Связующее для углеродныхматериалов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6t) Дополнительное к авт, саид-ву (22) Заявлено 300379 (21) 2745972/23-05 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 07,01.81, Бюллетень N9 1

<щ794041

Ф л

:«=.:,;. )=.::: (51)М. Клз

С 08 Ь 61/02

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 678. 637 (088.8) Дата опубликования описания 070 1.81 (72) Авторы изобретения

В.В.Кулаков, Г,В.Серкина, A И,Павлова, И.М. Цирулева и A.Ñ. Tàðàáàíoâ (71) Заявитель (5 4 ) СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕР ИАЛОВ

Изобретение относится к области созда ни я углеродных материалов, пре:имущественно композиционных материалов на основе пековых связующих, модифицированных синтетическими термореактивными смолами, и углеродных наполнителей, в качестве которых используют, например, углеродное волокно, ткань, кокс, графит. Эти материалы могут быть использованы в различных областях техники,где требуется обеспечить высокие физико-механи-. ческие и технологические.характеристики материалов в условиях работы при повышенных температурах, например, для изготовления фрикционных изделий, работающих на воздухе при температурах свыше 600 С.

С целью повышения трещиностойкости заготовок в процессе обжига известно применение модифицированных связую1 щих, включающих в свой состав каменноугольные пеки и синтетические термореактивный смолы, в частности, на ос-25 нове фурилового спирта (1) — (4), Ближайшим прототипом является связующее для углеродных Материалов, содержащее каменноугольный пек и термореактивную фурановую смолу (5).

Применение данного связующего несколько повышает выход годных з агото-. вок. Однако прочностные свойства изделий на основе пековых связующих, модифицированных смолами на основе фурфурилового спирта, невысоки, а их стойкость к окислению недостаточна для обеспечения эксплуатации изделий на а воздухе при температурах свыше 600 С.

Целью изобретения является повышение выхода годных заготовок в процессе обжига, повышение физико-механических характеристик изделий и снижение их окисляемости в процессе эксплуатации на воздухе при температуре свыше 600 С. Эта цель достигается тем, что связующее в качестве термореактивной фура; ,"новой смолы содержит винил- и карбонилсодержащие олигомеры фурфурилиденили лифурфурилиденацетона при следующем соотношении компонентов, вес. Ъ:

Каменноугольный пек 60-9 5

Олигомеры фурфурилиден- или дифурфури- . лиденацетона 5 — 40

Применение олигомеров фурфурилиден(ФА) и дифурфурилиденацетона(ДИФА) 794041

Свя- Свя- Связую- зую- зующее щее щее

3 30 ймеющих в своем составе. активные карбонильные и винильные группы, отсутствующие в, олигомерах на основе фурфурилового спирта, способствует возникновению дополнительных химических связей с компонентами пека, что приводит к образованию более прочных структур с пониженной окисляемостью. Лучшие показатели достигаются при введении 540 вес.Ф CA или ДИФА, так как малые (до 5В) добавки олигомеров ФА или

ДИФА к каменноугольному пеку не вызывают значительного увеличения выхода из-эа высокой деформируемости заготовок. Увеличение же содержания в пеке олигомеров ФА и ДИФА свыше

403 ухудшает физико-механические характеристики материалов, способствует их растрескиванию при обжиге.

Сущность изобретения наиболее полно отражена в примерах. 20

Пример 1. Методом совместного вибропомола до получения частиц минус 0,01 мм готовят связующее из каменноугольного пека и олигомера

ДИФА, взятых в следующих соотношениях вес. Ъг. Каменноугольный пек 95 80 60

Олигомер ДИФА 5 20 40

Далее готовят композиции составов

1, 2, 3 связующих 1, 2, 3 соответственно с графитированным волокном при соотношении связующего и волокна ,30:70 по весу.

Исходные компоненты имеют следующие характеристикиг 40 каменноугольный пек — среднетемпературный (температура размягчения

654C), ГОСТ 1038-65 олйгомер ДИФА (температура каплепадения 90-120 С) Ту 6-05-211. 822-75. г 45

Графитированные волокна-филаменты длиной 5-40 мм, диаметром 7-9 мкм, термообработанные при 300 С, íà основе .полиакрилонитрила. Предел прочности при разрыве графитированного волокна 185 кгс/мм, модуль упругости 50,2 ° 10З кгс/мм и плотность

2; 02 г/cM .

