Композиционный материал и изделие, выполненное из него

Композиционный материал и изделие, выполненное из него

Реферат

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, предназначенным для изготовления пожаробезопасных деталей интерьера в авиации, судостроении, автомобилестроении, железнодорожном транспорте и строительстве, в том числе и для изготовления крупногабаритных изделий сложной конфигурации.

В настоящее время при сертификации транспортных средств введена характеристика пожаробезопасности композиционных материалов интерьера и конструкций по тепловыделению.

Критерием оценки допустимости применения материалов в интерьере пассажирских самолетов является общее тепловыделение, которое за первые две минуты испытания не должно превышать 65 кВт/м², и максимальная скорость тепловыделения (пиковая интенсивность) не должна превышать 65 кВт·мин/м².

Известны негорючие композиционные материалы для внутренней отделки интерьеров пассажирских самолетов и других транспортных средств на основе фенольных связующих и стекловолокнистых наполнителей (заявка WO №0247906).

Известен огнестойкий малотоксичный стеклопластик на основе стеклонаполнителя и полиэфирного связующего, в состав которого для снижения горючести и дымовыделения введена гидроокись алюминия (авт. свид. СССР №1552518).

Недостатком известных негорючих композиционных материалов, применяемых для внутренней отделки, является повышенное тепловыделение.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является композиционный материал, выполненный на основе армирующего волокнистого наполнителя, пропитанного связующим, включающим азотсодержащую фенолформальдегидную смолу резольного типа, модифицированную полиэтиленгликолем и фосдиолом, и растворитель - водно-ацетоновую смесь в соотношении 1:1, который в качестве армирующего наполнителя содержит наполнитель на основе гетероциклического полиамида, стеклянных волокон и их сочетаний при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Азотсодержащая фенолформальдегидная смола
резольного типа, модифицированная
полиэтиленгликолем и фосдиолом	140
Растворитель - водно-ацетоновая смесь в
соотношении 1:1	10-40
Армирующий наполнитель	30-180

(патент РФ №2104875).

Материал-прототип на основе фенолформальдегидного связующего и стеклянного наполнителя имеет низкое дымовыделение. Однако этот композиционный материал и изделия, выполненные из него, имеют высокое тепловыделение, превышающее требования норм летной годности по пожаробезопасности.

Технической задачей изобретения является получение негорючего композиционного материала и изделий, выполненных из него, с пониженным тепловыделением при сохранении характеристик по горючести и дымообразованию на уровне прототипа.

Для решения поставленной технической задачи предложен композиционный материал, включающий связующее - азотсодержащую фенолформальдегидную смолу резольного типа, модифицированную полиэтиленгликолем и фосдиолом, растворитель - водно-ацетоновую смесь в соотношении 1:1 и армирующий стекловолокнистый наполнитель - стеклоткань, который дополнительно содержит полые стеклянные микросферы и гидроокись алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Азотсодержащая фенолформальдегидная смола
резольного типа, модифицированная
полиэтиленгликолем и фосдиолом	140
Растворитель - водно-ацетоновая смесь
в соотношении 1:1.	10-20
Полые стеклянные микросферы	17-65
Гидроокись алюминия	75-150
Стеклоткань	80-90

и изделие, выполненное из указанного композиционного материала.

Авторами установлено, что при введении в композиционный материал полых стеклянных микросфер совместно с гидроокисью алюминия в заявляемых пределах в 2-3 раза снижается тепловыделение материала.

При изготовлении пожаробезопасного композиционного материала в качестве полимерного связующего использовалось связующее ФП-520 (ТУ 1-595-25-276- 95), представляющее собой 70%-ный водно-ацетоновый раствор азотсодержащей фенолформальдегидной смолы резольного типа, модифицированной полиэтиленгликолем и фосдиолом. В качестве наполнителей использовались стеклоткани Т-15(П)-76 (ТУ 6-11-491-76 ) и Т-45(П)-76 (ТУ 6-11- 524-80) из крученых стеклянных полых нитей и стеклоткань стеклянная конструкционная Т-10-80 (ГОСТ 19170-2001). В предлагаемом материале также использовались микросферы стеклянные полые марки МС-А9 (ТУ 6-48-108-94), микросферы стеклянные полые марки МС-ВП-А9 (ТУ 6-48-91-92), гидроокись алюминия AL(ОН)₃ (ГОСТ 11-841-76).

Предлагаемый композиционный материал получали следующим образом: в водно-ацетоновый раствор связующего ФП-520 вводили полые стеклянные микросферы и гидроокись алюминия и перемешивали до получения гомогенной массы. Полученным связующим пропитывали армирующий волокнистый наполнитель с получением листовых полуфабрикатов - препрегов. Затем препреги укладывали в пакет и подвергали формованию прессовым методом.

Предлагаемый композиционный материал может быть использован при изготовлении изделий - препрегов и пожаробезопасных конструкций и деталей для внутренней отделки транспортных средств, таких как стеновые и потолочные панели, перегородки, багажные полки, а также в строительстве.

