Термо-и радиационностойкие полимерные матрицы для композиционных материалов

1.

ИСПМ
Термо-и радиационностойкие
полимерные матрицы для
композиционных материалов
А.А. Кузнецов
[email protected]
Институт синтетических полимерных материалов
им. Н.С. Ениколопова (ИСПМ) РАН, Москва
1

2.

ИСПМ
План доклада
1) Требования к связующим для ПКМ
2) Термо- радиационностойкие термоотверждаемые
связующие;
3) Термо- радидиационностойкие термопластичные
связующие;
4) Полиимидные матералы;
5) Полицианураты;
6) Перспективные разработки.
2

3. Доля полимеров и ПКМ на рынке конструкционных материалов

60
50
40
металлы
полимеры
ПКМ
керамика
30
20
10
0
1980 1990 2000 2010 2020

4. Классификация полимерных композиционных материалов

ИСПМ
Классификация полимерных
композиционных материалов
По применению :
ПКМ конструкционного назначения
механически прочные
ПКМ функционального назначения
антифрикционные
с низкой теплопроводностью
с высокой теплопроводностью
радиозащитные
диэлектрические
электроактивные
антибаллистическая защита
огнезащитные.и т.д.
По типу второго компонента
Непрерывные волокна (ткани)+полимерное
связующее ;
Дискретные частицы + полимерная матрица
Тип полимерного компонента
•термопластичный
•термоотверждаемый
Материал второго компонента
• стекловолокно, углеродное
волокно, арамидное волокно,
базальтовое,
Размер второго компонента
• композиты
•нанокомпозиты 10-100 нм
Форма наполнителя
(сферы, усы, волокна, нанотрубки и
т.д. )

5.

ИСПМ
Соотношение «мировой объем производства-цена»
для конструкционных полимеров
100
1
А
Стоимость, евро/кг
2
3
4
10
5
6
7
Б
8
11
1
9
12 14
15
13
10
17
16
18
В 19
20
0,1
1
10
100
1000
10000
100000
Мировой объем производства, тыс. т/год
1-ПЭЭК; 2-ЖКП; 3-ПЭС, ПЭИ; 4-ПТФЭ; 5-ПФС; 6-ПЭТФ; 7ПК+ПБТФ; 8-ПБТФ; 9-ПК+АБС; 10-ПОМ; 11-САН; 12ПММА; 13-ПК; 14-ПА; 15-АБС; 16-ПС; 17-ПЭТФ-пл; 18-ПП;
19-ПВХ; 20-ПЭ

6.

ИСПМ
Роль связующего (матрицы) в ПКМ
•обеспечить возможность изготовления изделия из ПКМ
нужной формы;
|• передать нагрузку от одного элемента к другому;
• поглотить энергию при ударе;
Характеристики: модуль, прочность при разрушении,
удлинение, устойчивость к растрескиванию, температурный
диапазон эксплуатации, огнестойкость, влагопоглощение,
ктлр, гидролитическая стойкость, радиационная стойкость.

7. Полимерные связующие и матрицы для ПКМ (1- поколение)

ИСПМ Полимерные связующие и матрицы для ПКМ
(1- поколение)
Термопластичные
Термоотверждаемые
(для ПКМ с непрерывными
(для ПКМ с дискретными частицами)
волокнистыми матрицами )
0С(2160С)
•полиамид
6
Т
=70
э
• фенольные смолы Тэ=1800C
0
0
• полиэфирные смолы Тэ=80-1000С; •Полипропилен Тэ=50 С(160 С)
• винилэфирные смолы Тэ=50-800С; •Полиоксиметилен Тэ=1240С(1680С)
• эпоксидные смолы Тg=100-1600C; …………………………………………
•полиамид 66 Тэ=800С(2600С)
•Полибутилентерефталатэ=550С (2320С)

8. Термоотверждаемые связующие для ПКМ для высокотехнологичных применений: Технические требования:

ИСПМ
Термоотверждаемые связующие для ПКМ для высокотехнологичных
применений: Технические требования:
1) Температурный диапазон
( -50-150 C)
-196 - +200-3500 С
2) Устойчивость к растрескиванию,
G1c, J/m
200
1) Кислородный индекс
600-1000
20
45
2) Плотность дыма/токсичность
2000
100
3) Радиационная стойкость, МРад
100
1000
4) Химическая стойкость
средняя
улучшенная
5) Устойчивость к абляции
средняя
улучшенная
6) Влагопоглощение%
7) Переработка
8)
Цена
5-10
<1
автоклав
без автоклава
< $15
< $15 - <$100

9.

