Полимерный композит и способ его получения

Изобретение относится к углерод-полисульфоновым полимерным композитам, в частности к углепластикам на основе полисульфона, которые применяются в космической технике, авиа-, вертолето-, автомобилестроении, аддитивных технологиях. Полимерный композит на основе полисульфона и армирующих углеродных лент или волокон, аппретированных сополигидроксиэфиром, в качестве аппрета содержит термопластичный сополимер - сополигидроксиэфир на основе ди(4-оксифенил)-сульфона, ди(4-оксифенил)-пропана и 3-хлор-1,2-эпоксипропана с молекулярной массой 30-50 тыс. Также изобретение относится к способу получения углерод-полисульфонового полимерного композита, включающему аппретирование углеродных лент или волокон путем нанесения аппретирующего материала - сополигидроксиэфира на основе ди(4-оксифенил)-сульфона, ди(4-оксифенил)-пропана и 3-хлор-1,2-эпоксипропана с молекулярной массой 30-50 тыс. из раствора с массовой концентрацией 2,5-6 % в органических легколетучих растворителях и прессование на гидропрессе под давлением 1,0-2,0 МПа при температуре 225-245°С в течение 30 минут. Технический результат заключается в получении углерод-полисульфонового полимерного композита на основе полисульфона, армированного углеродными наполнителями (ленты и волокна) с более высокими значениями прочности на сжатие. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к углеродсодержащим полимерным композитам, в частности к углепластикам на основе полисульфонов, которые применяются в космической технике, авиа-, вертолето-, автомобилестроении, аддитивных технологиях.

Известно, что на эксплуатационные свойства полимерных композитов сильное влияние оказывают наряду со свойствами армирующих углеродных волокон и матриц, также, и граничные взаимодействия на границе раздела фаз, определяющие прочность сцепления волокон с полимерной матрицей [Э.С. Зеленский, А.М. Куперман, Ю.А. Горбаткина, В.Г. Иванова-Мумжиева, А.А. Берлин. Армированные пластики - современные конструкционные материалы. // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2001, т. XLV. - №2. - с. 56-74.].

При формировании структуры углепластиков важной проблемой является уменьшение количества образующихся пустот на границе волокно-полимер из-за низкой смачиваемости углеродного наполнителя полимерной матрицей [Справочник по композиционным материалам. Кн. 1. - Под ред. Дж. Любина. - Пер. с англ. - М.: «Машиностроение». - 1988. - с. 142.]. Указанное является причиной понижения прочностных свойств, например, прочности композита на сжатие.

Известны полимерные композиции [Патент РФ №2201423 от 27.03.2003 г. Полимерное связующее и высокопрочные термостойкие композиционные материалы на его основе. Авторы: Глухова С.С., Гуняев Г.М., Давыдова И.Ф., Минаков В.Т. Каблов Е.Н., Кавун Н.С., Панина Т.В., Пономарев И.И., Раскутин А.Е., Румянцев А.Ф., Сидоренко В.И.], полученные на основе полимерного связующего (аппрет) и стеклоткани или углеродного наполнителя. На первом этапе получают олигомерное связующее реакцией тетранитрила ароматической тетракарбоновой кислоты и ароматического бис-о-цианамина при температурах 170-180°С. Связующее находится в порошкообразном состоянии.

К недостаткам указанного решения можно отнести сложность процесса синтеза связующего. При недостаточно высокой степени превращения мономеров при синтезе олигомера, может произойти выделение побочных низкомолекулярных продуктов реакции при совмещении связующего с наполнителем при высоких температурах, и это приведет к образованию пустот в композиционном материале, следствием чего будет понижение прочностных свойств материала. Кроме этого, аппреты в виде порошков могут неравномерно покрывать поверхность наполнителей.

