Препрег

 

Использование: изобретение относится к получению композиционных материалов, в частности стеклопластиков, предназначенных для изготовления вкладышей стопы и голени. Задачей изобретения является разработка эпоксифенольного связующего для препрега с относительно низкой температурой формования при сохранении его длительной жизнеспособности и прочностных характеристик готового стеклопластика. Препрег содержит стеклоткань Т-13 (400 - 405 мас. ч.), эпоксидиановый олигомер ЭД-20 (100 мас. ч.), фенольную смолу СФ-341 А (65 - 70 мас. ч.), растворитель - спирто-ацетоновую смесь (170 мас. ч. ) и комплекс трехфтористого бора с изофорондиамином (1,5 - 2 мас. ч.) формулы 1 табл.

Изобретение относится к получению композиционных материалов, в частности, стеклопластиков конструкционного назначения, предназначенных для изготовления изделий в протезной промышленности.

Известна эпоксидная композиция для производства стеклопластиков - Х. Ли, К. Невилл. Справочное руководство по эпоксидным смолам. Пер. с англ. Под ред. Н. В. Александрова. - М.: Энергия, 1973 г. - С. 305. - аналог. Готовый материал обладает высокими прочностными характеристиками и устойчив к действию циклических температур и влажности. Однако повышенная жесткость материала /динамический модуль сдвига в пределах: 7,9-8,3 ГПа/ ограничивает его применение в качестве функциональных элементов протезного назначения, в частности вкладышей протезов стопы и голени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является препрег на основе стеклотканного армирующего материала и эпоксифенольного связующего - Лапицкий В.А., Крицук А.А. Физико-механические свойства эпоксидных полимеров и стеклопластиков. - Киев, Наук. думка, 1986 г. - С. 42 - прототип, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: стеклоткань Т-13 - 400 эпоксидиановый олигомер ЭД-20 - 100 резольная фенолформальдегидная смола СФ-341 А - 70 спирто-ацетоновая смесь - 170 Полученный из него стеклопластик обладает высокими прочностными показателями: разрушающее напряжение при растяжении σ_р- 370 МПа; при изгибе σ_из- 290 МПа и допустимыми значениями жесткости /динамический модуль сдвига равен 7,2 ГПа/. Связующее препрега-прототипа имеет длительную жизнеспособность, которая при нормальных условиях лимитируется интенсивностью испарения спирто-ацетоновой смеси и составляет не менее 36 ч. Вместе с этим для реализации вышеуказанных эксплуатационных характеристик стеклопластика его формование проводится при температуре не ниже 150^oC.

Задачей изобретения является разработка эпоксифенольного связующего для препрега стеклопластика с относительно низкой температурой формования при сохранении его жизнеспособности.

Указанная задача достигается тем, что в отличие от известного, включающего стеклоткань, эпоксидиановый олигомер, резольную фенолформальдегидную смолу и спиртоацетоновую смесь, - предлагаемый дополнительно содержит кислотный катализатор отверждения - комплекс трехфтористого бора с изофорондиамином формулы при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: стеклоткань Т-13 - 400-405
эпоксидиановый олигомер ЭД-20 - 100
резольная фенелформальдегидная смола СФ 341 А - 65-70
спирто-ацетоновая смесь - 170
комплекс трехфтористого бора с изофорондиамином - 1,5-2,0
Армирующим материалом в препреге служила стеклоткань марки Т-13 полотняного переплетения - ГОСТ 19170-73.

В качестве основы связующего препрега используют эпоксидиановый олигомер марки ЭД-20 ГОСТ 10567-63.

В качестве отвердителя связующего используют фенольную смолу резольного типа марки СФ 341 А ГОСТ 18694-80.

Растворителем для связующего используют спирто-ацетоновую смесь при соотношении 1: 1 ректификованного этилового спирта ГОСТ 5962-67 и технического ацетона ГОСТ 2603-71 соответственно.

В качестве кислотного катализатора отверждения используют комплекс трехфтористого бора с изофорондиамином, полученный следующим образом. В колбу емкостью 500 мл, снабженную мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой, термометром и вводом аргона загружают 5 г /0,032 моля/ изофорондиамина, 150 мл циклогексанола и нагревают при перемешивании в токе аргона при 50-60^oC до полного растворения изофорондиамина. Далее содержимое колбы охлаждали до 35-40^oC и при этой температуре из капельной воронки малыми порциями добавляют 18,2 г /0,128 моля/ эфирата трехфтористого бора. После тщательного перемешивания и охлаждения содержимое колбы дополнительно перемешивают при нормальных условиях в течение двух часов, а затем добавляли 100 мл циклогексана и выпавший осадок отфильтровывали. Полученный порошок сушат под вакуумом 5 торр при 20^oC до постоянного веса. Комплекс представляет собой порошок сероватого цвета с мол.м. 292, содержание азота 9,72%, трехфтористого бора 44,8%, температурой разложения 185^oC. Хорошо растворяется в спиртах, кетонах, гликолях и легко совмещается с эпоксидными смолами. Строение полученного вещества доказано ЯМР ¹³С и ИК-спектрами.

Связующее для препрега готовили в реакторе путем загрузки эпоксидианового олигомера ЭД-20 и резольной фенолформальдегидной смолы СФ 341 А. После тщательного перемешивания при нормальных условиях добавляют спирто-ацетоновую смесь и комплекс трехфтористого бора с изофордиамином. Приготовленное связующее заливают в ванну пропиточной машины и далее обычным методом получают пропитанную стеклоткань /препрег/ на основе армирующего материала Т-13.

Полученный материал перерабатывают в изделие методом автоклавного формования:
разряжение в вакуумном чехле - 0,08 МПа
избыточное давление в автоклаве - 0,3 МПа
режим отверждения - 100^oC 4 ч
Составы и свойства каждой композиции в сравнении с известной приведены в таблице.

Существенным отличием заявляемого состава препрега от известного - прототипа является наличие в нем комплекса трехфтористого бора с изофорондиамином, взятого в количестве 1,5-2,0 мас.ч., что позволяет в условиях автоклавного формования снизить температуру отверждения препрега на 50^o. Наряду с этим физико-механические свойства полученного стеклопластика в пределах заявляемого соотношения реализуются на уровне прототипа.

Выходить за пределы содержания кислотного катализатора 1,5-2,0 мас. ч. в препреге нецелесообразно, так как при этом свойства готового стеклопластика ухудшаются.

Формула изобретения

Препрег, содержащий стеклоткань Т-13 и эпоксифенольное связующее, включающее эпоксидиановый олигомер ЭД-20, отвердитель - резольную фенолформальдегидную смолу СФ-341А, спирто-ацетоновую смесь и кислотный катализатор отверждения, отличающийся тем, что в качестве кислотного катализатора отверждения он содержит комплекс трехфтористого бора с изофорондиамином формулы

при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Стеклоткань Т-13 - 400 - 405
Эпоксидиановый олигомер ЭД-20 - 100
Резольная фенолформальдегидная смола СФ-341А - 65 - 70
Спирто-ацетоновая смесь - 170
Комплекс трехфтористого бора с изофорондиамином - 1,5 - 2,0л

РИСУНКИ

Рисунок 1