RU2644906C2 - Способ получения полиимидного композитного волокна на углеродной основе, армированного наноструктурированным карбидом кремния - Google Patents
Способ получения полиимидного композитного волокна на углеродной основе, армированного наноструктурированным карбидом кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2644906C2 RU2644906C2 RU2016125874A RU2016125874A RU2644906C2 RU 2644906 C2 RU2644906 C2 RU 2644906C2 RU 2016125874 A RU2016125874 A RU 2016125874A RU 2016125874 A RU2016125874 A RU 2016125874A RU 2644906 C2 RU2644906 C2 RU 2644906C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon carbide
- hours
- reinforced
- polyimide
- nanostructured silicon
- Prior art date
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 74
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 title claims abstract description 47
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims abstract description 8
- 239000003495 polar organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 8
- GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N ac1mqpva Chemical compound CC12C(=O)OC(=O)C1(C)C1(C)C2(C)C(=O)OC1=O GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 125000006159 dianhydride group Chemical group 0.000 claims abstract description 6
- 150000004984 aromatic diamines Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 20
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 20
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 13
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 9
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004035 construction material Substances 0.000 abstract 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 abstract 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 22
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 15
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 15
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 8
- HLBLWEWZXPIGSM-UHFFFAOYSA-N 4-Aminophenyl ether Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1OC1=CC=C(N)C=C1 HLBLWEWZXPIGSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- -1 methyl vinyl siloxane Chemical class 0.000 description 7
- 125000000951 phenoxy group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(O*)C([H])=C1[H] 0.000 description 7
- 125000002023 trifluoromethyl group Chemical group FC(F)(F)* 0.000 description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 6
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 5
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 5
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 5
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 5
- VQVIHDPBMFABCQ-UHFFFAOYSA-N 5-(1,3-dioxo-2-benzofuran-5-carbonyl)-2-benzofuran-1,3-dione Chemical compound C1=C2C(=O)OC(=O)C2=CC(C(C=2C=C3C(=O)OC(=O)C3=CC=2)=O)=C1 VQVIHDPBMFABCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N chlorotrimethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)Cl IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- BWAPJIHJXDYDPW-UHFFFAOYSA-N 2,5-dimethyl-p-phenylenediamine Chemical compound CC1=CC(N)=C(C)C=C1N BWAPJIHJXDYDPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 3
- RZNMURFCVUZQMV-UHFFFAOYSA-N NCCCC1=C(C=CC=C1)[Si](OC)(OC)OC Chemical compound NCCCC1=C(C=CC=C1)[Si](OC)(OC)OC RZNMURFCVUZQMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 125000006519 CCH3 Chemical group 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 description 2
- MNKYQPOFRKPUAE-UHFFFAOYSA-N chloro(triphenyl)silane Chemical compound C=1C=CC=CC=1[Si](C=1C=CC=CC=1)(Cl)C1=CC=CC=C1 MNKYQPOFRKPUAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWYZNESIGBQHJK-UHFFFAOYSA-N chloro-dimethyl-phenylsilane Chemical compound C[Si](C)(Cl)C1=CC=CC=C1 KWYZNESIGBQHJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000005051 trimethylchlorosilane Substances 0.000 description 2
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 1,4-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=C(N)C=C1 CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLDPXPPHXDGHEW-UHFFFAOYSA-N 1-chloro-2-dichlorophosphoryloxybenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1OP(Cl)(Cl)=O VLDPXPPHXDGHEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NAWFMMPMNRLVRU-UHFFFAOYSA-N 1-n,1-n,4-n,4-n-tetrafluorobenzene-1,4-diamine Chemical compound FN(F)C1=CC=C(N(F)F)C=C1 NAWFMMPMNRLVRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FXGQUGCFZKMIJW-UHFFFAOYSA-N 2,4,5,6-tetrafluorobenzene-1,3-diamine Chemical compound NC1=C(F)C(N)=C(F)C(F)=C1F FXGQUGCFZKMIJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZQQOGBKIFPCFMJ-UHFFFAOYSA-N 2-(trifluoromethyl)benzene-1,4-diamine Chemical compound NC1=CC=C(N)C(C(F)(F)F)=C1 ZQQOGBKIFPCFMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FXFTWEVIIHVHDS-UHFFFAOYSA-N 2-fluorobenzene-1,4-diamine Chemical compound NC1=CC=C(N)C(F)=C1 FXFTWEVIIHVHDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OBCSAIDCZQSFQH-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1,4-phenylenediamine Chemical compound CC1=CC(N)=CC=C1N OBCSAIDCZQSFQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CDVZKYLSVNAIHH-UHFFFAOYSA-N 3,6-bis(trifluoromethyl)benzene-1,2,4,5-tetracarboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=C(C(O)=O)C(C(F)(F)F)=C(C(O)=O)C(C(O)=O)=C1C(F)(F)F CDVZKYLSVNAIHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NJCOLSAFYMXOGO-UHFFFAOYSA-N 3-(trifluoromethyl)benzene-1,2,4,5-tetracarboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC(C(O)=O)=C(C(O)=O)C(C(F)(F)F)=C1C(O)=O NJCOLSAFYMXOGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UNIBAJHMJGXVHL-UHFFFAOYSA-N 3-phenylbenzene-1,2,4,5-tetracarboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC(C(O)=O)=C(C(O)=O)C(C=2C=CC=CC=2)=C1C(O)=O UNIBAJHMJGXVHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JRWYLUWSRBJKNX-UHFFFAOYSA-N 4-(1,3-dioxoisoindol-4-yl)oxyisoindole-1,3-dione Chemical compound O=C1NC(=O)C2=C1C=CC=C2OC1=CC=CC2=C1C(=O)NC2=O JRWYLUWSRBJKNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FWOLORXQTIGHFX-UHFFFAOYSA-N 4-(4-amino-2,3,5,6-tetrafluorophenyl)-2,3,5,6-tetrafluoroaniline Chemical group FC1=C(F)C(N)=C(F)C(F)=C1C1=C(F)C(F)=C(N)C(F)=C1F FWOLORXQTIGHFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- APXJLYIVOFARRM-UHFFFAOYSA-N 4-[2-(3,4-dicarboxyphenyl)-1,1,1,3,3,3-hexafluoropropan-2-yl]phthalic acid Chemical compound C1=C(C(O)=O)C(C(=O)O)=CC=C1C(C(F)(F)F)(C(F)(F)F)C1=CC=C(C(O)=O)C(C(O)=O)=C1 APXJLYIVOFARRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LACZRKUWKHQVKS-UHFFFAOYSA-N 4-[4-[4-amino-2-(trifluoromethyl)phenoxy]phenoxy]-3-(trifluoromethyl)aniline Chemical compound FC(F)(F)C1=CC(N)=CC=C1OC(C=C1)=CC=C1OC1=CC=C(N)C=C1C(F)(F)F LACZRKUWKHQVKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IUHFWCGCSVTMPG-UHFFFAOYSA-N [C].