Препрег

 

ПРЕПРЕГ на основе однонаправленного волокнистого углеродного наполнителя, обработанного в окислительной среде, и связующего,содержащего эпоксидную смолу и отвердитель , отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности препрега, теплостойкости и прочностных характеристик композиционного материала на его основе, связующее содержит в качестве эпоксидной смолы - эпоксиноволачную смолу, в качестве отвердителя - комплексное соединение трифторида бора с бензклаъшном и дополнительно фурфурилглицидиловый эфир в качестве активного разбавителя при следующем соотношении компонентов, мас.%: Однон апр авл енный углеродный напол58-70 нитель Эпоксиноволачная 24-35 смола i Комплексное соединение трифторида ел 0,7-1,2 бора с бензиламином Фурфу рил гл ициди5 ,0-6,8 ловьй эфир

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕРЬСТВУ

24-35 смола

Комплексное соединение трифторида бора с бензиламином

Фурфурилглицидиловый эфир

0,7-1,2

5,0-6,8

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2389252/23-05 (22) 02.08.76 (46) 30.01.91. Бюл. !! 4

- (72) Г.И.Гуняев, И.П.Хорошилова, Л.П. Кобец, Т.P.Капитонова, М.А.Кузнецова, Е.М.Серебряная, А.И.Сургучева, Г.И.Толочко, Т.Д.Карелина и Н.А.Смирнов (53) 678.027.94 (088.8) (56) Патент СцА У 367141!, кл, 204-!30, опублик. !972.

"Composites", v,5, И- 2, р.51,1974 °

Патент США Ф 3859187, кл. 204-130, опублик. 1975, (54)(57) ПРЕПРЕГ на основе однонаправленного волокнистого углеродного наполнителя, обработанного в окислительной среде, и связующего,содержащего эпоксидную смолу и отвердитель, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичносИзобретение относится к производству препрегов для композиционныхматериалов на основе наполнителей из углеродного волокна и модифици,рованных эпоксидных связующих.

Известны препреги, применяемые для изготовления композиционных материалов, содержащие однонаправленный волокнистый углеродный наполнитель, предварительно обработанный в жидкой или газообразной окислительной среде.

Известны также эпоксидные составы для препрегов, получаемые на основе диановых эпоксидных смол, отверждаемых каталитически комплексным соеди,.Я0.„765209 А 1 рц .С 01 В 31/04, С 08 L 63/04

2 ти препрега, теплостойкости и прочностных характеристик композиционного материала на его основе, связующее содержит в качестве эпоксидной смолы — эпоксиноволачную смолу, в качестве отвердителя — комплексное сое" динение трифторида бора с бензиламином и дополнительно фурфурилглицидиловый эфир в качестве активного разбавителя при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Однонаправленный углеродный наполнитель 58-70

Эпоксиноволачная

Cb нением трифторида бора с моноэтиламином, ЬР

Углепластики на основе таких сос- 4 таво в о тлич аются высокими прочнос тны- Ф ми характеристиками, особенно при сжатии и сдвиге.

Однако применяемые для изготовле. ния композиционных материалов эпок сидные связующие вышеупомянутых составов не обеспечивают достаточно высокой жизнеспособности полуфабриката и необходимой теплостойкости. Для их отверждения требуются температуры 180-200 С, что затрудняет техноо логическчв понопл6 т

765209 снижает масштабы и сужает круг объектов их возможного применения в промьппленности.

Наиболее близким по составу явля5 ется препрег, который содержит углеродный наполнитель в виде жгута,обработанного в окислительной среде, и эпоксидное связующее. Материал на его основе имеет достаточно высокие 10 показатели прочности при сдвиге и модуля упругости при изгибе.

К числу его недостатков следует отнести высокую температуру отверждения (200 С), сравнительно невысо0 кую жизнеспособность препрега и недостаточно высокую прочность при изгибе пластика.

Целью изобретения является повышение технологичности препрега,тепло- 20 стойкости и прочностных характеристик композиционного материала на его основе.

Это достигается тем, что связующее .содержит в качестве эпоксидной смо- 25 лы — эпоксиноволачную смолу, в .каче.стве отвердителя — комплексное соединение трифторида бора с бенэиламином и дополнительно фурфурилглицидиловый эфир в качестве активного раз- 30 бавителя при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Однонаправленный углеродный наполнитель 58-70

Эпоксиновопропитанного, подсушенного и раскроенно го по ф о рме изд елия п олуф аб рик ат а в пакет, прессованием пакета под давлением 2 кгс/см и температуре не выше 160 С.

