Бумажный материал, используемый в качестве основы слоистых композитов электротехнического и конструкционного назначения

Бумажный материал, используемый в качестве основы слоистых композитов электротехнического и конструкционного назначения

Реферат

 

Сущность изобретения: материал содержит, мас.%: фибриды из полиметафениленизофталамида 50 - 90 и в качестве резаного арамидного волокна - волокно из гетероароматического полиамида 10 - 95. Волокно из гетероароматического полиамида имеет формулу, где а + с = в и а : с = 3 : 7 - 7 : 3. Использование указанного волокна позволяет снизить горючесть, повысить термостабильность и прочность на разрыв материала при сохранении его удлинения при растяжении. 1 табл.

Изобретение относится к синтетическим бумажным материалам технического назначения, а именно к арамидным нагревостойким трудносгорающим и самозатухающим бумажным материалам, предназначенным для использования в качестве основы композиционных слоистых материалов электротехнического и конструкционного назначения. Известен бумажный материал, содержащий арамидные фибриды из полиметафениленизофталамида и резаное полиэфирное волокно. Этот материал может использоваться в качестве основы слоистых композитов различного назначения. Однако существенным недостатком этого материала являются его пониженные нагревостойкость и огнестойкость за счет присутствия в бумажном материале полиэфирного волокна, уступающего по этим показателям арамидным волокнам. Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту к изобретению является бумажный материал, содержащий арамидные волокнистые компоненты, включающие фибриды и резаное волокно, оба из полиметафениленизофталамида. Этот материал лишен отмеченных недостатков предыдущего материала. Однако существенным недостатком данного материала является его невысокая прочность в неуплотненном состоянии, что ограничивает его композиционный состав (нижний предел содержания фибридов в материале) и параметры пропиточного и прочего оборудования по переработке бумажного материала в конечный слоистый композит. Кроме того, указанный материал характеризуется недостаточно низкой горючестью (кислородный индекс 27-30%), ограничивающей его применение для изготовления ряда конструкционных композитов для авиации, а также не очень высокой термостабильностью, что проявляется в существенной его линейной деформации после термообработки в свободном состоянии при температуре 280^оС и выше. Последнее обстоятельство может привести к возникновению больших внутренних напряжений в композите при его получении, а также в критических ситуациях при эксплуатации и, как следствие, к образованию дефектов и разрушению материала при невысоких внешних нагрузках. Целью изобретения является снижение горючести, повышение термостабильности и прочности на разрыв материала при сохранении его удлинения при растяжении. Сущность изобретения заключается в том, что бумажный материал, содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида и резаное арамидное волокно, в качестве резаного арамидного волокна содержит волокно из гетероароматического полиамида формулы COCONH где а+c=b и a:c=3:7-7:3, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фибриды из полиме- тафениленизофталамида 5-90 Резаное волокно из гетероароматичес- кого полиамида 10-95 Материал по изобретению существенно отличается от известных арамидных бумажных материалов, поскольку он содержит новое волокно на основе нового гетероароматического полиамида, до сих пор не использовавшееся для изготовления бумажных материалов. Применение этого волокна позволяет значительно снизить горючесть и повысить термостабильность и прочность материала (при низкой и умеренной плотности) при сохранении его удлинения. При этом снижение горючести волокнистого материала существенно больше (что подтверждается данными таблицы, приведенными ниже), чем можно было бы ожидать при аддитивном вкладе в эту характеристику элементарных звеньев полиамидов, образующих волокнистые компоненты материала. Отличительной чертой предлагаемого материала является и повышенная его прочность в неуплотненном и умеренно уплотненном виде при сохранении удлинения на уровне материала, содержащего фибриды и резаное волокно из полиметафениленизофталамида. Для известных арамидных бумажных материалов увеличение их прочности за счет использования более жесткого волокна обычно сопровождается уменьшением удлинения. Предлагаемый бумажный материал может быть сформован по периодическому (в листоотливных формах) либо непрерывному (с использованием бумагоделательных машин с наклонным сеточным столом) способам. При необходимости материал может быть уплотнен до требуемой плотности путем прессования или каландрирования. Исходные волокнистые компоненты по отдельности диспергируют в гидроразбивателе при массовой доле взвеси 0,3-2,5% и смешивают в заданной пропорции в композиционном бассейне. Отлив материала ведут при массовой доле взвеси 0,01-0,5%. При массовой доле фибридов в композиции более 90% формование материала затруднено вследствие очень большого его сопротивления фильтрации, а при их доле в композиции менее 5% - из-за недостаточной прочности материала. Ниже приведены конкретные примеры получения предлагаемого материала (примеры 1-3) и в идентичных условиях материала-прототипа (примеры 6-8), а также контрольные примеры (примеры 4,5). Для удобства основные показатели материалов приведены в таблице. П р и м е р 1. Смешивают водную суспензию фибридов из полиметафениленизофталамида (степень помола - 41^оШР, показатель средневзвешенной длины по прибору Иванова на частой сетке - 92 дг) с суспензией резаного волокна из гетероароматического полиамида формулы COCONH где а+c=b и a:c=3:7 (длина резки 5 мм, линейная плотность 0,29 текс, начальный модуль упругости 3000 кгс/мм²). После формования в листоотливной форме, сушки при 120^оС и прессования при 180^оС и давлении 20 кгс/см² получают бумажный материал, содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида и резаное волокно из гетероароматического полиамида при их соотношении, мас.