Способ получения слоистого пластика

Изобретение относится к технологии изготовления слоистых композиционных материалов для использования в авиационной и машиностроительной промышленности и касается способа соединения препрегов.

Известны композиционные материалы, изготовленные путем формования слоев препрега на основе ароматического полиамидного волокна СВМ и эпоксидного связующего [Кудрявцев Г.И., Варшавский В.Я., Щетинин A.M., Казаков М.Е. Армирующие химические волокна для композиционных материалов - М. Химия. 1992. С. 88-111.]

Известны композиционные материалы на основе волокон из жесткоцепных ароматических полимеров и эпоксидных связующих, получаемые пропиткой волокон эпоксидным связующим с последующим отверждением [Dhingra А.А., Pigliacampi J.J., Tanner D. Aramid fibers for general engineering. J. Metals. 1986, v. 38, №3, p. 21-25]. Эти материалы отличаются повышенной удельной прочностью и жесткостью и используются как конструкционные в различных областях техники. Недостатком этих материалов и изделий, является недостаточная межслойная прочность, что приводит к межслойному расслаиванию под действием нагрузок при сжатии.

Известен способ получения наномодифицированного связующего, связующее и препрег на его основе [патент РФ №2415884], заключающийся в том, что в эпоксидное связующее вводят один модификатор в виде наноразмерных частиц из никеля, меди, алюминия или нанотрубок за счет ультразвукового воздействия. Далее вышеупомянутым наномодифицированным связующим пропитывают неорганические армирующие материалы в форме волокон, нетканых материалов или тканей и получают препреги. Для связующих, применяющихся в изготовлении препрегов для композиционных материалов, количественное соотношение наномодификатора составляет 0,005-0,1 масс. %. Изделия, изготовленные из данных препрегов, имеют улучшенные механические характеристики на 15-30% в зависимости от видов смол.

Известно [Брусенцева Т., Зобов К., Филиппов А., Базарова Д., Лхасаранов С., Чермошенцева А., Сызранцев В. Введение нанопорошков и механические свойства материалов на основе эпоксидных смол // Наноиндустрия. 2013. №3. (41). С. 24-31. Покровский A.M., Чермошенцева А.С. Экспериментальное исследование влияния нанодобавок на свойства композиционных материалов с межслойными дефектами // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. №3. С. 150-159.], что за счет введения в матрицу различных видов наноматериалов, таких как, нанотрубки, наночастицы, нановолокна наблюдается упрочнение изделий из слоистых композиционных материалов на основе эпоксидных смол.

Недостатком этих материалов и изделий, является недостаточная повторяемость результатов, поскольку, в настоящее время, отсутствуют технологии, позволяющие равномерно распределять наночастицы в объеме матрицы.

Наиболее близким аналогом является способ получения слоистого пластика (патент RU 2271935) включающий получение препрега путем пропитки углеродного наполнителя эпоксидным связующим, сборку пакета из препрега и формование, при этом при сборке пакета между слоями препрегов дополнительно размещают термопластичную полиамидную или полисульфоновую пленку с поверхностной энергией не менее 50 мДж/м2 в количестве 1-10 мас. % на 100 мас. % связующего в виде сплошных слоев, полос или сетки.

Недостатком этого способа получения слоистого пластика является увеличение количества межслойных дефектов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения слоистого пластика с повышенной межслойной прочностью.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения слоистого пластика, включающий получение препрега путем пропитки волокнистого стеклянного или углеродного наполнителя эпоксидным связующим, сборку пакета из препрега и формование, при этом в процессе сборки пакета между слоями препрега дополнительно размещают препрег с предварительно нанесенными с двух сторон наночастицами. При этом дополнительный препрег можно размещать как между внутренними слоями, так и под наружными слоями пакета.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Пример 1. Получали препрег на пропиточной машине путем пропитки стеклоткани сатинового переплетения - Т-25 (ВМ) ТУ 6-11-380-76 раствором эпоксидного связующего ЭД-20 на основе эпоксидно-диановой смолы ГОСТ 10587-84 и смеси отвердителей ПЭПА (ТУ 2413-357-0203447-99), затем производили раскрой препрега на заготовки требуемого размера и осуществляли сборку пакета из препрега, в процессе которой между всеми слоями препрега размещали препрег с нанесенными с двух сторон наночастицами диоксида кремния марки Таркосил Т-20 (средний размер частиц 20-25 нм) и производили прессование стеклопластика при температуре 190 0С и давлении 1 МПа в течение 4 часов. Далее производили распрессовку и извлекали изделие. Нанесение наночастиц на поверхность препрега осуществляли методом аэрозольного нанесения.

Пример 2. Получали препрег путем пропитки углеродного волокнистого наполнителя - ленты марки УОЛ-300-Р раствором эпоксидного связующего ЭД-20 на основе эпоксидно-диановой смолы ГОСТ10587-84 и смеси отвердителей ПЭПА (ТУ 2413-357-0203447-99), затем производили раскрой препрега на заготовки требуемого размера и осуществляли сборку пакета из препрега, в процессе которой между всеми слоями препрега размещали препрег с нанесенными с двух сторон наночастицами диоксида кремния марки Таркосил Т-20 (средний размер частиц 20-25 нм) и производили прессование углепластика при температуре 190 0С и давлении 1 МПа в течение 4 часов. Далее производили распрессовку и извлекали изделие. Нанесение наночастиц на поверхность препрега осуществляли методом аэрозольного нанесения.

Экспериментально на образцах, полученных по настоящему изобретению, было установлено, что предел прочности при межслойном сдвиге возрастает в пределах 25-30% по сравнению с образцами без наночастиц. Испытания по определению кажущегося предела прочности при межслойном сдвиге методом испытания короткой балки осуществляли по ГОСТ 32659-2014.

Авторами установлено, что существует оптимальное количество наночастиц, распределенных на поверхности препрега, позволяющее увеличить прочностные свойства слоистых композитов, которое зависит от размера наночастиц, концентрации частиц в аэрозольном пространстве и времени нахождения препрега в аэрозоле и определяется опытным путем.

В данном изобретении не раскрывается технология аэрозольного нанесения наночастиц на поверхности препрегов, поскольку в настоящий момент она находится под грифом ноу-хау.

Для любого сведущего в данной области специалиста должно быть понятно, что объем прав не ограничивается приведенным примером реализации изобретения.

Настоящее изобретение позволяет получать слоистые композиционные материалы, обеспечивающие высокую удельную жесткость и прочность изделий авиационной и машиностроительной промышленности при возможности нужным образом сочетать полезные свойства отдельных слоев.