КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
COMPOSITE MATERIAL

Изобретение относится к композиционным материалам на основе эпоксидного связующего и волокнистого наполнителя (жгута) арамидного типа, которые могут использоваться в конструкциях летательных аппаратов.
Известен композиционный материал марки ОП-ЖА/17-Н (Паспорт рег. №0553-35 от 04.09.97), содержащий в качестве наполнителя жгут «Армос» арамидного типа и связующее УП-2217. Состав связующего УП-2217, мас.%:
смола УП-610 (ТУ 2225-546-00203521-98
40
или ТУ 2225-606-11131395-2003)
смола ДЭГ-1 (ТУ 2225-027-00203306-97
6,67
или ТУ 2220-527-00203521-98)
смола ЭД-22 (ГОСТ 10587)
20
отвердитель Диамет-Х (ТУ 6-14-980-84)
33,33
Дополнительные сведения о компонентах представлены в таблице 1.
К недостаткам известного материала следует отнести уровень упругопрочностных свойств композиционного материала, многокомпонентность состава связующего и экологическую опасность в связи с высоким содержанием отвердителя, вероятно, канцерогенного вещества.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение уровня упругопрочностных свойств композиционного материала. Технический результат достигается применением нового эпоксидного связующего состава, мас.%:
смола УП-610
70,5
смола ДЭГ-1
12,5
смесь ароматических аминов 4,4'-диаминодифенилметана и
метафенилендиамина (УП-0638)
17
Таблица 1
№ п/п
Компонент
Химическая основа
Нормативная документация
Класс опасности
1
Смола УП-610
Продукт конденсации п-аминофенола и эпихлоргидрина с последующим дегидрохлорированием щелочью
ТУ 2225-546-00203521-98, ТУ 2225-606-1113195-2003
пара-аминофенол-2, эпихлоргидрин-2
2
Смола ДЭГ-1
Продукт конденсации эпихлоргидрина с многоатомными спиртами с последующим дегидрохлорированием щелочью
ТУ 2225-027-00203306-97, ТУ 2220-527-00203521-98
эпихлоргидрин-2
3
Смола ЭД-22
Эпоксидно-диановая смола (полимер диглицидилового эфира)
ГОСТ 10587
эпихлоргидрин-2 толуол-3
4
Отвердитель Диамет-Х
Дихлордиаминодифенилметан
ТУ 6-14-980-84
3, вероятно, канцерогенный продукт
Содержание связующего, мас.%: 25-35; содержание волокнистого наполнителя арамидного типа, мас.%: 65-75.
Технический результат достигается за счет совокупности физико-механических и адгезионных свойств новой полимерной матрицы вышеприведенного состава, который приводит к повышению результирующих физико-механических свойств композиционного материала.
Известно, что характеристикой молекулярной структуры эпоксидной полимерной матрицы является строение элементарного узла химической ковалентной сетки, которая определяется природой исходного диэпоксида. В наиболее известных эпоксиаминных полимерах - это трехфункциональный узел, который состоит из двух молекул эпоксидной смолы и одной - аминного отвердителя с центром узла - атомом азота
При отверждении аминами появляются новые гидроксильные группы и третичный атом азота в центре узла сетки.
Алифатические смолы (ДЭГ-1, ТЭГ-1 и др.) содержат большое количество эпоксидных (15-30%) групп и имеют низкую вязкость (при 25°С - 0,05-1 Па), что позволяет применять их в рецептурных составах в качестве активных разбавителей других эпоксидных смол, что способствует увеличению эластичности и ударной прочности отвержденных полимерных матриц.
ср
Выбор ароматического амина в качестве отверждающего агента обусловлен теплостойкостью образующегося полимера (160-200°С). Для улучшения его совместимости с эпоксидными смолами целесообразно использовать низкомолекулярные эпоксидные смолы (М=350-600) в сочетании с низковязкими алифатическими. При этом варьирование молекулярным строением эпоксидных олигомеров и их совмещением между собой и отвердителями позволяет направленно регулировать свойства полимерных матриц и композитов на их основе.
Композиционный материал изготавливают методом "мокрой намотки". В реакторе путем последовательного смешения компонентов формируется эпоксидное связующее, которое транспортируется в ванну. Через ванну протягивается жгут (ровинг или ткань), поступающий на оправку для намотки изделия.
Для определения физико-механических свойств образцы композиционного материала изготавливали путем намотки пропитанного жгута «Армос» на специальную оправку. Оправку помещали в термошкаф, где проводился режим отверждения связующего ступенчато по технологической схеме:
подъем до 85°С - свободный;
выдержка при 85°С - 6 часов;
подъем до 100°С - свободный;
выдержка при 100°С - 2 часа;
подъем до 140°С - свободный;
выдержка при 140°С - 2 часа;
подъем до 160°С - свободный;
выдержка при 160°С - 6 часов;
охлаждение в термостате.
После охлаждения с оправки производили съем образцов композиционного материала для последующего определения физико-механических характеристик - разрушающего напряжения при растяжении и модуля упругости композиционного материала по ОСТ 92-1473-78.
Результаты экспериментальных исследований предложенного композиционного материала приведены в таблице 2. Например, для композиции со следующим соотношением компонентов, мас.%
смола УП-610
20,4
смола ДЭГ-1
3,6
смесь ароматических
аминов
4,4'-диаминодифенилметана и
метафенилендиамина (УП-0638)
6
волокнистый наполнитель арамидного типа
70
соответствуют значения разрушающего напряжения при растяжении при 20°С - 2,57 ГПа, модуля упругости - 123 ГПа.
Для полученного материала величина разрушающего напряжения при растяжении при 20°С на 4,9% выше по сравнению с аналогом, величина модуля упругости выше на 23%.
Таким образом, при использовании связующего вышеуказанного нового рецептурного состава получен новый композиционный материал, имеющий более высокие физико-механические характеристики.
Таблица 2
Показатель
Базовый вариант композиционного материала: жгут «Армос» + связующее УП-2217
Предложенный композиционный материал
Жгут «Армос» (75 мас.%) + новое эпоксидное связующее
Жгут «Армос» (70 мас.%) + новое эпоксидное связующее
Жгут «Армос» (65 мас.%) + новое эпоксидное связующее
Разрушающее напряжение при растяжении 20°С, ГПа
2,45
2,56
2,57
2,54
Модуль упругости, ГПа
100
120
123
121