Способ получения армированного полимерного композиционного материала

 

Изобретение относится к области получения армированных полимерных композиционных материалов на основе сетчатых полимеров, армированных химическими волокнами. В способе получения армированного полимерного композиционного материала на основе анилино-феноло-формальдегидного связующего осуществляют пропитку однонаправленной технической нити олигомерным связующим, формование, последующее отверждение и магнитную обработку в постоянном магнитном поле на стадии отверждения. Затем осуществляют оценку эффективности влияния технологического параметра Х на прочностные свойства армированного полимерного композиционного материала на основе табличного сравнения полученных значений разрушающего напряжения при статическом изгибе _и и ударной вязкости _уд. Магнитную обработку проводят в постоянном магнитном поле с магнитной индукцией 0,02-0,07 Тл в течение 6 ч, а оценку эффективности влияния технологического параметра Х на прочностные характеристики армированного полимерного композиционного материала проводят по формуле l = b₀/Y + b₁/Y X, где Х - любой технологический параметр (t^oС - температура, Тл - магнитная индукция, и т.д.), среднее значение прочностной характеристики армированного полимерного композиционного материала (_и, _уд и т.д.), b₀/Y - абсолютное значение прочностной характеристики Y при Х=0, приходящееся на единицу Y (безразмерное значение характеристики при Х=0), b₁/Y - удельный относительный вклад технологического параметра Х в значение прочностной характеристики армированного полимерного композиционного материала. Способ позволяет получать армированные полимерные композиционные материалы с высокими прочностными характеристиками, превышающими прочностные характеристики материалов, полученных смесевым способом. 3 табл.

Изобретение относится к области получения армированных полимерных композиционных материалов (АПКМ) на основе сетчатых полимеров, армированных химическими волокнами. Рассмотренный способ рекомендуется использовать для получения конструкционных материалов и изделий из АПКМ.

Известен способ получения АПКМ, включающий пропитку армирующей нити олигомерным связующим, формование, последующее отверждение в постоянном магнитном поле (ПМП) напряженностью Н 2500-8000 Э (0,25-0,8 Тл) в течение 2-4 часов (RU 2119502 Cl, кл. С 08 G 59/00, опублик. 10.06.1998).

Наиболее близким техническим решением является способ получения АПКМ на основе анилино-феноло-формальдегидного связующего и технической нити фенилон, включающий пропитку однонаправленной армирующей нити олигомерным связующим, формование и последующее отверждение, основанный на том, что с целью повышения разрушающего напряжения при статическом изгибе _и и ударной вязкости _уд пропитанную анилино-феноло-формальдегидной смолой нить фенилон подвергают воздействию ПМП напряженностью 800-1000 Э (0,08-0,1 Тл) в течение 5-7 часов при взаимно перпендикулярном расположении армирующих нитей и силовых линий ПМП. Оценку эффективности влияния напряженности ПМП Н на прочностные свойства АПКМ проводили на основе табличного сравнения полученных значений _и и _уд. (SU 1785909 A1, кл. В 29 С 35/08, опублик. 07.01.1993).

Недостатком прототипа является невысокие степени изменения прочностных характеристик АПКМ _и и _уд по сравнению с традиционным смесевым способом.

Техническим результатом данного изобретения является улучшение разрушающего напряжения при статическом изгибе _и получаемого материала с одновременной оценкой эффективности влияния магнитной индукции Тл постоянного магнитного поля на прочностные характеристики АПКМ _и и _уд. Для решения поставленной задачи в способе получения армированного полимерного композиционного материала на основе анилино-феноло-формальдегидного связующего и технической нити фенилон, включающем пропитку однонаправленной технической нити олигомерным связующим, формование, последующее отверждение и магнитную обработку в ПМП на стадии отверждения, оценку эффективности влияния магнитной индукции на прочностные характеристики АПКМ, проводят магнитную обработку ПМП напряженностью 200-700 Э (0,02-0,07 Тл) в течение 6 часов, а оценку эффективности влияния проводят по формуле, имеющей общий вид где Х - технологический параметр (в рассматриваемом случае , Тл); среднее значение прочностной характеристики АПКМ (_и- разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа; _уд- ударная вязкость, кДж/м² и т.д. ); абсолютное значение прочностной характеристики Y при Х=0, приходящееся на единицу Y (безразмерное значение характеристики при Х=0); удельный относительный вклад технологического параметра Х в значение прочностной характеристики Y.

Эффективность влияния технологического параметра Х на прочностные характеристики АПКМ характеризуется значением величины Чем больше значение удельного относительного вклада технологического параметра Х в прочностную характеристику АПКМ тем эффективнее влияние технологического параметра X.

Для изготовления образцов и изделий из получаемых АПКМ предложено использовать в качестве связующего олигомерную анилино-феноло-формальдегидную смолу марки СФ-342А; в качестве отвердителя - полиэтиленполиамин ПЭПА (ТУ-6-02-694-70); в качестве наполнителей - технические нити: полиакрилонитрильная нить (нитрон) (ТУ-15897-79), углеродная нить.

Для образцов стандартных размеров определяли следующие характеристики: - разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа (ГОСТ 4648-71); - удельную ударную вязкость, кДж/м² (ГОСТ 4648-71).

Максимальные абсолютные погрешности при определении величин _и и _уд равны соответственно 2,84 МПА, 2,8 кДж/м².

Пример 1. По традиционному способу. Приготавливали 50% по массе раствор связующего СФ-342А в ацетоне. Этим раствором пропитывали техническую нить фенилон. Пропитанную связующим нить наматывали на мотовило, затем снимали с мотовила и отверждали при температуре 80-150^oС (RU 2119502 C1, кл. С 08 G 59/00, опублик. 10.06.1998).

