Пропиточный состав для композиционных материалов

 

Использование в качестве конструкционных и обивочных материалов в машиностроении, авиационной , электротехнической промышленности Сущность изобретения в состав для пропитки композиционных материалов на основе карбодиимидизованного 4.4 и эпоксидной смолы введен N.N (диметилкарбамидо)дифенилметан в количестве 2,5 - 15.0 масч на 75-130 масч реакционной композиции Удельная ударная вязкость композиционнол го материала равна 200-580 кгсх см/см Жизнеспособность состава от 8 до 20 сут 3 табл.

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

Ю

М Г >

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИф .;, "

К ПАТЕНТУ

ЬЭ

С0

CO

W О Э (21) 4947270/05 (22) 19.06.91 (46) 30.10.93 Бюл. Мя 39 — 40 (71) Научно-производственное объединение

"Всесоюзный институт авиационных материалов" (72) Лямина И.Н.; Ляшенко Г.В.; Фомин А В.; Аврасин

ЯД; Ракитина В.П.; Кочуренкова ОА.; Кода ЕВ. (73) Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (54) ПРОПИТОЧНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Использование: в качестве конструкционных и (19) RU (11) (51) 5 С08Ь75 08 ВЗХВ27 10 обивочных материалов в машиностроении, авиационной, электротехнической промышленности. Сущность изобретения; в состав для пропитки композиционных материалов на основе карбодиимидизованного 4.4 и эпоксидной смолы введен N,N (диметилкарбамидо)дифенилметан в количестве 2,5—

15,0 масч на 75 — 130 масч реакционной композиции. Удельная ударная вязкрсть композиционно— г го материала равна 200-580 кгсх см/см . Жизнеспособность состава от 8 до 20 сут. 3 табл

2001927

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, конкретно к композиционным материалам на основе изоцианатэпоксидных связующих. Композиционные материалы, полученные с ucRoëüýoâàHèåì предлагаемого состава, могут быть использованы в качестве конструкционныхх и обшивочных материалов в машиностроениии, авиационной, электротехнической и других отраслях промышленности.

Развитие более экологически чистых безрастворных технологий получения композиционных материалов. к которым относятся пропитка наполнителя под давлением и мокрая намотка. предполагает использование связующих, удовлетворяющих следующим требованиям: — уровень вязкости при температуре пропитки 200 — 500 сПз. — отсутствие инертного растворителя, — отсутствие летучих продуктов в процессе отверждения, — жизнеспособность (сохранение исходного уровня вязкости) должна обеспечить полный цикл пропитки.

Известен пропиточный состав, содержащий следующие компоненты, мас.ч: карбодиимидодизованный 4,4 -дифенилметандииэоцианат 70-95; эпоксидная смола

5 — 30: 4.4 -дифенилметан-бис-малеимид

1-10: в качестве катализатора третичный амин 0,1 — 0,4.

Известный состав позволяет получать композ ционные материалы с высоким уровнем физико-механических свойств: стеклопластик имеет прочность при изгибе

140 кгс/мм с 65 сохранением данной прочности при 250 С. Однако недостатком этого состава является низкая жизнеспособность композиции, составляющая от 4 до

8 ч в зависимости от соотношения компонентов. Низкая жизнеспособность не позволяет получать крупногабаритные изделия, продолжительность технологического цикла изготовления которого может составлять до 24 ч. В случае применения композиционных материалов в авиационной технике для изготовления динамически нагруженных элементов, подвергающихся ударным нагрузкам, необходима высокая ударная вязкость, тогда как уровень ударной вязкости композиционных материалов на составе прототипа является недостаточным: стеклопластик имеет удельную ударную вязкость 480 кгс см/см при 20 С, Целью изобретения является повышение жизнеспособности пропиточного состава и удельной ударной вязкости композиционных материалов на его основе.

