Способ изготовления композиционных органопластов

 

Использование: в авиационной, химической промышленности и других областях техники, где предъявляются высокие требования к трансверсальной прочности композиционных материалов. Сущность изобретения:ароматическое полиамидное волокно марки СВМ предварительно обрабатывают полярным апротонным растворителем, например диметилформамидом или диметилсульфоксидом, или смесью полярного апротонного и неполярного растворителя, до усадки волокна на 0,5 5% исходной длины. После удаления оставшегося в набухшем волокне растворителя волокно пропитывают эпоксидным связующим и формуют органопласт известными методами. Прочность на раздир полученных органопластов в зависимости от типа использованного полярного апротонного растворителя, степени усадки волокна и вида эпоксидного связующего составляет 960 2700 Н/м. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии изготовления полимерных композиционных материалов, а именно органопластов, и может быть использовано в авиационной, химической промышленности и других областях техники.

Известны способы изготовления композиционных материалов на основе волокон из жесткоцепных ароматических полимеров и эпоксидных связующих, предусматривающие пропитку волокна эпоксидным связующим [1] Полученные таким образом материалы используются как конструкционные в различных областях техники.

Их основной недостаток склонность к расслаиванию под действием механических напряжений.

Известен способ получения композиционного полимерного материала на основе ароматического полиамидного волокна и эпоксидного связующего, согласно которому полимерное волокно предварительно обрабатывают аппретирующим составом путем погружения или нанесения на волокно до образования на нем пленки мономолекулярной толщины. Обработанное волокно добавляют к термостойкому полимеру, например полиэпоксиду и получают материал с высокой трансверсальной прочностью [2] Среди волокон, относящихся к классу жесткоцепных полигетероариленов, хорошими физико-механическими показателями обладает высокомодульное волокно СВМ [3] Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления композиционных органопластов, включающий формирование препрега пропиткой ароматического полиамидного волокна марки СВМ на основе полигетероариленов эпоксидным связующим и сборку пакета из слоев препрега с последующим формирова- нием [4] Получаемые на его основе органопластики являются высокопрочными, теплостойкости конструкционными материалами с малым удельным весом. Однако склонность к расслаиванию под действием механических напряжений ограничивает использование органопластиков на основе волокна СВМ и эпоксидного связующего в ряде областей техники, когда предъявляются высокие требования к трансверсальной прочности материалов.

Целью изобретения является повышение трансверсальной прочности органопласта путем изменения надмолекулярной структуры волокна СВМ, приводящего к улучшению сцепления волокна с эпоксидным связующим.

Для этого в способе изготовления композиционных органопластов, включающем формирование препрега пропиткой ароматического полиамидного волокна марки СВМ на основе полигетероариленов эпоксидным связующим и сборку пакета из слоев препрега с последующим формованием, волокно перед пропиткой связующим обрабатывают полярным апротонным растворителем или смесью полярного апротонного растворителя и неполярного раcтворителя до достижения усадки 0,5-5% исходной длины с последующим удалением растворителя.

В качестве полярного апротонного растворителя используют диметилформамид или диметилсульфоксид. В качестве неполярного растворителя используют хлороформ.

П р и м е р 1. Из ткани сатинового переплетения, изготовленной из волокна СВМ, и эпоксидного связующего на основе эпоксидиановой смолы ЭД-20 cогласно предлагаемому способу формуют двухслойные образцы органопласта.

Ткань погружают на 20 мин в перегнанный ДМФА, затем последовательно промывают 3 мин в н-гексане и 5 мин в хлороформе. Усадку ткани контролируют по ходу обработки, ограничивая ее величиной 5% от исходных линейных размеров. Промытую ткань сушат в вакууме при 353 К и пропитывают раствором связующего в смеси, состоящей из равных объемов этилового спирта и ацетона. В качестве связующего берут, например, смесь 100 мас.ч. смолы ЭД-20, 15 мас.ч. метафенилендиамина и 15 мас.ч. дибутилфталата. Пропитанную ткань сушат на воздухе до полного испарения спирта и ацетона. Два слоя полученного препрега совмещают и формуют при давлении 2x10⁵ Па в течение 60 мин при 363 К и 300 мин при 393 К. Получаемые образцы органопласта содержат 60% по массе волокна СВМ. Прочность на раздир, измеренная на разрывной машине 2054 Р-5 на Т-образных образцах шириной 10-20 мм, составляет f ± 1700-300 Н/м. Прочность на раздир образцов из необработанной ткани f ± 610-40 Н/м.

П р и м е р 2. Из обработанной как описано в примере 1 ткани и эпоксидного связующего марки 5-211 БН формуют двухслойные и многослойные образцы органопласта. Прочность на раздир полученных образцов f ± 2700 Н/м, прочность на сдвиг σ_cд. 42 МПа. Для аналогичных образцов, изготовленных из необработанной ткани, f ± 1300 Н/м, σ_cд. 32 МПа.

П р и м е р 3. Ткань СВМ погружают на 15 мин в ДMCO, промывают 3 мин в петролейном эфире и 5 мин в хлороформе, ограничивая усадку величиной 3% Промытую ткань сушат в вакууме при 353 К и пропитывают описанным в примере 1 связующим. Из полученного препрега формуют как описано в примере 1 двухслойные образцы органопласта с прочностью на раздир f 1230 ± 80 Н/м.

П р и м е р 4. 10 слоев ткани СВМ складывают в пакет, пропитывают раствором, состоящим из равных объемов диметилформамида и хлороформа, помещают в пресс и выдерживают 240 мин под давлением 2,5 ˙ 10³ Па при комнатной температуре. Растворитель удаляют из волокна сушкой в вакууме при 353 К. Усадка ткани при этих условиях составляет 5% Из обработанной ткани и связующего формуют двухслойные образцы органопласта как описано в примере 1, с прочностью на раздир f ± 1200-80 Н/м.

П р и м е р 5. Ткань погружают в ДMCО на 15 мин, промывают 5 мин в гексане и 15 мин в хлороформе. Усадка ткани составляет 0,5% Промытую ткань сушат в вакууме при 353 К. Из обработанной ткани и эпоксидного связующего формуют двухслойные образцы органопласта как описано в примере 1 с прочностью на раздир f ± 960-90 Н/м.

П р и м е р 6. Ткань СВМ погружают на 15 мин в ДMCО, промывают 5 мин в гексане и 15 мин в хлороформе. Усадку ткани ограничивают величиной 6% от исходных линейных размеров. Промытую ткань сушат в вакууме при 353 К. Из обработанной ткани и эпоксидного связующего формуют двухслойные образцы органопласта как описано в примере 1 с прочностью на раздир f ± 1800-300 Н/м. Однако прочность на разрыв снижается при этом в сравнении с образцами из необработанной ткани в два раза.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ОРГАНОПЛАСТОВ, включающий формирование препрега пропиткой ароматического полиамидного волокна марки СВМ на основе полигетероариленов эпоксидным связующим, сборку пакета из слоев препрега с последующим формованием, отличающийся тем, что волокно перед пропиткой связующим обрабатывают полярным апротонным растворителем или смесью полярного апротонного растворителя и неполярного растворителя до достижения усадки 0,5 5% от исходной длины с последующим удалением растворителя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полярного апротонного растворителя используют диметилформамид или диметилсульфоксид.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве неполярного растворителя используют хлороформ.