[C] Chemical class [C].[C] IUHFWCGCSVTMPG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012965 benzophenone Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N chlorosilane Chemical class Cl[SiH3] KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 229920005565 cyclic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- USIUVYZYUHIAEV-UHFFFAOYSA-N diphenyl ether Chemical compound C=1C=CC=CC=1OC1=CC=CC=C1 USIUVYZYUHIAEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SXZIXHOMFPUIRK-UHFFFAOYSA-N diphenylmethanimine Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=N)C1=CC=CC=C1 SXZIXHOMFPUIRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 1
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- OLAPPGSPBNVTRF-UHFFFAOYSA-N naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid Chemical compound C1=CC(C(O)=O)=C2C(C(=O)O)=CC=C(C(O)=O)C2=C1C(O)=O OLAPPGSPBNVTRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KQSABULTKYLFEV-UHFFFAOYSA-N naphthalene-1,5-diamine Chemical compound C1=CC=C2C(N)=CC=CC2=C1N KQSABULTKYLFEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DOBFTMLCEYUAQC-UHFFFAOYSA-N naphthalene-2,3,6,7-tetracarboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=C(C(O)=O)C=C2C=C(C(O)=O)C(C(=O)O)=CC2=C1 DOBFTMLCEYUAQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- FVDOBFPYBSDRKH-UHFFFAOYSA-N perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid Chemical compound C=12C3=CC=C(C(O)=O)C2=C(C(O)=O)C=CC=1C1=CC=C(C(O)=O)C2=C1C3=CC=C2C(=O)O FVDOBFPYBSDRKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920005575 poly(amic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- UGQZLDXDWSPAOM-UHFFFAOYSA-N pyrrolo[3,4-f]isoindole-1,3,5,7-tetrone Chemical compound C1=C2C(=O)NC(=O)C2=CC2=C1C(=O)NC2=O UGQZLDXDWSPAOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N silanamine Chemical group [SiH3]N FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
- C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
- C08G73/10—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
- C08K9/06—Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L79/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
- C08L79/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
- C08L79/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области получения композитных материалов с применением нанотехнологии, а именно касается технологии получения нанокомпозитов на основе наноструктурированного карбида кремния и углеродного волокна с полиимидной матрицей, которые могут быть применены в различных областях техники, в частности при изготовлении конструкционных материалов, используемых в ракетостроении, в авиационной и космической отрасли. Описан способ получения полиимидного композитного волокна на углеродной основе, армированного наноструктурированным карбидом кремния, включающий первоначальную стадию получения полиимидного композитного армированного полимера и последующую стадию его обработки до образования волокна, характеризующийся тем, что полиимидный композитный полимер, армированный наноструктурированным карбидом кремния или карбидом кремния, модифицированным органическими силанами, получают реакцией конденсации диангидридов ароматических поликарбоновых кислот с ароматическими диаминами и в присутствии 0,2-10 мас. % наноструктурированного карбида кремния (от веса связующего), осуществляемой в токе инертного газа, в среде сухого полярного органического растворителя и при воздействии ультразвука, при этом исходные продукты вводятся в определенной последовательности: сначала наноструктурированный карбид кремния, как модифицированный, так и не модифицированный, в виде суспензии в полярном органическом растворителе перемешивают с диамином, затем охлаждают до 1-15°С и к образовавшейся реакционной массе порционно добавляют при перемешивании эквимолярное (по отношению к диамину) количество диангидрида, и после перемешивания при комнатной температуре в течение 3-8 часов при воздействии ультразвука через образовавшийся полиимидный армированный композитный полимер протягивают со скоростью 1-10 см в минуту углеродное волокно, которое предварительно до протяжки термообрабатывают при температуре 200-600°С, после чего осуществляют сушку полученного волокна в токе инертного газа или при пониженном давлении от 10 до 150 мм рт.ст. при ступенчатом нагреве по следующей схеме: от 70 до 90°С в течение 3-8 часов, от 120 до 180°С в течение 0,5-2 часов, от 190 до 230°С в течение 0,5-2 часов, от 240 до 280°С в течение 0,5-2 часов, от 290 до 300°С в течение 0,5-2 часов, от 340 до 400°С в течение 0,1-1 часа, с последующим охлаждением в токе инертного газа или при пониженном давлении от 10 до 150 мм рт.ст. Технический результат: предложен более дешевый и технологичный процесс получения композитного волокна из полиимида и наноструктурированного карбида кремния. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области получения композитных материалов с применением нанотехнологии, а именно касается технологии получения нанокомпозитов на основе наноструктурированного карбида кремния и углеродного волокна с полиимидной матрицей, которые могут быть применены в различных областях техники, в частности при изготовлении конструкционных материалов, используемых в ракетостроении, в авиационной и космической отрасли.
Известно, что конструкционные материалы, изготовленные на основе карбида кремния, углеродных волокон и полиимидов, обладают повышенной стойкостью к радиации, к окислению в агрессивных средах, к коротковолновому и рентгеновскому излучению, а также обладают высокими механическими и теплофизическими характеристиками, а именно термостойкостью и высокой эластичностью [Polyimides composites based on asymmetric dianhydrides / International sample symposium, 18-21, Baltimore, 2009]. Поэтому такие материалы применяются, в частности, в авиа- и ракетостроении для изготовления изделий из углепластика. Одним из основных направлений применения рассматриваемых конструкционных материалов является использование их для изготовления различных деталей обшивки корпуса для авиационных и ракетных летательных аппаратов.
