×
12.07.2018
218.016.6ffa

Способ получения поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к технологии получения поверхностно-активированных тканых и нетканых материалов и может быть использовано при изготовлении эрозионно-стойких деталей и элементов конструкций в авиационном, ракетном и других отраслях машиностроения. Описан способ получения поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала, включающий обработку материала поверхностно-активным веществом, термостатирование, пропитку связующим - фенолформальдегидной смолой, полимеризацию, в котором в качестве поверхностно-активного вещества для обработки материала используют водный раствор поливинилового спирта 8-20%-ной концентрации, при этом термостатирование проводят в диапазоне температур от 200 до 380°C в течение 2-4 ч. Технический результат: получен поверхностно-активированный волокнистый углеродный материал с повышенными физико-механическими характеристиками. 5 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к технологии получения поверхностно-активированных тканых и нетканых материалов и может быть использовано при изготовлении эрозионно-стойких деталей и элементов конструкций в авиационном, ракетном и других отраслях машиностроения.

Разработка конкурентоспособной продукции на современном этапе требует новых подходов в развитии материаловедения композитов, широко применяемых во многих отраслях промышленности.

В качестве наполнителя выбран углеродный волокнистый материал, как наиболее перспективный армирующий наполнитель композитов, формируемых по технологии «материал-деталь».

Изменение поверхностной энергии наполнителя вызвано необходимостью усиления межфазного взаимодействия на границе контакта разнородных материалов, которое достигается в настоящее время различными способами (прокаливанием, обработкой поверхностно-активными веществами, электро- и диффузионным осаждением металлов переменной валентности), однако, они являются недостаточными для существенного увеличения сдвиговой прочности углепластиковых деталей.

Рассмотренные выше методы, применяемые в России и зарубежных технологиях, хотя и являются эффективными, но не позволяют повысить физико-механические характеристики (ФМХ) углепластика более чем на 40-50%.

Известен способ (прототип) получения тканого активированного углеродного волокнистого материала (патент РФ №2000360), включающий обработку материала поверхностно-активным веществом, термостатирование, пропитку связующим, полимеризацию, где в качестве поверхностно-активного вещества используют водный раствор хлористого цинка 10-40%-ной концентрации.

Недостатками данного способа являются низкая технологичность (требуется проведение дополнительных операций карбонизации и до активирования) и невысокие показатели ФМХ волокнистого углеродного материала.

Известен способ получения углеродных металлсодержащих наноструктур (патент РФ №2393110), включающий механохимическую обработку реакционной смеси из металлургической пыли, содержащую оксиды железа или никеля, ступенчатый нагрев в интервале температур 100-400°C, где в качестве органического вещества используют отходы промышленного производства - вторичные полимеры, такие как поливинилхлорид (ПВХ) или поливинилацетат (ПВА).

Недостатком данного способа является использование токсичных исходных материалов ПВХ и ПВА в высоких концентрациях, что ограничивает его применение по экологическим составляющим.

Задачей изобретения является повышение физико-механических характеристик поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала.

Технический результат заключается в повышении физико-механических характеристик поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала на 50-100% за счет изменения энергии Гиббса и увеличении гидрофильности в результате формирования наноструктур на поверхности волокнистого углеродного материала.

Технический результат достигается тем, что в способе получения поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала, включающем обработку материала поверхностно-активным веществом, термостатирование, пропитку связующим - фенолформальдегидной смолой, полимеризацию, в качестве поверхностно-активного вещества для обработки материала используют водный раствор поливинилового спирта (ПВС) 8-20%-ной концентрации с последующим термостатированием от 200 до 380°C в течение 2-4 часов.

Применение в качестве поверхностно-активного вещества водного раствора ПВС 8-20%-ной концентрации обусловлено тем, что при обработке им волокнистого углеродного материала поливиниловый спирт в виде водного раствора взаимодействует с атомами углерода с мицеллообразованием, гидрофильные концы при этом направлены наружу, а гидрофобные - внутрь, что и есть наноструктурирование поверхности волокнистого углеродного материала, и вследствие чего увеличивается ее гидрофильность.