Известен способ аппретирования углеродного волокна [Патент РФ №2054015. Способ аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика Опубл. 1996 г. Авторы: Головкин B.C., Шибанов А.К., Степанова М.И.]. По предлагаемому способу, проводят смешение с растворителем блоксополимера, который состоит из звеньев бисметакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокситриэтиленгликольфталата, далее идет пропитка углеродного наполнителя с последующей сушкой для удаления растворителя и полимеризация пленки аппрета на волокне, отличающийся тем, что смешение осуществляют в воде с одновременным воздействием ультразвукового излучения при частоте от 15 до 44 кГц в течение 5-14 минут.

Основными недостатками этого способа являются применение водных растворов блоксополимеров для смачивания гидрофобных поверхностей углеродного волокна и последующая полимеризация на поверхности наполнителя. При этом может иметь место неравномерное смачивание наполнителя, и как следствие, ухудшение свойств получаемого углепластика.

Известен полимерный композиционный материал [Патент РФ №2057767. Полимерный композиционный материал. Опубл. 10.04.1996. Авторы: Головкин B.C., Шибанов А.К., Степанова М.И., Антонов В.В.] на основе полисульфоновой матрицы и углеродных армирующих волокон. Для получения аппрета углеродной ленты, мономеры - диэтиленгликоль, метакриловую кислоту, бензолсульфокислоту в виде смеси в воде наносят на поверхность углеродных волокон и проводят реакцию сополимеризации при 115-125°С в течение 60 минут. Полимерный композит готовят сборкой пакета из заготовок углеродной ленты и полисульфона в виде пленки в разных соотношениях, прессуют пакет при температуре 295°С в течение 45 минут под давлением 2,0 МПа.

Недостатком этого решения является применение водной среды для нанесения на углеродную ленту смеси мономеров. Ввиду того, что углеродные волокна и ленты являются гидрофобными материалами, технологически сложно добиться равномерного распределения водного раствора смеси мономеров. При проведении полимеризации может иметь место неполное превращение мономеров, и это приведет к образованию и выделению воды на других этапах получения полимерного композита, при этом на границе полимер-углеволокно будут накапливаться поры и снижаться прочностные характеристики. Присутствие в водной среде бензолсульфокислоты может также приводить к образованию ионов, что может понизить диэлектрические свойства.

Наиболее близким к предлагаемому решению является полимерный композиционный материал и способ его получения [Патент РФ №2536969. Полимерный композиционный материал и способ его получения. Опубл. 27.12.2014. Авторы: Беева Д.А., Бейдер Э.Я., Микитаев А.К., Беев А.А.] на основе полисульфоновой матрицы и углеродных армирующих волокон. По этому патенту получают полимерный композиционный материал на основе полисульфона и армирующих углеродных лент или волокон, отличающийся тем, что в качестве аппрета используют термопластичный полигидроксиэфир на основе 4,4'-диоксидифенилпропана (ДОФП, бисфенол А) с молекулярной массой 50-60 тысяч.

Недостатком этого решения является недостаточно высокие значения прочности на сжатие полимерных композитов.

Задача настоящего изобретения заключается в получении углерод-полисульфонового полимерного композита на основе полисульфона, армированного углеродными наполнителями (ленты и волокна) с более высокими значениями прочности на сжатие и разработка способа его получения.

Поставленная задача достигается тем, что полимерный композит, армированный углеродными лентами или волокнами получают предварительной обработкой углеродной ленты или волокна аппретирующим материалом - сополигидроксиэфиром на основе ди(4-оксифенил)-сульфона (ДОФСн), ди(4-оксифенил)-пропана (ДОФП) и 3-хлор-1,2-эпоксипропана формулы:

с молекулярной массой 30-50 тыс. в виде 2,5-6%-х растворов в легколетучих органических растворителях (хлороформ, 1,4-диоксан, тетрагидрофуран, 1,2-дихлорэтан, растворитель 646, метиленхлорид, и др.). Такая обработка термопластичным аппретом - сополигидроксиэфиром улучшает смачиваемость углеродного наполнителя полисульфоном из-за повышения полярности сополигидроксиэфира по сравнению с гомополимером на основе ди(4-оксифенил)-пропана, позволяет снизить температуру прессования на 10-25°С, а также многократно проводить при необходимости термообработку без изменения свойств аппрета. Углеродный наполнитель покрывают аппретирующим составом путем распыления либо окунания, затем высушивают до постоянной массы и собирают пакет, чередуя наполнитель с пленкой полисульфона и прессуют на гидропрессе под давлением 1,0-2,0 МПа при температурах 225-245°С в течение 30 минут.