Рассматриваемые конструкционные материалы относятся к так называемым гибридным материалам, которые содержат органическое связующее - полиимидную матрицу и наполнитель (армирующий агент) - карбид кремния и углеродные волокна. Известно, что карбид кремния в качестве наполнителя широко используется в составах различных термостойких композиционных материалов, например, выполненных из стекла [Жабреев В.А. и др. Институт химии силикатов, Труды 18 Совещания по термоустойчивым покрытиям, Изд. Тульского государственного педагогического университета. 2001. с. 85-89]. Наибольшее внимание в последние годы уделялось применению именно наноструктурированного карбида кремния, который обладает уникальными физическими свойствами, такими как превосходная химическая сопротивляемость, термостойкость, высокая подвижность электронов, отличная теплопроводность, выдающиеся механические свойства. Известно, что наноструктурированный карбид кремния используется для получения высокоэффективных композитов, которые применяются в электронике.
Углеродные волокна с превосходной удельной прочностью, низкой плотностью и высокой жесткостью широко используются для усиления композиционных материалов, таких как цементирующие вещества, пластмассы и металлические материалы, углерод-углеродные композиты [Kawai М., Yajima S., Hachinohe A., Kawase Y. High-temperature off-axis fatigue behaviour of unidirectional carbon-fiber-reinforced composites with different resin matrices // Compos. Sci. Technol. 2001. V. 61. P. 1285-1302]. Эти композиционные материалы активно используются в аэрокосмической отрасли, автомобильной промышленности и в спортивных товарах [Chand S. Review carbon fibers for composites // J. Mater. Sci. 2000. V. 35. P. 1303-1313; Fitzer E. PAN-based carbon fibers - present state and trend of the technology from the viewpoint of possibilities and limits to influence and to control the fiber properties by the process parameters // Carbon 1989. V. 27. P. 621-645]. К сожалению, углеродные материалы легко окисляются, что представляет собой самую серьезную проблему, препятствующую их практическому применению. Таким образом, для композитов на основе углеродных волокон необходимы системы с хорошей защитой от окисления для того, чтобы в полной мере использовать преимущества их структурных свойств.
В качестве связующего (матрицы) в композиционных материалах может применяться широкий круг органических соединений: различные смолы, например метилвинилсилоксановая смола, кремнийорганические смолы, эпоксидные смолы [RU 2039070, C09D 5/18, 1996; RU 2217456, C09D 5/18, 2002], полиамидоимидиновые производные, содержащие неорганические наполнители, такие как диоксид кремния, сульфид молибдена, графит [WO 2004011793, С04В 28/06, 2004], полиимиды, содержащие наноструктурированный карбид кремния [CN 102850563 А, С04В 28/06, 2012].
Полиимиды, применяемые в качестве органического связующего в композиционных материалах, представляют собой циклоцепные полимеры из чередующихся ароматических и гетероциклических циклов (полигетероарилены). В настоящее время полиимидные смолы применяются в качестве матриц для создания армированных композитов на основе легких углеродных волокон, в качестве замены металлических деталей в аэрокосмической промышленности и деталей корпуса летательных аппаратов, в связи с их выдающейся термической и механической стойкостью.
Известен полиимидный композиционный материала на основе наноструктурированного карбида кремния с полиимидной матрицей, полученной конденсацией ароматического диамина (4,4'-диаминодифенилового эфира) и диангидрида ароматической поликарбоновой кислоты (3,3',4,4'-бензофенонтетракарбонового диангидрида) [CN 102850563 А, С04В 28/06, 2012]. Цитированный патент защищает способ получения полиимидной композитной пленки, армированной наноструктурированным карбидом кремния, который осуществляется следующим образом. На первом этапе процесса исходный наноструктурированный карбид кремния подвергают предварительной модификации 3-аминопропилтриметоксифенилсиланом, после чего проводят реакцию полимеризации исходных мономеров - 4,4'-диаминодифенилового эфира и 3,3',4,4'-бензофенонтетракарбонового диангидрида и затем получают конечный продукт. Для модификации исходный нанопорошок карбида кремния (0,01 г) сначала суспендируют в 100 мл безводного этанола при помощи ультразвука в течение 30-60 мин. После этого образовавшуюся суспензию нагревают до кипения и к ней прикапывают 3-аминопропилтриметоксифенилсилан (0,1-1 мл), а затем кипятят в течение 4-5 часов. Полученную таким образом реакционную массу центрифугируют при центробежной скорости 7000-8000 об/мин, затем промывают этанолом и сушат при 70-75°С, до образования наноструктурированного карбида кремния, модифицированного 3-аминопропилтриметоксифенилсиланом. Далее проводят реакцию полимеризации 4,4'-диаминодифенилового эфира и 3,3',4,4'-бензофенонтетракарбонового диангидрида, которые являются исходными мономерами для образования полиимидной составляющей (матрицы). Для проведения реакции между этими соединениями исходный диаминодифениловый эфир (0,02 моль) растворяют при перемешивании в полярном растворителе (N,N-диметилформамиде, N,N-диметилацетамиде или N-метилпирролидоне) в течение 30 минут, а затем к нему добавляют 3,3',4,4'-бензофенонтетракарбоновый диангидрид (0,02 моль) и перемешивают в течение 5 часов с получением раствора полиамидокислоты. На последнем этапе в полученный раствор, содержащий 100 г полиамидокислоты, добавляют модифицированный аминосиланом наноструктурированный карбид кремния (0,1-5 мг). Затем реакционную массу подвергают ультразвуковой обработке в течение 30 минут, перемешивают в течение 6-8 часов, после чего повторно подвергают ультразвуковой обработке в течение 30 мин и получают раствор «прекомпозита» - полиамидокислоты, содержащей модифицированный карбид кремния. Затем раствор «прекомпозита» выливают на стеклянную пластину, которую помещают в вакуумную печь, и используя ступенчатый нагрев (60°С, 100°С, 200°С, 300°С), доводят температуру до 300°С и выдерживают при этой температуре в течение двух часов, получая конечный продукт - полиимидную композитную пленку, армированную модифицированными наночастицами карбида кремния.
К недостаткам известного вышеописанного способа можно отнести: многостадийность и длительность проведения всего процесса, использование в одном процессе нескольких видов растворителей, в том числе огнеопасного сухого этанола и высокую энергоемкость процесса. Эти недостатки делают процесс мало технологичным и промышленно не применимым. Кроме того, известное изобретение обладает узкой направленностью, направлено на получение композитного материала только одного типа и не позволяет получать композитные волокна.