В процессе термостатирования завершается процесс наноструктурирования поверхности волокнистого углеродного материала и образуется скрепленный с субстратом наноструктурированный слой (фиг. 1) с измененной относительно волокнистого углеродного материала энергией Гиббса, вследствие чего обеспечивается равномерность распределения связующего при межфазном взаимодействии с наноструктурированным слоем и после полимеризации повышаются ФМХ поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала на 50-100%.

Большую роль играет критическая концентрация поливинилового спирта, при которой после наноструктурирования проявляются лиофильные свойства полимерных матриц.

Для определения критической концентрации были проведены исследования влияния концентраций ПВС на изменение физико-механических свойств наполнителя, а также влияние на ФМХ волокнистого углеродного материала на основе углеродной ткани Урал Т-22Р ЭХО-«А» со связующим марки СФ-010 (фенолформальдегидная смола), были проведены исследования трех диапазонов концентраций ПВС:

- первый диапазон - до 8%;

- второй диапазон - от 8 до 20%;

- третий диапазон - от 20 до 25%.

Результаты исследований с учетом влияния критических концентраций ПВС, используемых для наноструктурирования, приведены в таблице 1.

Из анализа характеристик, приведенных в таблице 1, следует:

1. ФМХ образцов с 10%-ной концентрацией ПВС (второй диапазон) превышают ФМХ образцов волокнистого углеродного материала, изготовленных по штатной технологии, в 2 раза.

2. ФМХ образцов с 5 и 25%-ной концентрацией ПВС (первый и третий диапазоны) сопоставимы с ФМХ образцов волокнистого углеродного материала, изготовленных по штатной технологии.

В результате исследования доказано то, что максимально высокие ФМХ волокнистого углеродного материала во втором диапазоне от 8-20%-ной концентрации ПВС в водном растворе, а при снижении или повышении концентрации ПВС относительно второго диапазона, ФМХ волокнистого углеродного материала ухудшаются.

Режимы термостатирования подобраны опытно-экспериментальным путем с целью наиболее эффективного наноструктурирования поверхности волокнистого углеродного материала.

Температура t=200-380°C и время 2-4 часа термостатирования обусловлены физико-химическим превращением ПВС при разложении с остаточным содержанием влаги.

Структурный анализ волокнистого углеродного материала проводился методом оптической микроскопии на приборе МЕТАМ ЛВ -31 (фиг. 2).

Исследования структурного состояния поверхности показали, что наилучшие результаты достигаются путем наноструктурирования волокнистого гидрофобного наполнителя, достигаемого за счет терморазложения поливинилового спирта, адсорбционно и химически связанного с субстратом.

Анализ структуры наглядно демонстрирует влияние концентрации ПВС на качество заполнения углеродного наполнителя полимерной матрицей.

Фиг 1. Внешний вид углеродной ткани после наноструктурирования. Размерность полученных наноструктур от 5 до 10 нм.

При этом выявлены отличия в нитях по утку и основе.

Фиг. 2 - таблица. Структура углепластиков образцов в разрезе.

Фиг 3. Внешиний вид ткани Урал Т-22Р ЭХО-А + ПВС 10%-ной концентрации + СФ-010 после стадии термостатирования.

Фиг 4. Схема прямого прессования для изготовления плит.

На фиг. показаны:

1 - углеродный материал с ПВС;

2 - жесткая формующая рамка;

3 – пуансон.

Фиг 5. Визуализация нанообразований из ПВС на стекле.

Пример получения поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала осуществляется при помощи следующей технологии:

1. Раскрой ткани из углеродного материала Урал Т-22Р ЭХО-А.

2. Приготовление ПВС концентрации 8-20%.

3. Пропитка ткани раствором ПВС.

4. Термостатирование ткани в диапазоне: t=200-380°C в течение 2-4 ч.

5. Пропитка активированной ткани связующим СФ-010.

