полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокнонаполненный материал, его содержащий

Классы МПК:C08G59/00 Поликонденсаты, содержащие более чем одну эпоксигруппу в молекуле ; макромолекулы, полученные реакцией эпоксидных поликонденсатов с монофункциональными низкомолекулярными соединениями; макромолекулы, полученные полимеризацией соединений, содержащих более чем одну эпоксигруппу в молекуле с использованием вулканизующих агентов или катализаторов, реагирующих с эпоксигруппами
C08L61/00 Композиции конденсационных полимеров альдегидов или кетонов; композиции их производных
C08L61/04 конденсационные полимеры альдегидов или кетонов только с фенолами
C08L63/00 Композиции эпоксидных смол; композиции производных эпоксидных смол
B32B27/04 в качестве пропитывающего, связывающего вещества или вещества, в которое вводятся (заделываются) различные ингредиенты 
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):ГОУ ВПО Саратовский государственный технический университет (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-07-12
публикация патента:

Изобретение имеет отношение к полимерному композиционному материалу на основе термореактивных смол и волокнонаполненному материалу на его основе. Полимерный композиционный материал включает термореактивную резольную фенолоформальдегидную смолу и дополнительно содержит термореактивную эпоксидную смолу и термореактивную полиэфирную смолу в соотношении, % масс:

термореактивная резольная фенолоформальдегидная смола48-83;
термореактивная эпоксидная смола3-13;
термореактивная полиэфирная смола 14-39.

Волокнонаполненный материал включает полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокно. В качестве волокна материал содержит полиакрилонитрильную нить или стеклянную нить при следующем соотношении, массовые части: полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол 3,2-5,2; волокно 1,0. Технический результат - отказ от применения дорогих и токсичных отвердителей, понижение токсичности получаемого материала и его производства, удешевление получаемого материала и повышение его стойкости к ударным воздействиям. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 12 пр.

Рисунки к патенту РФ 2495056

полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056

Изобретение относится к области получения полимерных композиционных материалов (ПКМ), применяемых для изготовления изделий промышленного и бытового назначения.

Известен композиционный материал (аналог), получаемый отверждением термореактивной ненасыщенной полиэфирной смолы, где в качестве отверждающей системы применяли гидропероксид изопропилбензола (гипериз) и ускоритель НК при следующем содержании компонентов композиционного материала, % масс:

Смола термореактивная полиэфирная 89,0
Гидропероксид изопропилбензола 4,5
Ускоритель НК 6,5

Недостаток этого материала: повышенная токсичность из-за присутствия гидропероксида изопропилбензола и ускорителя НК и низкая прочность при ударных воздействиях (aуд=4-5 кДж/м 2) [1, С.125, 142].

Известен композиционный материал (аналог), получаемый отверждением термореактивной эпоксидной смолы, где в качестве отвердителя применяли полиэтиленполиамин, при следующем содержании компонентов композиционного материала, % масс:

Смола термореактивная эпоксидная 90
Полиэтиленполиамин 10

Недостаток этого материала: повышенная токсичность из-за присутствия полиэтиленполиамина и низкая прочность при ударных воздействиях (aуд =2 кДж/м2) [2, с.224].

Известен композиционный материал на основе термореактивной смолы (прототип), получаемый отверждением термореактивной

фенолоформальдегидной резольной смолы, которая отверждается термически, при следующем содержании компонентов композиционного материала, % масс:

смола термореактивная фенолоформальдегидная резольная100

Недостаток этого материала - низкая прочность при ударных воздействиях (aуд=2 кДж/м2) [2, с.66, 224].

Известен волокнонаполненный полимерный композиционный материал (прототип) на основе термореактивной резольной фенолоформальдегидной смолы при следующем содержании компонентов композиционного материала, % масс:

Смола термореактивная фенолоформальдегидная резольная22-35
волокнистый наполнитель (опилки древесины) 78-65

Недостаток этого материала - пониженная прочность при ударных воздействиях (a уд=4-15 кДж/м2) [1, с.60-65].

При создании изобретения ставилась задача отказаться от применения дорогих и токсичных отвердителей и понизить токсичность получаемого материала и его производства, удешевить получаемый материал и повысить его стойкость к ударным воздействиям.

