Полимерный композиционный материал
Сущность изобретения: композиционный материал содержит полисульфоновую матрицу и углеродные армирующие волокна . Углеродные волокна содержат на поверхности в качестве аппретирующего слоя сополимер, состоящий из звеньев бис-метакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бис-метакрилоилокситриэтиленгликольфталата при соотношении указанных звеньев от 65-35 до 85:15 при массовом соотношении наполнителя и сополимера 95-99:1-5 соответственно при соотношении компонентов , мае.%: углеродные армирующие волокна , содержащие на поверхности; вышеуказанный сополимер 25-75; полисульфоновая матрица (ПС-Н) остальное. Мономеры наносят на углеродные волокна из смеси в ацетоне и термообрабэтывают при 115-125°С 20-25 мин. Характеристики образцов: межслоевая прочность при сдвиге 36,5-59,7 МПа. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) I
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ (21) 4931327/05 (22) 26.04.91 (46) 23.08.93. Бюл. hh 31 (71) Московский авиационный технологиче.ский институт им. К.Э. Циолковского (72) Г.С. Головкин, E,В. Тростянская, А.К. Шибанов, М.И, Степанова, Э.Я. Бейдер, О.А. Серова и О,В. Тимакова (73) Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Циолковского (56) Рыбкина Е.Г. и др. Исследование технологических возможностей создания системы воздушного термостатирования самолета из термопластов, Тезисы межотраслевых научных конференций "Конструкции и технология получения изделий из неметаллических материалов", ч. 3. Полимерные композиционные материалы, М., 1990, с. 58. (54) ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ
МАТЕРИАЛ
Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, в частности к углепластикам на основе полисульфоновой матрицы и углеродных армирующих волокон.
Целью изобретения является повышение межслоевой прочности при сдвиге композиционного материала на основе полисульфоновой матрицы и углеродных армирующих волокон.
Для достижения указанной цели известный полимерный композиционный материал на основе полисульфоновой матрицы и углеродных армирующих волокон, согласно изобретению дополнительно содержит -на
„„5U, 1836394 АЗ (я)5 С 08 J 5/06 (57) Сущность изобретения: композиционный материал содержит полисульфоновую матрицу и углеродные армирующие волокна. Углеродные волокна содержат на поверхности в качестве аппретирующего слоя сополимер. состоящий из звеньев бис-метакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бис-метакрилоилокситриэтиленгликольфталата при соотношении указанных звеньев от 65 — 35 до 85:15 при массовом соотношении наполнителя и сополимера 95-99:1-5 соответственно при соотношении компонентов, мас.%: углеродные армирующие волокна, содержащие на поверхности; вышеуказанный сополимер 25 — 75; полисульфоновая матрица (ПС вЂ” Н) остальное.
Мономеры наносят на углеродные волокна из смеси в ацетоне и термообрабатывают при 115-125 С 20 — 25 мин. Характеристики образцов; межслоевая прочность при сдвиге 36,5 — 59,7 МПа. 1 табл. поверхности армирующих волокон в качестве аппретирующего слоя сополимер. состоящий из звеньев бисметакрилоилоксидизтиленгликольфталата и бисметакрилоилокситриэтиленгликольфталата при соотношении указанных звеньев (мономеров) от 65:35 до 85:15, в количестве 1,0 — 5,0% от массы волокон при следующем соотношении компонентов материала: углеродные армирующие волокна, содержащие на поверхности вышеуказанный сополимер 25-75 мас.%; полисульфоновая матрица — остальное, Для формирования аппретирующего слоя выбран сополимер ограниченный со1836394 вместимый с полисульфоновой матрицей.
Наилучшая совместимость обеспечивается при выбранном соотношении мономеров.
Минимальное количество сополимера на поверхности армирующих волокон выбирается из условия необходимого повышения межслоевой прочности при сдвиге углепластика. При содержании сополимера менее 1 0 мас. . положительный эффект от
его введения оказмвается минимальным, Максимальное количество определяется требованием равномерного распределения .сополимера по отдельным монаволокнам и исключения их склеивания между собой;
Склеивание волокон при содержании сополимера более 5,0 мас. препятствует пропитке матричным. полимером и .снижает свойства углепластика. Кроме того с увеличением содержания сополимера снижается эффективность перераспределения напряжений между моноволокнами, что также приводит к снижению свойств углепластика..
