Патент на изобретение №2182079
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННОГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
(57) Реферат: 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 (toС – 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 80-150oС (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 соотношение1=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
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 (to, 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
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 23.07.2001
Номер и год публикации бюллетеня: 23-2003
Извещение опубликовано: 20.08.2003
|
||||||||||||||||||||||||||