Поставленная задача решается за счет того, что:

- полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол, включающий термореактивную фенолоформальдегидную резольную смолу, дополнительно содержит термореактивную полиэфирную смолу и термореактивную эпоксидную смолу, взятые в соотношении, % масс:

термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола 48-83
термореактивная полиэфирная смола 39-14
термореактивная эпоксидная смола 3-13

- волокнонаполненный материал, включающий полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокно, в качестве полимерного композиционного материала содержит термореактивную фенолоформальдегидную резольную смолу, термореактивную полиэфирную смолу и термореактивную эпоксидную смолу при следующем соотношении компонентов, % масс:

термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола 48-83
термореактивная полиэфирная смола 39-14
термореактивная эпоксидная смола 3-13

а в качестве волокна содержит полиакрилонитрильную нить или стеклянную нить в следующем соотношении, массовые части:

полимерный композиционный материал полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056
на основе термореактивных смол 3,2-5,2
волокно 1,0

Совмещением волокнистого наполнителя со смесью указанных смол получали смесь, из которой затем формовали образцы материала.

Для получения исходных смесей применяли следующие компоненты:

- термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола,

- термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола,

- термореактивная эпоксидная смола.

Все указанные вещества растворимы в ацетоне. В качестве волокна использовали технические нити:

- полиакрилонитрильная (ПАН),

- стеклянная (СН).

Из полученных волокносодержащих смесей методом прямого прессования изготавливали пластины, из которых затем вырезали образцы стандартных размеров.

Полученные образцы подвергали испытаниям и определяли следующие характеристики:

- удельная ударная вязкость aуд , кДж/м2 (ГОСТ 4647-80);

- разрушающее напряжение при растяжении полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056 p, МПа (ГОСТ 22840-90);

- суточное водопоглощение W, % (ГОСТ 4650-80);

- плотность полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056 , кг/м3 (ГОСТ 15139-81).

Пример 1. Приготавливают смесь термореактивной полиэфирной ненасыщенной и термореактивной эпоксидной смол и эту смесь добавляют к термореактивной фенолоформальдегидной резольной смоле и подвергают отверждению при постепенном повышении температуры до достижения степени превращения исходных смол в сетчатый продукт не менее 90% и получают полимерный композиционный материал состава, % масс: термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола - 48; термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола - 39; термореактивная эпоксидная смола - 13.

Таблица 1. Физико-механические характеристики образцов полимерного композиционного материала (ПКМ) на основе трех термореактивных смол.

Таблица 2. Физико-механические характеристики образцов волокнонаполненных материалов на основе полимерного композиционного материала.

Фигура 1. Зависимость удельного объемного электрического сопротивления полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056 v от продолжительности отверждения полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056 .

Пример 2. Пример по примеру 1, отличающийся тем, что получают полимерный композиционный материал (ПКМ) состава, % масс: термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола - 83; термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола - 14; термореактивная эпоксидная смола - 3.

Пример 3. Пример по примеру 1, отличающийся тем, что получают ПКМ состава, % масс: термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола - 65; термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола - 27; термореактивная эпоксидная смола - 8.

Пример 4. Пример по примеру 1, отличающийся тем, что получают ПКМ состава, % масс.: термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола - 95; термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола - 3; термореактивная эпоксидная смола - 2.

Полученный материал по своим характеристикам практически не отличается от прототипа.

Пример 5. Пример по примеру 1, отличающийся тем, что получают материал состава, % масс.: термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола - 40; термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола - 45; термореактивная эпоксидная смола - 15. Полученная смесь в изученных условиях остается в вязко-текучем состоянии и не отверждается.

Пример 6. Пример по примеру 1, отличающийся тем, что смесью указанного состава пропитывают полиакрилонитрильное волокно в качестве наполнителя. Полученную смесь сушат для удаления ацетона и подвергают прямому прессованию. Полученный материал имеет состав, массовые части:

полимерный композиционный материал полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056
на основе термореактивных смол5,2
волокно1.0

Из полученных прямым прессованием пластин вырезают образцы стандартных размеров и подвергают их физико-механическим испытаниям.

Пример 7. Пример по примеру 2, отличающийся тем, что смесью указанного состава пропитывают стеклянное волокно в качестве наполнителя. Полученную смесь подвергают прямому прессованию. Полученный материал имеет состав, массовые части:

полимерный композиционный материал полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056
на основе термореактивных смол 3,2
волокно 1,0.

Пример 8. Пример по примеру 7, отличающийся тем, что стеклянную нить пропитывают смесью состава, % масс: термореактивная фенолоформальдегидная резольная смола - 79; термореактивная полиэфирная ненасыщенная смола - 18; термореактивная эпоксидная смола - 3 и получают материал состава, массовые части:

полимерный композиционный материал полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056
на основе термореактивных смол 3,2
волокно 1,0.

