RU2102407C1 - Method of manufacturing reinforced polymer composite materials - Google Patents
Method of manufacturing reinforced polymer composite materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2102407C1 RU2102407C1 RU94000618A RU94000618A RU2102407C1 RU 2102407 C1 RU2102407 C1 RU 2102407C1 RU 94000618 A RU94000618 A RU 94000618A RU 94000618 A RU94000618 A RU 94000618A RU 2102407 C1 RU2102407 C1 RU 2102407C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- composite materials
- binder
- impregnation
- polymer composite
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе эпоксидной смолы, армированной однонаправленным волокнистым наполнителем. Новый способ рекомендуется использовать для получения конструкционных материалов и изделий из ПКМ. The invention relates to the field of production of polymer composite materials (PCM) based on epoxy reinforced with a unidirectional fibrous filler. The new method is recommended to be used to obtain structural materials and products from PCM.
Традиционно отверждение термореактивных связующих, к которым относятся эпоксидные смолы, проводят при повышенных температурах и (или) под действием отвердителей [1] При этом структуру и свойства получаемых ПКМ регулируют двумя путями:
1) путем качественного и количественного подбора состава системы (подбора наполнителя, смолы, отвердителя, введение добавок);
2) путем изменения параметров процесса отверждения (температура, давление, продолжительность).Traditionally, the curing of thermosetting binders, which include epoxy resins, is carried out at elevated temperatures and (or) under the action of hardeners [1] In this case, the structure and properties of the obtained PCM are regulated in two ways:
1) by qualitative and quantitative selection of the composition of the system (selection of filler, resin, hardener, the introduction of additives);
2) by changing the parameters of the curing process (temperature, pressure, duration).
Традиционный способ получения ПКМ на основе эпоксидной смолы и волокнистого наполнителя включает операции: пропитка волокнистого наполнителя эпоксидным связующим, формообразование и отверждение заготовки [2] Разрушающее напряжение при статическом изгибе σи углепластиков, полученных по традиционному способу [2] составляет 619-676 МПа, а σи углепластиков, полученных по заявленному способу, достигает 809 МПа.The traditional method of producing PCM based on epoxy resin and fiber filler includes the following operations: impregnation of the fiber filler with an epoxy binder, shaping and curing of the workpiece [2] The ultimate tensile stress σ and carbon plastics obtained by the traditional method [2] is 619-676 MPa, and σ and carbon plastics obtained by the claimed method reaches 809 MPa.
Удельная вязкость ауд стеклопластиков колеблется в широких пределах 6-885 кДж/м2 [3] Заявляемым способом получены стеклопластики, для которых величина ауд занимает промежуточное положение около 100 кДж/м2.The specific viscosity and beats of fiberglass reinforced plastic materials varies over a wide range of 6-885 kJ / m 2 [3]. The inventive method is used to obtain fiberglass plastics for which the value of a bead occupies an intermediate position of about 100 kJ / m 2 .
В заявляемом способе получения стеклопластиков, включающем операции пропитки волокнистого наполнителя эпоксидной смолой, формообразования и отверждения заготовки, дополнительно проводят операцию обработки постоянным магнитным полем после пропитки при напряженности магнитного поля 9000-11000 Э в течение 0,8-1,8 с. In the inventive method for producing fiberglass, including the operation of impregnating the fibrous filler with epoxy resin, shaping and curing the workpiece, an additional processing operation is carried out with a constant magnetic field after impregnation at a magnetic field of 9000-11000 Oe for 0.8-1.8 s.
В результате происходит повышение разрушающего напряжения при статическом изгибе и (или) удельной ударной вязкости стеклопластиков и углепластиков на основе эпоксидного связующего. As a result, there is an increase in the breaking stress during static bending and (or) specific toughness of fiberglass and carbon fiber based on an epoxy binder.
