Спосіб затвердіння виробів з полімерних композиційних матеріалів

Винахід відноситься до області отвердіння виробів з полімерних композиційних матеріалів на основі епоксидного зв'язуючого, яке армоване волокнистим наповнювачем і може бути використаний для прискорення процесу отвердіння, підвищення і механічних властивостей полімерних композиційних матеріалів та виробів з них у машинобудуванні та ракетній промисловості, тощо. Відомо спосіб [1] отвердіння склопластиків при якому заготовку обігрівають введенням у неї на стадії формоутворення прошарків склотканини з вуглецевим покриттям та наступним пропусканням крізь них електричного струму. Недоліками цього способу є ускладнення технології, зміна складу матеріалу, неможливість забезпечити сталого значення характеристик полімерного композиційного матеріалу у всьому виробі, а також тривалість процесу. Відомо також спосіб [2], згідно якого попередньо сформована заготовка складається з полімерної матриці, в якій розподілені армуючи волокна. Для отвердіння виробу зазначену заготовку нагрівають з середини. Для цього в заготовці виконують велику кількість каналів, в які вводять пруткові нагрівальні елементи або сопла для подання гарячого газу, який нагріває матеріал. Прискорення нагрівання заготовки з середини може також бути здійснено шляхом ВЧ або НВЧ нагріву зазначеної заготовки, в яку попередньо введена певна кількість матеріалу, який збільшує діелектричні втрати. До недоліків цього способу відносяться значне ускладнення технології виготовлення заготовки, необхідність розробки та введення додаткових спеціальних домішок у зв'язуюче, складність забезпечення рівномірного прогріву заготовки та розшарування матеріалу через виконання великої кількості каналів у ньому, відносну довготривалість процесу отвердіння та неможливість забезпечення повної реалізації закладених у матеріал механічних властивостей. Найбільш близький по технічній суті до способу, що заявляється, є спосіб отвердіння виробів з полімерних композиційних матеріалів шляхом конвективного нагрівання до отвердіння впродовж тривалого часу до 38 годин, з подальшим охолодженням в печі впродовж 24¸36 годин [3]. Нагрівання здійснюють у електричних камерних печах з конвективним теплообміном, в середині яких розташовують виріб, що стверджують. Недоліком цього способу є велика тривалість процесу отвердіння, нерівномірність прогріву, і як наслідок однорідність властивостей виробу в усьому об'ємі не досягається. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу отвердіння полімерних композиційних матеріалів шляхом нагріву електромагнітним полем надвисокої частоти, що забезпечує рівномірний прогрів зв'язуючого, підвищення механічних характеристик виробу та скорочення часу отвердіння. Поставлена задача досягається тим, що в способі отвердіння виробів з полімерних композиційних матеріалів, який включає нагрівання, витримку при температурі отвердіння та охолодження, нагрівання здійснюють електромагнітним полем надвисокої частоти по всьому об'єму рідкого зв'язуючого при температурах 120¸160 °С Енергія електромагнітного поля у рідкому зв'язуючому перетворюється на теплову енергію. У всьому об'ємі виробу створюється рівномірне температурне поле, яке забезпечує утворення більш міцних зв'язків між волокном та зв'язуючим через проходження електроосмосу, запобігає утворенню локальних напружень, розшарувань та тріщиноутворенню. Завдяки безпосередньому утворенню теплової енергії у самому об'ємі матеріалу забезпечується рівномірність механічних властивостей полімерного композиційного матеріалу, утворення макромолекул зв'язуючого з об'ємною зшивкою. Для кожної рецептури та складу полімерного композиційного матеріалу параметри технологічного процесу виготовлення виробу визначаються діелектричними характеристиками зв'язуючого та наповнювача. Спосіб отвердіння виробів з полімерних композиційних матеріалів здійснювали таким чином. Склопластик типу ВПС-7В складом та рецептурою відповідно ОСТ 920956-74 виготовляли пропиткою тканини Т11, з переплетінням ниток Сатин 8/3, епоксидним зв'язуючим ЕДТ-10П, яке складається з смоли КДА-2 та отверджувача ТЕАТ-1 у співвідношенні 100в.ч.+10в.ч.+спирто-ацетоновий розчинювач. Формування проводили викладкою у 25 шарів. Нагрівання здійснювали електромагнітним полем надвисокої частоти до температури 150°С протягом 6 хвилин та витримували під дією поля при цій температурі протягом 8 хвилин. Час обробки був оптимізований за результатами хімічних та механічних досліджень і склав 14 хвилин. Після відключення електромагнітного поля склопластик охолоджували до кімнатної температури впродовж 30 хвилин і для подальших досліджень виготовляли зразки. Дані механічних випробувань після отвердіння за оптимальним режимом та, для порівняння, після обробки на інших режимах електромагнітного поля надвисокої частоти до інших температур наведені у таблиці 1. Одночасно для порівняння механічних властивостей з тієї ж партії зразків робили контрольні зразки отвердінням за класичною технологією термокамерним методом на діючому виробництві. Таблиця 1 Спосіб отвердіння Назва Вимоги ОСТ 92 956 - 74 Прототип термокамерний з конвективним нагрівом Режим отвердіння tmax °С Ме ханічні властивості Час Час охолоджен обробки, ня, хвилини хвилини Вміст смоли % Ступінь Щільніст отвердіння ь, гр.см 3 % sст, кг/cм 2 sроз, кг/см 2 25¸33 >95 1,7¸1,9 >2500 >4400 130 2280 1440¸2160 27,8¸30,2 94,8¸96,7 1,79¸1,83 2400¸ 2700 4250 ¸4900 160 30 29,0¸30,6 97,2¸97,6 1,78¸1,82 150 14 30 29,1¸30,8 97,2¸97,7 1,78¸1,83 120 14 30 30,7¸31,6 95,8¸96,7 1,74¸1,81 200 14 30 25,2¸27,5 72,7¸82,1 1,49¸1,58 100 Спосіб що заявляється впливом електромагнітним полем надвисокої частоти 14 14 30 29,9¸31,8 75,6¸80,1 1,63¸1,67 3000¸ 3200 3000¸ 3250 2500¸ 2900 1800¸ 2500 800¸ 1600 5300¸ 5900 5350¸ 5900 4800¸ 5200 3300¸ 4100 3000¸ 3600 Запропонований спосіб забезпечує суттєве прискорення процесу отвердіння зв'язуючого та підвищення механічних властивостей полімерних композиційних матеріалів. Додатковим корисним ефектом цього методу є проходження електроосмосу, що разом з утворенням рівномірного сталого за напрямом температурного поля сприяє запобіганню процесам тріщиноутворення та виникнення значних локальних напружень й розшарувань у матеріалі. ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1) А.с. СССР 1612179, МКИ В29С 25/00 / В. Ф. Довги х, С. Л. Рогинский, Э. Л. Кушникова и др. Способ отверждения стеклопластиков // Оп убл. 19.01.1971. 2)РСТ (Wo) міжнародна заявка № 91/08883, МКИ В29В13/02, 11/16, В29С43/52 /Способ формования заготовки из армированного волокном композиционного материала // Опубл. 27.06.91 3) Блинов В.Н., Смыслов В.И., Осиненко А.Ф. . Те хнология изготовления изделий методом программированной мокрой намотки. - М.: ЦНИИ информации. - 1984. - Инв. № 4539. - С. 176, секретно (прототип).