Смешение компонентов методом гидроперемейивания проводят в нутч-фильтре, снабженном пропеллерной мешалкой со скоростью вращения 2000 об/с и соотношении композиции и воды 1г 30 в течение 10-15 мин, после чего воду удаляют и массу высушивают при 7080гС на воздухе в течение 2-3 ч, 3атем формируют заготовки при 140 С и удельном давлении 200-250 кгс/см с

Я последующим прогревом в пресс-форме без снятия давления до 240 С со скоростью 2 C/мин и выдержкой при конечной температуре в течение 1 ч. Карбониэацию заготовок йроводят до 1200 С в восстановительной среде со скоростью подъема температуры 20 С/ч и последующей выдержкой при конечной температуре 40 ч. Карбонизованные образщы подвергают пропитке пеком в автоклаве при 190-220 С с выдержкой при ,конечном давлении не более 100 мм рт. ст.в течение 30мин и последующем давлении 6 атм в течение 3 ч. Пропитанные заготовки повторно карбонизуют по тем же режимам.

Полученные образцы подвергают испытанию на предел прочности при изгибе и сжатии.

Исходя иэ того, что наиболее подверженным окислению ингредиентом композиции является связующее, стойкость к окислению определялась на коксе связующего. Для этого связующее термообрабатывают на воздухе до 240ОC со скоростью подъема температуры 2 С/мин и о выдержкой при конечной температуре

1 ч, а затем карбонизуют по режимам, аналогичным режимам карбонизации композиции. Карбонизованные связующие измельчают и отбирают фракцию — 1,0Ф0,8 мм для определения окисляемости с при 600 С и расходе воздуха 16-17 л/ч по потере веса.

Пример 2. Повторяют пример

1, но .вместо олигомера ДИФА используют олигомер ФА (температура каплепадения 125 C), Ту-05-21-767-71 °

Для сравнения аналогичные исследования проводят с использованием в качестве связующего каменноугольного среднетемпературного пека,олигомеров

ФА и ДИФА и известного по патенту (51 по режимам примеров 1, 2.

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице.

794041

Выход годных заготовок после обжига, Ъ

Пре) дел прочности

lIP H изгибе, к гс(см

Потеря веса при окислении связуюш,его при .

600 С, Ъ

Содержание ингредиентов,вес.%

Предел прочнос ти при изгибе к гс/см композиция связующее

Вид связующего ермоеактив» ая смоа пек отвердитель катализатор связующее волокно

И звестный соглас но патенту

М 1005871

1-3 0-50 30 70 59 1700 679 42, 7

Каменноу голь ый пек

100 48

1550 650 44, 8

Олигомер

ДИФА

100

1640 675 68, 9

1610 664 67, 8

100

Олигомер ФА

Со глас но примеру 1 состав 1 состав 2 состав 3

95 — — 84 1880 700 40, 5

80 — - — - 75 2710 860 12,5

60 †— †— 61 1890 750 29,6

Согласно примеру 2 состав 1 состав 2 состав 3

82 1780 690 40, 7

71 2680 780 12, 9

73 1820 720 29,9

Формула изобретения

BHHHtIH Заказ 9465/3

Тираж 539 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Как видно иэ таблицы, применение предлагаемых связующих позволяет значительно увеличить выход годных за- 40 готовок после обжига (на 2-25%),при этом предел прочности при сжатии увеличивается в 1,1-1,6 раза, при изгибе — на 3-25%, а окисляемость на .воздухе при 600 С снижается в:1 5-3 раза по сравнению с материалами на основе известного связующего по патенту (5) .

Связующее для углеродных материалов, содержащее каменноугольный пек и термореактивную фурановую смолу, о т л и ч .а ю щ е е с я тем, что, с S5 целью повышения выхода годных заготовок в процессе обжига, повышения физико-механических характеристик иэделий и снижения их окисляемости в процессе эксплуатации на воздухе при температурах свыше 600 С, в качестве термореактивной фурановой смолы QHo содержит винил- и карбонил содержащие олигомеры фурфурилиден- или лифурфурилиденацетона при следукщем соотношении компонентов, вес. Ъ:

Пек каменноугольный 60-95

Олигомеры фурфурнлиден- или дифурфурил иденацетона 5-40

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СшА М 3496256, кл. 264-29, опубл. 1967.

2. Патент США 9 3046240, кл. 260-28.5, опубл. 1962.

3. Патент ФРГ М 2460256, кл. С 04 В 35/52, опубл. 1974.

4. Авторское свидетельство СССР

М 356259, кл. С 04 В 25/00, 1970.

5. Патент Англии 9 1005871, кл. С I А опубл. 1965 (прототип).