*

ЭПОКСИДНОЕ СВЯЗУЮЩЕЕ, ПРЕПРЕГ НА ЕГО ОСНОВЕ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ПРЕПРЕГА

применение

Патент Российской Федерации

:

Номер патента:			2184128
Класс(ы) патента: C08L63/00,
C08K5/00,
B32B17/10,
C08L63/00,
C08L63:02,
C08L63:04,
C08K5/00,
C08K5:05,
C08K5:07,
C08K5:18
Номер заявки: 2000112828/04
Дата подачи заявки: 24.05.2000
Дата публикации: 27.06.2002

:


Заявитель(и):

Государственное предприятие "Всероссийский институт авиационных материалов"

Автор(ы):

Машинская Г.П.; Волошинова Р.З.; Гуняев Г.М.; Фадеева В.М.; Минаков В.Т.; Раскин Ю.Е.; Дятлов М.А.; Алексашин В.М.

Патентообладатель(и):

Государственное предприятие "Всероссийский институт авиационных материалов"

Суть изобретения:

Изобретение относится к области создания высокопрочных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей и эпоксидных связующих, которые могут быть использованы в машино-, судостроении, авиационной промышленности и других областях техники. Связующее содержит, мас.%: триглицидилпроизводное парааминофенола марки ЭАФ 12,8-15,0, полиглицидилпроизводное низкомолекулярного фенолоформальдегидного новолака марки УП-643 19,0-23,0, продукт взаимодействия дифенилолпропана с эпихлоргидрином марки Диапласт 0,6-3,0, отвердитель 4,4'-диаминодифенилсульфон 10,0-16,0, смесь изопропилового или этилового спирта 17,2-23,0 и ацетона 25,8-34,6. На основе указанного связующего (30-42 мас.%) и волокнистого наполнителя (58-70 мас.%) получают препрег. Последний путем формования перерабатывают в изделие. Изобретение позволяет получить препрег с улучшенными эластичностью, липкостью, текучестью, сохраняющимися после многократного прогрева при 110-130 град.С, на основе которого формуют изделия сложной конфигурации, двойной кривизны по бесклеевой технологии.

Описание изобретения:

