патент
№ RU 2633717
МПК C08L61/10

ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНОЕ СВЯЗУЮЩЕЕ И СТЕКЛОПЛАСТИК НА ЕГО ОСНОВЕ

Авторы:
Каблов Евгений Николаевич Застрогина Ольга Борисовна Серкова Евгения Алексеевна
Все (24)
Номер заявки
2016142318
Дата подачи заявки
27.10.2016
Опубликовано
17.10.2017
Страна
RU
Дата приоритета
14.07.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

Изобретение относится к стеклопластикам, фенолформальдегидным связующим и композиционным материалам на их основе, предназначенным для изготовления пожаробезопасных изделий. Стеклопластик включает препрег, в составе которого используется стеклоткань и фенолформальдегидное связующее, которое содержит резольную фенолформальдегидную смолу, в качестве которой используют высококонцентрированный продукт конденсации фенола и параформальдегида, органический растворитель, в качестве которого используется ацетон, и новолачную фенолформальдегидную смолу. Кроме того, связующее дополнительно содержит пирогенный кремнезем и полициклический амин, в качестве которого используется уротропин. Технический результат изобретения заключается в снижении тепловыделения при горении, повышении механических свойств, а также регулировании вязкости и сокращении времени гелеобразования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 6 пр.

Формула изобретения

1. Фенолформальдегидное связующее, включающее резольную фенолформальдегидную смолу, в качестве которой содержится высококонцентрированный продукт конденсации фенола и параформальдегида, органический растворитель, в качестве которого используется ацетон, и новолачную фенолформальдегидную смолу, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит пирогенный кремнезем и полициклический амин, в качестве которого используется уротропин, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
резольная фенолформальдегидная смола25-90
новолачная фенолформальдегидная смола6,25-22,5
ацетон 6,25-22,5
пирогенный кремнезем0,9-3,2
уротропин0,5-1,8.
2. Стеклопластик, включающий препрег, в составе которого используется стеклоткань, отличающийся тем, что содержит фенолформальдегидное связующее по п.1 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
фенолформальдегидное связующее81-110
стеклоткань85-180.
3. Стеклопластик по п.2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит монослой 0,075-0,18 мм.

Описание

Предлагаемое изобретение относится к стеклопластикам, фенолформальдегидным связующим и композиционным материалам на их основе, предназначено для изготовления пожаробезопасных изделий, таких как: воздуховоды низкого давления системы кондиционирования воздуха в летательных аппаратах; материалы интерьера пассажирских самолетов; в судо-, автомобилестроении и железнодорожном транспорте, а также для изготовления радиопрозрачных изделий.

Материалы для изготовления пожаробезопасных изделий (воздуховоды низкого давления системы кондиционирования воздуха в летательных аппаратах; материалы интерьера пассажирских самолетов) по требованиям международных и российских норм летной годности (НЛГС и FAR) должны быть трудносгорающими, слабодымящими и иметь низкое тепловыделение при горении.

Известно применение в качестве связующих для негорючих материалов фенолформальдегидных смол, модифицированных антипиренами: соединениями фосфора, азота, сурьмы, галогенсодержащими соединениями, минеральными замедлителями горения (JP 3231955 В2, G01L 3/10, опубл. 26.11.2001 и JP 4159357 В2, А61М 25/00, опубл. 01.10.2008).

Недостатками этих материалов являются многокомпонентность и токсичность связующих, определяющаяся токсичностью применяемых антипиренов и высоким (до 30%) содержанием свободного фенола.

Известен негорючий композиционный материал для внутренней отделки интерьеров пассажирских самолетов и других транспортных средств на основе фенольных связующих и стекловолокнистых наполнителей (WO 0247906 Al, В32В 25/04, опубл. 20.06.2002).

Известен огнестойкий малотоксичный стеклопластик на основе стеклонаполнителя и полиэфирного связующего, в состав которого для снижения горючести и дымовыделения введена гидроокись алюминия (SU 1552518 Al, В32В 27/36, опубл. 10.11.1995).