С целью создания композитного волокна из полиимида и наноструктурированного карбида кремния, включающего как ранее известные, так и новые материалы, а также для удешевления и создания более технологичного процесса предлагается способ получения полиимидного композитного волокна на углеродной основе, армированного наноструктурированным карбидом кремния, включающий первоначальную стадию получения полиимидного композитного армированного полимера и последующую стадию его обработки до образования волокна, характеризующийся тем, что полиимидный композитный полимер, армированный наноструктурированным карбидом кремния или карбидом кремния, модифицированным органическими силанами, получают реакцией конденсации диангидридов ароматических поликарбоновых кислот с ароматическими диаминами и в присутствии 0,2-10 мас. % наноструктурированного карбида кремния (от веса связующего), осуществляемой в токе инертного газа, в среде сухого полярного органического растворителя и при воздействии ультразвука, при этом исходные продукты вводятся в определенной последовательности: сначала наноструктурированный карбид кремния, как модифицированный, так и не модифицированный, в виде суспензии в полярном органическом растворителе перемешивают с диамином, затем охлаждают до 1-15°С и к образовавшейся реакционной массе порционно добавляют при перемешивании эквимолярное (по отношению к диамину) количество диангидрида, и после перемешивания при комнатной температуре в течение 3-8 часов при воздействии ультразвука через образовавшийся полиимидный армированный композитный полимер протягивают со скоростью 1-10 см в минуту углеродное волокно, которое предварительно до протяжки термообрабатывают при температуре 200-600°С, после чего осуществляют сушку полученного волокна в токе инертного газа или при пониженном давлении от 10 до 150 мм рт.ст. при ступенчатом нагреве по следующей схеме: от 70 до 90°С в течение 3-8 часов, от 120 до 180°С в течение 0,5-2 часов, от 190 до 230°С в течение 0,5-2 часов, от 240 до 280°С в течение 0,5-2 часов, от 290 до 300°С в течение 0,5-2 часов, от 340 до 400°С в течение 0,1-1 часа, с последующим охлаждением в токе инертного газа или при пониженном давлении от 10 до 150 мм рт.ст.
Способ характеризуется тем, что через полиимидный композитный армированный полимер протягивают углеродное волокно оптимально с диаметром от 0,01 до 1 мм.
В основе предлагаемого способа лежит реакция конденсации диангидрида с диамином в присутствии наноструктурированного карбида кремния с модифицированной и немодифицированной поверхностью:
В отличие от известного способа [CN 102850563 А, С04В 28/06, 2012], который рассмотрен для получения композита на основе полимера, полученного из 4,4'-диаминодифенилового эфира и 3,3',4,4'-бензофенонтетракарбонового диангидрида, предлагаемый способ применяется для получения довольно большого количества полиимидных композитных волокон с различной матрицей.
В качестве исходных продуктов, принимающих участие в реакции конденсации, может быть выбрана широкая группа диангидридов ароматических поликарбоновых кислот и широкая группа органических диаминов. Данный способ рассмотрен на конкретных примерах, где в качестве исходных продуктов используются диангидриды следующих ароматических поликарбоновых кислот, имеющие структурные формулы, приведенные ниже: 3-фенилбензол-1,2,4,5-тетракарбоновой (1А), 1,4-дифторпиромеллитовой (2А), 1-трифторметил-2,3,5,6-бензолтетракарбоновой (3А), 1,4-бис(трифторметил)-2,3,5,6-бензолтетракарбоновой (4А), пиромеллитовой (5А), 3,3'4,4'-бензофенонтетракарбоновой (6А), перилен-3,4,9,10-тетракарбоновой (7А), нафталин-1,4,5,8-тетракарбоновой (8А), 4,4'-(гексафторизопропилиден)дифталевой (9А), дифенил-2,2',3,3'-тетракарбоновой (10А), дифенил-3,3',4,4'-тетракарбоновой (11А), нафталин-2,3,6,7-тетракарбоновой (12А), дифенилоксид-3,3',4,4'-тетракарбоновой (13А) кислот.
А в качестве второго компонента реакции конденсации в примерах рассматриваются следующие ароматические диамины, имеющие структурные формулы, указанные на рисунке 2:
1,4-диаминобензол (1Б), 4,4'-оксидианилин (2Б), 1,4-диамино-2,5-диметилбензол (3Б), 4,4'-сульфодианилин (4Б), [4-{3-[4-амино-2-(трифторметил)фенокси]фенокси}-3-(трифторметил)фенил]амин (5Б), 1,4-диамино-2-метилбензол (6Б), 1,3-диаминобензол (7Б), 4,4'-диамино-2,2',3,3',5,5',6,6'-октафторбифенил (8Б), 1,4-диамино-2-фторбензол (9Б), тетрафтор-мета-фенилендиамин (10Б), 1,4-диамино-2-(трифторметил)бензол (11Б), тетрафтор-пара-фенилендиамин (12Б), 1,5-диаминонафталин (13Б), [4-{4-[4-амино-3-(трифторметил)фенокси]фенокси}-2-(трифторметил)фенил]амин (14Б), [4-{4-[4-амино-2-(трифторметил)фенокси]фенокси}-3-(трифторметил)фенил]амин (15Б), [4-{4-[4-амино-2-(трифторметил)фенокси]-2,3,5,6-тетрафторфенокси}-3-(трифторметил)фенил]амин (16Б).
В качестве армирующего соединения используется наноструктурированный карбид кремния как таковой, либо наноструктурированный карбид кремния, модифицированный органическими хлорсиланами, например такими, как триметилхлорсилан, диметилфенилхлорсилан, трифенилхлорсилан, являющимися более доступными в промышленном использовании, чем другие ранее применяемые силаны, например 3-аминопропилтриметоксифенилсилан.
Используемые модифицирующие агенты создают различную модификацию поверхности карбида кремния, пригодную для добавления в различные по своей структуре полиимидные матрицы.