Пример 1. Получение полимерного композиционного материала на основе промышленного полисульфона ПС-Н в качестве матрицы и армирующих углеродных лент предварительным аппретированием наполнителей. Готовят аппретирующий состав: 1%-й раствор термопластичного сополигидроксиэфира на основе ди(4-оксифенил)-сульфона (ДОФСн) и ди(4-оксифенил)-пропана (ДОФП) и 3-хлор-1,2-эпоксипропана с молекулярной массой 30-50 тыс., в метиленхлориде, которым пропитывают углеродные ленты или волокна. Пропитанный наполнитель высушивают до постоянной массы, собирают пакет из слоев пленочного полисульфона и аппретированной углеродной ленты, прессуют при температуре 240°С в течение 30 минут, охлаждают. Свойства полученного углекомпозита приведены в таблице.

Пример 2. По примеру 1, в качестве аппретирующего состава применяют 2,5%-й раствор термопластичного сополигидроксиэфира на основе основе ди(4-оксифенил)-сульфона (ДОФСн) и ди(4-оксифенил)-пропана (ДОФП) и 3-хлор-1,2-эпоксипропана с молекулярной массой 30-50 тыс. в хлороформе, которым пропитывают углеродные ленты или волокна. Свойства полученного углекомпозита приведены в таблице.

Пример 3. По примеру 1, в качестве аппретирующего состава применяют 4%-й раствор термопластичного сополигидроксиэфира основе ди(4-оксифенил)-сульфона (ДОФСн) и ди(4-оксифенил)-пропана (ДОФП) и 3-хлор-1,2-эпоксипропана с молекулярной массой 30-50 тыс. в 1,2-дихлорэтане. Свойства углекомпозита приведены в таблице.

Пример 4. По примеру 1, в качестве аппретирующего состава применяют 6%-й раствор термопластичного сополигидроксиэфира на основе основе ди(4-оксифенил)-сульфона (ДОФСн) и ди(4-оксифенил)-пропана (ДОФП) и 3-хлор-1,2-эпоксипропана с молекулярной массой 30-50 тыс. в 1,4-диоксане. Свойства углекомпозита приведены в таблице.

Пример 5. По примеру 1, в качестве аппретирующего состава применяют 8%-й раствор термопластичного сополигидроксиэфира основе ди(4-оксифенил)-сульфона (ДОФСн) и ди(4-оксифенил)-пропана (ДОФП) и 3-хлор-1,2-эпоксипропана с молекулярной массой 30-50 тыс. в растворителе 646. Свойства углекомпозита приведены в таблице 1.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении прочности на сжатие полисульфонового углепластика на 46-60% за счет введения термопластичного аппрета - сополигидроксиэфира на основе ди(4-оксифенил)-сульфона, ди(4-оксифенил)-пропана и 3-хлор-1,2-эпоксипропана, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает граничные взаимодействия между наполнителем и полисульфоновой матрицей.