11
Ce
Fo
40
rtr
la
L4
ne
on
se
11
N
40
yl
L4
on
c
V
43
ec
t ra
%
CB
C
V
c5
ec
0%
t ra
CB
A
c5
Im
0%
pe
CB
l
c4
Ce
5%
la
ne
CB
x
c
50
%
PE
CB
Ic
30
%
PS
CB
U
c3
0%
PE
H
CB
os
S
ta
c3
fo
0%
rm
CB
C
c
30
%
PC
CB
c4
5%
CB
on
rtr
Fo
о
Теплостойкость, С
ИСПМ
Долговременная теплостойкость ПКМ на основе
термопластичных матриц –
300
250
200
150
100
50
0

10.

ИСПМ
Влияние наполнителя на модуль упругости ПКМ на
основе ПЭЭК при разных температурах
25
200 о С
150 о С
15
100 о С
50
10
5
-6
,6
ПА
СВ
ПА
-6
,6
+3
0%
УВ
-6
,6
+3
0%
К
ПА
ПЭ
Э
К+
30
%
ПЭ
Э
К+
30
%
УВ
СВ
0
ПЭ
Э
Модуль упругости, ГПа
20
о
С

11.

2004: Новые требования к показателям огнестойкости материалов и
элементов конструкции пассажирсских самолетов АП25 (FAR-25, JAR)
1- горючесть: затухание за 15 с после поджига 60с;
2-дымовыделение плотность дыма после 4 мин горения менее 200 ед. ;
3- тепловыделение <65 кВт*мин/м2
(для ЖКП Vectra A950 16,8 кВт*мин/м2)

12. Кислородный индекс термопластов,%

ИСПМ
Кислородный индекс термопластов,%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
КИ,%
10
0
Пу Пэ
Пс Па ПК Псу ПВХ ПЭЭК ПЭИ ПТФЭ

13.

ИСПМ
Показатель дымообразования, м3/кг
1600
1400
1200
1000
К
800
600
400
200
0
Пу
Пэ
Пс
Па ПК Псу ПВХ ПЭЭК ПЭИ ПТФЭ

14. Полиэфиримид Ultem-1000

Механические свойства: E= 3 ГПа, σ=100 МПа, ε=50%;
Ударная прочность;
Криогеностойкость ;
Диэлектрические свойства: ε=3.2 ;
Огнестойкость КИ=47;
Радиационная стойкость;
Перерабатываемость через расплав при 3200С
14

15.

ИСПМ
Полисульфоны
CH3
O
[
S
O
C
CH3
O
O
[
O
S
O
]n
]n
Tg= 174-1900C; ПСН, Udel 1700
(Solvay), Ultrason PSU(BASF)
Tg= 2300C; Tэ= 2000C;
Victrex PES, Ultrason PESU (BASF)
O
O
[
O
S
O
]n
O
Ultrason PPSU(BASF); Radel R
(Solvay)
Высокая ударная прочность, гидролитическая стойкость
O
O
S
CH3
O
CH3
O
C
O
C
ПСФ
(НИИПМ)
O
]

16.

ИСПМ
Полифениленсульфид
(
S
)n
Fortron (Ticona), Primef PPS (Solvay)
Тэ= 2500С, частично кристаллический, высокая химическая
стойкость, низкое влагопоглощение, хорошая адгезия к металлу
Объем производства в2004: 40 000 т.т.

17.

ИСПМ
Полиэфиркетоны
O
[
C
O
O
]n
O
[
[
C
O
O
O
C
C
ПЭЭК, Тg =1420С, Tпл=3300-3440С
Victrex PEEK( Victrex), AvaSpare,
KetaSpire (Solvay), LNP Therocomp
PEEK (Sabic Innovative Plastics) и др.
ПЭК, Тg= 1550С, Tпл=3550-3740С;
Victrex HT(Victrex); Тэ= 2500С
]n
O
]n
ПЭКК Тg= 1550С, Tпл=35503740С; OxPEKK(Oxford
Performance Products); Тэ= 2500С
Химическая стойкость, стойкость к гидролизуб высокие ударные
характеристики, огнестойкость.