Изобретение относится к области создания высокопрочных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей и эпоксидных связующих, которые могут быть использованы в машино- и судостроении, авиационной промышленности и других областях техники.
Известен препрег, включающий тетраглицидиловый эфир 4,4'-диамино, 3,3'-дихлордифенилметана, диаминодифенилсульфон в качестве отвердителя и волокнистый наполнитель, отличающийся повышенной жизнеспособностью, а также высокой прочностью пластика на его основе при комнатной и повышенной температурах (патент РФ 1462773, C 08 J 5/24).
Недостатком препрега является быстрое и необратимое нарастание его жесткости в течение первого часа выдержки при 110-130 град.С, обусловленное высокой скоростью гелеобразования, что делает невозможным проведение многоциклового формования, необходимого при изготовлении многослойных деталей сложной конфигурации.
Известен стеклопластик (авторское свидетельство СССР 1115919, В 32 В 17/04), содержащий эпоксидиановую смолу, эпоксидированный новолак и технический диглицидиловый эфир диэтиленгликоля; в качестве отверждающей системы - ароматический полиамин. Данная эпоксидная система не обеспечивает получения теплостойкого, высокопрочного композиционного материала. Кроме того, невозможно осуществить технологию многоциклового формования для изготовления деталей сложной конфигурации.
Наиболее близким по составу к заявляемому, принятым за прототип (авторское свидетельство СССР 761497, C 08 J 5/24), является препрег, включающий стекловолокнистый наполнитель и связующее - эпоксидную смолу (диглицидиловый эфир ортофталевой кислоты) с отвердителем, отличающийся тем, что в качестве эпоксидной смолы он содержит триглицидилпарааминофенол, а в качестве отвердителя - смесь 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана, N-3-хлор-4-аминобензил-(2'-хлоранилина) и 2,4-бис-3-хлор-(4'-аминобензил)-6- хлоранилина, взятых в соотношении от 5:20:50 до 40:20:60 соответственно при следующем соотношении компонентов, вес. ч.:
Триглицидилпарааминофенол - 5,0-95,0
Диглицидиловый эфир ортофталевой кислоты - 5,0-95,0
Отвердитель - 53,5-113,5
Стекловолокнистый наполнитель - 100-900
Недостатком связующего и препрега на его основе является невозможность осуществления многоциклового формования для изготовления многослойных деталей сложной конфигурации и двойной кривизны вследствие быстрого нарастания его жесткости (до 80% за 1 ч выдержки при 130 град.С). Стеклопластик, полученный из препрега, не выдерживает воздействия высоких температур (до 200 град.С).
Технической задачей изобретения является создание связующего и высокотехнологичного долгоживущего препрега на его основе для изготовления многослойных деталей сложной конфигурации, двойной кривизны, изделий трехслойной сотовой конструкции бесклеевым методом и намоточных изделий из композиционных материалов. Препрег должен приобретать жесткость, сохраняя при этом пластичность, текучесть, липкость, существенно влияющие на дальнейшую его переработку, и должен обеспечивать композиционным материалам на его основе высокие прочностные характеристики, теплостойкость до 200 град.С и стойкость при воздействии климатических факторов.
Для решения поставленной задачи предложено эпоксидное связующее для препрега, включающее триглицидилпроизводное парааминофенола марки "ЭАФ" и отвердитель, отличающееся тем, что в качестве отвердителя оно содержит 4,4'-диаминодифенилсульфон и дополнительно содержит полиглицидилпроизводное низкомолекулярного фенолоформальдегидного новолака марки "УП-643", продукт взаимодействия дифенилол-пропана с эпихлоргидрином марки "Диапласт" и смесь изопропилового или этилового спирта и ацетона в качестве растворителя, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Триглицидилпроизводное парааминофенола марки "ЭАФ" ТУ 6-22-04872-688-367-95 - 12,8-15,0
Полиглицидилпроизводное низкомолекулярного фенолоформальдегидного новолака марки "УП-643" ТУ 6-05-1585-89 - 19,0-23,0
Продукт взаимодействия дифенилолпропана с эпихлоргидрином марки "Диапласт" ТУ 2225-386-04872688-97 - 0,6-3,0
4,4'-Диаминодифенилсульфон ТУ 6-14-17-95 - 10,0-16,0
Спирт изопропиловый ГОСТ 9805-84 или этиловый ГОСТ 18300-87 - 17,2-23,0
Ацетон ГОСТ 2768-84 - 25,8-34,6
препрег, содержащий эпоксидное связующее и волокнистый наполнитель, отличающийся тем, что в качестве эпоксидного связующего он содержит связующее по п.1, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Эпоксидное связующее - 30,0-42,0
Волокнистый наполнитель - 58,0-70,0
Предложен препрег, отличающийся тем, что в качестве волокнистого наполнителя используют стеклянные, углеродные или органические жгуты, ленты, ткани или нити.
Изделие, полученное путем формования препрега.
Введение эпоксидных смол марок УП-643 и диапласта в состав связующего значительно улучшает технологические свойства препрега при его переработке, необходимые при изготовлении деталей сложной конфигурации и бесклеевых трехслойных сотовых конструкций.
Эпоксидная смола УП-643 представляет собой полиглицидилпроизводное низкомолекулярного фенолоформальдегидного новолака. Эпоксидная смола ЭАФ - триглицидилпроизводное парааминофенола, относительная молекулярная масса 277,32. Эпоксидная смола диапласт - продукт взаимодействия дифенилолпропана с эпихлоргидрином. Молекулярная масса (35±5)•103. Эмпирическая формула (C18H19О2)n ОН (n=110-150). Эпоксидные смолы УП-643 и ЭАФ различной функциональности, последовательно вступающие в реакцию полимеризации, в сочетании с отвердителем и наполнителем обеспечивают постепенное нарастание вязкости связующего и жесткости препрега при 110-130 град.С в течение 1-3 ч. При этом можно проводить изготовление многослойных деталей, многократно останавливая режим формования (до 10 раз) с выдержкой препрега при 110-130 град.С и охлаждая его до комнатной температуры.