1. Полимерный композит на основе полисульфона и армирующих углеродных лент или волокон, аппретированных сополигидроксиэфиром, отличающийся тем, что в качестве аппрета используют термопластичный сополимер - сополигидроксиэфир на основе ди(4-оксифенил)-сульфона, ди(4-оксифенил)-пропана и 3-хлор-1,2-эпоксипропана с молекулярной массой 30-50 тыс. формулы:

2. Способ получения углерод-полисульфонового полимерного композита, включающий аппретирование углеродных лент или волокон путем нанесения аппретирующего материала - сополигидроксиэфира на основе ди(4-оксифенил)-сульфона, ди(4-оксифенил)-пропана и 3-хлор-1,2-эпоксипропана с молекулярной массой 30-50 тыс. из раствора с массовой концентрацией 2,5-6% в органических легколетучих растворителях и прессование на гидропрессе под давлением 1,0-2,0 МПа при температуре 225-245°С в течение 30 минут.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу обработки волокнистых армирующих наполнителей композиционных материалов и может быть использовано при производстве композиционных материалов фрикционного назначения.

Изобретение относится к способу модификации нити полиэтилентерефталата (ПЭТФ) функциональными добавками для повышения термо-, фото-, износо- и гидролитической стойкости.

Изобретение относится к сверхвысокомолекулярным высокопрочным высокомодульным полиэтиленовым волокнам (СВМПЭ-волокна), а именно к области улучшения физико-механических характеристик волокон: к снижению их ползучести и увеличению модуля упругости.

Изобретение относится к технологии получения объемно-армированных углерод-углеродных композиционных материалов, в частности к приготовлению композиций для пропитки углеродных волокон, и может быть использовано при производстве эррозионно-стойких теплозащитных деталей в авиационной, ракетно-космической и химической отраслях промышленности.

Изобретение относится к области получения суперпрочных легких композиционных материалов (КМ) на основе полимерных наполнителей, в частности многофиламентных высокопрочных высокомодульных полиэтиленовых (ВВПЭ) волокон и полимерных связующих, которые могут быть использованы в судостроении, авиастроении, химической промышленности, в том числе для изготовления материалов баллистической защиты.

Изобретение относится к области изготовления упрочняющих элементов, вводимых в изделия на основе каучука - приводных ремней, шлангов, автомобильных шин. .

Изобретение относится к технологии изготовления композиционного материала на основе термопластичных матриц и может быть использовано в машиностроении для изготовления деталей узлов трения.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении наполнителей для пластмасс, бумаги, резиновых смесей, волокон и текстильных композиций.

Изобретение относится к технологии получения углеродных волокон, в частности к составам для их аппретирования. .

Изобретение относится к композиционным материалам, предназначенным для аддитивных технологий производства изделий. Композиционный материал включает следующие компоненты при их соотношении, масс.

Изобретение относится к способу получения композиционного материала на основе полифениленсульфона, применяемого в качестве суперконструкционного полимерного материала для аддитивных 3D технологий.

Изобретение относится к применению композиционного материала в качестве суперконструкционного полимерного материала для аддитивных 3D-технологий методом послойного наплавления (FDM).

Настоящее изобретение относится к бис(сульфонил)алканолсодержащему простому политиоэфиру, где бис(сульфонил)алканолсодержащий простой политиоэфир включает фрагмент формулы (1): –A–R9–S(O)2–R10–CH(–OH)–R10–S(O)2–R9–A– (1), в которой: каждый R9 представляет собой фрагмент, образовавшийся в результате реакции бис(сульфонил)алканола с тиольными группами; каждый R10 независимо выбран из C1-3-алкандиила и замещённого C1-3-алкандиила, в котором одна или несколько групп заместителей представляют собой –OH; каждый A независимо представляет собой фрагмент формулы (2): –S–R1–[–S–(CH2)p–O–(R2–O)m–(CH2)2–S–R1–]n–S– (2), в которой: каждый R1 независимо заключает в себе C2-10-алкандиил, C6-8-циклоалкандиил, C6-10-алканциклоалкандиил, C5-8-гетероциклоалкандиил или фрагмент –[(–CHR3–)s–X–]q–(–CHR3–)r–, в котором: s представляет собой целое число от 2 до 6; q представляет собой целое число от 1 до 5; r представляет собой целое число от 2 до 10; каждый R3 независимо воплощает в себе водород или метил; и каждый X независимо воплощает в себе –O–, –S– и –NR5–, в котором R5 выбран из водорода и метила; и каждый R2 независимо заключает в себе C1-10-алкандиил, C6-8-циклоалкандиил, C6-14-алканциклоалкандиил или фрагмент –[(–CHR3–)s–X–]q– (–CHR3–)r–, в котором s, q, r, R3 и X являются такими, как описаны в случае R1; m представляет собой целое число от 0 до 50; n представляет собой целое число от 1 до 60; и p представляет собой целое число от 2 до 6.

