Способ обработки волокнистых армирующих наполнителей композиционных материалов
Владельцы патента RU 2630515:
Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к способу обработки волокнистых армирующих наполнителей композиционных материалов и может быть использовано при производстве композиционных материалов фрикционного назначения. Обработку поверхности волокнистых армирующих наполнителей осуществляют раствором фенолформальдегидной смолы резольного типа и неионогенного поверхностно-активного вещества в изопропаноле при медленном перемешивании в вакуумном реакторе. Далее осуществляют сушку под вакуумом до полного удаления изопропанола. 1 з.п. ф-лы.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу обработки волокнистых армирующих наполнителей композиционных материалов и может быть использовано при производстве композиционных материалов фрикционного назначения.
Уровень техники
Известно, что при формовании композиционных материалов фрикционного назначения на основе твердых фенолформальдегидных смол время пребывания фенолформальдегидной смолы (ФФС) в расплавленном (жидком) состоянии не превышает нескольких минут [А. Бахман, К. Мюллер. Фенопласты. Пер. с нем. - М.: Химия, 1978. - 288 с.]. Для получения высокого уровня прочностных и трибологических характеристик композиционного материала необходимо, чтобы в течение времени пребывания фенолформальдегидной смолы в расплавленном (жидком) состоянии она заполнила промежутки между частицами наполнителей, в том числе волокнистых армирующих наполнителей, и образовала химические или физико-химические связи между поверхностью волокнистых армирующих наполнителей и смолой. Высокая поверхностная энергия не подготовленных соответствующим образом волокнистых армирующих наполнителей снижает скорость и полноту процесса взаимодействия расплава фенолформальдегидных смол с поверхностью волокнистых армирующих наполнителей [Функциональные наполнители для пластмасс./ Под ред. М. Ксантоса. Пер. с англ. - Спб.: Научные основы и технологии, 210. - 462 с.], что приводит к снижению уровня прочностных и трибологических характеристик композиционных материалов фрикционного назначения.
Известные способы подготовки армирующих волокнистых наполнителей заключаются в аппретировании (замасливании) волокон в процессе вытяжки волокон или как дополнительная стадия. Аппреты (замасливатели) облегчают взаимодействие расплава ФФС с поверхностью волокон, но в то же время не содержат в своем составе ФФС. Аппретированные волокна в процессе формования композиционных материалов лишь в малой степени способны взаимодействовать с частицами порошковых наполнителей композиционных материалов фрикционного назначения (содержание порошковых наполнителей до 70-80 мас.%).
Известен способ подготовки армирующих волокнистых наполнителей для создания препрега [1], однако сфера его применения ограничена замасливателем «парафиновая эмульсия», не применимым для волокон, использующихся для производства композиционных материалов фрикционного назначения.
Раскрытие изобретения
Цель изобретения - нанесения на поверхность волокнистых армирующих наполнителей слоя фенолформальдегидной смолы, снижение поверхностной энергии волокнистых армирующих наполнителей, повышение прочностных и эксплуатационных свойств композиционных материалов фрикционного назначения.
Технический результат - снижение количества подаваемого изопропанола, и соответственно, снижение энергозатрат на сушку.
Дополнительные результаты состоят в том, что:
- способ обеспечивает формирование на волокнах тонкого слоя ФФС, что повышает полноту взаимодействия расплава фенолформальдегидной смолы с волокном в процессе формования и, как следствие, качество формованных композиционных материалов фрикционного назначения;
- способ исключает создание дисперсии волокнистых армирующих наполнителей в растворе ФФС в изопропаноле, что значительно уменьшает время сушки и энергозатраты на нее;
- способ позволяет исключить попадание вредных компонентов фенолформальдегидных смол (свободный фенол, свободный формальдегид) в атмосферу рабочих помещений, что повышает безопасность труда работников.
Вышеуказанные результаты достигнуты благодаря тому, что предложенный способ обработки волокнистых армирующих наполнителей композиционных материалов, включающий в себя обработку поверхности волокнистых армирующих наполнителей 5-20% масс. раствором фенолформальдегидной смолы (ФФС) резольного типа и 0.02-0.05% масс. высокоэффективного неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в изопропаноле при медленном перемешивании волокнистых армирующих наполнителей в вакуумном реакторе при скоростях, исключающих войлокообразование, и абсолютном давлении в реакторе 0,1-0,5 Бар и последующую сушку под вакуумом до полного удаления изопропанола, в котором подачу упомянутого раствора осуществляют через центробежные форсунки, выполненные с возможностью формировать мелкодисперсный аэрозоль упомянутого раствора.
Для уменьшения слипания волокнистых армирующих наполнителей подачу вышеупомянутого раствора и сушку под вакуумом могут осуществлять неоднократно при снижении единовременно подаваемого количества вышеупомянутого раствора и увеличении количества циклов нанесение раствора-сушка.
Вышеописанный способ поясняется ниже на примере конкретного варианта воплощения.
Осуществление изобретения
Волокнистые армирующие наполнители или их смеси обрабатываются раствором фенолформальдегидной смолы (ФФС) резольного типа и высокоэффективного неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в изопропаноле, причем нанесение раствора производится через центробежные форсунки при медленном перемешивании волокнистых армирующих наполнителей в вакуумном реакторе и абсолютном давлении в реакторе 0,1-0,5 Бар, при этом скорость вращения мешалки реактора устанавливают так, чтобы не допускать образования войлокоподобных структур волокнистых армирующих наполнителей. Для избежания нанесения избыточного количества раствора ФФС и ПАВ в изопропаноле, что может привести к слипанию волокнистых армирующих наполнителей и/или существенному увеличению времени сушки, что сопряжено с значительным расходом тепловой энергии на испарение избыточного количества изопропанола, применяются центробежные форсунки, обеспечивающие получение мелкодисперсного аэрозоля раствора ФФС и ПАВ в изопропаноле. При попадании капель аэрозоля на волокна происходит растекание раствора по поверхности волокон, и после удаления изопропанола (сушки) на поверхности волокон образуется тонкий слой твердой ФФС.
Удаление изопропанола производится путем сушки смеси под вакуумом при снижении давления до 0.05 Бар при медленном перемешивании волокнистых армирующих наполнителей и нагреве содержимого реактора до 40-50°С путем подачи в рубашку реактора теплоносителя с температурой 50-60°С.
Вакуум создается водокольцевым насосом с замкнутым циклом водооборота, исключающем попадание фенола и формальдегида в атмосферу, с последующей химической их дезактивацией.
1. Способ обработки волокнистых армирующих наполнителей композиционных материалов, включающий в себя обработку поверхности волокнистых армирующих наполнителей 5-20 мас.% раствором фенолформальдегидной смолы (ФФС) резольного типа и 0.02-0.05 мас.% высокоэффективного неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в изопропаноле при медленном перемешивании волокнистых армирующих наполнителей в вакуумном реакторе при скоростях, исключающих войлокообразование, и абсолютном давлении в реакторе 0,1-0,5 Бар и последующую сушку под вакуумом до полного удаления изопропанола, в котором подачу упомянутого раствора осуществляют через центробежные форсунки, выполненные с возможностью формировать мелкодисперсный аэрозоль упомянутого раствора.
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что подачу вышеупомянутого раствора и сушку под вакуумом осуществляют неоднократно при снижении единовременно подаваемого количества вышеупомянутого раствора и увеличении количества циклов нанесение раствора-сушка.
