Композиция для получения модифицированного углеродного материала

Композиция для получения модифицированного углеродного материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (и) 537953 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07,06.74 (21) 2030381/05 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано05.12.76, Бюллетень ¹45 (46) Дата опубликования описания 25.01.77 (51) М. Кл.

С01В 31/00

С01В 31/16

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изоаретений и открытий (53) УДК 661.183.2

{088.8) (72) Авторы изобретения И. Н. Ермоленко, В. И. Дубкова и И. П. Люблинер (71) Заявитель

Институт общей и неорганической химии АН Белорусской CCP

{54) КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО

УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение касается попучения композиционных материалов на основе углеродных волокон. Эти материалы, обладающие высокой стойкостью к тепловым ударам, абляционной устойчивостью, высокой прочностью, наибопее широко применяют ся в ракето- и самолетостроении. Области их применения непрерывно расширяются.

Известен способ получения угольных композиций на основе модифицированных углеродных или графитовых волокон и эпоксидных смол. Для улучшения адгезии между полимером и наполнителем графитовое волокно первоначально обрабатывают в среде инертного газа при повышенной температуре, а затем - в озонсодержашей атмосфере при умеренной температуре (1), Недостатками известного способа являются жесткие условия обработки.

Известна композиция на основе углеродных волокон, в которой для улучшения сцепления углеродных волокон с эпоксидной полимерной матрицей для изготовления комлозиционных материалов волокна обрабатывают при нормальной и повышенной температурах окислителями: азотной кислотой, смесью азотной и серной кислот перекисью водорода, гипохлоритом натрия (NO <<0 ) (2), Недостатком известного состава является отсутствие прочной химической связи между волокном и связующим, поэтому прочность композиций невысокая.

10 С целью получения материала с повышенной прочностью и ионообменными свойствами, композиция содержит фосфорилированное углеродное волокно с содержанием фосфора 1,00-6,25 вес.% в качестве !

5 одновременно наполнителя и отвердителя при следующем соотношении компонентов (в вес.ч.):

Фосфорилированное углеродное волокно 50-125

20 Эпоксидная смола 50 150

Реакционная способность эпоксидной смолы обусловлена, как известно, наличием нестойких трехчленных кислородсодержаших циклов {GHg С""z) или эпоксидных

25 групп. Эпоксидная смола сама по себеотверж537953 даться не может. Отверждение обычно проводят при помощи ангидридов кислот или аминов. В композиции по изобретению, состоящей из двух компонентов (эпоксидная смола ЭД-5 и углеродное волокно, выпал- 5 няющее функцию активного наполнителя) использована угольная ткань, полученная путем пирализа фосфорилированной целлюлозы, содержащая остатки конденсированных фосфорных кислот. Для сравнения использовали графитавуюткань, не содержащую на поверхности активных групп.

О взаимодействии смолы и углеродного волокна судили по конверсии (убыли) эпоксидных групп, участвующих в отверждении, по привесу на углеродном волокне химически связанной смолы, а для фосфорсодержащих волокон - еще и по инфракрас» ным спектрам.

В результате обработки углеродных во20 локон эпоксидной смолой ЭД-5 привес составил от 11 до 190%, прочность комп зиционнога материала возросла от 1,5 до 4,5 раз в зависимости от наличия и

25 вида функциональных групп на волокне, Отсутствие эпоксидных групп в композиционном материале, по данным химического анализа и ИК-спектрам, после тепловой обработки и наличие привеса после экстрак30 ции ацетоном указывает на происходящий процесс отверждения эпоксидной смолы на углеродном волокне за счет активных функциональных групп.

Обменная емкость композиционного материала вслучае, когда для пропитки .использовали фосфорсодержашее угольное волокно, возросла на 35%.

Таким образом, пролиткой фосфорсодержашега угольного волокна эпоксидной сма- 4О лой можно получить достаточно прочные композиционные материалы, с высокой обменной емкостью, что позволяет расширить область их применения.

Пример 1. Исходный материал — 45 ткань из целлюлозного волокна, Ткань подвергают фасфорилированию, Для этого ее обрабатывают в водном растворе фосфорной кислоты и мочевины концентрацией реагентов 200 и 310 г/л соответственно, gg отжимают от избытка раствора, высушивают и по вергают термаобработке при

150аС в течение 30 мин. Затем ткань промывают водой и высушивают. Фасфорилированную ткань пиролизуют в таке илерде ного г аза — азота, скорость подъема температуры — 2 град/мин, Конечная температура пирализа 500оС. Полученная фосфорсодержащая ткань имеет обменную емкость

1,63 мг экв/г и содержит 2,55% фосфора, 6О

Обработанную таким образом угольную ткань вносят в эпоксидную смолу ЭД-5 в соотношении 1:1 па весу, Отвердитель не добавляют.

Получают следующую композицию для попучения модифицированного углеродного материала (в вес,ч,):

Эпоксидная смола 100

Углеродный материал 100

При последующей термообработке .при

180аС в течение 10 час получают модифицированный углеродный материал.

Химический анализ полученного композиционного материала указывает на отсутствие эпоксидных групп в образце. Привес,т.е. количество Неэкстрагируемой с поверхности угольной ткани эпоксидной смолы, составляет 60%. Прочность материала повышается в 4 5 раза, Обменная емкость 2,2 мг. экв/г, т.е. возрастает на 35% по сравнению с обменной емкостью обработанного смолой образца.

Пример 2. Угольную фосфарсодержащую ткань, полученную по примеру 1, вносят в эпоксидную смолу ЭД-5 в соотношении (в вес.ч.):

Смола 100

Углеродный материал 125

Отверждение проводят согласно примеру 1. Количество неэкстрагируемой с поверхности угольной ткани эпоксидной смолы составляет 93%, обменная емкость по Йа0 3,45 мг.экв/r.

Пример 3. Угольную фосфорсодержащую ткань, полученную по примеру 2, вносят в эпоксидную смолу ЭД-5 в соотношении: (в вес.ч.):

Смола 150

Углеродный материал 50

Отверждение проводят согласно примеру 1. Количество неэкстрагируемой с по верхности угольной ткани эпоксидной смолы составляет 190%, обменная емкость по И<Х0" 0,45 мг экв/г.

Пример 4. Углеродную фосфорсодержащую ткань, полученную по примеру 1, вносят в эпоксидную смолу в соотношении (в вес.ч.):

Смола 150

Углеродный материал 125

Отверждение проводят согласно примеру 1. Количество неэкстрагируемой с поверхности угольной ткани эпоксидной смолы составляет 112%, обменная емкость по МО ОН 2,71 мг. экв/г.

Ф ормула изобретения

Композиция для получения модифицированного углеродного материала, содерж

537953

Фосфор илир ованное углер одное волокно

Эпоксидная смола

50 125

50-1 50

Составитель Т. Мартинская

Редактор Л. Ушакова Техред М, Левицкая Корректор А. Лакида

Заказ 5651/13 Тираж 630 Подписное

UHHHIlH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 шая углеродный волокнистый наполнитель, эпоксидную смолу и отвердитель, о т— личающаяся тем,что,сцелью получения материала с повышенной прочностью и ионообменными свойствами, коьь. позиция содержит фосфорилированное углеродное волокно с содержанием фосфора

1,00-6,25 вес.% в качестве одновременно наполнителя и отвердителя при следующем соотношении компонентов (в вес.ч.):

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Пат, США % 3723607, С01 В 31/00, 1973 r, 2. Пат. Англии N9 1238308, ClA, 10 1968 г - прототип