Изобретение относится к катализируемым фосфином герметизирующим композициям, содержащим серосодержащие форполимеры. Описаны варианты осуществления герметизирующих композиций, включающих: (а) серосодержащий форполимер с концевыми группами, являющимися акцептором Михаэля; (b) серосодержащий форполимер с концевыми тиольными группами, где форполимер политиоэфира с концевыми тиольными группами включает основную цепь со структурой формулы (6): –R1–[–S–(CH2)p–O–(R2–O)m–(CH2)2–S–R1–]n– (6), в которой каждый R1 независимо выбран из С2-10 алкандиила, C6-8 циклоалкандиила, С6-10 алканциклоалкандиила, С5-8 гетероциклоалкандиила и –[(–CHR3–)s–X–]q–(–CHR3–)r–, где s является целым числом 2-6; q является целым числом 1-5; r является целым числом 2-10; каждый R3 независимо выбран из водорода и метила; и каждый Х независимо выбран из -О-, -S-, -NН- и -N(-CH3)-; каждый R2 независимо выбран из C1-10 алкандиила, C6-8 циклоалкандиила, С6-14 алканциклоалкандиила и –[(–CHR3–)s–X–]q–(–CHR3–)r–, где s, q, r, R3 и Х имеют значения, определенные для R1; m является целым числом 0-50; n является целым числом 1-60; и p является целым числом 2-6; и (с) фосфинный катализатор.

Изобретение относится к высококонцентрированным безводным аминным солям углеводородполиалкоксисульфатов, причем эти соли выбраны из группы замещенных аминов, предпочтительно алканоламинов.

Изобретение относится к серосодержащему аддукту, являющемуся акцептором Михаэля, содержащему аддукт формулы (3) в форме простого политиоэфира, являющегося акцептором Михаэля, аддукт формулы (3a) в форме простого политиоэфира, являющегося акцептором Михаэля, и их сочетание:R6 -S -R1 -[ -S -(CH2)p -O -(R2 -O)m -(CH2)2 -S -R1 -]n -S -R6 (3);{R6 -S -R1 -[ -S -(CH2)p -O -(R2 -O)m -(CH2)2 -S -R1 -]n -S- V’ -}zB (3a),в которых каждый R1 независимо выбран из C2-10-алкандиила, C6-8-циклоалкандиила, C6-10-алканциклоалкандиила, C5-8-гетероциклоалкандиила и -[( -CHR3 -)s -X -]q -( -CHR3 -)r -, где s является целым числом от 2 до 6; q является целым числом от 1 до 5; r является целым числом от 2 до 10; каждый R3 независимо выбран из водорода и метила; и каждый X независимо выбран из -O -, -S - и –NR–, при этом R выбран из водорода и метила; каждый R2 независимо выбран из C1-10-алкандиила, C6-8-циклоалкандиила, C6-14-алканциклоалкандиила и -[( -CHR3 -)s -X -]q -( -CHR3 -)r -, при этом s, q, r, R3 и X являются такими, как описаны для R1; m является целым числом от 0 до 50; n является целым числом от 1 до 60; p является целым числом от 2 до 6; B представляет собой ядро z-валентного, сообщающего полифункциональность реагента B(-V)z с концевыми винильными группами, в котором z является целым числом от 3 до 6; и каждый V представляет собой группу, заключающую в себе группу, реакционноспособную в отношении тиольных групп; и каждый -V’ получен по реакции -V с тиолом; и каждый R6 независимо представляет собой фрагмент, содержащий концевую 1-(этиленсульфонил)-n- (винилсульфонил)алканольную группу, а также раскрыто применение химических составов, отверждающихся посредством присоединения по Михаэлю, в случае композиций, содержащих серосодержащие полимеры, такие как простые политиоэфиры и полисульфиды, пригодные для вариантов применения в качестве аэрокосмического герметика.