6. Разместить пропитанную ткань в пакеты по 6 шт. в каждый, проложить между ними фторопластовую пленку. Установить пакеты в пресс-форму. Дать максимальное давление - 1,2 МПа и установить пресс-форму в термостат нет менее 12 атм.

Режим полимеризации связующего СФ-010.

7. Вырезать образцы из плит размером 235×25×(1÷2).

Способом изготовления образцов является прямое прессование (давление - 1 МПа) (Фиг. 4).

8. Испытания.

Провести испытания образцов на определение ФМХ. Таким образом, описанный в изобретении способ получения поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала позволяет повысить физико-механические характеристики поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала на 50-100%.

Способ получения поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала, включающий обработку материала поверхностно-активным веществом, термостатирование, пропитку связующим - фенолформальдегидной смолой, полимеризацию, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества для обработки материала используют водный раствор поливинилового спирта 8-20%-ной концентрации, при этом термостатирование проводят в диапазоне температур от 200 до 380°C в течение 2-4 часов.
Способ получения поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала
Способ получения поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала
Способ получения поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала
Способ получения поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала
Способ получения поверхностно-активированного волокнистого углеродного материала
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 76 items.
10.06.2015
№216.013.5522

Способ ремонта поверхности деталей из углепластика

Изобретение относится к технологии композиционных материалов и может быть использовано при ремонте поверхности деталей ракетного двигателя. Способ ремонта поверхности деталей из углепластика включает приготовление ремонтного состава, обезжиривание дефектов поверхности, заполнение их ремонтным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553315
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.08.2015
№216.013.6b3c

Способ изготовления ванны для гальванических производств

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении ванны для гальванических производств с рабочими электролитами, имеющими нейтральную, щелочную и кислую среду, работающим при температуре от -30 до +30°С, а также к промывочным ваннам гальванопроизводства,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559010
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.12.2015
№216.013.96f0

Баллон из композиционного материала

Изобретение относится к машиностроению, а именно к баллонам из композиционного материала, получаемым методом непрерывной намотки армирующей нити, и может быть использовано при создании твердотопливных двигателей ракет, в химическом машиностроении, а также в других отраслях промышленности. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570260
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.12.2015
№216.013.96f3

Баллон из композиционного материала

Изобретение относится к машиностроению, а именно к баллонам из композиционного материала, получаемых методом непрерывной намотки армирующей нити (ленты, жгута), и может быть использовано при создании корпусов твердотопливных двигателей ракет, в химическом машиностроении, а также в других...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570263
Дата охранного документа: 10.12.2015
27.03.2016
№216.014.c5fd

Опора компрессорного оборудования

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при проектировании опорных устройств, преимущественно для компрессорного оборудования. Опора компрессорного оборудования содержит опорный платик, опорную раму, элемент, регулирующий зазор между ними, крепежные детали, слой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578753
Дата охранного документа: 27.03.2016
20.06.2016
№217.015.041b

Воздухоочистительное устройство

Изобретение относится к устройствам для очистки забираемого из атмосферы воздуха и подготовки его для подачи в компрессор газотурбинного двигателя. Воздухоочистительное устройство содержит воздухоприемную камеру, в которой ярусами установлены блоки комбинированной системы фильтрации, включающие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587511
Дата охранного документа: 20.06.2016
20.06.2016
№217.015.04b4

Способ измерения коэффициента затухания ультразвука

Использование: для измерения коэффициента затухания ультразвуковых волн (УЗВ) в различных средах. Сущность изобретения заключается в том, что на первую поверхность образца устанавливают первый преобразователь, совмещенно подключенный к дефектоскопу, измеряют амплитуду второго донного импульса,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587536
Дата охранного документа: 20.06.2016
20.06.2016
№217.015.051e

Способ изготовления оболочек с внутренними радиальными полостями

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов, а именно оболочек переменного сечения для силовых конструкций с внутренними радиальными полостями. Способ включает кольцевую намотку предварительно пропитанной связующим угольной ленты на оправку с радиальными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587453
Дата охранного документа: 20.06.2016
10.04.2016
№216.015.30ac