Процесс протекает в среде полярного органического растворителя, предпочтительно одного и того же на всех стадиях, а именно на стадии образования суспензии исходного нанокарбида кремния, как модифицированного, так и не модифицированного, на стадии растворения диангидридов ароматических поликарбоновых кислот, на основной стадии конденсации. В качестве полярного органического растворителя в процессе используются полярные растворители, выбранные из следующей группы соединений: N-метил-2-пирролидон, N,N-диметилформамид или N,N-диметилацетамид. Это позволяет существенно упростить процесс производства и свести к минимуму применение огнеопасных регентов, например сухого этанола, как в известном аналоге [CN 102850563 А, С04В 28/06, 2012], что в дальнейшем сказывается на себестоимости конечного нанокомпозитного материала.
Необходимым условием распределения наноструктурированного карбида кремния с модифицированной или немодифицированной поверхностью по всему объему нанокомпозита является прибавление сначала диамина к суспензии наноструктурированного карбида кремния в сухом полярном органическом растворители (N-метил-2-пирролидоне, N,N-диметилформамиде или N,N-диметилацетамиде). Это позволяет обеспечить более полную сшивку наночастиц карбида кремния и впоследствии образующейся полиимидной матрицы по всему объему полимера. Диангидрид вводится порционно после перемешивания карбида кремния с диамином под воздействием ультразвука, предпочтительно в течение 10-30 минут при охлаждении реакционной массы до 1-15°С.
Экспериментальные исследования показали, наибольшего эффекта удается достигнуть при ультразвуковом воздействии с использованием ультразвуковой мешалки с частотой 20 кГц, что позволяет более быстро диспергировать SiC до наноразмеров.
Также очень важной является предварительная температурная обработка углеродного волокна при температуре 200-600°С и скорость его протяжки через раствор 1-10 см в минуту.
Существенное влияние на процесс оказывают температурные и временные режимы на каждой стадии процесса. Существенным признаком процесса является проведение основной реакции (превращения «прекомпозита» в конечный нанокомпозит) в специально подобранном температурном режим:
80°С - выдержка 3-8 часов;
150°С - выдержка 0,5-2 часа;
200°С - выдержка 0,5-2 часа;
250°С - выдержка 0,5-2 часа;
300°С - выдержка 0,5-2 часа;
350°С - выдержка 0,1-1 час.
Такие режимы подобраны экспериментально при исследовании кинетики данного процесса методом ИК-спектроскопии.
Все полученные полиимидные композитные волокна на основе наноструктурированного карбида кремния с модифицированной и немодифицированной поверхностью охарактеризованы ИК-спектроскопией и приведены ниже в таблице 1.
Новый способ получения нанокомпозитов на основе наноструктурированного карбида кремния с модифицированной и немодифицированной поверхностью и полиимидной матрицы достаточно эффективен, поскольку получаемые данным способом нанокомпозиты имеют высокую степень имидизации, которая не меньше, а в некоторых случаях больше, чем у аналогичных полиимидов, полученных ранее. По данным ИК-спектроскопии степень имидизации в новом способе от 100 до 120%. Существенным достоинством и отличием нового способа от известных аналогов является то, что он предназначен для получения полиимидных композитных волокон.
Дополнительные исследования показали, что получаемые новым способом композиты имеют температуру начала разложения более 400°С на воздухе, а облучение их электронами с энергией 2 МэВ дозой 10000 Мрад не приводит к существенным изменениям свойств, что говорит о их высокой термостойкости, радиационностойкости. Благодаря таким свойствам они могут применяться в авиа- и ракетостроении для изготовления изделий из углепластика. Одним из основных направлений применения рассматриваемых конструкционных материалов является использование их для изготовления различных деталей обшивки корпуса для авиационных и ракетных летательных аппаратов.
Ниже изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
В четырехгорлую колбу объемом 500 мл, снабженную УЗ-диспергатором, обратным холодильником, трубкой для ввода инертного газа и термометром, загружают 4,10 г (что составит 10 мас. % карбида кремния в конечном полимерном связующем) порошка наноструктурированного немодифицированного SiC (предварительно механически измельчены агрегаты наночастиц до размера не более 0,1 м) в 200 мл сухого N-метил-2-пирролидона, 20,20 г 4,4'-диаминодифенилоксида (0,10 моль) и перемешивают при помощи ультразвука в течение 15 минут с использованием ультразвуковой мешалки с частотой 20 кГц.
Все операции проводят в токе инертного газа. Затем реакционную массу охлаждают до 15°C с помощью водяной бани и порциями, при механическом перемешивании, добавляют 22,00 г пиромеллитового диангидрида (0,10 моль). Реакционную массу подвергают ультразвуковой обработке в течение 20 минут, при этом ее охлаждают на водяной бане, чтобы не дать разогреться реакционной смеси выше 40°С. Затем перемешивают механической мешалкой при комнатной температуре в течение 8 часов. После этого реакционную массу вновь подвергают ультразвуковой обработке в течение 30 мин. На завершающем этапе через полученную дисперсию протягивают углеродное волокно (диаметр волокна 0,01 мм) со скоростью 1 см в минуту, предварительно прошедшее термообработку при температуре 200°С, после чего оно сушится при ступенчатом нагреве протяжкой через нагревательный элемент со скоростью 1 см в минуту в токе инертного газа. Используют следующий температурный режим для получения конечного полиимидного композитного волокна:
90°С - выдержка 3 часа;
180°С - выдержка 0,5 часа;
230°С - выдержка 0,5 часа;
280°С - выдержка 0,5 часа;
300°С - выдержка 0,5 часа;
400°С - выдержка 0,1 часа.
Затем медленно в течение 3-х часов охлаждают в токе инертного газа и получают композитное волокно на основе полиимидной матрицы, армированное немодифицированными наночастицами карбида кремния.
Получают композитное волокно поли-оксидифенилен-пиромеллитимида, армированное немодифицированными наночастицами карбида кремния (или композитное волокно поли-(4,4'-оксидифенилен)пиромеллитимида армированное немодифицированными наночастицами карбида кремния).
Толщина волокна 250 мкм.
Содержание карбида кремния в полимерном связующем 10%.
Массовая доля полимерного связующего 21%.
Характеристические полосы ИК-спектров: 1775 см-1 (С=O νas), 1713 см-1 (С=O νs), 1495 см-1 (С=С (Ar) ν), 1366 см-1 (C-N ν), 1228 см-1 (С-О-С νas), 721 см-1 (С=O δ).
Данные термогравиметрического анализа:
На воздухе: Td5%=530°С, Td10%=551°С.
В аргоне: Td5%=528°С, Td10%=565°С.
Пример 2.