Изобретение относится к отверждаемой полимерной композиции, предназначенной для получения композита, и композиционному материалу. Отверждаемая полимерная композиция содержит следующие компоненты: (A) компонент, представляющий собой предшественник термореактивной бисмалеимидной смолы, полученный в результате реакции малеинового ангидрида и диамина, выбранного из толуолдиаминов, метилендианилинов, 1,3- и 1,4-фенилендиаминов, диаминодифенилизопропилиденов, диаминодифенилкетонов, диаминодифенилоксидов, диаминодифенилсульфидов и C2-20 алкилендиаминов; (B) арилсульфонсодержащий бисмалеимидный компонент и (C) полиарилсульфоновый термопластичный агент, повышающий сопротивление разрушению, который не содержит малеимидных боковых и/или концевых групп.

Описан простой сульфонсодержащий политиоэфир, содержащий фрагмент формулы (1): , где: каждое А независимо представляет собой фрагмент формулы (2): , где: каждый R1 независимо содержит С2-10 алкандиил, С6-8 циклоалкандиил, С6-10 алканциклоалкандиил, С5-8 гетероциклоалкандиил, или -[(-CHR3-)s-X-]q-(-CHR3-)r-, где: s является целым числом от 2 до 6; q является целым числом от 1 до 5; r является целым числом от 2 до 10; каждый R3 независимо содержит водород или метил; и каждый X независимо содержит -О-, -S- и -NR5-, где R5 содержит водород или метил; и каждый R2 независимо содержит С1-10 алкандиил, С6-8 циклоалкандиил, С6-14 алканциклоалкандиил или -[(-CHR3-)s-X-]q-(-CHR3-)r-, где s, q, r, R3 и X являются такими, как указано для R1; m является целым числом от 0 до 50; n является целым числом от 1 до 60; и р является целым числом от 2 до 6.

Изобретение относится к жидкой связующей композиции для соединения волокнистых материалов, к армированным волокнами полимерным композиционным материалам, которые используются для изготовления пропитываемой смолой заготовки.
Изобретение относится к композитному продукту и к способу его получения. Композитный продукт содержит термически модифицированный компонент из цельной древесины, по меньшей мере одна сторона которого покрыта слоем композиционного материала, содержащего термически модифицированный целлюлозный материал и полимер.

Изобретение относится к углерод-полисульфоновым полимерным композитам, в частности к углепластикам на основе полисульфона, которые применяются в космической технике, авиа-, вертолето-, автомобилестроении, аддитивных технологиях. Полимерный композит на основе полисульфона и армирующих углеродных лент или волокон, аппретированных сополигидроксиэфиром, в качестве аппрета содержит термопластичный сополимер - сополигидроксиэфир на основе ди-сульфона, ди-пропана и 3-хлор-1,2-эпоксипропана с молекулярной массой 30-50 тыс. Также изобретение относится к способу получения углерод-полисульфонового полимерного композита, включающему аппретирование углеродных лент или волокон путем нанесения аппретирующего материала - сополигидроксиэфира на основе ди-сульфона, ди-пропана и 3-хлор-1,2-эпоксипропана с молекулярной массой 30-50 тыс. из раствора с массовой концентрацией 2,5-6 в органических легколетучих растворителях и прессование на гидропрессе под давлением 1,0-2,0 МПа при температуре 225-245°С в течение 30 минут. Технический результат заключается в получении углерод-полисульфонового полимерного композита на основе полисульфона, армированного углеродными наполнителями с более высокими значениями прочности на сжатие. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

Наверх