Известно получение углепластика путем отверждения в постоянном магнитном поле [4] Этот способ требует применения магнитов с большим объемом межполюсного пространства и требуется длительная магнитная обработка. В результате σи углепластиков повышалась на 32% а σи углепластиков, полученных по заявленному способу, повышается в пределах до 625% по сравнению с материалом, полученным без магнитной обработки.It is known to obtain carbon fiber by curing in a constant magnetic field [4] This method requires the use of magnets with a large amount of interpolar space and requires long-term magnetic processing. As a result, σ and carbon plastics increased by 32% and σ and carbon plastics obtained by the claimed method, increases up to 625% compared with the material obtained without magnetic treatment.
Дополнительный положительный эффект состоит в том, что эаявляемый способ позволяет заменить магнитную обработку всего изделия предварительной сравнительно кратковременной магнитной обработкой отдельных нитей или их пучков, которые войдут в состав изделия. An additional positive effect is that the inventive method allows you to replace the magnetic treatment of the entire product with a preliminary relatively short-term magnetic treatment of individual threads or their bundles, which will be part of the product.
Предлагаемый способ отличается от известного [5] меньшей продолжительностью магнитной обработки (0,8-1,8 с вместо 3-20 с) вследствие применения иных наполнителей и связующего. The proposed method differs from the known [5] shorter magnetic processing time (0.8-1.8 s instead of 3-20 s) due to the use of other fillers and a binder.
Известен способ (прототип) пропитки углеродной арматуры эпоксидным связующим, включающий погружение углеродной арматуры в связующее, выдержку ее в нагретом до 80-100oC связующем при воздействии на нее постоянного магнитного поля напряженностью 64-88 кАм/м (800-1100 Э) в течение 280-360 с и извлечение пропитанной арматуры [6]
Между прототипом и заявляемым способом существуют значительные отличия в условиях магнитной обработки: в прототипе температура 80-100oC, напряженность магнитного поля 800-1100 Э (64-88 кА/м), продолжительность магнитной обработки 280-360 с. в заявляемом способе температура нормальная 9000-11000 Э, 0,8-1,8 с соответственно.A known method (prototype) of impregnating carbon reinforcement with an epoxy binder, comprising immersing the carbon reinforcement in a binder, holding it in a binder heated to 80-100 o C when a constant magnetic field is applied to it with a strength of 64-88 kA / m (800-1100 O) in 280-360 s and recovery of impregnated reinforcement [6]
Between the prototype and the claimed method, there are significant differences in the conditions of magnetic processing: in the prototype, the temperature is 80-100 o C, the magnetic field is 800-1100 Oe (64-88 kA / m), the duration of the magnetic treatment is 280-360 s. in the inventive method, the normal temperature is 9000-11000 Oe, 0.8-1.8 s, respectively.
По способу-протипу проводят выдержку углеродной арматуры в избытке связующего, в заявляемом способе проводится магнитная обработка нити с нанесенном связующим; в заявляемом способе снижаются потери связующего за счет усиления физико-химического взаимодействия связующего и наполнителя. According to the prototype method, the carbon reinforcement is held in excess of the binder; in the present method, magnetic processing of the yarn with the binder applied is carried out; in the inventive method, the loss of the binder is reduced by enhancing the physicochemical interaction of the binder and the filler.
В заявляемом способе достигается увеличение не только разрушающего напряжения при статическом изгибе σи, но и ударной вязкости ауд углепластика (табл.2).In the inventive method, an increase is achieved not only in breaking stress with static bending σ and , but also in impact toughness and carbon fiber ud (Table 2).
В способе-прототипе технология переодическая, в заявляемом способе непрерывная. Предлагаемая кратковременная магнитная обработка экономически более целесообразна, чем более длительная переодическая по способу-прототипу. In the prototype method, the technology is periodic, in the claimed method is continuous. The proposed short-term magnetic processing is more economically feasible than a longer periodical by the prototype method.