Пример 2. Способ-прототип. По примеру 1, отличающийся тем, что свежепропитанную связующим нить в течение 5-7 часов подвергали магнитной обработке в ПМП с магнитной индукцией 0,08-0,1 Тл.

Пример 3. По традиционному способу. По примеру 1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя использовали углеродную нить (УН).

Примеры 4-6. По способу прототипу, отличающиеся тем, что в качестве наполнителя используют однонаправленные углеродные нити (УН), расположенные вдоль силовых линий ПМП. Пропитанные связующим нити отверждали в ПМП напряженностью 200-700 Э (0,02-0,04 Тл) в течение 6 часов.

Примеры 7. По традиционному способу. По примеру 3, отличающийся тем, что в качестве наполнителя использовали нитрон.

Примеры 8-10. По примерам 4-6, отличающиеся тем, что в качестве наполнителя использовали нитрон, расположенный вдоль силовых линий ПМП.

Примеры 11-13. По примерам 4-6, отличающиеся тем, что однонаправленные углеродные нити располагали перпендикулярно силовым линиям ПМП.

Примеры 14-15. По примерам 8-10, отличающиеся тем, что однонаправленные нити располагали перпендикулярно силовым линиям ПМП.

Пример 16. Рассмотрим оценку эффективности влияния технологического параметра Х на прочностные свойства АПКМ на примере влияния магнитной индукции на разрушающее напряжение при статическом изгибе _и АПКМ (примеры 3-6, таблица 1). Находим среднее значение _и и

Зависимость _и от представляем в виде функции адекватной экспериментальным данным (примеры 3-6, таблица 1):

Почленно делим и умножаем левую и правую части уравнения (4) на средние значения _и и соответственно и получаем соотношение
1=0,83+k₁-0,62, (5)
где k₁=0,81 - удельный относительный вклад магнитной индукции в значение прочностной характеристики АПКМ _и.
n- степень изменения разрушающего напряжения при статическом изгибе _и, определяемая по формуле

где _i- значение _и при величине магнитной индукции Тл в i-ом опыте;
₀- значение _и при магнитной индукции Тл.

n - степень изменения ударной вязкости _уд, определяемая по формуле

где _i- значение _уд при величине магнитной индукции Тл в i-ом опыте;
₀- значение _уд при магнитной индукции Тл.

Изменение прочностных характеристик систем на основе СФ-342А определяется магнитной индукцией ПМП. Отверждение в ПМП приводит к увеличению _и и уменьшению _уд. Изменение _уд находится в области погрешности эксперимента.

Ориентация армирующих нитей относительно силовых линий ПМП также оказывает влияние на прочностные характеристики АПКМ. Ориентация армирующих нитей вдоль силовых линий приводит к большей степени изменения _и, чем при взаимно перпендикулярном расположении, что связано с изменением процесса образования сетчатой структуры и увеличения адгезии.

Из указанных условий получения АПКМ видно, что для прочностных характеристик материала предпочтительнее ориентация армирующих нитей вдоль силовых линий ПМП. Поэтому наиболее высокие степени изменения прочностных характеристик наблюдается в системах 5, 6 (наполнитель - УВ) и 8, 9 (наполнитель - нитрон).

Противофазное изменение разрушающего напряжения при статическом изгибе _и и ударной вязкости _уд выражено слабо для указанных систем.

Из таблицы 2 видно, что величина удельного относительного вклада k₁, характеризующая эффективность влияния технологического параметра на прочностные характеристики АПКМ, изменяется от системы к системе. На основе таблицы 2 можно выделить системы с эффективным влиянием магнитной индукции на разрушающее напряжение при статическом изгибе _и АПКМ - это примеры 3-6; 7, 14-15 и 7-10: в этих системах величины удельных относительных вкладов имеют наибольшие значения 0,81, 1,20 и 1,06 соответственно.

Из таблицы 3 видно, что _и в заявляемом способе на 29% больше, чем в традиционном смесевом способе (примеры 3, 5);
_и в заявляемом способе на 107% больше, чем в традиционном смесевом способе (примеры 7, 12);
_и в заявляемом способе на 103% больше, чем в прототипе (примеры 2, 5);
Таким образом, заявляемый способ позволяет получать армированные полимерные композиционные материалы с высокими прочностными характеристиками, превышающими прочностные характеристики АПКМ, полученные традиционным смесевым способом и по способу-прототипу, на 29-107%.

Формула изобретения

Способ получения армированного полимерного композиционного материала на основе анилино-феноло-формальдегидного связующего, включающий пропитку однонаправленной технической нити олигомерным связующим, формование, последующее отверждение и магнитную обработку в постоянном магнитном поле на стадии отверждения, оценку эффективности влияния технологического параметра Х на прочностные свойства армированного полимерного композиционного материала на основе табличного сравнения полученных значений разрушающего напряжения при статическом изгибе _и и ударной вязкости _уд, отличающийся тем, что проводят магнитную обработку в постоянном магнитном поле с магнитной индукцией 0,02-0,07 Тл в течение 6 ч, а оценку эффективности влияния технологического параметра Х на прочностные характеристики армированного полимерного композиционного материала проводят по формуле

где Х - любой технологический параметр (t^o, С - температура, Тл - магнитная индукция, и т. д. );
среднее значение прочностной характеристики армированного полимерного композиционного материала (_и, _уд и т. д. );
- абсолютное значение прочностной характеристики Y при Х= 0, приходящееся на единицу Y (безразмерное значение характеристики при Х= 0);
- удельный относительный вклад технологического параметра Х в значение прочностной характеристики армированного полимерного композиционного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1