Композитный материал-2 и способ его изготовления
Изобретение относится к композитному материалу и способу его изготовления. Способ включает создание армированных термопластовых слоев, пропитанных расплавом полимера, связующее вещество, содержащее рубленые волокна, при этом армирующие слои композита представляют собой ткань или волокно, в прослойку между армирующими слоями ткани или волокна добавляют связующее для пропитки, включающее рубленое волокно большего диаметра, при этом связывание армирующих слоев производят путем внедрения в армирующие слои ткани или волокна отрезков рубленого волокна и затягивания их в пустоты армирующего слоя преимущественно в вертикальном направлении, при этом длина отрезков рубленого волокна составляет 0,05-1,0 от толщины слоя ткани или волокна, а соединение слоев производят обжатием. Изобретение обеспечивает создание композитного материала, обладающего повышенной прочностью. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.
Изобретение относится к композитным материалам типа стеклопластик, углепластик и т.п.
Известны композитные материалы, состоящие из слоев армирующей ткани или волокон, пропитанные связующим, как правило, твердеющими синтетическими смолами, см. например, пат. №2308378. Недостатком их является склонность к деламинации (расслоению), так как прочность соединения двух параллельных слоев армирующей ткани определяется только прочностью связующего. И при растягивающей нагрузке, перпендикулярной плоскости слоев, или при сдвигающей нагрузке, параллельной плоскости слоев, разрушение происходит именно по стыку двух соседних слоев армирующей ткани.
Задача и технический результат изобретения - уменьшение склонности к деламинации, то есть повышение прочности материала на разрыв и сдвиг в упомянутых направлениях.
Для этого данный материал содержит в прослойке между слоями армирующей ткани или армирующего волокна рубленое волокно.
СПОСОБ 1. Для этого в связующее для пропитки слоев добавляется рубленое волокно, длина отрезков которого составляет 0,05-1,0 от толщины слоя ткани или слоя волокна (оптимально около 0.2-0,3).
Суть изобретения в том, что отрезки рубленого волокна, хаотично ориентируясь в прослойке между армирующими слоями, будут, в частности, разнонаправленно внедряться (протыкать) в армирующие слои ткани, и таким образом будут связывать их, увеличивая прочность прослойки.
Материал рубленого волокна может быть таким же, какой используется в качестве основного армирующего материала, а может быть другим (например, обладающим большей шероховатостью и большей адгезией).
Диаметр рубленого волокна может быть таким же, какой используется в качестве исходного материала для армирующих слоев, а может быть другим (например более толстым, для лучшей «протыкаемости»).
Ожидается, что добавка рубленого волокна в связующее для пропитки слоев приведет к тому, что отрезки волокна будут затягиваться в пустоты армирующего слоя, и таким образом ориентироваться преимущественно в перпендикулярном к слою направлении.
СПОСОБ 2. Однако, возможно нанесение на уже пропитанный связующим веществом армирующий слой отдельного более тонкого слоя, содержащего рубленое волокно.
При изготовлении композитного материала по этому способу можно использовать для прослойки другое связующее, например, более вязкое и более прочное (при условии их хорошей взаимной адгезии в отвержденном состоянии). Более вязкое - для того, чтобы отрезки рубленого волокна не вытягивались вдоль слоя за счет капиллярных сил, а торчали как можно более перпендикулярно слою армирующего материала. А более прочным связующее может быть по экономическим соображениям, например основной материал может пропитываться полиэфирными смолами, а прослойка - из более дорогой и более прочной смолы. Ее расход на прослойку составит примерно 10-15% от общей массы связующего.
СПОСОБ 3. Наиболее перпендикулярного расположения рубленого волокна по отношению к слою армирующего материала можно добиться, применив электростатическое поле. То есть, на пропитанный слой армирующего материала подается один потенциал электростатического поля, на расположенный рядом рассеиватель рубленого волокна подается другой потенциал электростатического поля, и производится напыление рубленого волокна на пропитанный армирующий материал (аналогично принципу действия флокатора).
Сущность этого способа в том, что волокна в электростатическом поле стремятся ориентироваться перпендикулярно заряженной поверхности, большинство рубленых волокон осядет на слой армирующего материала перпендикулярно к нему и прилипнет к связующему. А такая ориентация обусловит повышенную прочность прослойки на перпендикулярный разрыв и на сдвиг.
На чертеже показано сечение данного материала поперек слоев. Между двумя слоями ткани из углеволокна 1 и 2 расположена прослойка 3, содержащая рубленое углеволокно 4 большего диаметра. После укладки первого слоя, нанесения прослойки и укладки второго слоя (а если надо - нужного количества слоев) проводится обжатие уложенных слоев вакуумированием (или хотя бы валиком). При этом некоторая часть отрезков рубленого волокна 4 втыкается перпендикулярно или под углом в оба слоя 1 и 2, обеспечивая повышенную прочность их сцепления.
1. Способ изготовления композитного материала, включающий армированные термопластовые слои, выполненные из ткани или полотна из волокон, пропитанных расплавом полимера, связующее вещество, содержащее рубленые волокна, отличающийся тем, что армирующие слои композита представляют собой ткань или волокно, в прослойку между армирующими слоями ткани или волокна добавляют связующее для пропитки, включающее рубленое волокно большего диаметра, при этом связывание армирующих слоев производят путем внедрения в армирующие слои ткани или волокна отрезков рубленого волокна и затягивания их в пустоты армирующего слоя преимущественно в вертикальном направлении, при этом длина отрезков рубленого волокна составляет 0,05-1,0 от толщины слоя ткани или волокна, а соединение слоев производят обжатием.
2. Композитный материал, выполненный способом по п.1, отличающийся тем, что содержит в прослойке между слоями армирующей ткани или волокна рубленое волокно.