Установка для гашения ракетного двигателя твердого топлива при испытаниях

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей твердого топлива. Установка для гашения ракетного двигателя твердого топлива при испытаниях содержит связанную с системой подачи охлаждающей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580239
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.30e7

Заглушка сопла ракетного двигателя

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке заглушек сопел малогабаритных ракетных двигателей, где необходимо реализовать высокий уровень давления срабатывания заглушки. Заглушка сопла ракетного двигателя выполнена в виде охватывающего выходную часть сопла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580231
Дата охранного документа: 10.04.2016
Showing 1-10 of 59 items.
20.06.2013
№216.012.4bb0

Способ изготовления фильтров

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии изготовления изделий в пресс-форме, и может быть применено для изготовления фильтров, например, маслобаков газотурбинных установок. Способ изготовления фильтров включает размещение периферийной части металлической сетки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484958
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.09.2013
№216.012.6845

Способ изготовления внутреннего теплозащитного покрытия корпуса ракетного двигателя

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при изготовлении внутреннего теплозащитного покрытия корпусов ракетных двигателей. При изготовлении внутреннего теплозащитного покрытия корпуса ракетного двигателя укладывают послойно на жесткую оправку слои...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492340
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.10.2013
№216.012.7a20

Ванна для гальванических производств и способ ее изготовления

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к изготовлению ванн для работы с электролитами, имеющими нейтральную, щелочную и кислую среду при температуре до 80-90°С, а также к промывочным ваннам, емкостям для хранения и переработки агрессивных жидкостей и отходов. Ванна...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496926
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.11.2013
№216.012.81be

Способ изготовления статора одновинтового насоса

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении одновинтовых насосов. Способ изготовления статора одновинтового насоса включает запрессовку эластомера в обойму с установленным в ней винтовым знаком, вулканизацию эластомера и выдавливание знака. На торцы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498890
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.12.2013
№216.012.880f

Способ изготовления статора одновинтового насоса

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении одновинтовых насосов. Способ изготовления статора одновинтового насоса включает запрессовку эластомера в полость между обоймой, на внутреннюю поверхность которой нанесен склеивающий состав, и установленным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500513
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.02.2014
№216.012.a18a

Оправка для изготовления крупногабаритных корпусов из полимерных композиционных материалов

Изобретение относится к оборудованию для изготовления изделий из композиционных материалов методом намотки и может найти применение при изготовлении формообразующих оправок для намотки силовой оболочки емкостей, работающих под давлением, например корпусов ракетных двигателей твердого топлива...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507069
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.03.2014
№216.012.ab9d

Пресс-форма для изготовления статора одновинтового насоса

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении одновинтовых насосов. Пресс-форма для изготовления статора одновинтового насоса состоит из металлического остова и запрессованного в него эластомера с внутренней винтовой поверхностью, а также включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509648
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.05.2014
№216.012.c3a5

Способ сборки формующего блока пресс-формы для изготовления подвижного соединения

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии изготовления подвижных соединений в пресс-форме, и может быть ис- пользовано при изготовлении армированных амортизаторов и резинометал- лических элементов. Способ сборки формующего блока пресс-формы для из- готовления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515844
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c49f

Статор одновинтового насоса

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при разработке и изготовлении статора одновинтовых насосов. Статор одновинтового насоса содержит металлический остов 1 и запрессованную в него эластичную обкладку 2 с винтовым каналом 3. Внутренняя поверхность 4 остова 1 у...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516094
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.05.2014
№216.012.ca1e

Пресс-форма для изготовления армированных резинотехнических изделий

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии изготовления подвижных соединений в пресс-форме, и может быть ис- пользовано при изготовлении армированных амортизаторов и резинометал- лических элементов. Пресс-форма для изготовления армированных резино- технических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517508
Дата охранного документа: 27.05.2014
+ добавить свой РИД