Связующие вещества для получения композиционных наномодифицированных материалов

В.П. КУЗЬМИНА Связующие вещества для получения композиционных наномодифицированных материалов

И звестной проблемой при создании композиционных материалов, в том числе углепластиков на основе полиимидных связующих, является преодоление объективно существующего противоречия между высокой теплостойкостью и трещиностойкостью. Чем выше теплостойкость связующего, тем более хрупким и, следовательно, подверженным образованию трещин, становится композиционный материал. Актуальной задачей является поиск химических структур, позволяющих достичь компромиссного варианта, снижающего остроту указанного противоречия.

Ожидается ежегодное увеличение спроса на углепластик, составляющее 14 - 16%. Это объясняется освоением новых областей применения материала в дополнение к прежнему использованию в области спорта и в оборонном секторе. Новыми рынками сбыта, скорее всего, станет индустрия ветровых энергетических установок и мостовых конструкций.

Технический уровень изобретения прослеживается на нижеприводимых примерах.

Пример 1

Одно из первых известных, частично кристаллических плавких связующих было получено на основе полиимида марки LARC-TPI. Это связующее обладает существенным недостатком. При изготовлении композиционного материала после плавления LARC-TPI при 270 - 290^оС и пропитки полученным расплавом наполнителя (углеродных волокон или ткани) и при последующем охлаждении заготовки (препрега) оно становится аморфным. В дальнейшем связующее практически не способно перейти в кристаллическое состояние в результате термического отжига препрега, если только дополнительно не обработано амидным растворителем [1].

Пример 2

Связующие на основе частично кристаллических плавких полиимидов марки LARC-CPI, LARC CPI-2, PI-2, могут перерабатываться в рас-

В.П. КУЗЬМИНА Связующие вещества для получения композиционных наномодифицированных материалов плаве и способны к дальнейшей рекристаллизации в композиционном материале [2]. Однако медленная скорость рекристаллизации указанных связующих, незначительная доля и неравномерное распределение повторно возникающих кристаллических структур в объеме связующего свидетельствуют о том, что их следует классифицировать скорее в качестве термопластичных, чем частично кристаллических связующих.

Пример 2

Полиимидное связующее для изготовления формовочных масс (молдингов) и композиция для их получения представляет собой суспензию, образованную введением в раствор ароматической полиэфирамидокислоты в амидном растворителе нерастворимых добавок - ароматических имидных олигомеров, бисимидов и неорганических добавок, например оксида титана [3]. Указанной композицией пропитывают углеродный наполнитель, полученные препреги высушивают и прессуют при температуре не ниже 300^оС. В результате получают композиционный материал на основе частично кристаллического ароматического поли-эфиримида. Введение нерастворимых добавок способствует ускорению рекристаллизации связующего в композите после заключительной термообработки. Недостатком известного связующего является неравномерное распределение нерастворимых добавок и, как следствие, различная степень кристалличности в объеме связующего. Композиционные материалы из-за этого подвержены трещинообразованию.

Пример 4

Исследования в работе [4] показали, что при приготовлении композиций LARC-CPI с нерастворимыми бисимидами также происходит неравномерное распределение частиц бисимида в полимерной матрице.

Пример 5

На основе частично кристаллического плавкого поли-{[4,4’-бис(4’’-N-фенокси)дифенил]имида 1,3-бис(3’,4-дикарбоксифенокси)бензола} и нерастворимых бисимидов [5] было получено полиимидное связующее для углепластиков.

В.П. КУЗЬМИНА Связующие вещества для получения композиционных наномодифицированных материалов

Пример 6

Композиция для приготовления связующего представляет суспензию, образованную при введении в раствор соответствующей полиамидокислоты (ПАК) в амидном растворителе нерастворимых бисимидов в количестве до 4 мас.%, моделирующих строение элементарного звена или одного из фрагментов указанного полиимида – диаминного или дианги-дридного. Несмотря на сходность строения полимера и бисимидов, прослеживается та же тенденция, что и у приведенных выше примеров, то есть наблюдается неравномерное распределение бисимидов в препреге. Это приводит при последующей имидизации к различной степени кристалличности в объеме связующего в композиционном материале и к проявлению микродефектов (хрупких деформаций) при его эксплуатации.

Частично кристаллическое плавкое полиимидное связующее и композиция для его получения

Патент №2279452

Изобретение относится к частично кристаллическому плавкому полиимидному связующему, используемому при производстве термостойких композиционных материалов, применяемых в авиации, автомобиле- и судостроении, строительстве, а также в композиции для получения этого связующего.

Композиция частично кристаллического плавкого полиимид-ного связующего содержит следующее соотношение компонентов, мас.%: 12 - 23 поли-[4,4’-бис(4’’-N-фенокси)дифенил]амидокислоты; 0,01 - 8 ароматического бисфтальимида или смеси ароматических бис-фтальимидов; остальное - амидныйрастворитель. Композицияпредстав-ляет собой раствор в амидном растворителе поли-[4,4’-бис(4’’-N-фенок-си)дифенил]амидокислоты на основе ароматической тетракарбоновой кислоты, выбранной из следующего ряда: 3,3’,4,4’-дифенилоксидте-тракарбоновая кислота, 3,3’,4,4’-дифенилтетракарбоновая кислота, 1,3-бис(3’,4-дикарбоксифенокси)бензол и растворимого в амидных растворителях ароматического бисфтальимида или смеси произвольного состава растворимых в амидных растворителях ароматических бисфта-льимидов. Частично кристаллическое плавкое полиимидное связующее включает следующее соотношение компонентов, мас.%: 60 - 99,9 поли-[4,4’-бис(4’’-N-фенокси)дифенил]имида и 0,1 - 40 ароматического бис-фтальимида или смеси ароматических бисфтальимидов.