В четырехгорлую колбу объемом 500 мл, снабженную УЗ-диспергатором, обратным холодильником, трубкой для ввода инертного газа и термометром, загружают 0,039 г (что составит 10 мас. % карбида кремния в конечном полимерном связующем) порошка наноструктурированного немодифицированного SiC (предварительно механически измельчены агрегаты наночастиц до размера не более 0,1 м) в 200 мл сухого N,N-диметилформамида, 10,17 г 4,4'-диаминооктафторбифенила (0,03 моль) и перемешивают при помощи ультразвука в течение 15 минут. Все операции проводят в токе инертного газа. Затем реакционную массу охлаждают до 1°C с помощью водяной бани и порциями, при механическом перемешивании, добавляют 10,00 г 3,3',4,4'-бензофенонтетракарбонового диангидрида (0,03 моль). Реакционную массу подвергают ультразвуковой обработке в течение 30 минут, при этом ее охлаждают на водяной бане, чтобы не дать разогреться реакционной смеси выше 30°С. Затем перемешивают механической мешалкой при комнатной температуре в течение 3 часов. После этого реакционную массу вновь подвергают ультразвуковой обработке в течение 30 мин. На завершающем этапе через полученную дисперсию протягивают углеродное волокно (диаметр волокна 0,05 мм) со скоростью 10 см в минуту, предварительно прошедшее термообработку при температуре 300°С, после чего оно сушится при ступенчатом нагреве протяжкой через нагревательный элемент со скоростью 10 см в минуту при пониженном давлении (150 мм рт.ст.). Используют следующий температурный режим для получения конечного полиимидного композитного волокна:
70°С - выдержка 8 часов;
120°С - выдержка 2 часа;
190°С - выдержка 2 часа;
240°С - выдержка 2 часа;
290°С - выдержка 2 часа;
340°С - выдержка 1 час.
Затем медленно в течение 3-х часов охлаждают при пониженном давлении (150 мм рт.ст.) и получают композитное волокно на основе фторсодержащей полиимидной матрицы, армированное немодифицированными наночастицами карбида кремния.
Получают композитное волокно поли-октафтордифенилен-бензофенонимида, армированное немодифицированными наночастицами карбида кремния (или композитное волокно поли-(4,4'-октафтордифенилен)бензофенонимид, армированное немодифицированными наночастицами карбида кремния).
Толщина пленки 280 мкм.
Содержание карбида кремния в полимерном связующем 0,2%.
Массовая доля полимерного связующего 17%.
Характеристические полосы ИК-спектров: 1775 см-1 (С=O νas), 1713 см-1 (С=O νs), 1495 см-1 (С=С (Ar) ν), 1366 см-1 (C-N ν), 1260 см-1 (C-F ν), 721 см-1 (С=O δ).
Данные термогравиметрического анализа:
На воздухе: Td5%=480°С, Td10%=543°С.
В аргоне: Td5%=515°С, Td10%=597°С.
Пример 3.
В четырехгорлую колбу объемом 500 мл, снабженную УЗ-диспергатором, обратным холодильником, трубкой для ввода инертного газа и термометром, загружают 4,13 г (что составит 10 мас. % карбида кремния в конечном полимерном связующем) порошка наноструктурированного немодифицированного SiC (предварительно механически измельчены агрегаты наночастиц до размера не более 0,1 м) в 200 мл сухого N,N-диметилацетамида. Порошок диспергируют в растворителе при помощи ультразвука в течение 20 мин, после чего нагревают до 100°С и прибавляют триметилхлорсилана (20,65 г), после чего выдерживают при 100°С 3 часа, затем к полученной реакционной смеси, охлажденной до комнатной температуры, добавляют 13,17 г 1,4-диамино-2,5-диметилбензола (0,09 моль) и перемешивают при помощи ультразвука в течение 15 минут. Все операции проводят в токе инертного газа. Затем реакционную массу охлаждают до 15°C с помощью водяной бани и порциями, при механическом перемешивании, добавляют 30,00 г 4,4'-оксидифталевого ангидрида (0,09 моль). Реакционную массу подвергают ультразвуковой обработке в течение 20 минут, при этом ее охлаждают на водяной бане, чтобы не дать разогреться реакционной смеси выше 30°С. Затем перемешивают механической мешалкой при комнатной температуре в течение 8 часов. После этого реакционную массу вновь подвергают ультразвуковой обработке в течение 30 мин. На завершающем этапе через полученную дисперсию протягивают углеродное волокно (диаметр волокна 0,5 мм) со скоростью 5 см в минуту, предварительно прошедшее термообработку при температуре 400°С, после чего оно сушится при ступенчатом нагреве протяжкой через нагревательный элемент со скоростью 5 см в минуту при пониженном давлении (80 мм рт.ст.). Используют следующий температурный режим для получения конечного полиимидного композитного волокна:
90°С - выдержка 3 часа;
180°С - выдержка 0,5 часа;
230°С - выдержка 0,5 часа;
280°С - выдержка 0,5 часа;
300°С - выдержка 0,5 часа;
400°С - выдержка 0,1 часа.
Затем медленно в течение 3-х часов охлаждают при пониженном давлении (80 мм рт.ст.) и получают композитное волокно на основе полиимидной матрицы, армированное модифицированными наночастицами карбида кремния.
Получают композитное волокно поли-диаминодиметилдифенилен-оксидифталимида, армированное модифицированными наночастицами карбида кремния (или композитное волокно поли-(1,4-диамино-2,5-диметилдифенилен)оксидифталимида, армированное модифицированными наночастицами карбида кремния.)
Толщина пленки 750 мкм.
Содержание карбида кремния в полимерном связующем 10%.
Массовая доля полимерного связующего 19%.
Характеристические полосы ИК-спектров: 1775 см-1 (С=O νas), 1713 см-1 (С=O νs), 1495 см-1 (С=С (Ar) ν), 1378 см-1 (С-СН3 δ), 1366 см-1 (C-N ν), 1228 см-1 (С-О-С νas), 721 см-1 (С=O δ).
Данные термогравиметрического анализа:
На воздухе: Td5%=480°С, Td10%=510°С.
В аргоне: Td5%=483°С, Td10%=525°С.
Пример 4.
