СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕПРЕГА
METHOD OF MAKING PREPREG

Изобретение относится к способам изготовления препрега на основе тканого наполнителя различного переплетения из углеродных, стеклянных, органических волокон, используемого для изготовления изделий транспортного, авиационно-космического и другого назначения, в частности трехслойных панелей интерьера.
Известен способ изготовления препрега путем пропитки тканевой основы полимерным материалом с удалением (отжимом) излишков полимерного материала с помощью отжимных валков и последующей ее сушкой (патент Японии №59-133016).
Недостатком известного способа является то, что он не позволяет изготавливать препреги с неодинаковым (асимметричным) наносом связующего на стороны тканого наполнителя, т.к. пропитка наполнителя в одну стадию в ванне с последующим отжимом валками полимерного связующего создает равномерную пропитку наполнителя.
Известен способ изготовления препрега путем нанесения на тканевую основу расплава полимерного материала через устройство с щелевым зазором только с одной стороны наполнителя, а другая сторона препрега не покрывается связующим (заявка США №2004091622).
Недостатком этого способа является то, что нанесение связующего проводится на сухой наполнитель и только с одной стороны, при этом не обеспечивается равномерная пропитка самого наполнителя по толщине.
Наиболее близким, принятым за прототип, является способ изготовления препрега, который включает равномерную двухстадийную пропитку тканого наполнителя полимерным связующим, причем первая пропитка производится в ванне с 5÷20%-ным раствором связующего, а после сушки наполнителя на второй стадии проводят вторую его пропитку в ванне с 49-65%-ным раствором связующего и сушку наполнителя в горизонтальной камере (патент РФ №2321606).
Недостатком препрега, полученного по способу-прототипу, являются недостаточно высокие прочностные характеристики получаемых изделий.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего изготавливать препрег с повышенными прочностными характеристиками.
Для решения поставленной технической задачи предложен способ изготовления препрега, включающий двухстадийную обработку тканого наполнителя фенолформальдегидным связующим с последующей сушкой, отличающийся тем, что первую обработку тканого наполнителя проводят путем пропитки его 65-75%-ным раствором фенолформальдегидного связующего с получением препрега, после первой обработки проводят отжим связующего, затем сушку, а вторую обработку осуществляют путем нанесения слоя фенолформальдегидного связующего с концентрацией 81-88% на внешнюю сторону препрега при избыточном давлении через фильеру, после чего проводят термообработку препрега при температуре 160÷180°С.
В качестве наполнителя используют длинномерный материал в виде ткани на основе углеродных, стеклянных, органических волокон или их сочетаний.
После первой обработки проводят отжим связующего через вращающиеся отжимные валки с зазором между ними, размер которого не превышает толщину наполнителя на 20÷30%.
Сушку наполнителя после первой обработки осуществляют радиационным методом при температуре 130-160°С.
Нанесение на препрег слоя фенолформальдегидного связующего осуществляют через фильеру со щелевым зазором, размер которого превышает толщину наполнителя на 30÷70%.
Отжим связующего после первой обработки можно проводить любым из известных методов, но предпочтительнее проводить отжим через вращающиеся отжимные валки с заданным зазором.
Сушку после отжима связующего можно проводить любыми методами, например инфракрасными лампами или нагретым потоком воздуха, однако более предпочтительным методом при выбранном диапазоне температур является радиационный, т.к. радиационным методом можно быстрее достичь высоких температур.
Способ изготовления препрега на основе тканей различного переплетения, выполненных на основе углеродных, стеклянных, органических, полимерных волокон или различных их сочетаний, заключается в следующем: ткань с устройства для крепления рулона перемещается со скоростью 0,5÷1,2 м/мин через термокамеру для удаления адсорбированной влаги и замасливателя, а затем на первую обработку в пропиточную ванну с фенолформальдегидным связующим, имеющим концентрацию 65÷75%, и после этого поступает на отжимные валы, между которыми установлен зазор размером меньше толщины тканого наполнителя на 20-30%. Сушку препрега после первой обработки проводят радиационным методом в камере при температуре 130÷160°С. Вторую обработку осуществляют нанесением при избыточном давлении 0,05-0,15 МПа слоя фенолформальдегидного связующего, имеющего концентрацию 81÷88%, через фильеру с регулируемым щелевым зазором, размер которого превышает толщину наполнителя на 30÷70%, на внешнюю сторону препрега. Термообработка препрега после второй обработки осуществляется при прохождении через термокамеру со скоростью 0,5÷1,2 м/мин, при температуре 160÷180°С. После термообработки готовый препрег наматывают на гильзу в рулон через разделительную пленку. Для пропитки на обеих стадиях используется связующее одного состава с разной концентрацией.