18.

ИСПМ
ЖК-полиэфиры:
CH3C(O)
O
[
COOH
C(O)O
O
[
O
O
[
[O
O
O
C
C
]x
[
O
C
]y [
] n Econol (Sumitomo)
O
O
C
C
O
]z
[
O
C
O
C
]x
[
прирост 10-15% в год
O
Xydar (Ticona)
]y
O
H
C
N
]n
$15-20/кг
Высокий модуль, низкая вязкость расплава, огнестойкость
Смеси с другими термопластами.
]z

19.

Фирмы-производители
Объем выпуска ЖКП
в 2005 г.,т
Торговые
марки
Ticona/Polyplastics
8400/4800
Vectra
Du Pont
5000
Zenite
Sumitomo Chemicals
4000
Sumikasuper
Solvay
2000
Xydar
Veno
2000
Veno LCP
Toray4)
1300
Siveras
Sonstige
1000
Rodrun, Novaccurate

20. Бензоксазины

ИСПМ
Бензоксазины
NH2 + CH2O + HO
OH
C(CH3)2
+
CH3
N
O
O
CH3
N
N
CH3
HO
OH
CH3
x
N
y
Tэ= 2000С, низкая усадка
Progress in Polymer Science, Volume 32,
Issue 11, November 2007, Pages 1344-1391

21.

ИСПМ
Синдиотактический полистирол
[
C
CH2
C
CH2
C
CH2
C
]n
Laestra (Lati), Xarec(Idemitsu)
Тg=1000C, Tпл=2600С Прочный, жесткий, для точного
литья, маслобензостойкий

22.

ИСПМ
Полифталамид
[
NH
Ar
O
Ar
NH
O
O
C
C
]n
?
Тпл=3130С (Amodel, Solvay)
Тпл=3000С (Zytel HTN, DuPont)
Полиамидоимид. Torlon (Solvay)
Прочный, жесткий полимер аморфной
структуры, работоспособен от криогенных
температур до 2750С, низкое значение клтр

23.

ИСПМ
Синтез полиэфиримидов на основе 3-АФК в «активной» среде
O
HO C
O
NH2
O
k0
NH2
k1
O
1720
O
O
0,4
N C
H O
k2
O
N
O
n
n
Tg=2300C
Растворим:
CHCl3 ,ДМАА
N-МП, ДМСО
0,3
1560
[ ]=0,36 длг
O
O
Поглощение
O
HO C
1780
0,5
HO C
O
0,2
0,1
1
0,0
2000
1500
0,40
БК
0,35
0,30
1000
Волновое число, см
[ ], дл/г
[ ], дл/г
2
H2N
500
-1
O
NH2
0,7
O
0,6
O
O
C
O
O
O
0,25
0,4
0,15
0,3
0,10
Нитробензол
0,05
3-АФФК
0,2
0,1
0,00
50
100
150
200
Время, мин
250
0,0
0
50
100
O
CH3
0,5
0,20
+
O
CH3
150
Время, мин
Бузин П.В., Кузнецов А.А. и др. Патент РФ № 2235738
200

24.

ИСПМ
Твердые полимерные связующие
1)Нанесение связующего в виде порошка
прессование
2) Нанесение в виде пленки: послойная выкладка с
последующим прессованием (RFI);
3) Прессование гибридных тканей: армирующее
волокно/термопласт
М.Л.Кербер, В.М.Виноградов и др. , под ред. А.А.Берлина
Полимерные композиционные материалы: свойства, структура, технологии,
СПб: Профессия. 2008 -560 с.

25.

ИСПМ
Схема получения слоистого ПКМ на основе
термоотверждаемого связующего и углеткани
1. Пропитка
2. Получение
препрега
3. Набор 20
слоев препрега
Прогрев в печи
при 1500С
Углеткань
6. Готовый ПКМ
5. Пост-отверждение 2
Ступенчатый
прогрев в печи
170 – 2500С
4. Постотверждение 1
Ступенчатый нагрев
120 - 1700С под
давлением 20 МПа
25

26.

ИСПМ
Способы пропитки связующим и формования изделия из ПКМ
М.Л.Кербер, В.М.Виноградов и др. , под ред. А.А.Берлина
Полимерные композиционные материалы: свойства, структура,
технологии, СПб: Профессия.2008 -560 с.

