Способ получения листового формовочного материала на основе термореактивных связующих и полых стеклянных микросфер

 

Изобретение относится к технологии изготовления листовых материалов - полуфабрикатов для формования композитных изделий, в том числе многослойных сэндвич-конструкций на основе термореактивных связующих и полых стеклянных микросфер. Композиты перспективны при изготовлении изделий с высокими удельными упруго-прочностными характеристиками. Способ включает приготовление компаунда из этих компонентов в виде гранул с последующей их раскаткой валками или в ленточном прессе в лист требуемой толщины, но предварительно из гранул компаунда в экструдере с щелевой головкой формуют ленту. Эффективность использования материалов наиболее полно проявляется при высоком 60-70 об.% содержании полых стеклянных микросфер. 2 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления листовых материалов (полуфабрикатов) для формования композитных изделий, в т.ч. многослойных (сэндвич) конструкций на основе термореактивных связующих и полых стеклянных микросфер (ПСМ). Композиты на основе ПСМ (синтактики) перспективны при изготовлении изделий с высокими удельными упруго-прочностными характеристиками. Эффективность использования синтактиков наиболее полно проявляется при высоком (60-70 об.%) содержании ПСМ.

Однако повышение степени наполнения материала микросферами до указанного уровня приводит к резкому снижению технологических возможностей переработки материала в однородный с малой пористостью листовой полуфабрикат.

Известен способ (пат. США 3707434, кл. В 32 В 17/04, от 30.11.70 г.) получения листового материала на основе микросфер с дальнейшей переработкой его в многослойную композитную панель, заключающийся в нанесении первого слоя из полиэфирной смолы со стеклянными волокнами и микросферами на лист из полиакриловой смолы с последующим нанесением поверх этого слоя еще одного, состоящего из полиэфирного связующего и полимерных или стеклянных микросфер. Нанесение каждого из слоев может осуществляться, например, напылением.

Главным недостатком этого способа является то, что процесс получения полуфабриката практически совмещен с технологией формования изделия. Другим недостатком является высокая пористость материала и его низкие упруго-прочностные характеристики, что является следствием процесса напыления композиции на основе микросфер. Кроме этого, технология формования изделий в этом случае представляется достаточно сложным и трудоемким технологическим процессом.

Известен также способ (пат. США 4013810, кл. В 32 В 5/18 от 22.03.77 г.) получения плоских заготовок для формования многослойных изделий, заключающийся в том, что смесь полых стеклянных микросфер и раствора термопластичного связующего разливают на подложку полуфабриката силового слоя, затем подсушивают для удаления растворителя и накрывают вторым полуфабрикатом силового слоя, после чего методом горячего прессования в формах получают многослойную сэндвич-конструкцию.

Существенным недостатком этого способа также является совмещение процесса получения компаунда, содержащего микросферы, с процессом изготовления многослойного материала. Кроме этого, использование термопластичных смол, предусматриваемое этой технологией, не может обеспечить высоких механических характеристик композита.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения листового полуфабриката (пат. США 4323623, кл. В 32 В 5/16 от 06.04.82 г. ) на основе термореактивных смол и полых стеклянных микросфер с содержанием последних в композиции до 62 об.%, заключающийся в том, что компаунд, представляющий смесь термореактивного связующего и полых стеклянных микросфер, в виде гранул распределяют между двумя антиадгезионными подложками, например, из тефлона и валками раскатывают в лист требуемой толщины. Из такого формовочного материала затем в комбинации с полуфабрикатами силовых слоев на основе стеклянных, углеродных, арамидных и других волокон методом прямого прессования, а также автоклавного или вакуумного формования изготавливают различные многослойные изделия.

Недостатками этой технологии также остаются высокая пористость полуфабриката и неравномерная плотность синтактика, что приводит к нестабильности физико-механических характеристик материала.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения листового формовочного материала, эластичного, высокотехнологичного в переработке, однородного по плотности, с минимальной пористостью при содержании полых стеклянных микросфер в полуфабрике до 70 об.%.

Технический результат от использования изобретения состоит в получении листового полуфабриката, пригодного для формования композитных высоконагруженных изделий сложных геометрических форм методами вакуумного и автоклавного формования, прямого и литьевого прессования.

Этот результат достигается тем, что в известном способе изготовления листового формовочного материала на основе термореактивных связующих и полых стеклянных микросфер, включающем приготовление компаунда из этих компонентов в виде гранул с последующей их раскаткой, например валками или в ленточном прессе в лист требуемой толщины, предварительно из гранул компаунда в экструдере с щелевой головкой формуют ленту.

Ниже приводится пример осуществления способа, поясняемый чертежами (фиг. 1, 2).

На первой стадии технологического процесса осуществляют приготовление гранул компаунда из эпоксидного связующего, представляющего собой композицию на основе эпоксидиановых смол (ЭД-20, КДА) с латентной системой отвердителей (дициандиамин с бис-(N,N -диметилкарбамид)-дифенилметан) и полых стеклянных микросфер марки МС-ВП-А9 с содержанием последних в компаунде 68-70 об.%. После высушивания компаунд подвергают дроблению с помощью фрез на более мелкие фрагменты (гранулы), подаваемые затем в бункер 1 экструдера 2, в котором при температуре ~90^oС происходит расплавление компаунда и формирование из него посредством щелевой головки 3 ленты 4 с размером поперечного сечения h₁=10 и b₁=100 мм. За щелевой головкой экструдера на нижнюю и верхнюю поверхности ленты посредством роликов 5 накладывают разделительные пленки 6 из термопластичного материала. Ленту направляют в валковое устройство, в котором при помощи обогреваемых валков 7 ее раскатывают в непрерывный лист 8 (фиг. 2) толщиной h₄= 2 мм и шириной b₄=500 мм. После валкового устройства полуфабрикат 8 охлаждают в камере 9 и при помощи тянущих валков 10 подают на узел резки материала на листы заданных размеров.

Разработанный способ позволяет изготавливать листовые полуфабрикаты различной толщины (0,5÷10 мм) и ширины до 1000 мм. Пористость композита на основе ПСМ не превышает 1,5 об.%, а разброс плотности материала менее 5%. Листовой формовочный материал по данной технологии может изготавливаться практически на всех видах термореактивных связующих (эпоксидных, полиэфирных, фенолформальдегидных, кремнийорганических и др.). При использовании латентной системы отверждения предлагаемый способ позволяет получать листовой формовочный полуфабрикат с длительной жизнеспособностью, что дает возможность поставлять готовый к переработке в изделие материал потребителю, освобождая его от необходимости иметь технологический участок по приготовлению синтактика.

Формула изобретения

Способ получения листового формовочного материала на основе термореактивных связующих и полых стеклянных микросфер, включающий приготовление компаунда из этих компонентов в виде гранул с последующей их раскаткой валками или в ленточном прессе в лист требуемой толщины, отличающийся тем, что предварительно из гранул компаунда в экструдере с щелевой головкой формуют ленту.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2