Недостатком вышеприведенных негорючих композиционных материалов является повышенное значение тепловыделения при горении.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип (RU 2333922 С1, C08L 61/10, опубл. 20.09.2008), является фенолформальдегидное связующее, включающее резольную фенолформальдегидную смолу, в качестве которой содержится высококонцентрированный продукт конденсации фенола и параформальдегида с содержанием воды не более 10% и нелетучих веществ не менее 86%, органический растворитель, в качестве которого используется ацетон, и новолачную фенолформальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

резольная фенолоформальдегидная смола100
новолачная фенолоформальдегидная смола33-100
ацетон33-130

а также препрег, включающий вышеуказанное связующее и армирующий наполнитель, в качестве которого содержится стеклоткань, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

связующее20-80
стеклоткань28-48

Недостатками связующего и препрега по прототипу является повышенное время гелеобразования и нерегулируемая вязкость связующего, что в особенности негативно влияет на сцепление обшивок и сотового заполнителя в трехслойных конструкциях.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание быстроотверждаемого фенолформальдегидного связующего и стеклопластика на его основе.

Техническим результатом изобретения является снижение тепловыделения при горении, повышение механических свойств, регулируемая вязкость и сокращение времени гелеобразования.

Для решения поставленного технического результата предложено фенолформальдегидное связующее, включающее резольную фенолформальдегидную смолу, в качестве которой содержится высококонцентрированный продукт конденсации фенола и параформальдегида, органический растворитель, в качестве которого используется ацетон, и новолачную фенолформальдегидную смолу, при этом оно дополнительно содержит пирогенный кремнезем и полициклический амин, в качестве которого используется уротропин, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

резольная фенолформальдегидная смола25-90
новолачная фенолформальдегидная смола6,25-22,5
ацетон6,25-22,5
пирогенный кремнезем0,9-3,2
уротропин0,5-1,8

Кроме того, заявлен стеклопластик, включающий армирующий наполнитель, в качестве которого используется стеклоткань, при этом содержащий вышеупомянутое фенолформальдегидное связующее при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

фенолформальдегидное связующее81-110
стеклоткань85-180

Предпочтительно, стеклопластик дополнительно содержит монослой от 0,075-0,18 мм. Такой монослой необходим для изготовления тонкостенных элементов.

При использовании заявляемого быстроотверждаемого фенолформальдегидного связующего в сочетании с армирующим наполнителем получен стеклопластик с сокращенным временем гелеобразования 1-5 мин и регулируемой вязкостью от 10 до 30 сек, с сокращенным временем формования от 5 до 40 мин при температуре формования от 90 до 160°С, с монослоем от 0,075 до 0,18 мм.

Применение резольной фенолформальдегидной смолы в сочетании с новолачной смолой, пирогенным кремнеземом и полициклическим амином при заявленном соотношении компонентов позволяет получить быстроотверждаемое связующее, которое образует при отверждении при температуре 90-160°С полимерную матрицу с высокими прочностными свойствами и пониженным тепловыделением при горении.

Еще одним достоинством предлагаемого изобретения является регулируемая вязкость связующего за счет введения в его состав пирогенного кремнезема и сокращенное время гелеобразования за счет введения полициклического амина, что, в свою очередь, предотвращает вытекание связующего при загрузке в нагретую оснастку препрега, в составе которого используется стеклоткань и фенолформальдегидное связующее.

Высокая скорость отверждения заявленного фенолформальдегидного связующего (за счет введения в него полициклического амина) при температуре до 160°С сочетается с высокой жизнеспособностью, что обеспечивает препрегу, в составе которого используется стеклоткань и заявленное связующее, срок хранения не менее 4 месяцев.

В качестве резольной фенолформальдегидной смолы в заявляемом изобретении использован высококонцентрированный продукт конденсации фенола и параформальдегида с содержанием воды не более 10%, нелетучих веществ - не менее 86%, вязкостью не более 13000 мПа⋅с при температуре 20°С, временем гелеобразования 300-720 с и массовой долей свободного фенола не более 11% марки ФС-117 по ТУ 2221-001-35907133-01.

В качестве новолачной фенолформальдегидной смолы наиболее предпочтительно использовать смолы по ГОСТ 18694-80, например, марок СФ-010, СФ-014 и др.

В качестве пирогенного кремнезема предпочтительно использовать кремнезем марки А-380 по ТУ У 24.1-31695418-002.

В качестве полициклического амина необходимо использовать уротропин по ГОСТ 1381-73.

В качестве армирующего наполнителя могут быть использованы стеклоткани марок Т-64 (ТУ 5952-009-16319666-98) и Т-15(П)-76 (ТУ 6-11-491).

Составы связующего приведены в таблице 1, свойства связующего - в таблице 2, свойства стеклопластика - в таблице 3.