Введение в состав связующего диапласта улучшает технологические свойства препрега при переработке: повышаются его эластичность, технологическая липкость, пластичность.
Сочетание диапласта со смолами УП-643 и ЭАФ обеспечивает стабильность технологических свойств связующего и препрега при нагревании до 110-130 град.С.
Введение в композицию связующего отвердителя 4,4' ДАДФС дает возможность получать на его основе композиционные материалы с высокой теплостойкостью. Прочностные характеристики композиционных материалов на основе заявляемого связующего и препрега с использованием этих смол и отвердителя повышаются, обеспечивая более высокую эксплуатационную надежность изготовленным из них изделиям как при повышенных температурах (до 200 град.С), так и при воздействии климатических факторов.
Использование в качестве наполнителя стеклянных или органических нитей обеспечивает получение высокотехнологичных однонаправленных препрегов для намотки высокопрочных изделий.
Пример 1.
Изготовление плоских плит.
Эпоксидные смолы (УП-643, ЭАФ, диапласт) и отвердитель 4,4' ДАДФС последовательно вводят в спиртоацетоновую смесь при перемешивании в количестве, приведенном в табл. 1 (пример 1), до полного растворения. Полученный раствор связующего должен быть прозрачным. Раствор связующего наносят на стеклоткань Т-10-80, сушат (содержание связующего в препреге 30%, табл. 2, пример 1). Подготовленный препрег прессуют по режиму: 130 град.С - 3 ч, через 45 мин дают давление Руд= 5 кгс/см2, затем повышают температуру до 150 град.С, выдерживают 3 ч, повышают температуру до 175 град.С и выдерживают в течение 1,5 ч.
Пример 2.
Изготовление многослойных деталей сложной конфигурации.
Приготовление связующего - по примеру 1.
Раствор связующего наносят на ткань СВМ арт.56313, сушат при комнатной температуре. Содержание связующего в препреге - 30% (табл. 2, пример 2). На предварительно подготовленную поверхность пресс-формы выкладывают первые слои препрега, нагревают при 110-130 град.С в течение 30 мин, охлаждают, затем последовательно выкладывают остальные слои.
Деталь формуют в автоклаве по режиму, указанному для прессования в примере 1.
Пример 3.
Изготовление многослойных деталей сложной конфигурации
Приготовление связующего и получение препрега - по примеру 1. Соотношение компонентов - по примеру 2 (табл. 1).
Раствор связующего наносят на ленту углеродную ЛУ-П-0,1. После сушки содержание связующего в препреге - 37% (пример 3, табл.2).
Изготовление детали из препрега - по примеру 2.
Пример 4.
Изготовление трехслойных сотовых конструкций.
Приготовление связующего и препрега - по примеру 3. Наполнитель - лента углеродная ЭЛУР-П-0,1.
На поверхность сотового заполнителя с обеих сторон выкладывают слои препрега и прикатывают их к сотовому заполнителю. Отверждение - в автоклаве по режиму, приведенному в примере 1.
Пример 5.
Изготовление намоточных изделий.
Приготовление связующего - по примеру 1, соотношение компонентов в связующем приведено в табл. 1 (пример 2).
Раствором связующего пропитывают жгут углеродный (ТУ 6-064-152-87). Сушку осуществляют при 70 град.С. Содержание связующего в препреге - 37%. Сформированную ленту наматывают на оправку для последующей установки на станок.
Намотку изделий осуществляют на намоточном станке.
Формование намоточного изделия проводят по режиму, указанному в примере 1.
Пример 6
. Изготовление намоточных изделий.
Приготовление связующего по примеру 1. Соотношение компонентов в связующем - по примеру 3.
Наполнитель - жгут СВМ. Изготовление препрега, намотку и формование изделия осуществляют по примеру 5. Содержание связующего в препреге 42%.
Пример 7. Изготовление намоточных изделий.
Аналогично примеру 6. Наполнитель - нить стеклянная ВМПС 8-8•1•2•14.
Пример 8. Изготовление намоточных изделий.
Аналогично примеру 6. Наполнитель - нить СВМ.
В табл. 1 приведены составы заявляемого связующего по примерам 1-3 и связующего - прототипа по примеру 4.
В табл. 2 приведены составы заявляемого препрега по примерам 1 - 8 и препрега - прототипа по примеру 9. В состав препрегов по примерам 1 - 2 включено связующее по примеру 1. В состав препрегов по примерам 3-5 включено связующее по примеру 2. Составы препрегов по примерам 6-8 содержат связующее по примеру 3.
Из приведенных данных следует, что заявляемые связующее и препрег на его основе обладают улучшенными технологическими свойствами, позволяющими осуществлять многоцикловое предварительное формование при 110-130 град.С. Нарастание относительной жесткости препрега после 2-часовой выдержки при 130 град.С составляет ~12%; через 3 ч ~40%. При такой жесткости препрег сохраняет достаточную липкость, эластичность, способность к качественному формованию деталей сложной конфигурации и двойной кривизны, а также сотовых конструкций.
Для препрега - прототипа нарастание относительной жесткости происходит резко и необратимо. За 1 ч нагрева увеличение относительной жесткости составляет 80% от максимальной. Препрег при этом полностью утрачивает свои технологические свойства и не пригоден для дальнейшей переработки, к осуществлению многоциклового формования.
Разрушающее напряжение при сдвиге и изгибе при 150 град.С пластика на основе ткани Т-10-80 и заявляемого связующего в 2 раза выше по сравнению с прототипом.
Жизнеспособность препрега у сравниваемых материалов выше в 1,7 раза.
Заявляемый препрег на основе эпоксидного связующего обладает улучшенными технологическими свойствами - эластичностью, липкостью, текучестью, сохраняющимися после многоциклового (до 10 раз) предварительного прогрева при температурах 110-130 град.С с последующим охлаждением до комнатной температуры. Препрег на основе эпоксидного связующего позволяет получать многослойные изделия сложной конфигурации, двойной кривизны, изделия трехслойной сотовой конструкции по бесклеевой технологии, а также намоточные изделия.