Поставленная цель достигается тем, что состав, включающий карбодиимидизованный 4,4 -дифенилметандииэоцианат и эпоксидную смолу, дополнительно содержит

N,N -бис-(диметилкарбамидо)дифенилметан при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Карбодиимидизованный 4,4

-дифенилметадииэоцианат 70-100

Эпоксидная смола 5 — 30

N,N -бис-(диметилкарбамидо)дифенилметан 2,5 — 15

В соответствии с изобретением используют в качестве эпоксидных смол эпоксиды на основе дифенилолпропана — ЭД-24 (TY

6-05-241-6-85), ЭД-20 (ГО СТ 10597-84), азотсодержащие зпоксидные смолы — ЭХД (ТУ

6-05-1725-75), УП-688 (ТУ 6-05-1885-80); карбодиимидизованный 4,4 -дифенилметандиизоцианат марки Суризон M Jl (TY

113-03-28-7-82); N,N -бис-(диметилкарбамидо)дифенилметан (ТУ 6-14-22-159-83); в качестве наполнителей при изготовлении композиционных материалов — стеклоткань марки T-25(BM)-78 (ТУ 6-11-380-76), T50(ВМП)-78 (ТУ 6-48-5786902-41-89), углеродную кордную ленту-ткань УОЛ-300-1 (ТУ

6-06-31-541-86), углеродную ленту ЭЛУР-П (ТУ 6-06-1186-85), органоткань СВМ арт, 56313 (ТУ 62-95-75-88), а также возможно сочетание наполнителей.

Пример 1. В стеклянный реактор помещают 100 Суризона МЛ и 5 г N,N -бис(диметилкарбамидо)дифенилметана, тщательно перемешивают при 90 С до образования гомогенной массы, охлаждают и добавляют 20 г эпоксидной смолы ЭХД и снова тщательно перемешивают.

Полученная композиция имеет следующие характеристики: внешний вид — однородная прозрачная вязкая жидкость темно-коричневого цвета, вязкость — 220 сПэ при 20 С, содержание NCO групп — 30, Композицию перерабатывают в пластик на установке пропитки под давлением по следующему режиму отверждения: 150 С/2 ч, 175 С/1 ч, 200 С/1 ч, 220 С/2 ч.

В качестве наполнителя используют стеклоткань T-50(ВМП)-78.

Пример ы 2 — 8. Композиции готовят аналогично примеру 1. отличаются используемыми эпоксидными смолами, наполнителями, а также соотношением компонентов (составы приведены в табл. 1).

Пример ы 9-10 соответствуют оптимальному составу прототипа с испольэова2001927 нием в качестве наполнителей стеклоткани

T-50(ВМП)-78 (пример 9) и углеродной ленты

3г1УР-П (пример 10). Режим формования пластиков: 120 С/1 ч. 150 С/1 ч, 175ОC/1 ч, 200"C/1 ч, 220" С/2 ч.

В табл, 2 приведены свойства композиций заявляемого состава и прототипа, в табл. 3 — физико-механические характеристики пластиков данных составов.

Образцы композиционных материалов испытывались на сжатие и изгиб по стандартным методикам при температуре 20, 160, 200 и 250 С, а также проводились испытания на удельную ударную вязкость. о — > (кгс/мм ) — предел прочности при г сжатии пластиков. Испытания проводились на стандартных образцах по ГОСТ 4651-82. п,„(кгс/мм ) — предел прочности при г статическом изгибе. Испытания проводились на стандартных образцах по ГОСТ

4648-71.

А — (кгс см/см ) — удельная ударная г вязкость пластиков. Испытания проводились на стандартных образцах по ГОСТ

14647-80.

Из приведенных в табл. 1-3 примеров видно, что соотношение компонентов в предлагаемом пропиточном составе является оптимальным.