В четырехгорлую колбу объемом 500 мл, снабженную УЗ-диспергатором, обратным холодильником, трубкой для ввода инертного газа и термометром, загружают 0,15 г (что составит 0,2 мас. % карбида кремния в конечном полимерном связующем) порошка наноструктурированного немодифицированного SiC (предварительно механически измельчены агрегаты наночастиц до размера не более 0,1 м) в 200 мл сухого N,N-диметилформамида. Порошок диспергируют в растворителе при помощи ультразвука в течение 15 мин, после чего нагревают до 150°С и прибавляют 0,0075 г трифенилхлорсилана, после чего выдерживают при 150°С 3 часа, затем к полученной реакционной смеси, охлажденной до комнатной температуры, добавляют 38,55 г 1,4-бис(4-амино-2-трифторметилфенокси)бензола (0,09 моль) и перемешивают при помощи ультразвука в течение 15 минут. Все операции проводят в токе инертного газа. Затем реакционную массу охлаждают до 1°C с помощью водяной бани и порциями, при механическом перемешивании, добавляют 40,00 г 2,2-бис(3,4-дикарбоксифенил) гексафторпропанового диангидрида (0,09 моль). Реакционную массу подвергают ультразвуковой обработке в течение 30 минут, при этом ее охлаждают на водяной бане, чтобы не дать разогреться реакционной смеси выше 40°С. Затем перемешивают механической мешалкой при комнатной температуре в течение 3 часов. После этого реакционную массу вновь подвергают ультразвуковой обработке в течение 30 мин. На завершающем этапе через полученную дисперсию протягивают углеродное волокно (диаметр волокна 0,7 мм) со скоростью 3 см в минуту, предварительно прошедшее термообработку при температуре 500°С, после чего оно сушится при ступенчатом нагреве протяжкой через нагревательный элемент со скоростью 3 см в минуту при пониженном давлении (50 мм рт.ст.). Используют следующий температурный режим для получения конечного полиимидного композитного волокна:
70°С - выдержка 8 часов;
120°С - выдержка 2 часа;
190°С - выдержка 2 часа;
240°С - выдержка 2 часа;
290°С - выдержка 2 часа;
340°С - выдержка 1 час.
Затем медленно в течение 3-х часов охлаждают при пониженном давлении (50 мм рт.ст.) и получают композитное волокно на основе фторсодержащей полиимидной матрицы, армированное модифицированными наночастицами карбида кремния.
Получают композитное волокно поли-бисаминотрифторметилфеноксифенилен-бис дикарбоксифенилгексафторпропилимида, армированное модифицированными наночастицами карбида кремния (или композитное волокно поли-(1,4-бис(4-амино-2-трифторметилфенокси)фенилен)2,2-бис(3,4-дикарбоксифенил)гексафторпропилимида, армированное модифицированными наночастицами карбида кремния).
Толщина пленки 850 мкм.
Содержание карбида кремния в полимерном связующем 0,2%.
Массовая доля полимерного связующего 22%.
Характеристические полосы ИК-спектров: 1782 см-1 (С=O νas), 1725 см-1 (С=O νs), 1489 см-1 (С=С (Ar) ν), 1376 см-1 (C-N ν), 1319 см-1 (C-CF3 ν), 1239 см-1 (С-О-С νas), 743 см-1 (С=O δ).
Данные термогравиметрического анализа:
На воздухе: Td5%=520°С, Td10%=545°С.
В аргоне: Td5%=525°С, Td10%=567°С.
Пример 5.
В четырехгорлую колбу объемом 500 мл, снабженную УЗ-диспергатором, обратным холодильником, трубкой для ввода инертного газа и термометром, загружают 4,13 г (что составит 10 мас. % карбида кремния в конечном полимерном связующем) порошка наноструктурированного немодифицированного SiC (предварительно механически измельчены агрегаты наночастиц до размера не более 0,1 м) в 200 мл сухого N,N-диметилацетамида. Порошок диспергируют в растворителе при помощи ультразвука в течение 20 мин, после чего нагревают до 100°С и прибавляют диметилфенилхлорсилана (4,13 г), после чего выдерживают при 100°С 3 часа, затем к полученной реакционной смеси, охлажденной до комнатной температуры, добавляют 13,17 г 1,4-диамино-2,5-диметилбензола (0,09 моль) и перемешивают при помощи ультразвука в течение 15 минут. Все операции проводят в токе инертного газа. Затем реакционную массу охлаждают до 15°C с помощью водяной бани и порциями, при механическом перемешивании, добавляют 30,00 г 4,4'-оксидифталевого ангидрида (0,09 моль). Реакционную массу подвергают ультразвуковой обработке в течение 20 минут, при этом ее охлаждают на водяной бане, чтобы не дать разогреться реакционной смеси выше 30°С. Затем перемешивают механической мешалкой при комнатной температуре в течение 8 часов. После этого реакционную массу вновь подвергают ультразвуковой обработке в течение 30 мин. На завершающем этапе через полученную дисперсию протягивают углеродное волокно (диаметр волокна 1 мм) со скоростью 1 см в минуту, предварительно прошедшее термообработку при температуре 600°С, после чего оно сушится при ступенчатом нагреве протяжкой через нагревательный элемент со скоростью 1 см в минуту при пониженном давлении (10 мм рт.ст.). Используют следующий температурный режим для получения конечного полиимидного композитного волокна:
90°С - выдержка 3 часа;
180°С - выдержка 0,5 часа;
230°С - выдержка 0,5 часа;
280°С - выдержка 0,5 часа;
300°С - выдержка 0,5 часа;
400°С - выдержка 0,1 часа.
Затем медленно в течение 3-х часов охлаждают при пониженном давлении (10 мм рт.ст.) и получают композитное волокно на основе полиимидной матрицы, армированное модифицированными наночастицами карбида кремния.
Получают композитное волокно поли-диаминодиметилдифенилен-оксидифталимида, армированное модифицированными наночастицами карбида кремния (или композитное волокно поли-(1,4-диамино-2,5-диметилдифенилен)оксидифталимида, армированное модифицированными наночастицами карбида кремния).
Толщина пленки 1200 мкм.
Содержание карбида кремния в полимерном связующем 10%.
Массовая доля полимерного связующего 25%.
Характеристические полосы ИК-спектров: 1775 см-1 (С=O νas), 1713 см-1 (С=O νs), 1495 см-1 (С=С (Ar) ν), 1378 см-1 (С-СН3 δ), 1366 см-1 (C-N ν), 1228 см-1 (С-О-С νas), 721 см-1 (С=O δ).