Формула изобретения:

1. Эпоксидное связующее для препрега, включающее триглицидилпроизводное парааминофенола марки ЭАФ и отвердитель, отличающееся тем, что в качестве отвердителя оно содержит 4,4'-диаминодифенилсульфон и дополнительно содержит полиглицидилпроизводное низкомолекулярного фенолоформальдегидного новолака марки УП-643, продукт взаимодействия дифенилолпропана с эпихлоргидрином марки Диапласт и смесь изопропилового или этилового спирта и ацетона в качестве растворителя при следующем соотношении компонентов, мас. %: Триглицидилпроизводное парааминофенола марки ЭАФ - 12,8 - 15,0 Полиглицидилпроизводное низкомолекулярного фенолоформальдегидного новолака марки УП-643 - 19,0 - 23,0
Продукт взаимодействия дифенилолпропана с эпихлоргидрином марки Диапласт - 0,6 - 3,0
4,4'-Диаминодифенилсульфон - 10,0 - 16,0
Спирт изопропиловый или этиловый - 17,2 - 23,0
Ацетон - 25,8 - 34,6
2. Препрег, содержащий эпоксидное связующее и волокнистый наполнитель, отличающийся тем, что в качестве эпоксидного связующего он содержит связующее по п. 1 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Эпоксидное связующее - 30,0 - 42,0
Волокнистый наполнитель - 58,0 - 70,0
3. Препрег по п. 2, отличающийся тем, что в качестве волокнистого наполнителя он содержит стеклянные, углеродные или органические жгуты, ленты, ткани или нити.
4. Изделие, полученное путем формования препрега по пп. 2 и 3.


*


к оглавлению