RU2500697C1 - Способ получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных углеродными волокнами - Google Patents
Способ получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных углеродными волокнами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2500697C1 RU2500697C1 RU2012126857/05A RU2012126857A RU2500697C1 RU 2500697 C1 RU2500697 C1 RU 2500697C1 RU 2012126857/05 A RU2012126857/05 A RU 2012126857/05A RU 2012126857 A RU2012126857 A RU 2012126857A RU 2500697 C1 RU2500697 C1 RU 2500697C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite
- carbon fibers
- molecular weight
- composite materials
- weight polyethylene
- Prior art date
Links
Landscapes
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных волокнами, и может быть использовано для получения полимерматричных композитов с улучшенными физико-механическими и трибологическими характеристиками. Способ заключается в получении композита на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, армированного углеродными волокнами, со степенью наполнения не более 30 масс.%, посредством формования композита твердофазным деформационным методом, который заключается в совместном помоле порошка термопласта и углеродных волокон в ножевой мельнице. Получение монолитных образцов из композиционного порошка реализуют методом термопрессования при температуре 160°С и давлении 60 МПа. Результатом является получение композитов с улучшенными физико-механическими и трибологическими характеристиками. 3 пр.
Description
Данное изобретение относится к способу получения композиционных материалов на основе термопластичных полимеров, а именно, к способу получения композита на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, армированного углеродными волокнами. Для большинства высокомолекулярных термопластов традиционные методы формования, такие как экструзия, литье под давлением и т.д., затруднены из за их высокой вязкости, т.к. они не переходят в вязкотекучее состояние даже при температурах, превышающих температуру плавления. Следовательно, важной проблемой, требующей решения, является невозможность использования жидкофазных методов формования при создании композитов на основе этих полимеров.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка твердофазного деформационного метода формования композиционных порошков на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, наполненного углеродными волокнами, со степенью наполнения не более 30 мас.%, обеспечивающего равномерное распределение наполнителя в объеме материала-матрицы, с последующим этапом горячего прессования для изготовления объемных образцов и готовых изделий.
Известен способ получения композиционного материала на полимерной основе, армированного углеродными волокнами (патент UA 41868 U1, 10.06.2009, Д1), а именно способ получения композитов на основе термопластичного полимера, армированного углеродными волокнами, со степенью наполнения не более 30 мас.%, включающий формование композита и получение монолитных образцов из композиционного порошка, которое реализуется методом термопрессования.
Отличием заявленного изобретения является то, что в качестве термопласта используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен, а формование композита осуществляется твердофазным деформационным методом, позволяющим распределять наполнитель в объеме материала матрицы и добиваться определенной длины волокон, со следующим этапом термопрессования.
Наиболее широко используемым методом твердофазного формования является обработка в планетарных мельницах, который позволяет наилучшим образом распределить материал-наполнитель по объему. Главным недостатком этого метода является его применимость только к дисперсным наполнителям (порошки, гранулы). В случае использования волокнистых наполнителей, таких как углеродные волокна, которые очень нестойки под воздействием ударных нагрузок, использование высокоэнергонапряженных мельниц приведет к полному механическому разрушению волокон. Расчет для системы СВМПЭ-углеродные волокна показал, что при длине волокон менее 0,8 мм они перестают нести на себе нагрузку и происходит их вырывание из объема материала матрицы, а образовавшиеся поры могут служить концентраторами напряжений и источниками зарождения трещин. Следовательно, для достижения упрочняющего эффекта от армирования волокнами необходимо строго контролировать степень дисперсности используемых волокон, что в случае применения планетарных мельниц практически невозможно. Предложенный метод отличается тем, что для придания волокнам необходимой длины и одновременного их распределения по объему композиционного порошка используется твердофазный метод формования композиционных порошков в ножевой мельнице.
Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения композиционных материалов на основе термопластичных полимеров, а именно, к способу получения композита на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, армированного углеродными волокнами, со степенью наполнения не более 30 мас.%, причем формование композита осуществляется твердофазным деформационным методом, который заключается в совместном помоле порошка термопласта и углеродных волокон в ножевой мельнице, а получение монолитных образцов из композиционного порошка реализуют методом термопрессования, в частности, при температуре 160°С и давлении 60 МПа.
Так как обеспечение адгезии наполнителя к полимеру является принципиальным моментом при создании композиционных материалов, предварительно проводили модификацию поверхности углеродных волокон. Анализ поверхностей модифицированных волокон и их механических характеристик при испытаниях на растяжение выявил, что наиболее оптимальным вариантом является окисление кислородом воздуха при температуре 500°С в течение 10 минут, результатом которого является хорошо развитая поверхность углеродных волокон.
В то же время использование метода деформационного синтеза возможно и в случае использования не модифицированных или модифицированных любыми другими известными способами углеродных волокон.
Предложенный способ реализуется следующим образом: навески порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена и предварительно окисленных углеродных волокон в необходимом процентном соотношении загружают в ножевую мельницу и обрабатывают в течение определенного промежутка времени, необходимого для достижения требуемой длины углеродных волокон и их равномерного распределения по объему композиционного порошка. Длину волокон и равномерность их распределения можно контролировать, проводя отбор проб в процессе помола и исследуя их методом электронной или оптической микроскопии. Для ускорения процесса деформационной обработки, углеродные волокна могут быть нарезаны на куски длиной 5-7 см. В случае с композитами, содержащими графит, сначала смешивают порошки СВМПЭ и графита в течение 15-20 минут, затем добавляют углеродные волокна.
Ниже приведены конкретные примеры получения композиционного материала предложенным способом.
Пример 1: Порошки сверхвысокомолекулярного полиэтилена и графита берут в следующих процентных соотношениях: графит 6 мас.%, СВМПЭ - 94 мас.%, и загружают в ножевую мельницу. Общая масса порошков - не более 30 грамм. Смешение производят в течение 15 минут при водяном охлаждении барабана во избежание перегрева порошков. Электронно-микроскопические исследования показали, что этого времени достаточно для равномерного распределения графита по объему. После этого добавляют углеродные волокна после термического окисления кислородом воздуха при 500°С в течении 10 минут в количестве 4 мас.% и смешивают в течении 5 минут, в результате чего средняя длина углеродных волокон становиться равной 5 мм. Далее из полученного композиционного порошка формируют монолитные образцы методом термопрессования при 160°С и давлении 60 МПа с последующим охлаждением до комнатной температуры.
Пример 2: В порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена добавляют 4 мас.% углеродного волокна нарезанного на куски длиной примерно 5 см, обработанного аналогично примеру 1. В отличие от примера 1 в данном случае требуется меньшее время деформационной обработки, и при времени помола 3 минуты средняя длина волокон в порошковом композите составляет 1 мм. Монолитные образцы получают по режимам, указанным в примере 1.
Пример 3. Отличается от примера 2 тем, что содержание волокна увеличивают вдвое, т.е. до 8 мас.%, в данном случае, для достижения длины волокон 1 мм требуется более длительное деформационное воздействие, поэтому смешение проводят в течение 6 минут. Полученный композиционный порошок компактируют методом термопрессования аналогично примеру 1.
Claims (1)
- Способ получения композиционного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, армированного углеродными волокнами, со степенью наполнения не более 30 мас.%, отличающийся тем, что формование композита осуществляется твердофазным деформационным методом, который заключается в совместном помоле порошка термопласта и углеродных волокон в ножевой мельнице, а получение монолитных образцов из композиционного порошка реализуют методом термопрессования при температуре 160°С и давлении 60 МПа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012126857/05A RU2500697C1 (ru) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Способ получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных углеродными волокнами |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012126857/05A RU2500697C1 (ru) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Способ получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных углеродными волокнами |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2500697C1 true RU2500697C1 (ru) | 2013-12-10 |
Family
ID=49710978
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012126857/05A RU2500697C1 (ru) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Способ получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных углеродными волокнами |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2500697C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2567958C2 (ru) * | 2013-12-18 | 2015-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НПО ГЕЛАР" | Композиционный материал с повышенными демпфирующими свойствами на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ) |
RU2625448C1 (ru) * | 2016-05-04 | 2017-07-14 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации" | Композиционный противофильтрационный материал на основе вторичного полиэтилена |
RU2674019C1 (ru) * | 2017-12-27 | 2018-12-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Экструдируемый антифрикционный композит на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена |
RU2674258C1 (ru) * | 2018-09-20 | 2018-12-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения |
RU2791530C1 (ru) * | 2022-04-26 | 2023-03-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Экструдируемый антифрикционный композит на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4944974A (en) * | 1984-10-24 | 1990-07-31 | Zachariades Anagnostis E | Composite structures of ultra-high-molecular-weight polymers, such as ultra-high-molecular-weight polyethylene products, and method of producing such structures |
US6172163B1 (en) * | 1996-09-02 | 2001-01-09 | Dimitry Rein | Ultra-high molecular weight polyolefin fiber composite matrix, and process for the manufacture thereof |
RU2347791C1 (ru) * | 2007-11-07 | 2009-02-27 | Валентин Геннадиевич Митин | Волокнистый препрег для изготовления износостойкого полимерного композиционного материала (варианты) |
UA41868U (ru) * | 2009-01-26 | 2009-06-10 | Сумской Государственный Университет | Способ получения полимерного композитного материала на основе политетрафторэтилена |
RU2403269C2 (ru) * | 2008-10-15 | 2010-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) | Способ изготовления полимерного нанокомпозиционного материала и материал, изготовленный этим способом |
-
2012
- 2012-06-27 RU RU2012126857/05A patent/RU2500697C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4944974A (en) * | 1984-10-24 | 1990-07-31 | Zachariades Anagnostis E | Composite structures of ultra-high-molecular-weight polymers, such as ultra-high-molecular-weight polyethylene products, and method of producing such structures |
US6172163B1 (en) * | 1996-09-02 | 2001-01-09 | Dimitry Rein | Ultra-high molecular weight polyolefin fiber composite matrix, and process for the manufacture thereof |
RU2347791C1 (ru) * | 2007-11-07 | 2009-02-27 | Валентин Геннадиевич Митин | Волокнистый препрег для изготовления износостойкого полимерного композиционного материала (варианты) |
RU2403269C2 (ru) * | 2008-10-15 | 2010-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) | Способ изготовления полимерного нанокомпозиционного материала и материал, изготовленный этим способом |
UA41868U (ru) * | 2009-01-26 | 2009-06-10 | Сумской Государственный Университет | Способ получения полимерного композитного материала на основе политетрафторэтилена |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2567958C2 (ru) * | 2013-12-18 | 2015-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НПО ГЕЛАР" | Композиционный материал с повышенными демпфирующими свойствами на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ) |
RU2625448C1 (ru) * | 2016-05-04 | 2017-07-14 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации" | Композиционный противофильтрационный материал на основе вторичного полиэтилена |
RU2674019C1 (ru) * | 2017-12-27 | 2018-12-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Экструдируемый антифрикционный композит на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена |
RU2674258C1 (ru) * | 2018-09-20 | 2018-12-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения |
RU2791530C1 (ru) * | 2022-04-26 | 2023-03-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Экструдируемый антифрикционный композит на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fernandes et al. | Cork based composites using polyolefin’s as matrix: Morphology and mechanical performance | |
Taufiq et al. | Characterisation of wood plastic composite manufactured from kenaf fibre reinforced recycled-unused plastic blend | |
Zhao et al. | Mechanical properties of sisal fiber reinforced high density polyethylene composites: Effect of fiber content, interfacial compatibilization, and manufacturing process | |
RU2500697C1 (ru) | Способ получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных углеродными волокнами | |
Parvaiz et al. | Polyetheretherketone (PEEK) composites reinforced with fly ash and mica | |
JP2012040701A (ja) | 竹繊維およびその製造方法ならびに竹繊維を用いた複合材の製造方法 | |
Hajiha et al. | High toughness hybrid biocomposite process optimization | |
Girimurugan et al. | Tensile behaviour of hybrid polymer composites–an experimental study | |
Shibata et al. | Effects of injection temperature on mechanical properties of bagasse/polypropylene injection molding composites | |
Połeć et al. | Die drawn wood polymer composites. I. Mechanical properties | |
Shibata | Effects of forming processing conditions on the flexural properties of bagasse and bamboo plastic composites. | |
Halim et al. | The performance of mengkuang leaf fiber reinforced low density polyethylene composites | |
Rodrigue et al. | Determination of the optimum coupling agent content for composites based on hemp and high density polyethylene | |
Fernandes et al. | Natural fibres as reinforcement strategy on cork-polymer composites | |
Dandekar et al. | Compressive property of newly developed composite material from polyethylene terephthalate (PET) waste and mild steel powder | |
RU2674019C1 (ru) | Экструдируемый антифрикционный композит на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена | |
Panin et al. | The role of permolecular structure in the tribomechanical performance of extrudable polymer components of ultrahigh molecular weight polyethylene | |
Bledzki et al. | Influence of separation and processing systems on morphology and mechanical properties of hemp and wood fibre reinforced polypropylene composites | |
Hashemi | Effect of temperature on tensile properties of injection moulded short glass fibre and glass bead filled ABS hybrids | |
Tharazi et al. | Effects of fiber content and processing parameters on tensile properties of unidirectional long kenaf fiber reinforced polylactic-acid composite | |
Hanif et al. | Effect of phthalic anhydride on tensile properties and thermal stability of recycled high density polyethylene/wood fiber composites | |
Chaitanya et al. | Kenaf fiber reinforced polypropylene composites fabricated by injection molding | |
US9486808B2 (en) | Process of obtaining plastic compound based on fibrous plant material, plastic compound based on fibrous plant material obtained and equipment for extrusion of plastic compound based on fibrous plant material | |
Nourbakhsh et al. | Investigation on mechanical and thermal properties of giant milkweed (Calotropis persica) fibers-plastics composites | |
Harnany et al. | The effect of biocomposite variation composition on thermal characteristic and cross-sectional structure as alternative material plastic product |