Пример 9. Пример по примеру 8, отличающийся тем, что получают материал состава, массовые части:

полимерный композиционный материал полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056
на основе термореактивных смол 4,0
волокно 1,0.

Этот материал содержит 20% масс, волокна.

Пример 10. Пример по примеру 8, отличающийся тем, что получают материал состава, массовые части:

полимерный композиционный материал полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056
на основе термореактивных смол 9,0
волокно 1,0.

Этот материал содержит 10% масс волокна.

Пример 11. Пример по примеру 8, отличающийся тем, что получают материал состава, массовые части:

полимерный композиционный материал полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056
на основе термореактивных смол 7,0
волокно 3,0.

Этот материал содержит 30% масс. волокна.

Анализ примеров показывает значительное увеличение ударной прочности при отверждении смеси трех смол по сравнению с продуктами отверждения индивидуальных смол. Кроме того, армирование трехкомпонентной смеси полиакрилонитрильной нитью повышает полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056 p на порядок величины по сравнению с ненаполненными смолами (пример 6). Армирующие нити вводят дополнительные дефекты, поэтому водопоглощение образцов повышается от значений 0,2-1,0% для ненаполненных смол до значений 1,9-3,5% в армированных материалах.

Плотность рассматриваемых материалов находится в пределах 1120-1200 кг/м3, а при введении сравнительно плотных стеклянных нитей повышается до 1500-1570 кг/м3 .

Рекомендуемое содержание фенолоформальдегидной смолы находится в пределах 48-83% масс.

При содержании фенолоформальдегидной смолы менее 48% масс. (пример 5) связующее в изученных условиях не отверждается, а при содержании фенолоформальдегидной смолы более 83% масс. (пример 4) получают материал, практически не отличающийся от продукта отверждения одной фенолоформальдегидной смолы.

Рекомендуемое содержание наполнителя в новых материалах находится в пределах 16-24% масс. (примеры 6 и 8). Промежуточное содержание наполнителя 20% масс. (пример 9) обеспечивает достаточно высокий уровень прочностных характеристик с повышенным значением полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056 p,поскольку стеклянные нити более прочны при растяжении, чем полиакрилонитрильные нити.

При содержании наполнителя меньше 16% масс. материал по свойствам мало отличается от продукта отверждения ненаполненной смеси трех смол, армирующее влияние наполнителя при этом не проявляется в силу отсутствия монолитности материала (пример 10).

При содержании наполнителя более 24% масс. материал также не обладает монолитностью, в нем содержатся непропитанные нити. Такой материал непригоден для эксплуатации, хотя его величина полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056 p близка к значению для наполнителя (пример 11).

Предлагаемые смеси не содержат токсичных отвердителей, после отверждения этих смесей получают сравнительно дешевые материалы (вследствие отсутствия дорогостоящих отвердителей), более стойки к ударным воздействиям, чем прототипы.

Применение смесей трех термореактивных смол: термореактивная фенолоформальдегидная резольная, термореактивная ненасыщенная полиэфирная, термореактивная эпоксидная в науке неизвестно.

Пример 12. Пример по примеру 6, отличающейся тем, что в качестве растворителя фенолоформальдегидной смолы используют смесь ацетона с изопропиловым спиртом при массовом соотношении 2:3. Использование изопропилового спирта обеспечивает более равномерную пропитку наполнителя. Получаемый препрег зажимают между стальными электродами с последующим контролем величины сопротивления материала в процессе отверждения (фиг.1). После испарения ацетона и изопропилового спирта получается материал состава по примеру 6.

Удельное объемное сопротивление армированной смеси (пример 12) растет по ходу отверждения и достигает значений 2*108 Ом*м=2*1010 Ом*см, то есть приближается к значениям 108-1012 Ом*см, характерным для фенопластов [3, с.224-225], что позволяет использовать новые материалы в качестве электроизоляционных.

Таблица 1
Композицияауд, кДж/м 2полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056 p, МПаW,% полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056 , кг/м3
Пример 18110 0,41140
Пример 280- 0,31170
Пример 378 -0,21200
Пример 45 121,0 1200
Прототип 2-- -

Таблица 2
Композицияполимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056 уд, кДж/м2 полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056 p, МПаW, % полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056 , кг/м3
Пример 684482 3,21120
Пример 745- 2,01570
Пример 848 -1,91550
Пример 940 9501,9 1500
Пример10 37152,5 1250
Пример11 2614003,5 2500
Прототип 4-15- --

Использованные источники информации

1. Справочник по пластическим массам, т.2. / Под ред. В.М. Катаева, В.А. Попова, В.И. Сажина. - М.: Химия, 1975. - 568 с.

2. Студенцов В.Н. Совершенствование технологии волокнонаполненных полимерных композиционных материалов / Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук // Саратов: Саратовский политехнический институт, 1992. - 342 с.

3. Рабинович В.А. Краткий химический справочник / В.А. Рабинович, З.Я. Хавин. - Ленинград: Химия, 1978. - 392 с.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол, включающий термореактивную резольную фенолоформальдегидную смолу, отличающийся тем, что дополнительно содержит термореактивную эпоксидную смолу и термореактивную полиэфирную смолу при следующем соотношении, мас.%:

термореактивная резольная фенолоформальдегидная смола48-83
термореактивная эпоксидная смола3-13
термореактивная полиэфирная смола 14-39

2. Волокнонаполненный материал, включающий полимерный композиционный материал на основе термореактивных смол и волокно, в качестве полимерного композиционного материала содержит полимерный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве волокна содержит полиакрилонитрильную нить или стеклянную нить при следующем соотношении, мас.ч.:

полимерный композиционный материал полимерный композиционный материал на основе термореактивных   смол и волокнонаполненный материал, его содержащий, патент № 2495056
на основе термореактивных смол3,2-5,2
волокно1,0


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2495056

patent-2495056.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C08G59/00 Поликонденсаты, содержащие более чем одну эпоксигруппу в молекуле ; макромолекулы, полученные реакцией эпоксидных поликонденсатов с монофункциональными низкомолекулярными соединениями; макромолекулы, полученные полимеризацией соединений, содержащих более чем одну эпоксигруппу в молекуле с использованием вулканизующих агентов или катализаторов, реагирующих с эпоксигруппами

Патенты РФ в классе C08G59/00:
термоотверждающаяся композиция эпоксидной смолы и полупроводниковое устройство -  патент 2528849 (20.09.2014)
растворимый в воде амин и его применение -  патент 2528335 (10.09.2014)
литьевая смоляная система для изоляторов с повышенной теплостойкостью -  патент 2523282 (20.07.2014)
водорастворимые системы на основе эпоксидных смол -  патент 2518123 (10.06.2014)
композиция эпоксидной смолы, препрег и армированный волокнами композиционный материал -  патент 2513626 (20.04.2014)
композиция смолы с цепным механизмом отверждения и армированный волокнами композиционный материал -  патент 2511450 (10.04.2014)
способ получения отвердителя для среднемолекулярных эпоксидных смол -  патент 2509783 (20.03.2014)
полимерная композиция -  патент 2507227 (20.02.2014)
полимерная композиция -  патент 2506291 (10.02.2014)
пропиточная смоляная система для изоляционных материалов в распределительных устройствах -  патент 2499006 (20.11.2013)

Класс C08L61/00 Композиции конденсационных полимеров альдегидов или кетонов; композиции их производных

Класс C08L61/04 конденсационные полимеры альдегидов или кетонов только с фенолами

Класс C08L63/00 Композиции эпоксидных смол; композиции производных эпоксидных смол

Патенты РФ в классе C08L63/00:
полимерная композиция для герметизации пьезокерамических приемоизлучающих гидроакустических устройств -  патент 2529542 (27.09.2014)
термоотверждающаяся композиция эпоксидной смолы и полупроводниковое устройство -  патент 2528849 (20.09.2014)
прямая заливка -  патент 2528845 (20.09.2014)
полимерная композиция -  патент 2528681 (20.09.2014)
стабилизаторы для полимеров, содержащих бром алифатического присоединения -  патент 2528677 (20.09.2014)
растворимый в воде амин и его применение -  патент 2528335 (10.09.2014)
эпоксидное связующее для полимерных композиционных материалов -  патент 2527086 (27.08.2014)
использование полимеризуемых смол, характеризующихся низким газовыделением в вакууме, для изготовления композитных материалов, предназначенных для использования в космосе -  патент 2526973 (27.08.2014)
способ получения наномодифицированного связующего -  патент 2522884 (20.07.2014)
заливочный состав для пожаробезопасного остекления -  патент 2522335 (10.07.2014)

Класс B32B27/04 в качестве пропитывающего, связывающего вещества или вещества, в которое вводятся (заделываются) различные ингредиенты 



Наверх