Примеры 1 — 4 включают компоненты связующего в соотношениях, укаэанных в формуле изобретения, при этом прочностные характеристики пластиков сохраняются на уровне прототипа в диапазоне температур 20-250 С. а жизнеспособность композиции и удельная ударная вязкость композиционных материалов существенно возрастает, Примеры 5-6 являются запредельными по количеству эпоксидной смолы и карбодиимидизованного 4,4 -дифенилметандиизоциа ната, Избыток дииэоцианата и недостаток эпоксида (пример 5) приводит к получению жестких, хрупких полииэоциануратных сеток, образующихся в результате полициклотримеризации диизоцианата

О и г

С rR

3nR,-N=C=O

rC rrC

О м О

Пластик данного состава имеет пониженный уровень прочности при высоком сохранении прочносных свойств в области повышенных температур(74.4 " при 250 С, табл. 3).

Избыток эпоксида и недостаток дииэоцианата (пример 6) отрицательно сказывается на сохранении уровня прочности при повышенных температурах (39,9 при

250 С, табл. 3), вследствие большего вклада в отвержденную систему менее теплостойкой оксазолидиноновой структуры, образующейся в результате взаимодействия эпоксидной и иэоцианатной групп

1г-N=c=QtH с-сн-сН -0й-й-0-cH -cH cH г,, г г, г

0 N с

ll о

Примеры 7-8 являются запредельными по количеству N,N -бис-(диметилкарбамидо)дифенилметана, Введение данного соединения в количестве менее 2,5 мас.ч. (пример 7) отрицательно сказывается на сохранении прочности пластиков при повышенной температуре (25,7 при 250 С, табл. 3), а также не дает существенного роста удельной ударной вязкости пластика.

Введение N,N -бис-(диметилкарбамидо)дифенилметана в количестве более 15 мас.ч. (пример 8) также нецелесообразно, так как вследствие органической растворимости данного продукта в композиции образуется гетерогенная масса, использовать которую для пропитки под давлением невозможно из-за фильтрации взвешенных частиц наполнителем.

Таким образом, использование предлагаемого пропиточного состава в качестве связующего для композиционных материалов позволяет сохранить достигнутый в прототипе уровень прочности в диапазоне температур 20-250 С при увеличении жизнеспособности композиции в 30 — 40 раз.

Значительное увеличение жизнеспособности позволит, во-первых, получать крупногабаритные иэделия, во-вторых, неоднократно использовать связующее в технологическом цикле, что экономически более выгодно и ведет к сокращению отходов производства.

Кроме того, увеличение уровня удельной ударной вязкости пластиков на 20,8 — 35 (табл, 3) по сравнению с прототипом позволит применить предлагаемый пропиточный состав для получения динамически нагруженных элементов летательных аппаратов.

Предлагаемый пропиточный состав отвечает всем требованиям для использования его в технологии пропитки под давлением и мокрой намотки: исходная вязкость при 20 С составляет 200 — 300 сПз, не содержит инертного растворителя, отверждается без выделения летучих продуктов. (56) Авторское свидетельство СССР

М 1822181, кл. С 08 J 5/21, 1991.

2001927

Таблица 1

Компоненты пропиточного состава и композиционных материалов на его основе.

Таблица 2

Физико-химические свойства пропиточного состава.

Э ° °

° ° ° ° . ° ° !

° °

° °

° . °

° °

° ° ° ° °

° Э !

° °

° ° °

° ° ° °! ° °

° ° . ° ° ° ° ° °

° ° !

°:. 1

° б ° °

° ° б

° 1 ° °

° ° °

° 1 °

Ф °

° е

° ° .

° ° 1!

° д ° °! °

° ° Э

° ° ° б!! °

° Э ° ! °

° 11

1! °

° !

° ° ° °

° °! ° °! ° ° <1

° ° °

° °

° °

° °

° !

° °

° ° Э ° 1

° !

° °

1 °

° I

Э ° ° I

Э !

Э °

° ° ° !

Э ° ° !

° в

° ° ° !! °

° ° °

° .. ° ° ° . 1

° ° ° ° ° °