На чертеже изображена схема получения ПКМ: нить с питающей катушки 1 подается в пропиточную ванну 2 с жидкой смолой; пропитанная нить проходит через межполюсное пространство электромагнита 3 и поступает на приемное устройство 4. The drawing shows a diagram for the production of PCM: the thread from the
Для изготовления образцов и изделий из получаемых ПКМ предложено использовать нити, пропитанные олигомерным связующим. В качестве связующих использовали: связующую ВС25; состав связующего, массовые части: 1) смола ЭХД-100, 2) отвердитель изометилтетрагидрофталевый ангидрид (ИМТГФА) 70-95; 3) пластификатор 6; 4) ускоритель отверждения УП606/2 1-2; 5) антиадгезив стеарат цинка 3; смесь смолы ЭД-20 и полиэтиленполиамина ПЭПА. It is proposed to use threads impregnated with an oligomeric binder for the manufacture of samples and products from the obtained PCM. As binders used: binder BC25; binder composition, mass parts: 1) resin ECH-100, 2) hardener isomethyl tetrahydrophthalic anhydride (IMTFA) 70-95; 3)
В качестве наполнителей применяли стеклоровинг (cтеклянная нить), углеродную нить УКНП/5000 и техническую нить капрон. Glass fillers (glass thread), UKNP / 5000 carbon thread and technical nylon thread were used as fillers.
Нить с питающей катушки 1 (фиг. 1) подается в пропиточную ванну 2 с жидким связующим; пропитанная нить проходит через межполюсное пространство электромагнита 3 и поступает на приемное устройство 4. Полученные на приемном устройстве (мотовило с плоскими гранями) препреги отверждали при нормальных условиях (комнатная температура, атмосферное давление) в течение пяти сут. (то же с термообработкой 6 ч при 70oC) или отверждали при прессовании на гидравлическом прессе (190-200oC, 50 атмосфер в течение 30 мин). Из полученных пластин вырезали образцы стандартных размеров для испытаний.The thread from the feed coil 1 (Fig. 1) is fed into the
Определяли следующие характеристики образцов ПКМ: удельную ударную вязкость ауд, кДж/м2, ГОСТ 4647-80; разрушающее напряжение при статическом изгибе σи, МПа, ГОСТ 4648-71.The following characteristics of PCM samples were determined: specific impact strength and beats , kJ / m 2 , GOST 4647-80; tensile stress at static bending σ and , MPa, GOST 4648-71.
Максимальные абсолютные погрешности при определении величин ауд, σи равна соответственно ±1,8 кДж/м2, ±1,8 МПа.The maximum absolute errors in determining the values of a beats , σ and equal respectively ± 1.8 kJ / m 2 , ± 1.8 MPa.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами. The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1 (по традиционному способу). Example 1 (in the traditional way).
Стеклянную нить пропитывают связующим ВС 25. Из полученного препрега формуют пластины и отверждают при прессовании. The glass thread is impregnated with a binder BC 25. Plates are formed from the obtained prepreg and cured by pressing.
Пример 2. Example 2
Пример по примеру 1, отличающийся тем, что после пропитки дополнительно проводят операцию обработки постоянным магнитным полем напряженностью 10000 Э в течение 0,8 с. Далее по примеру 1. The example according to example 1, characterized in that after the impregnation, an additional processing operation is carried out with a constant magnetic field of 10,000 Oe for 0.8 s. Further, as in example 1.
Пример 3. Example 3
Пример по примеру 2, отличающийся тем, что проводят операцию обработки постоянным магнитным полем напряженностью 9000 Э. The example according to example 2, characterized in that they carry out the processing operation with a constant magnetic field of 9000 e.
Пример 4. Example 4
Пример по примеру 2, отличающийся тем, что проводят операцию обработки постоянным магнитным полем напряженностью 11000 Э. The example according to example 2, characterized in that the operation is carried out by processing a constant magnetic field of 11000 E.