Примеры осуществления

Пример 1.

Композиционный материал изготавливали следующим образом:

В емкость с мешалкой загружали 140 мас.ч. связующего ФП-520, добавляли 10 мас.ч. водно-ацетоновой смеси в соотношении 1:1, при постоянном перемешивании вводили 17 мас.ч. полых стеклянных микросфер МС-ВП-А9 и 150 мас.ч. гидроокиси алюминия. Перемешивание проводили до получения гомогенной массы. Полученным связующим на установке типа «Шпрединг-машина» пропитывали стеклоткань Т-15(П)-76 в количестве 86 мас.ч. с получением листовых полуфабрикатов - препрегов.

Пример 2.

В емкость с мешалкой загружали 140 мас.ч. связующего ФП-520, добавляли 12 мас.ч. водно-ацетоновой смеси в соотношении 1:1, при постоянном перемешивании вводили 34 мас.ч. полых стеклянных микросфер МС-ВП-А9 и 100 мас.ч. гидроокиси алюминия. Перемешивание проводили до получения гомогенной массы. Полученным связующим на установке типа «Шпрединг-машина» пропитывали стеклоткань Т-45(П)-76 в количестве 80 мас.ч. Полученные листовые полуфабрикаты укладывали в пакет и изготавливали стеновые панели методом формования под прессом с удельным давлением 5 кг/см² при температуре 170°С в течение 2-х часов.

Композиционные материалы по примеру 3 получали по аналогичной технологии с использованием ткани стеклянной Т-10-80 и полых стеклянных микросфер марки МС-А9 и методом формования изготавливали багажные полки.

Составы материалов по примерам 1-3 и по прототипу - 4 приведены в таблице 1.

Таблица 1
№ п/п	Связующее ФП-520	Водно-ацетоновая смесь 1:1	Стеклоткань	Полые стеклянные микросферы	Гидроокись алюминия
1	140	10	86	17	150
2	140	20	80	34	100
3	140	13	90	65	75
4(прототип)	140	32	180	-	-

Интенсивность тепловыделения определялась на проточном калориметре типа OSU (ASTM Е-906) марки HRR-3 фирмы "Atlas", США. Испытуемый образец размером 150×150 мм помещался в постоянно продуваемую воздухом термостатированную камеру, где подвергался воздействию равномерного теплового потока мощностью 35 кВт/м², горение образца обеспечивалось факельным зажиганием от пилотных газовых горелок. Для расчета тепловыделения многоспайной термопарой регистрировалась температура выходящих из камеры продуктов горения.

Свойства композиционных материалов по примерам 1-3 и прототипу - 4 приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2
№ п/п	Толщина, мм	Максимальная скорость тепловыделения (пик), кВт/м2	Общее количество выделившегося тепла за первые 2 минуты испытания, кВт/м2
1	2,82	51	37
2	2,41	49	28
3	2,34	43	9
4(прототип)	2,0	100,3	60,6

Таблица 3
№ п/п	Режим испытания	Показатели дымообразования	Группа дымообразования
Д2	Д4	Дмакс
1	горение	0	1	2	Практически не
пиролиз	0	0	1	выделяющий дыма (1)
2	горение	0	1	2	Практически не
пиролиз	0	0	2	выделяющий дыма (1)
3	горение	0	1	2	Практически не
пиролиз	0	0	2	выделяющий дыма (1)
4 (прототип)	горение	3	12	13	Среднедымящий (3)
пиролиз	20	2	4

Д₂, Д₄, Д_макс - удельная оптическая плотность дыма соответственно за 2 и 4 минуты и максимальная, усл. ед.

Испытания в режиме пиролиза проводились при плотности теплового потока 2,5 вт/см² (ГОСТ 2463 2-81).

Предлагаемый композиционный материал имеет в 2 раза меньшее по сравнению с прототипом общее тепловыделение и в 2-6 раз меньшую максимальную скорость тепловыделения. По дымообразованию при горении предлагаемый материал также имеет преимущества по сравнению с прототипом.

Снижение параметров тепловыделения материалов интерьера и изготовленных из них изделий позволит обеспечить современные требования летной годности АП-25, предъявляемые к транспортным средствам по пожаробезопасности при перевозке пассажиров.

1. Композиционный материал, включающий связующее - азотсодержащую фенолформальдегидную смолу резольного типа, модифицированную полиэтиленгликолем и фосдиолом, растворитель - водно-ацетоновую смесь в соотношении 1:1 и армирующий волокнистый наполнитель - стеклоткань, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидроокись алюминия и полые стеклянные микросферы при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Азотсодержащая фенолформальдегидная смола,
резольного типа, модифицированная
полиэтиленгликолем и фосдиолом	140
Растворитель - водно-ацетоновая смесь
в соотношении 1:1	10-20
Гидроокись алюминия	75-150
Полые стеклянные микросферы	17-65
Стеклоткань	80-90

2. Изделие, отличающееся тем, что оно выполнено из композиционного материала по п.1.