Заявляемый способ изготовления препрега позволяет обеспечить равномерность пропитки по всей толщине тканого наполнителя и получить препрег с асимметричным наносом связующего независимо от типа наполнителя и полимерного связующего, а также от ширины ткани. Прочностные характеристики изделий, в частности трехслойных сотовых панелей, повышаются за счет образования между обшивками и стенками сотового заполнителя более крупных галтелей связующего.
Примеры осуществления
Пример 1.
Стеклоткань Т-15П-76 (ТУ 6-48-107-94) сатинового плетения толщиной 0,15 мм со скоростью движения 1,0±0,1 м/мин поступает на первую обработку в пропиточную ванну с фенолоформальдегидным связующим РС-Н (ТУ 1-595-12-896-2006) 75% концентрации, и полученный препрег после отжима с зазором 0,12 мм между отжимными валками проходит сушку радиационным методом в термокамере при температуре 130°С. При второй обработке препрег поступает в фильеру с щелевым зазором 0,3 мм, в которую подается под давлением 0,1 МПа связующее РС-Н с 83% концентрацией. После нанесения слоя связующего на внешнюю сторону препрега он проходит через камеру термообработки с температурой 160°С.
Технология изготовления препрега по примерам 2 и 3 аналогична примеру 1. В примере 2 использована углеродная ткань арт.4510 саржевого плетения, в примере 3 - ткань Т-42 полотняного плетения, состоящая из стеклонитей и арамидных нитей СВМ. Технологические параметры пропитки приведены в таблице 1, показатели препрега - в таблице 2.
Таблица 1
№ п/п
Технологические параметры пропитки
Примеры по изобретению
1
2
3
1
Концентрация связующего в ванне при первой пропитке, мас.%
65
70
75
2
Температура сушки после первой пропитки, °С
130
145
160
3
Концентрация связующего при второй пропитке, мас.%
88
81
85
4
Температура термообработки после второй пропитки, °С
160
175
180
5
Зазор между отжимными валками, мм
0,12
0,1
0,1
6
Зазор в фильере, мм
0,3
0,2
0,2
7
Скорость движения тканого наполнителя, м/мин
0,5-0,6
0,8-0,9
1,1-1,2
Таблица 2
Показатели препрегов
Примеры по изобретению
1
2
3
Массовая доля содержания связующего в препреге, %
50
52
54
Массовая доля содержания растворимой смолы, не менее, %
94
96
97
Массовая доля содержания летучих веществ, не более, %
4,8
5,2
5,5
Из препрега на основе стеклоткани Т-15(П)-76 с равномерным наносом связующего РС-Н-М и из препрега на основе стеклоткани Т-15(П)-7б с асимметричным наносом связующего РС-Н-М, имеющих одинаковое общее содержание связующего, бесклеевым методом были изготовлены трехслойные сотовые панели. Механические характеристики изготовленных трехслойных панелей приведены в таблице 3.
Таблица 3
Трехслойная сотовая панель с обшивками из препрега с равномерным наносом связующего
Трехслойная сотовая панель с обшивками из препрега с асимметричным наносом связующего
Усилие отдира обшивки от сот, Н·м/м
12,9
15,5
Предел прочности при равномерном отрыве, МПа
2,56
3,24
Предел прочности при 4-х точечном изгибе, МПа
274,0
294,6
Из данных таблицы 3 следует, что предложенный способ позволяет получить препреги с асимметричным наносом полимерного связующего на основе тканей из углеродных, стеклянных, органических волокон или их сочетаний, в т.ч. с различными видами их переплетения, со свойствами, обеспечивающими более высокие прочностные характеристики получаемых изделий. Изделия, изготовленные из препрега, полученного заявляемым способом, в частности трехслойные сотовые панели, имеют на 25-30% более высокие прочностные характеристики по сравнению с прототипом.