Примеры осуществления

Пример 1

12,5 мас. ч. новолачной фенолформальдегидной смолы СФ-014 растворяли в 12,5 мас. ч. ацетона, добавляли 50 мас. ч. резольной фенолформальдегидной смолы ФС-117 и перемешивали до получения однородного раствора. В полученный раствор связующего добавили 1,1 мас. ч. полициклического амина, в качестве которого использовался уротропин, и перемешивали до получения однородного раствора. Затем добавили 2 мас. ч. пирогенного кремнезема марки А 380 и перемешивали до получения однородного раствора. Определяли условную вязкость, содержание нелетучих веществ, время гелеобразования, содержание воды и свободного фенола.

Пример 2

6,25 мас. ч. новолачной фенолформальдегидной смолы СФ-014 растворяли в 6,25 мас. ч. ацетона, добавляли 25 мас. ч. резольной смолы ФС-117 и перемешивали до получения однородного раствора. В полученный раствор связующего добавили 0,5 мас. ч. полициклического амина, в качестве которого использовался уротропин, и перемешивали до получения однородного раствора. Затем добавили 0,9 мас. ч. пирогенного кремнезема марки А 380 и перемешивали до получения однородного раствора.

Определяли условную вязкость, содержание нелетучих веществ, время гелеобразования, содержание воды и свободного фенола.

Пример 3

22,5 мас. ч. новолачной фенолформальдегидной смолы СФ-014 растворяли в 22,5 мас. ч. ацетона, добавляли 90 мас. ч. резольной смолы ФС-117 и перемешивали до получения однородного раствора. В полученный раствор связующего добавили 1,8 мас. ч. полициклического амина, в качестве которого использовался уротропин, и перемешивали до получения однородного раствора. Затем добавили 3,2 мас. ч. пирогенного кремнезема марки А 380 и перемешивали до получения однородного раствора.

Определяли условную вязкость, содержание нелетучих веществ, время гелеобразования, содержание воды и свободного фенола.

Пример 4

Связующее изготавливали по примеру 1.

Стеклопластик включает препрег, в составе которого использовали 85 мас. ч. стеклоткани марки Т-64, которую пропитывали 81 мас. ч. полученного связующего. Препрег подсушивали при температуре 100-160°С. Для получения стеклопластика собирали пакет из 18-24 слоев препрега и формовали методом вакуумного формования при температуре 90-160°С и давлении 0,2-0,6 атм.

Пример 5

Связующее изготавливали по примеру 1.

Стеклопластик включает препрег, в составе которого использовали 100 мас. ч. стеклоткани марки Т-15(П)-76, которую пропитывали 100 мас. ч. полученного связующего. Препрег подсушивали при температуре 100-160°С. Для получения стеклопластика собирали пакет из 10-14 слоев препрега и формовали методом вакуумного формования при температуре 90-160°С и давлении 0,2-0,6 атм.

Пример 6

Связующее изготавливали по примеру 1.

Стеклопластик включает препрег, в составе которого использовали 180 мас. ч. стеклоткани марки Т-15(П)-76, которую пропитывали 110 мас. ч. полученного связующего. Препрег подсушивали при температуре 100-160°С. Для получения стеклопластика собирали пакет из 10-14 слоев препрега и формовали методом вакуумного формования при температуре 90-160°С и давлении 0,2-0,6 атм.

Из данных таблицы 2 следует, что заявляемое фенолформальдегидное связующее отличается тем, что имеет пониженную вязкость и пониженное время гелеобразования, что, в свою очередь, предотвращает вытекание связующего при загрузке препрега, в составе которого используется стеклоткань и заявленное фенолформальдегидное связующее, в нагретую оснастку.

Препрег, в составе которого используется стеклоткань и заявленное фенолформальдегидное связующее, имеет высокую жизнеспособность, что обеспечивает ему срок хранения не менее 4 месяцев при температуре хранения от 2 до 5°С.

Из данных таблицы 3 следует, что при использовании заявляемого фенолформальдегидного связующего в сочетании с армирующим наполнителем может быть получен: стеклопластик - с пониженным тепловыделением при горении, с повышенными механическими свойствами (в 1,5-2 раза) по сравнению с прототипом.

Получаемый по настоящему изобретению стеклопластик полностью удовлетворяет требованию авиационных правил (часть 25, приложение F) по тепловыделению, что повысит безопасность полетов, и может применяться для изготовления пожаробезопасных изделий, таких как воздуховоды низкого давления, системы кондиционирования воздуха в летательных аппаратах, а также материалы интерьера пассажирских самолетов, в судо-, автомобилестроении и железнодорожном транспорте. Применение заявленного связующего позволит снизить трудо- и энергоемкость производства, исключить применение импортного и остродефицитного отечественного сырья.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты