности покрытия, а при содержании большем 40% нарушается выбранное соотношение матрицы и армирующеговолокна (30:70 - 70:30),55 Получение плоских образцов йпроцесс термоформования с вытяжкойосуществляются, как в примерах 4-6.73 6Ниже приведены данные по максимальной степени вытяжки пластиков на основе известного и предлагаемого препрегов при сохранении сплошности материала, %: Сравнение с прототипом показывает, что предлагаемый препрег позволяет получить значительные степени вытяжки в пластиках на его основе без повреждения непрерывной структуры армирующих волокон, а следовательно, перерабатывать современные композиционные материалы в объемные изделия высокопроизводительными методами термоформования, такими как штамповка, пневмо-, вакуумное формование и т.д. формула изобретения 1. Тканый препрег, содержащий основувключающую термостойкие и термопластичные нити, и уток иэ термопластичных нитей, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем обеспечения возможности увеличения степени вытяжки получаемого пластика, препрег выполнен ажурным переплетением, при этом перевивочные основные нити представляют собой термостойкие,нити на основе органических Прототип По примеру 12 3 4 г б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 б 17 18 19 20 21 22 23 12 50 100 150 50 100 150 50 100 150 50 100 150 50 100 150 50 100 150 50 50 50 50 501440973 2. Тканый препрег по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в ка.естве перевивочных нитей использованы нити с предварительно нанесенным на них слоем термопласта в количестве 5-403 от массы волокна. или стеклянных или углеродных волокон, стоевые основные нити представляют термопластичные нити, при этомуточКые и стоевые термопластичныенити имеют вязкость расплава 250 -.2000 Па с. Таблица 1 Характеристики тканого препрега СтепеньизвиОбьемное соотношение Плотность ткани нить/см Нить вутке Нить в основе Пример матри- волокца но тости 7основа уток стоевая переви- вочная Капронф 0,3 мм 4 КомплекКапрон ф 0,3 мм 0,4 0,6 50 сная углероднаяТо же Капронф 0,4 мм 2 Капронф 0,4 мм 0,5 05 0,4 0,6 100 150 То же 3 То же 4 фторо- Полиамипласт добензф 0,09 мм имид 0,7 0,3 50 фО 09 мм 16 ФМф 0,13 мм 12 То же 0,5 0,5 100 То же 18 16 0,67 0,3 150 7 Фторо- Стеклян- Фторопласт ная пластф 0,09 мм 14,4 текс, ф 0,09 мм 20 50 100 16 То же 11 м9150 16 10 Полиами- Стеклян- Капрон добенз- ная ф 0,13 мм 20 имидная 0,5 0,5 50 10 Капронф 0,2 мм 12 0,6 0,4 0,7 0,3 100 12 150 22 12 То же 13 0,3 0,7 50 0,5 0,5 100 То же 18 14 Фторопластф 0,13 мм 8 То же То же фторопласт фО 13 мм 20 0,6 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5Обьемное соотношение нова уто мат к ч о 50 15 Фт 16 Фенилон лиам бенз аст0,13 мм 0 50 ииид 17 0,5 То же Фторопласт 0,7 18 бьеиное сотношенне трость т нитьсм те- ень ь,нова тоЪ арм. а а о 9 Волнами- Фторо" Феородобеиа- пласт пласт имид Ф 0,09 мм ФО,О 9 50 5 50 50 0 0 6 0 5 40 8Фенилон0,09 мм 20 ,и,енм Ц агав440973 Составитель Н,СамаринаРедактор Л.Веселовская Техред А,Кравчук Корректор И.Муска Закаэ 6147/31 Тираз 420ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам иэобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4