Способ обработки изделия на основе фенолоформальдегидной смолы

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ФЕНОЛОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Злотников Александр Игоревич Левин Игорь Анатольевич Купреев Алексей Васильевич Фадин Виталий Иванович Ярош Олег Сергеевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Способ обработки изделия на основе фенолоформальдегидной смолы путем его погружения в раствор, выдержки в растворе и термообработки, отличающийся тем, что используют раствор следующего состава, мас.фенолоформальдегидная смола резольного типа 5,0-15,0 дифениламин 0,3-0,8 этанол остальное,выдержку проводят при 40-60 С в течение 1,5-4,0 мин, а термообработку при 170-180 С в течение 30-40 мин. Изобретение относится к области химико-технологической обработки изделий из композиционных материалов на основе фенолоформальдегидной смолы (ФФС) и может быть использовано в машиностроении при изготовлении деталей конструкционного назначения, работающих в условиях повышенных температур и нагрузок, а также для повышения износостойкости абразивных материалов. Известен способ обработки изделий из поликарбоната в течение 100-110 мин при 6070 С в растворе, содержащем (мас. ) дифенилолпропан (1,3-1,6), глицерин (4,5-5,3) и этиловый спирт (остальное) с последующей термообработкой в течение 90-120 мин при 35-65 С и дополнительной обработкой в 5-20 растворе ФФС в этиловом спирте при температуре 20-25 С в течение 2-3 мин с последующей сушкой на воздухе при 100-120 С в течение 15-30 мин 1. Способ эффективен для повышения стойкости поликарбоната к термостарению и воздействию агрессивных сред, однако мало пригоден для повышения свойств изделий на основе ФФС. 9721 1 2007.10.30 Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки изделия на основе ФФС путем его погружения в 5-20 этанольный раствор ФФС, содержащей 2,5-20 мас.гексаметилентетрамина от массы смолы в течение 2-5 мин при комнатной температуре и термообработки при температуре 1805 С 2. Недостатком известного способа является низкая прочность и термостойкость обработанных изделий. Задача изобретения - повышение механической прочности и термостойкости изделий,изготовленных из композиционных материалов на основе ФФС. Поставленная задача решается тем, что в способе обработки изделия на основе фенолоформальдегидной смолы путем его погружения в раствор, выдержки в растворе и термообработки согласно изобретению используют раствор следующего состава, мас.фенолоформальдегидная смола резольного типа 5,0-15,0 дифениламин 0,3-0,8 этанол остальное,выдержку проводят при 40-60 С в течение 1,5-4,0 мин, а термообработку при 170-180 С в течение 30-40 мин. Сущность изобретения заключается в следующем. Готовое изделие из материала на основе ФФС погружают в раствор указанного состава и выдерживают в нем в течение 1,54,0 мин при температуре 40-60 С. Выдержка менее 1,5 мин не обеспечивает заметного увеличения прочностных свойств обрабатываемых изделий, так как раствор при этом проникает в объем материала на недостаточную глубину, а выдержка более 4,0 мин не приводит к дополнительному положительному эффекту. Использование рабочего раствора с температурой менее 40 С требует увеличения времени выдержки из-за снижения скорости пропитки раствором, что значительно увеличивает длительность технологического процесса, а использование рабочего раствора более высокой температуры, чем 60 С приводит к интенсивному испарению растворителя (этанола). После пропитки изделие извлекают из раствора и просушивают до полного удаления растворителя (этанола) с поверхности изделия. Затем изделия термообрабатывают в атмосфере воздуха при температуре 170-180 С в течение 30-40 мин. За меньшее время процесс отверждения ФФС,которая проникла в объем материала, не успевает завершиться, а более длительная термообработка не приводит к дополнительному положительному эффекту и удлиняет технологический процесс. Нагрев изделий до температуры термообработки проводят со скоростью не более 5 град/мин. Раствор для обработки изделий готовят путем растворения ФФС и дифениламина в этаноле. Механизм действия разработанного состава заключается в проникновении молекул ФФС и дифениламина в капиллярно-пористую систему материала изделия. ФФС, заполнив поры, при термообработке полимеризуется и залечивает дефекты структуры. Дифениламин играет роль антиоксиданта, предохраняя от окисления ФФС при термообработке и последующей эксплуатации изделия. Оптимальным является содержание дифениламина в количестве 0,3-0,8 мас. . Уменьшение его количества ниже 0,3 мас.приводит к снижению термостойкости, а увеличение содержания свыше 0,8 мас.не приводит к дополнительному положительному эффекту. В качестве ФФС резольного типа использовали смолу молекулярной массы 400-1000 лак бакелитовый марки ЛБС-1 по ГОСТ 901-78 и смолу фенолоформальдегидную марки СФ-381 по ГОСТ 18694-74. Снижение концентрации смолы менее 5 мас.не позволяет добиться повышения механической прочности изделий, а повышение концентрации свыше 15 мас.приводит к высокой вязкости раствора. Конкретные примеры осуществления способа приведены в табл. 1. Сравнительные характеристики изделий на основе ФФС, обработанных по предлагаемому способу и по прототипу приведены в табл. 2. Состав испытанного материала включает ФФС марки ЛБС-1 - 32 мас. , карбид кремния марки 63 С - 68 мас. . 2 9721 1 2007.10.30 Таблица 1 Примеры осуществления способа Компоненты рабочего раствора,Заявляемые пределы мас.и режимы 1 2 3 4 5 Фенолоформальдегидная смола марки ЛБС-1 3 5 10 СФ-381 7 12 Дифениламин 0,1 0,3 0,4 0,5 0,7 Этанол 96,9 94,7 92,6 89,5 87,3 Температура раствора, С 30 40 45 50 55 Время выдержки, мин 5,0 4,0 3,5 3,0 2,0 Температура термообработки, С 160 170 170 175 180 Время термообработки, мин 50 40 40 35 30 Таблица 2 Сравнительные характеристики материала Без По а.с. Заявляемые пределы Показатель обработки 883081 1 7 2 3 4 5 6 Разрушающее напряжение 65 72-82 87 94 97 100 98 98 85 при сжатии, МПа Твердость по Бринеллю,25 27-29 29 32 34 35 35 32 29 МПа Термостойкость, С 290 320 330 350 350 360 370 360 340 Как видно из представленных данных образцы, обработанные по предлагаемому способу, обладают значительно более высокими физико-механическими характеристиками,чем обработанные по известному способу. Разрушающее напряжение при сжатии образцов обработанных по предлагаемому способу на 30-40 больше, чем у образцов обработанных по известному способу твердость по Бринеллю выше соответственно на 20-25 . Термостойкость выше на 30-50 С. Контрольные примеры 1 и 7 показывают, что выход за заявляемые пределы содержания компонентов в рабочем растворе и температурно-временных параметров обработки приводит к ухудшению показателей обрабатываемых изделий. Разрушающее напряжение при сжатии определяли на разрывной машине по ГОСТ 4651-68 при скорости деформирования 10 мм/мин. Твердость по Бринеллю определяли на приборе для определения твердости НР-250 по ГОСТ 4670-91. Термостойкость определяли методом термогравиметрии на дериватографе -1500. За количественную характеристику термостойкости принимали температуру, при которой начиналась интенсивная потеря массы исследуемого материала. Способ был испытан для повышения износостойкости абразивных кругов по ГОСТ 2424-83. Испытания показали, что долговечность абразивных кругов увеличивается на 30-40 . Источники информации 1. А.с. СССР 1022973, МПК 08 7/16, 1983. 2. А.с. СССР 883081, МПК 08 7/10,08 61/10, 1981 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3