Полімерний пресматеріал

Изобретение относится к полимерным пресс-материалам на основе многокомпонентного эпоксидного связующего, хаотично армированного дискретным ароматическим полиамидным волокном, обладающим высокой прочностью, тепло- и водостойкостью, предназначенным для изготовления методом прямого прессования изделий конструкционного назначения, в т.ч. подшипников, работающих в усло виях повышенных температур в присутствии воды. Известен пресс-материал [1,2] на основе эпоксидного связующего, содержащего эпоксидиановую смолу ЭД20, отверждаемую м-фенилендиамином, в котором хаотично распределено рубленое на отрезки до 10 мм полим-фениленизофталамидное волокно линейной плотности 29, 4 текс с разрывной прочностью 35-45 г/текс при степени наполнения 60 мас.%. Этот пресс-материал обладает более высокой теплостойкостью (136°С) и прочностью (предел прочности при сжатии 160 МПа), чем полимерный материал того же состава, но с отвердителем в связующем - полиэтиленполиамином. К недостаткам этого пресс-материала следует отнести низкую реализацию прочности и теплостойкости волокнистого наполнителя, а также связующего в композите. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является полимерный пресс-материал (прототип) [3], который включает 30-40 мас.% эпоксидного связующего, представляющего собой эпоксидиановую смолу марки ЭД-20, отвержденную м-фенилендиамином (МФДА) в стехиометрическом соотношении и 60-70 мас.% хаотически расположенного в нем рубленого поли-мфениленизофталамидного волокна (фенилон) в виде отрезков комплексной нити длиной 10-30 мм, состоящей из 100-300 элементарных нитей с круткой 90-120 кручений/м. В этом пресс-материале повышен армирующий эффект (прочность, теплостойкость) за счет оптимизации геометрических параметров армирующего элемента и толщины пленки связующего. Однако следует отметить низкую реализацию в композите (прототипе) теплостойкости и прочности волокна, а также водостойкости связующего. Это ограничивает его широкое использование в нагруженных узлах машин и оборудования, работающих в присутствии воды. Задачей изобретения является усовершенствование полимерного пресс-материала за счет введения в связующее отвердителя, что позволяет повысить удельную ударную вязкость, предел прочности при сжатии и изгибе, водостойкость и теплостойкость. Поставленная задача решена тем, что полимерный пресс-материал, включающий 30-40 мас. % эпоксидного связующего на основе эпоксидианового олигомера и отвердителя м-фенилендиамина и 60-70 мас.% хаотически расположенного рубленого поли-м-фениленизофталамидного волокна в виде отрезков комплексной нити длиной 10-30 мм, состоящей из 100-300 элементарных нитей с круткой 90-120 кручений/м в котором, согласно изобретению, связующее содержит м-фенилендиамин в количестве 115-125 мас.% от стехиометрического по отношению к эпоксидиановому олигомеру. Методами МНЦВО и обращенной газовой хроматографии показана селективная адсорбция на поверхности фенилона МФДА (с точки зрения термодинамики энергетически не выгодная), что приводит к градиенту концентрации отвердителя в связующем. Из вышеизложенного вытекает, что в полимерном пресс-материале на основе фенилона и эпоксидного олигомера, отверждаемого м-фенилендиамином, соотношение олигомера и отвердителя должно быть нестехиометрическим. Установлено, что изменение содержания этих компонентов в композите за счет предварительной обработки волокна олигомером или МФДА до его пропитки связующим приводит к снижению разрывной прочности и удлинению микропластиков, а также значимых характеристик объекта изобретения Введение же в связующее избытка МФДА в количестве 115-125 мас. % от сте хиометрического дало положительный эффект. Пресс-материал готовят следующим образом: поли-м-фениленизофталамидное волокно в виде комплексной нити, состоящей из 100-300 элементарных нитей с круткой 90-120 кручений/м, пропитывают 40%-ным раствором эпоксидного связующего, включающего эпоксидный олигомер и отвердитель м-фенилендиамин в нужных соотношениях до содержания связующего 30-40 мас.%, высушивают до содержания растворимой части 85-93 % и рубят на отрезки длиной 10-30 мм. Полученную композицию (препрег) прессуют при 155 ± 5°С и удельном давлении 25-30 МПа, выдержке 2 мин/мм толщины. Определения отличительных характеристик органоволокнитов проводились по ГОСТам для пластмасс. Удельная ударная вязкость - ГОСТ 4647-80. Теплостойкость по Мартенсу - ГОСТ 11836-64 (СТ СЭВ 1491-79). Разрушающее напряжение при сжатии - ГОСТ 4651-82 (СТ СЭВ 2896-81), при изгибе - ГОСТ 4648-71 (СТ СЭВ 892-78). Водопоглощение ГОСТ 4650-80(СТСЭВ 1692-79). Для пояснения изобретения и доказательства необходимых критериев приведены примеры. Пример 1. Готовят пресс-материалы, включающие 60 мас.% комплексной нити поли-мфениленизофталамида (ТУ 06-32-417-82), состоящей из 100 элементарных нитей с круткой 90 кручений/м, рублений на отрезки 10 мм, хаотически расположенные в 40 мас.% эпоксидного связующего, представляющего собой эпоксидиановую смолу ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), содержащую 20,5% эпоксигрупп, отвержденную мфенилендиамином (ГОСТ 5826-78). Пресс-материалы отличаются содержанием МФДА в связующем, которое изменялось от 90 до 135 мас.% от стехиометрического количества по отношению к эпоксидному олигомеру. В таблице 1 приведены составы, а в таблице 2 свойства волокнитов, которые являются отличительными характеристиками объекта изобретения. Пример 2. Полимерные пресс-материалы как в примере 1, но содержащие в составе связующего эпоксидиановую смолу марки ЭД-22, в которой количество эпоксигрупп составляло 23,5% (ГОСТ 10587-84). Составы пресс-материалов приведены в таблице 3, а сравнительные данные по свойствам пресс-материалов в соответствии с настоящим изобретением и по прототипу приведены в таблице 4. Пример 3. Готовят пресс-материалы, включающие 65 мас.% комплексной нити поли-мфениленизофталамида, состоящей из 200 элементарных нитей с круткой 105 кручений/м, рубленой на отрезки 20 мм, хаотично расположенные в 35 мас.% эпоксидного связующего, представляющего собой эпоксидиамовую смолу марки ЭД-20, содержащую 20,5% эпоксигрупп, отвержденную м-фенилендиамином. Пресс-материалы отличаются, содержанием МФДА в связующем, которое изменялось от 99 до 135 мас. % от стехиометрического количества по отношению к эпоксидному олигомеру. В таблице 5 приведены составы, а в таблице 6 свойства волокнитов. Пример 4. Полимерные пресс-материалы, как в примере 1, но включающие 30 мас.% эпоксидного связующего и 70 мас.% хаотически расположенных в нем отрезков комплексной нити длиной 30 мм, состоящей из 300 элементарных нитей с круткой 120 кручений/м. Свойства и состав пресс-материалов приведены в таблицах 7 и 8. Из приведенных данных следует, что количественная характеристика МФДА в связующем пресс-материалов влияет на все значимые характеристики объекта (пределы прочности при сжатии, изгибе, уд. ударную вязкость, теплостойкость и водостойкость), которые увеличиваются соответственно на 28-30, 29-32, 27-32%, 40-45°С, 3744% при введении избытка МФДА в определенных пределах. Причем, характер и степень влияния не зависят от содержания связующего и наполнителя в композите, геометрических характеристик последнего и количества эпоксигрупп в олигомере, т.е. данный признак объекта необходим и достаточный для получения положительного эффекта.