Отличительной особенностью предлагаемого композиционного материала является использование в нем в качестве связующего теплостойкой эпоксиноволачной смолы в смеси с активным разбавителем фурфурилглицидиловым эфиром и комплексным катализатором ВР МН СН С Н . Важно сочетание связующего указанного состава с химически обработанным углеродным наполнителем. Только таким образом можно получить одновременное повышение прочности при сдвиге и сжатии на

50-607, улучшение технологичности (повышение жизнеспособности пренрега до « 6 мес, достижение эластичности и оптимальной липкости полуфабриката); повышение теплостойкости пластика до 150 С.

Пример 1. В реактор, снабженный мешалкой, загружают 61,5 мас.ч. ацетона; 61,5 мас.ч. абсолютированного этанола, 100 мас.ч. эпоксиноволачной смолы с содержанием эпоксигрупп

18,6%; 20 мас.ч. фурфурилглицидилового эфира и 3 мас.ч. комплекса BF х х NH СН С Н . Смесь перемешивают 1

2 ч при комнатной температуре до полного растворения компонентов и выгружают из реактора.

24-35 лачная смола

Комплексное соединение трифторида бора с бензиламином 0,7-1,2

Фурфурилглицидиловый эфир 5,0-6,8

Связующее, применяемое в виде раствора, получают совмещением при

0 л

l8-40 v всех компонентов одновременно с требуемым количеством органического растворителя, например кетона или его смесей со спиртами.

При использовании связующего в

50 виде расплава его получают растворением эпоксиноволачной смолы в предварительно приготовленном растворе комплекса в фурфурилглицидиловом эфире при 60-70 С.

Композиционныи материал получают

55 пропиткой химически обработанного армирующего наполнителя раствором или расплавом связующего, укладкой

Из углеродного жгута, обработанного азотной кислотой, и полученного

507-ного раствора связующего методом намотки готовят листовой препрег с содержанием наполнителя 687, содержанием летучих 37., жизнеспособностью

6 мес, Полуфабрикат раскраивают на заготовки 180 х 220 мм, выкладывают пакет их 4-х слоев и прессуют его по р ежиму:

Подача удельного давления, кгс/см 5

Подъем температуры до, С 155 5

Выдержка, час 10

Охлаждение материао ла в прессе до, С 40

Выгрузка Не регл.

Прессование ведут в пресс-форме закрытого или полузакрытого типа.

Состав композиционного материала, ìàñ.7:

765209

63,0

68,0

Углеродный наполнитель

Эпоксиноволачная

Углеродный наполнитель

Эпоксиново26,0

33,4 смола

Фурфурилглицидил ов ый эфир 6,6

Комплекс

2F - 1Нг СНг С6Н - 1, О

Готовый армированный пластик имеет: плотность 1,33 г/см; прочность при изгибе, кгс/мм : при 20 С вЂ” 110;

2, о при 120 С вЂ” 104; при 150 С вЂ” ) 02 (92,67 от исходной); модуль упругости при изгибе, кгс/мм : при 20 С

13800; при 120 С вЂ” 13300; при 150 Св

13000 (947 от исходного); прочность при сжатии, кгс/мм : при 20 С о

65,0; при 150 С вЂ” 33,0; прочность о при сдвиге, кгс/мм : при 20 С вЂ” 6,5; при 150 С вЂ” 3,6.

50

Пример 3. Композиционный материал из углеродной ленты, обработанной азотной кислотой, изготавли.вают по примеру 2, получая углеплас; ик следующего состава, мас.7:

55 смола

Фурфурилглицидиловый эфир 5,2

Комплекс

ВР ЫН СНгС Н О, 8

Го т овый ар мир ов анный пла с тик им еет плотность 1,45 г/см; прочность г о при изгибе, кгс/мм: при 20 С

115,0; при 120 С вЂ” 114,0; при 150 С—

0 о

94,5 (82,5 от исходной); модуль упругости при изгибе, кгс/мм: .при

20 С вЂ” 14900; при 120 С вЂ” 13900; при

150 С вЂ” 1 2400 (83,27 от исходного); прочность при сжатии, кгс/мм : при

20 С вЂ” 32,0; при 150 С вЂ” 49,0; проч— ность при сдвиге, кгс/мм : при 20 С вЂ” 20

7,5; при 150 С вЂ” 4,45.

Пример 2. Из однонаправленной углеродной ленты, окисленной в воздушной среде, и 507.-ного раствора связующего методом пропитки на верти- 25 кальной пропиточной машине готовят препрег с содержанием наполнителя

59,07., летучих 2,87. и жизнеспособностью 6 мес. Полуфабрикат раскраивают на заготовки 180 х 220 мм,вык- 30 ладку и прессование ведут по примеру 1. Состав композиционного материала, мас./:

Углеродный наполнитель 59,0

Эпоксиноволачная

30,3 ная смола 39,6

Комплекс

ВР Иг12 СН Св Н » 1 2

Готовый армированный пластик имеет: плотность 1,40 г/см ; прочность

9. при изгибе, кгс/мм,.при 20 С вЂ” 108; при 150 С вЂ” 37 (30,5% от исходной); модуль упругости при изгибе, кгс/мж: лачная смола

Фурфурилглицидиловый эфир 5,8

Комплекс

BFg ЫНгСНгС Н 0,9

Готовый армированный пластик имеет: плотность 1,41. г/см ; прочность

9.