%: 90:10. П р и м е р 2. Смешивают водную суспензию фибридов из полиметафениленизофталамида (степень помола - 45^оШР, показатель средневзвешенной длины - 80 дг) с суспензией резаного волокна из гетероароматического полиамида формулы COCONH где а+c=b и a:c=1:1 (длина резки 6 мм, линейная плотность 0,27 текс, начальный модуль упругости 2800 кгс/мм²). После формования на бумагоделательной машине с наклонным сеточным столом (скорость 12 м/мин, температура сушильных цилиндров 70-110^оС) и каландрирования при 150^оС и линейном давлении 60 кгс/см получают бумажный материал, содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида и резаное волокно из гетероароматического полиамида при их соотношении (мас.%) 50:50. П р и м е р 3. Смешивают водную суспензию фибридов из полиметафениленизофталамида (степень помола 63^оШР, показатель средневзвешенной длины 105 дг) с суспензией резаного волокна из гетероароматического полиамида формулы COCONH где а+c=b и a:c=7:3 (длина резки 5 мм, линейная плотность 0,25 текс, начальный модуль упругости 2500 кгс/мм²). После формования на бумагоделательной машине с наклонным сеточным столом (скорость 25 м/мин, температура сушильных цилиндров 70-120^о) получают бумажный материал, содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида и резаное волокно из гетероароматического полиамида при их соотношении, мас.% : 5:95. П р и м е р 4 (контр.). Пробуют изготовить бумажный материал аналогично примеру 1, но содержащий фибриды и резаное волокно в соотношении (мас.%) 93: 7. Из-за большого сопротивления фильтрации время формования материала затягивается, и наблюдается расслоение волокнистых компонентов - однородный материала не удается получить. П р и м е р 5 (контр.). Пробуют изготовить бумажный материал аналогично примеру 3, но содержащий фибриды и резаное волокно в соотношении (мас.%) 3: 97. Из-за частых обрывов на бумагоделательной машине материал сформовать не удается. П р и м е р 6 (по прототипу). Аналогично примеру 1, но с использованием резаного волокна из полиметафениленизофталамида (длина резки 5 мм, линейная плотность 0,22 текс, начальный модуль упругости 800 кгс/мм²) получают бумажный материал, содержащий фибриды и резаное волокно из полиметафениленизофталамида при их соотношении (мас.%) 90:10. П р и м е р 7 (по прототипу). Аналогично примеру 2, но с использованием резаного волокна из полиметафениленизофталамида (длина резки 6 мм, линейная плотность 0,24 текс, начальный модуль упругости 850 кгс/мм²) получают бумажный материал, содержащий фибриды и резаное волокно из полиметафениленизофталамида при их соотношении (мас.%) 50:50. П р и м е р 8 (по прототипу). Аналогично примеру 3, но с использованием резаного волокна из полиметафениленизофталамида (длина резки 5 мм, линейная плотность 0,19 текс, начальный модуль упругости 900 кгс/мм²) получают бумажный материал, содержащий фибриды и резаное волокно из полиметафениленизофталамида при их соотношении (мас.%) 5:95. Формование материала сопровождается частыми обрывами. Как следует из приведенных в таблице данных, предлагаемый бумажный материал при низкой и умеренной плотности и прочих равных условиях обладает существенно более высокой прочностью на разрыв по сравнению с материалом-прототипом при сохранении того же удлинения. Кроме того, кислородный индекс предлагаемого бумажного материала существенно больший не только по сравнению с материалом-прототипом (примеры 3 и 8 - кислородный индекс 40 и 29% соответственно), но и по сравнению с расчетным значением, получаемым из условия аддитивного вклада в этот показатель всех элементарных звеньев полиамидов, образующих волокнистые компоненты материала. Так для примера 1 экспериментальное значение кислородного индекса 31%, а расчетное с учетом кислородного индекса волокна из полибензимидазола 41% составляет 28-29%. Линейная деформация предлагаемого бумажного материала после термообработки в свободном состоянии при температуре 300^оС существенно меньше, чем у материала-прототипа и при оптимальном составе материала может быть приближена к нулю. Так у материала по примеру 2 при соотношении фибридов и волокна (мас. % ) 50:50 относительная линейная деформация после термообработки при 300^оС практически отсутствует, а у материала-прототипа (пример 7) составляет 4,3 и 3,9% в машинном и поперечном направлениях соответственно. При массовой доле фибридов в общем количестве волокнистых компонентов в материале более 90% (пример 4) и менее 5% (пример 5) материал не удается сформовать, в первом случае - из-за слишком большого сопротивления фильтрации, во втором - из-за постоянных обрывов материала ввиду его очень низкой прочности. Использование предлагаемого материала при изготовлении слоистых композиционных материалов электротехнического и конструкционного назначения позволит заменить более дорогостоящие и дефицитные наполнители, придать композитам новые потребительские свойства, повысить их надежность и ресурс работы.

Формула изобретения

БУМАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ В КАЧЕСТВЕ ОСНОВЫ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИТОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО И КОНСТРУКЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ, содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида и резаное арамидное волокно, отличающийся тем, что, с целью снижения горючести, повышения термостабильности и прочности на разрыв материала при сохранении его удлинения при растяжении, материал в качестве резаного арамидного волокна содержит волокно из гетероароматического полиамида формулы где a + c = b и a : c = 3 : 7 - 7 : 3, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фибриды из полиметафениленизофталамида - 5 - 90 Резаное волокно из гетероароматического полиамида - 10 - 95

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000