Пример 5. Example 5
Пример по примеру 2, отличающийся тем, что проводят операцию обработки постоянным магнитным полем напряженностью 7000 Э. The example according to example 2, characterized in that they carry out the processing operation with a constant magnetic field of 7000 E.
Пример 6. Example 6
Пример по примеру 2, отличающийся тем, что проводят операцию обработки постоянным магнитным полем напряженностью 12000 Э. The example according to example 2, characterized in that the operation is carried out by processing a constant magnetic field with a strength of 12000 E.
Примеры 7-10. Examples 7-10.
Примеры по примеру 2, отличающиеся продолжительностью магнитной обработки. The examples in example 2, characterized by the duration of the magnetic treatment.
Перечисленные примеры (табл. 1) показывают, что магнитная обработка пропитанных нитей в магнитном поле напряженностью 9000-11000 Э в течение 0,8-1,8 с пластифицирует материал вследствие ориентации сегментов полимерных молекул и приводит к значительному увеличению ауд. При меньшей напряженности поля и меньшей продолжительности магнитная обработка влияет на прочность материала гораздо слабее.The listed examples (Table 1) show that the magnetic treatment of the impregnated filaments in a magnetic field of 9000-11000 Oe for 0.8-1.8 s plasticizes the material due to the orientation of the segments of the polymer molecules and leads to a significant increase in beats . With a lower field strength and shorter duration, magnetic treatment affects the strength of the material much weaker.
Дальнейшее увеличение продолжительности до 2 с и более и напряженности поля более 11000 Э не эффективно, так как не приводит к заметному увеличению ауд. Кроме того, увеличение напряженности поля более 11000 Э значительно повышает энергетические затраты и приводит к перегреву электромагнита.A further increase in the duration to 2 s or more and the field strength of more than 11000 Oe is not effective, since it does not lead to a noticeable increase in a beats . In addition, an increase in the field strength of more than 11000 Oe significantly increases energy costs and leads to overheating of the electromagnet.
Пример 11 (по традиционному способу). Example 11 (in the traditional way).
Пример по примеру 1, отличающийся тем, что полученный препрег отверждают в нормальных условиях. The example according to example 1, characterized in that the obtained prepreg is cured under normal conditions.
Пример 12. Example 12
Пример по примеру 11, отличающийся тем, что после пропитки дополнительно проводят операцию обработки постоянным магнитным полем напряженностью 10000 Э в течение 0,8 с. The example according to example 11, characterized in that after the impregnation, an additional processing operation is carried out with a constant magnetic field of 10,000 Oe for 0.8 s.
Пример 13 (по традиционному способу). Example 13 (in the traditional way).
Углеродную нить пропитывают связующим ВС 25. Из полученного препрега формуют пластины и отверждают при прессовании. The carbon fiber is impregnated with a binder BC 25. Plates are formed from the obtained prepreg and cured by pressing.
Пример 14. Example 14
Пример по примеру 13, отличающийся тем, что после пропитки дополнительно проводят операцию обработки постоянным магнитным полем напряженностью 10000 Э в течение 0,8 с. The example according to example 13, characterized in that after the impregnation, an additional processing operation is carried out with a constant magnetic field of 10,000 Oe for 0.8 s.
Пример 15 (по традиционному способу). Example 15 (in the traditional way).
Пример по примеру 13, отличающийся тем, что полученный препрег отверждают в нормальных условиях. The example of example 13, wherein the obtained prepreg is cured under normal conditions.
Пример 16. Example 16
Пример по примеру 15, отличающийся тем, что после пропитки дополнительно проводят операцию обработки постоянным магнитным полем напряженностью 10000 Э в течение 0,8 с. The example according to example 15, characterized in that after the impregnation, an additional processing operation is carried out with a constant magnetic field of 10,000 Oe for 0.8 s.