2 о при изгибе, кгс/мм: при 20 С вЂ” 120; при 120оС вЂ” 118. при 150 С вЂ” 102;

2 модуль упругости при изгибе, кгс/мм при 20 С вЂ” 14600; при 120"C — 14100; при 150 С вЂ” 13700; прочность при сжатии 75 кгс/мм ; прочность при

2.

2 сдвиге 6 5 кгс/мм

Пример 4 (контрольный).Композиционный материал готовят в соответствии с примером 2 из углеродной ленты той же партии, но химически необработанной.

Готовый армированный пластик имеет: плотность — 1,33 г/см ; прочность

3. при изгибе, кгс/мм : при 20 С вЂ” 103; р 120 С вЂ” 94,5; при 150 С вЂ” 52,3 (50,57. от исходной); мо>.,уль упругости при изгибе, кгс/мм: при 20 С г. о

11300; при 120 С вЂ” 10300; при 150 С

7800 (69% от исходного); проч.;ость при сжатии-при 20 С вЂ” 38,0 к c/ìì прочность при сдвиге при 20 С

2,9 кгс/ммг.

П р и и е р 5 (контрольный), Из углеродной ленты, окисленной в воздушной среде, и 507-ного раствора смеси эпсксиковолачной смолы с комплексом ВГ 1 НгСНгС Нз. в ссс;-.. ошении 100:3 методом пропитки на вертикальной пропиточной машине готовят препрег с содержанием наполнителя

59,27. и летучих 3,5% Полуфабрикат сухой, хрупкий, легко ломается и раскрашивается, требует отверждения по режиму примера l

Состав композиционного материала, мас.%:

Углеродный наполнитель 59,2

Эпоксиноволач765209

Приведенные в таблице данные показывают, что предлагаемый препрег (примеры 1-3) имеет преимущество по прочностным характеристикам, по теплостойкости и по технологическим свойствам.

32,2

Технологичность риал уиз уп прм и кгс/ чноств прн ибе, кгс/нм

| е

wepe a испнтаних, С

20 150 20

Препрег зластичный, легко эыкладыеаетсх> ливне» способность 6 нес, 14 9 12,4

II5 н

13,8-14,6

6$-75

l 02

l3,0-13,7

I ID

-!20

11,3 7,8 е

103

108 87

l4 0

11,2 52

Препрег сукой, крунк 61 ° длх выкладки не пригоден

Itpenper кесткнй, келипкий9аиз неспособность 1 сут

64, 86

12,6 3,5

Н р и и е ч ° и и е ЭНС - зпоксиноэолачиак снзла1

ФГэ - Фурфурилглимнднловнй зФнр;

ФННа - комплекс Зуу ° пабСНэ(йНу.

Техред M,Moðãåíòàë

Редактор Л.Письман

Корректор М.Самборская

Заказ 669 Тираж 305 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101 при 200C — 14000; при 1500С вЂ” 11200 (807 от исходного); прочность при сжатии при 20 С вЂ” 52,0 кгс/мм

Пример б (контрольный).Композиционный материал готовят в соответствии с примером 5 из углеродной ленты той же партии и связующего из эпоксиноволачной смолы, м-фенилендиамина и фурфурилглициднлового эфи- fp ра в соотношении 100:10:20.Полуфабрикат на основе указанных компонентов жесткий, сухой, связующее теряет текучесть при формовании через

15-20 ч. Готовый композиционный мате- 15 риал имеет следующий состав,мас.7:

Углеродный наполнитель 59,2

Эпоксиноволачная смола

1 Наполинтельобработаипий углероднмй агут; свлзуииееэнс, Фгэ,essa

2 и Наполннтелв

3 обрвботамиах углероднах лемта1 сэхзуккее - 3HC

Фгэ, essa

4 Наполнителвмеоб работ аннах углеродиах лента1 сэхзуииее энс. eI3,Фвнй

S Наполинтельобработаинал углеродиах леитаэ

cens7Ienee - ЭНС, ФВБА

6 Наполннтелз - o6» работенках углеродна» леита1 сэхзуииее - 3HC, ФГЭ и-Феиипеидиании с1урфурил гл ицидиловый эфир 6,4 м-Фенилендиамий 3,2

Свойства углепластика составляют: плотность — 1,38 г/см ; прочность при изгибе, кгс/мм : прн 20 С

96,0; при 150 С вЂ” 64> модуль упругости при изгибе, кгс/мм : при 20 С12600; при !50 С вЂ” 8500; прочность при сжатии при 20 С 56 кгс/мм

Сравнительные свойства материалов по примерам 1-6 приведены в таблице.