27. Трещиностойкость полимерных матриц G1c

ИСПМ
Трещиностойкость полимерных матриц G1c
Матрица
G1C, кДж/м2
Матрица
G1C, Дж/м2
Торлон 4000Т
3990
ЭД-20+ДЭТА
ПИ 2080
920
БМИ Матримид 5292
Полисульфон
1700
PMR15
Полиэфирсульфон
1100
Скайбонд
410
Теримид 600
210
ПЭИ
1000-1900
130-250
250
230-285
Авимид N
2400
LARC 13 эласт
390
Авимид К3
1900
PMR15+NR150
400
АПИ-2
200
АПИ-2+СКН-26А-1
350
Эпоксиполиуретановые
5000-7500

28.

ИСПМ
Олигоимиды с ацетиленовыми группами
O
O
HC
C
C
N
O
O
O
N
Therimid HR 600 (Hughes,США)
растворим в N-МП (50%) Tg=2750C
C
C
N
O
N
C
CH
O
PETI-330 , Tg= 3300C (NASA LARC)
1000 час при 2880С, UBE
O
O
HC
O
C
N
O
O
O
O
O
Ar
N
O
CH
PETI-365, нет свободного диамина,
Повышенная трещиностойкость,
Без выделентя летучих

29.

ИСПМ
Бис-малеимиды
Отверждение диаминами
O
O
O
N
O
H2N
Ar
N
Ar1
+
O
Ar1
NH2
NH
O
N
Ar
O
NH
N
Ar1
NH
O
O
N
O
Отверждение аллильными соединениями
R
R
O
O
H 2C
CH2
CH
CH2
+
CH
OH
N
Ar
HC
Ar
N
O
Ar
CH
CH2
O
OH
Направления исследований: композиции
O
R
N
•с функцианализованными термопластами;
•с бис-циановыми эфирами;
O
CH2
CH CH2
OH
•с ацетиленовыми соединениями;
O
O
N
Ar
•с бензциклобутановыми олигомерами

30.

ИСПМ
ПМР-смолы
O
O
C OMe
R
C
O
O
HO C
C
C OH
C
O
O
C
C
CH2
O
C
NH2
O
C
R
C N N C
O
H2N
OH
O
O O
R
OMe
N
N
C
C
C
O
O
давление, 290-3400С
O
"Б"
R=H, CH3
R
O
N
C
O
O
C
O
C
N
O
N
C
C
C
O
O
N
C
C
O
O
R
C
N
O
N
C
C
Недостаток: токсичность МДА.
Новые типы ПМР-смол: RP-46
(LARC), DMZB-15 (GRC NASA)
C
O
O
Tg=3150C
NR-150 –фторсодержащие:
Tg=3500C

31.

ИСПМ
Термопластичные полиэфиримиды и полиимиды
O
O
O
[
C(CH3)2
N
O
N
O
]n
O
Ultem-1000, Tg=2150C, Sabic Innovative Plastics
O
[
CF3
O
Extem Tg=3110C
C
N
N
CF3
O
Ar
]n
O
Avimid N (DuPont) Tg=3110C
Avimid K3В Tg=2600C
Огнестойскость, широкий
температурный диапазон.
Применение: для авиационных
деталей, электротехники

32.

ИСПМ
Бис-циановые эфиры
HO
X
Ar
Ar
O
O
N
O
N
O
N
O
O
Ar
O
N
O
Ar
O
O
O
O
O
N
N
N
O
N
O
O
N
O
Тэ= 260-3000С, жесткость НВ 140 МПа,,
прочность на изгиб 150-200 МПа, высокая
ударная прочность, низкое влагопоглощение,
Тдеф=360-4100С
N
N
O
O
N
N
N
N
Ar
Ar
O
C
N
В.А.Панкратов, С.В.Виноградова, В.В.Коршак,
Успехи химии, 1977, т.4, №3, 530-564.
O
Ar
Ar
O
N
N
Ar
N
O
Ar
Ar
N
X
O
O
O
N
O
Изоцианаты R-N=C=O Вюрц, 1849
O
N
C
N
N
N
N
Григат, Пюттер, Berichte, 1964
N
Ar
N
O
N
N
O
N
N
Ar
N
OH + BrC
O
O
Ar
Ar
2009: Cytec.
Температура, 0С
Прочность при
растяжении, МПа
Отн. удлинение
Е, МПа
20
110
4.5
3.2
200
65
5.6
2.2
250
50
6.1
1.7

33.