                          к содержанию

В.П. КУЗЬМИНА Связующие вещества для получения композиционных наномодифицированных материалов

Изобретение позволяет создать полиимидное связующее, способное к рекристаллизации с воспроизводимой степенью кристалличности и с однородным распределением кристаллических структур, а также повысить теплостойкость и трещиностойкость композиционного материала на основе данного связующего.

• 1.    Композиция частично кристаллического плавкого полиимид-ного связующего для композиционного материала представляет собой раствор в амидном растворителе поли-[4,4’-бис(4’’-N-фенокси)дифе-нил]амидокислоты на основе ароматической тетракарбоновой кислоты, выбранной из ряда: 3,3’,4,4’-дифенилоксидтетракарбоновая кислота, 3,3’,4,4’-дифенилтетракарбоновая кислота, 1,3-бис(3’,4-дикарбокси-фенокси)бензол и растворимого в амидных растворителях ароматического бисфтальимида или смеси произвольного состава, растворимых в амидных растворителях ароматических бисфтальимидов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

  Поли-[4,4’-бис(4’’-N-фенокси)дифенил]амидокислота	12 - 23
  Ароматический бисфтальимид или смесь ароматических бисфтальимидов	0,01 - 8
  Амидный растворитель	до 100

• 2.    Композиция по п.1 отличается тем, что в качестве ароматического бисфтальимида она включает соединение, выбранное из ряда: 4,4’-бис(фтальимидо-4’’-N-фенокси)дифенилсульфон, 4,4’-бис(фтальимидо-4’’-N-фенокси)дифенилпропан, бис(фтальими-до-4-N-фенилоксидифенилсульфон)[бис(4’-окси,4’’-N-фенилимид) 1,3-бис(3’,4-дикарбоксифенокси)бензола], бис(фтальимидо-4-N-фени-локсидифенилпропан)[бис(4’-окси,4’’-N-фенилимид) 1,3-бис(3’,4-ди-карбоксифенокси)бензола].

• 3.    Композиция по п.1 отличается тем, что в качестве амидного растворителя она включает N-метил-2-пирролидон, или N,N’-диметилаце-тамид, или N,N’-диметилформамид.

• 4.    Частично кристаллическое плавкое полиимидное связующее на основе композиции по п.1 для композиционного материала включает поли-[4,4’-бис(4’’-N-фенокси)дифенил]имид на основе ароматической тетракарбоновой кислоты, выбранной из ряда: 3,3’,4,4’-дифенилоксид-

• В.П. КУЗЬМИНА Связующие вещества для получения композиционных наномодифицированных материалов

• 5.    Связующее по п.4 отличается тем, что в качестве ароматического бисфтальимида оно включает соединение, выбранное из ряда:   4,4’-бис(фтальимидо-4’’-N-фенокси)дифенилсульфон, 4,4’-

• бис(фтальимидо-4’’-N-фенокси)дифенилпропан, бис(фтальимидо-4’’-N-фенилоксидифенилсульфон) [бис(4’-окси,4’’-N-фенилимид) 1,3-бис(3’,4-дикарбоксифенокси)бензол], бис-(фтальимидо-4-N-фени-локсидифенилпропан)[бис(4’-окси,4’’-N-фенилимид) 1,3-бис(3’,4-ди-карбоксифенокси)бензол].

тетракарбоновая кислота, 3,3’,4,4’-дифенилтетракарбоновая кислота, 1,3-бис(3’,4-дикарбоксифенокси)бензол, и гомогенно распределенные в нем ароматический бисфтальимид, растворимый в амидных растворителях, или смесь произвольного состава ароматических бисфтальи-мидов, растворимых в амидных растворителях, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поли-[4,4’-бис(4’’-N-фенокси)дифенил]амид	60–99,9
Ароматический бисфтальимид или смесь ароматических бисфтальимидов	0,1–40

Для успешного внедрения наноматериалов в строительство необходимо провести ряд работ:

О разработать нормативно-техническую документацию на термины и определения, стандартизующие основные понятия в сфере наноиндустрии для исключения подмены или неадекватного понимания процессов;

О ознакомиться с методами производства нанообъектов в строительстве, физико-химическими особенностями и способами их метрологического контроля в целях оценки соответствия;

О постоянно обобщать и систематизировать сведения о возможных путях производства и распространения наноматериалов, их воздействии на природные сообщества и организм человека;

О разработать методы контроля безопасного внедрения нанотехнологий и наноматериалов;

О организовать обучение специалистов строительной наноиндустрии, как личностей безопасного типа профессионального поведения.

В.П. КУЗЬМИНА Связующие вещества для получения композиционных наномодифицированных материалов

Уважаемые коллеги!

При использовании материала данной статьи просим делать библиографическую ссылку на неё:

Кузьмина В.П. Связующие вещества для получения композиционных наномодифицированных материалов // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. М.: ЦНТ «НаноСтроительство». 2010, Том 2, № 2. C. 62–68. URL: (дата обращения: ______________).

Dear colleagues!

The reference to this paper has the following citation format:

Kuzmina V.P. Nanoconcretes in construction. Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal, Moscow, CNT «NanoStroitelstvo». 2010, Vol. 2, no. 2, pp. 62–68. Available at: nb/ (Accessed _____________). (In Russian).