Магнитная обработка систем, содержащих углеродные нити, не только пластифицирует материал, но и усиливает адгезию между связующим и наполнителем благодаря тому, что углеродные нити обладают протоноакцепторными свойствами и образуют водородные связи со связующим. Поэтому магнитная обработка таких систем приводит не только к значительному увеличению ауд, но и к значительному увеличению σи (табл. 2).Magnetic treatment of systems containing carbon filaments not only plasticizes the material, but also enhances the adhesion between the binder and filler due to the fact that carbon filaments have proton-acceptor properties and form hydrogen bonds with the binder. Therefore, magnetic treatment of such systems leads not only to a significant increase in beats , but also to a significant increase in σ and (Table 2).
Упрочняющее влияние магнитной обработки сохраняется при различных способах отверждения: при прессовании, в нормальных условиях, в нормальных условиях с последующей термообработкой. The hardening effect of magnetic treatment is maintained under various curing methods: during pressing, under normal conditions, under normal conditions, followed by heat treatment.
Пример 17 (по традиционному способу). Example 17 (in the traditional way).
Углеродную нить пропитывают 50% по массе ацетоновым раствором смеси ЭД-20 и полиэтиленполиамина (ПЭПА) 9:1 по массе. Из полученного препрега формуют пластины и отверждают в норамльных условиях с последующей термообработкой 6 ч при 70oC.The carbon fiber is impregnated with a 50% by weight acetone solution of a mixture of ED-20 and polyethylene polyamine (PEPA) 9: 1 by weight. From the obtained prepreg, the plates are molded and cured under normal conditions, followed by heat treatment for 6 hours at 70 o C.
Пример 18. Example 18
Пример по примеру 17, отличающийся тем, что после пропитки дополнительно проводят операцию обработки постоянным магнитным полем напряженностью 9000 Э в течение 1,8 с. The example according to example 17, characterized in that after the impregnation, an additional processing operation is carried out with a constant magnetic field of 9000 Oe for 1.8 s.
Пример 19 (по традиционному способу). Example 19 (in the traditional way).
Нить капрон пропитывают 50% по массе ацетоновым раствором смеси ЭД-20 и ПЭПА 9: 1 по массе. Из полученного препрега формуют пластины и отверждают в нормальных условиях с последующей термообработкой 6 ч при 70oC.The capron thread is impregnated with a 50% by weight acetone solution of a mixture of ED-20 and PEPA 9: 1 by weight. Plates are formed from the obtained prepreg and cured under normal conditions, followed by heat treatment for 6 hours at 70 ° C.
Пример 20. Example 20
Пример по примеру 19, отличающийся тем, что после пропитки дополнительно проводят операцию обработки постоянным магнитным полем напряженностью 5300 Э в течение 1,5 с. The example according to example 19, characterized in that after the impregnation, an additional processing operation is carried out with a constant magnetic field of 5300 Oe for 1.5 s.
Пример 21. Example 21
Пример по способу-прототипу [6]
Пример 22.An example of the prototype method [6]
Example 22
Пример по примеру 21, отличающийся тем, что магнитная обработка не применяется. The example of example 21, wherein the magnetic processing is not applied.
Применение магнитной обработки по способу-прототипу приводит к увеличению σи углепластика на 60% а по заявляемому способу на 10-620% по сравнению с традиционным способом без магнитной обработки.The use of magnetic processing according to the prototype method leads to an increase in σ and carbon fiber by 60% and according to the claimed method by 10-620% compared with the traditional method without magnetic processing.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94000618A RU2102407C1 (en) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | Method of manufacturing reinforced polymer composite materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94000618A RU2102407C1 (en) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | Method of manufacturing reinforced polymer composite materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94000618A RU94000618A (en) | 1995-08-27 |
| RU2102407C1 true RU2102407C1 (en) | 1998-01-20 |
Family
ID=20151270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94000618A RU2102407C1 (en) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | Method of manufacturing reinforced polymer composite materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2102407C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2670896C1 (en) * | 2018-01-26 | 2018-10-25 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Прикладные перспективные технологии АпАТэК" (ООО НПП "АпАТэК") | Reinforced thermoplastic composite material and a method for the production thereof |
| CN109736076A (en) * | 2019-01-14 | 2019-05-10 | 桂林电子科技大学 | It is a kind of for enhancing the intercalation material and preparation method thereof of continuous fiber resin base composite plate interlayer performance |
-
1994
- 1994-01-10 RU RU94000618A patent/RU2102407C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. - М.-Л.: Химия, 1966, с.768. 2. Армированные полимерные материалы./Под ред. З.А.Роговина, П.М.Валецкого, М.Л.Кербера. - М.: Мир, 1968, с.244. 3. Назаров Г.И., Сушкин В.В., Дмитриевская Л.В. Конструкционные пластмассы. Справочник. - М.: Машиностроение, 1973, с.192. 4. Менько Т.А., Кваша А.Н., Соовьев Л.В. и др. Изменение структуры и физико-механических свойств полимерных материалов под действием постоянного магнитного поля. Электронная обработка материалов. 1982, N 5, с.41-42. 5. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2670896C1 (en) * | 2018-01-26 | 2018-10-25 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Прикладные перспективные технологии АпАТэК" (ООО НПП "АпАТэК") | Reinforced thermoplastic composite material and a method for the production thereof |
| CN109736076A (en) * | 2019-01-14 | 2019-05-10 | 桂林电子科技大学 | It is a kind of for enhancing the intercalation material and preparation method thereof of continuous fiber resin base composite plate interlayer performance |
| CN109736076B (en) * | 2019-01-14 | 2021-06-22 | 桂林电子科技大学 | Intercalation material for enhancing interlayer performance of continuous fiber resin-based composite board and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4800113A (en) | Fiber reinforced thermoplastic articles and process for the preparation thereof | |
| US2877501A (en) | Glass-reinforced thermoplastic injection molding compound and injection-molding process employing it | |
| US4366108A (en) | Liquid matrix system based on a mixture of epoxide resin and an amine curing agent for producing fibre-reinforced plastics components | |
| CN102458804A (en) | Fiber reinforced plastic bolt and production method thereof | |
| JPH07216104A (en) | Preparation of long filament-reinforced resin structure | |
| KR20210029238A (en) | High-strength carbon fiber composite base material with resin lip on the surface and its manufacturing method | |
| US3679465A (en) | Process for producing hardenable epoxy resin compositions | |
| US5041258A (en) | Injection process for long fiber-containing resin | |
| US3403069A (en) | Resin coated single fibers for molding compositions | |
| RU2102407C1 (en) | Method of manufacturing reinforced polymer composite materials | |
| CN1212345C (en) | Process for preparing fibre-reinforced thermoplastic sections | |
| EP0368412B1 (en) | Method for the production of flexible, polymer-impregnated reinforcing materials, the polymer-impregnated reinforcing materials produced and shaped articles produced on the basis of these reinforcing materials | |
| JPH05124036A (en) | Production of fiber-reinforced resin body | |
| RU199200U1 (en) | COMPOSITE POWER LINE CORE | |
| EP0063403B1 (en) | Process of producing reinforced articles | |
| RU2132341C1 (en) | Method of fabricating reinforced polymer materials | |
| RU2119502C1 (en) | Method of manufacturing polymer composites | |
| CN108641352A (en) | A kind of carbon fiber PA6 thermoplastic composites and preparation method thereof | |
| RU2028322C1 (en) | Method for production of prepreg | |
| CN115044167B (en) | Resin composition and composite material | |
| JPS61118235A (en) | Manufacture of reinforced plastic-molded material | |
| RU1785909C (en) | Process for producing fiber-filled composite | |
| JP3137671B2 (en) | Prepreg | |
| CN115194982B (en) | Fiber reinforced composite material and preparation method thereof | |
| KR102439566B1 (en) | Manufacturing method of carbon fiber-reinforced PA6 composite by LFT process and long-fiber reinforced PA6 composite manufactured thereby |