ИСПМ
Схема процесса отверждения ЦЭ
H3C
N
C
CH3
O
CH2
H3C
O
(I)
CH3
C
N C O
N
CH3
CH
O C N
( II )
Метилен- бис-(2,6-диметилфенилцианат)
4,4′-этилидендифенилдицианат
Ar
R
R
O
N
O
O
N
N
O
T0C
R
OCN
O
N
N
O
O
N
Ar
Ar
O
N
O
O
Ar
Ar
N
O
Ar
O
O
N
O
O
Ar
O
N
N
O
N
O
Ar
Ar
N
O
O
Ar
Ar
O
O
N
O
N
N
N
O
O
Ar
n
O
O
O
O
O
N
N
N
N
N
N
O
N
N
Ar
Ar
R
N
O
O
N
N
N
O
O
N
N
O
N
N
N
Ar
N
O
N
N
3 nNCO
Ar
O
N
O
N
N
O
Ar
O
N
N
O
Ar
Не нужен отвердитель!!!!
Регулярная сетка!!?
33

34.

ИСПМ
Основные свойства полициануратов (ПЦ)
теплостойкость 200-2500С
огнезащищенность: V-1, V-0 (UL-94)
Ar
Ar
O
O
N
O
N
O
N
O
O
Ar
O
N
O
N
Ar
N
O
N
N
Ar
O
N
O
N
N
O
O
Ar
Ar
O
O
O
N
N
N
O
O
Ar
Ar
N
O
O
N
N
O
N
N
O
N
N
Ar
N
O
N
N
Ar
низкое влагопоглощение (1-2%) ;
N
O
O
Ar
Ar
N
O
O
N
N
O
O
Ar
Ar
хорошие адгезионные свойства
N
N
O
низкая диэлектрическая проницаемость <3.0
радиационная стойкость >100 МГр
низкая вязкость, отсутствие летучих
однокомпонентность, удобство переработки
совместимость с другими смолами
34

35.

ИСПМ
Применение полициануратов в авиации и космической технике:
•.
•теплостойкость;
•огнестойкость;
•стабильность размеров
•радиопрозрачность;
•устойчивость к
излучениям 100 МГр
Спутники связи
Фюзеляж летательных
аппаратов и т.п.
Антенны, радары
отражатели
35

36.

ИСПМ
Термические свойства полициануратов
Мономер
CH3
N
C
O
O
C
C
N
Tg, 0C
CTE,ppm
TGA, 0C
Кокс,% UL-94, c
289
64
411
41
56
258
64
408
43
55
273
68
400
46
4
CH3
CH3
N
C
O
O
C
C
N
H
N
N
C O
C
S
O
O
O
O
C
N
C
N
271
65
405
48
55
C
N
270
54
431
52
<1
252
71
403
48
34
275
49
410
-
-
CF 3
N
C
O
O
C
CF3
H3C
N
C O
CH3
O
CH2
CO
N
CH3
H3C
N
C
OC
N
36

37.

ИСПМ
Прочностные свойства ПЦ при растяжении
(отверждение 2500С , катализатор нафтенат Zn/нонилфенол)
Мономер
CH3
N
C
O
O
C
C
N
Прочность,
МПа
Модуль
ГПа
Удлинение
G1c
Дж/м2
88
3.17
3.2
140
87
2.19
3.8
190
CH3
CH3
N
C
O
O
C
C
N
H
N
C O
S
O
C
N
79
2.76
3.6
145
N
C O
O
O
C
N
111
3.35
5.4
215
N
C
75
3.11
2.8
140
73
2.97
2.5
175
124
4.76
3.2
-
CF 3
O
O
C
C
N
CF3
H3C
N
C O
CH3
O
CH2
N
CO
C
N
CH3
H3C
OC
N
37

38.