Содержание углеродных армирующих волокон с айпретирующим слоем из сополимера на поверхности в углепластике выбирают в пределах от 25 до 75 мас. (преимущественно от 50 до 70 мас. }. Содержание волокон с аппретирующим слоем определяется исходя из текстуры наполнителя, структурной организации углепласти- ка,. метода переработки и не зависит от количественного содержания сополимера на волокнах. Остальное приходится на полисульфоновую матрицу.
В качестве матрицы используется полисульфон базовой марки ПС-Н (ТУ 6-051969-84) или его модификации, в качестве армирующего наполнителя нити или ленты из углеродных волокон, Сополимер, используемый в качестве аппретирующего слоя состоит из звеньев бисметакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокситриэтиленгликольфталата при соотношении указанных . звеньев от 65:35 до 85:15 соответственно, Сополимер наносят на поверхность углеродных волокон из раствора в ацетоне.
Пример 1. Углепластик, состоящий из матрицы на основе полисульфона (ПС-Н)
ТУ 6-05-1969-84 и углеродной ленты без. Формула йэобретения
30 Полимерный композиционный материап на основе полисульфоновой матрицы и армирующих углеродных волокон, о т л и ча ю шийся тем, что, с целью повышения межслоевой прочности при сдвиге, он вклю35 чает углеродные волокна, содержащие на поверхности сополимер, состоящий из звеньев бисметакрилоилоксидиэтиленгли-. кольфталата и бисметакрилоилокситриэтиленгликольфталата при соотношении
40 звеньев 65-85:15-35 соответственно, йри массовом соотношении наполнителя и сополимера 95-99:1-5 соответственно, при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.%:
45 Углеродные армирующие волокна, содержащие на поверхности указанный сопол имер 25-75
50 Полисульфоновая матрица
Остальное замасливателя с промышленной окислительной обработкой, содержит на поверхности волокон 3,0 (от массы волокон) аппретирующего слоя из сополимера бисметакрилоилоксидизтиленгликольфталата и бисметакрилоилокситриэтиленгликольфталата при соотношении звеньев 75:25 соответственно. Содержание наполнителя с . аппретирующим слоем из вышеуказанного
"0 сополимера на волокнах составляет 85 мас. . Свойства композиции приведены в таблице.
Пример ы 2-21. Составы композиций и их свойства приведены в таблице.
Прототип. Углепластик, состоящий 1 матрицы на основе полисульфона (ПС-Н) и углеродной ленты без замасливателя (аппрета) с промышленной окислительной обработкой. Содержание матрицы составляет 35
20 мас.% (содержание наполнителя 65 мас. ), Свойства композиции приведены в таблице.
Представленные результаты показывают, что использование в качестве аппретирующего слоя вышеуказанного сополимера
25 позволяет в 1,6-1,9 раза повысить межслоевую прочность полисульфоновых углепластиков.
1836394
Межслоевая прочность при сдвиге, МПа
Содержа- Состав аппние аппре- ретирующеСодержание матрицы, мас. ф, Пример
Содержание наполнителя, мас. тирующего слоя. мас. 7, го слоя, со отношение от наполни- звеньев теля
1 (контр.ольный)
2 (контрольный)
3,0
31,3 ..
0,5
37,2
47,8
58,3
1,0
3,0
5,0
49,6
6 (контрольный)
7 (контрольный)
9 (контрольный)
6,0
35,9
38,2
0,5
1.0
59,7
37,6
3,0
3,0
58,2
3,0
69.4
12
13 (контрольный)
3,0
55,2
3,0
37,1
5,0
44,8
36,5
16 (контрольный)
6.0
0,5
36,1
1,0
40,4
3.0
42,1
19
20 (контрольный)
Пример 21 (контрольный)
Прототип
38,8
5,0.
33.5
6,0
3.0
26,5
36,8
Примечания: Содержание наполнителя в примерах 1-21 дано вместе с аппретирующим слоем;
Соотношение звеньев сополимера (аппретирующего слоя) в примерах
t-21:дано в следующей последовательности: мономер 1: мономер 11.
Межслоевую прочность при сдвиге определяли методом короткобалочного изгиба согласно РД 50-675-88
Составитель А.Шибанов
Техред М.Моргентал Корректор M.Максимишинеч
Редактор
Заказ 3006 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
75:25
75:25
75:25
75:25
75:25
75:25
75:25
75:25
55:45
65:35
75:25, 85:15
95:5
75:25
75:25
75:25
75:25
75:25
75:25
75:25
75:25
75 . 75