ИСПМ
Применение полициануратов
Материалы для
электроники
Связующие для ПКМ
Многоуровневые
слоистые металлполимерные ПКМ
печатные платы
Ar
Ar
O
N
O
O
Ar
O
O
O
O
Ar
Ar
Ar
N
O
O
N
N
Стекло- и
углепластики
O
N
N
O
N
N
O
N
N
N
N
O
Ar
O
O
Ar
O
Ar
N
O
O
N
N
O
N
N
Ar
N
O
N
N
оптические элементы
N
O
N
Ar
N
O
O
N
N
O
O
Ar
Ar
N
O
N
N
O
O
N
N
O
O
Ar
Ar
препреги
защитные ЭМИ-экраны
адгезивы
38

39.

ТМА отвержденных образцов на основе БЦЭ II в режиме
пенетрации штока в таблетку
ИСПМ
CH3
N C O
CH
O C N
D=6мм, h=2мм, Р=15-30 кг/см2
1- конверсия 80% (2500С, 45 мин)
1- конверсия 100%
2- конверсия 100% (2500С, 90 мин)
2- доп. отжиг (1 ч - 2700С, 1 ч – 3000С)
600
P= 15кг/см2
400
2
1
200
Перемещение, мкм
Перемещение, мкм
600
P= 30 кг/см2
500
1
400
300
2
200
100
0
0
50
100 150 200 250 300 350 400 450
Температура, 0С
Кузнецов А.А. и др. Вопросы
материаловедения, 2012, 72, №4, с.185
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Температура, 0С
39

40.

ИСПМ
Режим отверждения смолы DT01CN
Пост-отверждение
Для достижения Tg (~ 410°C), 12 час 320°C+4 час 360°C+1 час 400°C
Для Tg = 220 ÷ 225°C 4 час при 200°C).
40

41.

ИСПМ
Новые перспективные типы ПКМ на основе ЦЭ
химически связанные двухфазные композиции и ВПС с
полиэпоксидами, полиуретанами, каучуками, инженерными пластиками
(ударная прочность, трещиностойкость, снижение влагопоглощения,
удешевление);
нанокомпозиты, композиты с проводящими частицами;
пористые материалы
синтактные пены (композиты со стеклосферами 0,5 -0,7 г/см3);
огнезащищенные композиции.
41

42.

ИСПМ Получение двухкомпонентных сеток с использованием ЦЭ
Химическое взаимодействие ЦЭ с функциональными группами разных типов
приводит к прививке с образованием однофазных или двухфазных систем:
1) с эпоксидами
4) ВПС с полиуретанами
R' O C NH R''
+N
C
O
Ar
R' O C N
- ArOH
O
R''
O C
R' O C NR'' C
NH
O
II
OAr
2) с бис-малеимидами (смолы
«ВТ»)
»
O
R' O C N
R''
O C
N C
C O
Ar O C
+
N
(
(O
R' O C NR'' C
O
+
OAr
R' N
C
O
+
N C
O
Ar
N
O
NH
N H
O
Ar
O
N
O
HN
O
R' N
N
O
O
O
C
C
OAr
N
OAr
N
R' O C NR''
O
OAr
N
N
(
(
O
H
H
)
C N
IV
NH
N
V
OAr
O
R' O C NR'' C
OAr
VI
3) с фенольными смолами
OAr
N
OAr
C
O
O
NH
III
I
O
R' O C NR'' C
- ArOH
N
O
N
O
Ar
NH
R' O C NR'' C
N
O
N
А.М.Файнлейб, ИХВС, 1990-2013
42

43.

ИСПМ
Тендеции развития рынка высокотемпературных полимеров
Объем производства высокотемпературных связующих
и конструкционных полимеров: 400 000 т, рынок $8 млрд;
темпы роста 7-10%.
В России инженерные термопласты 45 т.т. (полиамиды 50%,
поликарбонат 30%, ПБТ,наполненный ПП, термостойкие: <2%

44.

Таблица. Свойства отвержденных ненаполненных связующих
Показатель
Плотность, г/см3
Эпоксидны
е смолы
(ЭД-10, ЭД20)*
ПЭИ
Ultem1000*
Avimid на основе NR-150
Avimid N
К-III
Skybond
701,
СП-97
PMR-151)
БМИ
1,23-1,3
1,27
1,43
1,31
1,35
1,32
1,25-1,35
*, МПа
75
105
110/1172)
102
70
48-56/1872)
40-80
Е+, ГПа
2,6-3,6
3,0
14,2/4,52)
3,76
4,2
3,95-4,5
4,2-4,9
, %
2,8-3,8
60
-
14,0
-
1,4
1,5-2,5
до 5
<1
6
0,5
до 20
0,5-2
1,0-2,5
130-150
1000-1900
2400-2550
1900/103)
400
230-280
(эластиф.
до 400)
34-260
(эластиф.
до 1000)
1,84)
0,255)
1,0
1,0
5
1,6
1,5-5,0
100-120
-
220
-
340-310
230
250
205
330-350
250-280
330-370
280
220-350
180-200
Пористость, % об.
G1c, Дж/м2
Водопоглощение,
%
(вода, 700С, 2 нед.)
Тg, 0С, сухие,
влажные

45.

Совместно с ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» разработана рецептура и
методология получения модифицированного MoS2 теплостойкого
связующего для ПКМ антифрикционного назначения типа УГЭТ.
Разработанное связующее характеризуется исключительно высокой
устойчивостью к износу.
УГЭТ
немодифицированный
УГЭТ
модифицированный
графитом (3%)
УГЭТ
модифицированный
GNC-A (0,1%)
УГЭТ
модифицированный
MoS2(1,6%)
УГЭТ
модифицированный
MoS2(3%)

46. Радиационная стойкость полимеров

Требования к полимерным материалам, работающим
в открытом космосе
Радиационная стойкость полимеров
Радиационная стойкость;
Стойкость к УФ-излучению;
Криогеностойкость (мех.свва);
Диэлектрические свойства;
Радиопрозрачность;
Способность изготовления ;
изделия нужной формы;
46

47. Комбинированные радиационностойкие криогенностойкие полимерные композиционные материалы в сверхпроводящих кабелях

47

48. Радиационная стойкость полиимидной пленки Kapton

48

49. Устойчивость полиимидной пленки Kapton к УФ-облучунию

49

50. Полиэфиримид Ultem-1000

Механические свойства: E= 3 ГПа, σ=100 МПа, ε=50%;
Ударная прочность;
Криогеностойкость ;
Диэлектрические свойства: ε=3.2 ;
Огнестойкость КИ=47;
Радиационная стойкость >10 MGy;
Перерабатываемость через расплав при 3200С
50

51. Полиэфирэфиркетон PEEK

Термо- и радиационностойкий термопластичный материал
51

52. Изменение механических свойств ПКМ фирмы ERTA на основе PEEK, PA46 и PEI при радиолизе Со(60)

CERN, workshop on advanced materials,1994
52

53. Заключение:

В мире к 2007:
Высокотемпературные связующие и конструкционные полимеры: одно из наиболее
быстро развивающихся областей прикладной химии: прирост рынка 7-10%.;
• освоено или находится в процессе освоения промышленное производство
связующих и ПКМ на их основе с длительной температурой эксплуатации 250-3300C
• перспективные термоотверждаемые связующие: новые ПМР-смолы, олигоимиды с
ацетиленовыми группами, бис-циановые эфиры, бензоксазины, фталонитрильные
смолы;
• перспективные термопластичные связующие и матрицы для ПКМ–
полифениленсульфид, полиэфиримиды, полиимиды, полиэфиркетоны,
полиэфирсульфоны, ЖК-полиэфиры;
• значительные успехи в технологии формования дают импульс для развития ПКМ,
особенно на термопластичных связующих.
В России: производство термостойких термопластов отсутствует (исключение:
полисульфон: пилотная установка в НИИПМ);
термостойкие термоотверждаемые ПИ: СП-97, АПИ-3: БМИ: ПАИС-1: опытные
партии.

54.

Имеются хрошие научные разработки в области синтеза высоко-температурных
полимерных связующих для ПКМ:
•Полиимидные термопласты: ИСПМ РАН, ИВС РАН, ИНЭОС РАН, мономеры:
ЯрГТУ.
•Полиимидные пресс-порошки: ООО «Суперпласт», ИСПМ РАН
•Полиэфиркетоны: ИНЭОС РАН
•ЖКП –НПО Химволокно, ИВС
•Полисульфоны: НИИПМ
•Имидообразующие термоотверждаемые составы: ИВС РАН, НИИПМ, МГУ (кафедра
хим. технологии),
•Бис-малеимиды: «Технология» (Обнинск)
•Циановые эфиры: ИНЭОС РАН
Необходима системная техническая политика в области создания
производства термостойких связующих и матриц для ПКМ

55.

Спасибо за внимание
55