Данные термогравиметрического анализа:
На воздухе: Td5%=490°С, Td10%=520°С.
В аргоне: Td5%=495°С, Td10%=540°С.
Аналогично при этих же условиях получают композиты с полиимидными матрицами, приведенными в таблице 1.
Claims (3)
1. Способ получения полиимидного композитного волокна на углеродной основе, армированного наноструктурированным карбидом кремния, включающий первоначальную стадию получения полиимидного композитного армированного полимера и последующую стадию его обработки до образования волокна, характеризующийся тем, что полиимидный композитный полимер, армированный наноструктурированным карбидом кремния или карбидом кремния, модифицированным органическими силанами, получают реакцией конденсации диангидридов ароматических поликарбоновых кислот с ароматическими диаминами и в присутствии 0,2-10 мас. % наноструктурированного карбида кремния (от веса связующего), осуществляемой в токе инертного газа, в среде сухого полярного органического растворителя и при воздействии ультразвука, при этом исходные продукты вводятся в определенной последовательности: сначала наноструктурированный карбид кремния, как модифицированный, так и не модифицированный, в виде суспензии в полярном органическом растворителе перемешивают с диамином, затем охлаждают до 1-15°С и к образовавшейся реакционной массе порционно добавляют при перемешивании эквимолярное (по отношению к диамину) количество диангидрида и после перемешивания при комнатной температуре в течение 3-8 часов при воздействии ультразвука через образовавшийся полиимидный армированный композитный полимер протягивают со скоростью 1-10 см в минуту углеродное волокно, которое предварительно до протяжки термообрабатывают при температуре 200-600°С, после чего осуществляют сушку полученного волокна в токе инертного газа или при пониженном давлении от 10 до 150 мм рт.ст. при ступенчатом нагреве по следующей схеме: от 70 до 90°С в течение 3-8 часов, от 120 до 180°С в течение 0,5-2 часов, от 190 до 230°С в течение 0,5-2 часов, от 240 до 280°С в течение 0,5-2 часов, от 290 до 300°С в течение 0,5-2 часов, от 340 до 400°С в
течение 0,1-1 часа, с последующим охлаждением в токе инертного газа или при пониженном давлении от 10 до 150 мм рт.ст.
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что через полиимидный композитный армированный полимер протягивают углеродное волокно с диаметром от 0,01 до 1 мм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016125874A RU2644906C2 (ru) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | Способ получения полиимидного композитного волокна на углеродной основе, армированного наноструктурированным карбидом кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016125874A RU2644906C2 (ru) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | Способ получения полиимидного композитного волокна на углеродной основе, армированного наноструктурированным карбидом кремния |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2644906C2 true RU2644906C2 (ru) | 2018-02-14 |
Family
ID=60998892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016125874A RU2644906C2 (ru) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | Способ получения полиимидного композитного волокна на углеродной основе, армированного наноструктурированным карбидом кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2644906C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020219852A1 (en) * | 2019-04-26 | 2020-10-29 | Designer Molecules, Inc. | Phenolic functionalized polyimides and compositions thereof |
| CN115141396A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-10-04 | 江西师范大学 | 一种高介电常数C@SiC/PI复合薄膜及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2051932C1 (ru) * | 1989-10-26 | 1996-01-10 | Е.И.Дюпон Де Немур Энд Компани | Способ получения полиимидных композиционных материалов |
| RU2272051C2 (ru) * | 2000-08-22 | 2006-03-20 | Сайтек Текнолоджи Корп. | Эластичный полимерный элемент, подложка отверждающейся композиции, отверждающаяся композиция, способы их получения, способ отверждения, изделия |
| CN102850563A (zh) * | 2012-09-26 | 2013-01-02 | 哈尔滨工业大学 | 氨基硅烷化改性碳化硅纳米颗粒增强聚酰亚胺复合薄膜的方法 |
-
2016
- 2016-06-29 RU RU2016125874A patent/RU2644906C2/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2051932C1 (ru) * | 1989-10-26 | 1996-01-10 | Е.И.Дюпон Де Немур Энд Компани | Способ получения полиимидных композиционных материалов |
| RU2272051C2 (ru) * | 2000-08-22 | 2006-03-20 | Сайтек Текнолоджи Корп. | Эластичный полимерный элемент, подложка отверждающейся композиции, отверждающаяся композиция, способы их получения, способ отверждения, изделия |
| CN102850563A (zh) * | 2012-09-26 | 2013-01-02 | 哈尔滨工业大学 | 氨基硅烷化改性碳化硅纳米颗粒增强聚酰亚胺复合薄膜的方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020219852A1 (en) * | 2019-04-26 | 2020-10-29 | Designer Molecules, Inc. | Phenolic functionalized polyimides and compositions thereof |
| CN115141396A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-10-04 | 江西师范大学 | 一种高介电常数C@SiC/PI复合薄膜及其制备方法 |
| CN115141396B (zh) * | 2022-08-04 | 2023-06-23 | 江西师范大学 | 一种高介电常数C@SiC/PI复合薄膜及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2620122C2 (ru) | Способ получения полиимидного композитного пленочного покрытия, армированного наноструктурированным карбидом кремния (варианты) | |
| Qiu et al. | Low dielectric constant polyimide mixtures fabricated by polyimide matrix and polyimide microsphere fillers | |
| JP3370403B2 (ja) | 顔料入りポリイミド成型物品の製造方法 | |
| KR101118483B1 (ko) | 표면 개질된, 열분해법으로 제조된 산화알루미늄 | |
| JP5903527B2 (ja) | ポリイミド樹脂から製造されたポリイミドフィルム及びこれを含む表示素子用基板 | |
| CN101407590B (zh) | 一种高模量、低热膨胀系数聚酰亚胺杂化薄膜的制备方法 | |
| JP7799601B2 (ja) | ポリイミドフィルムおよびその製造方法 | |
| CN104629365B (zh) | 一种制备碳纤维与聚酰亚胺复合材料的方法 | |
| Mekuria et al. | Surface modification of nano-silica by diisocyanates and their application in polyimide matrix for enhanced mechanical, thermal and water proof properties | |
| CN109689745B (zh) | 具有绝缘性能的高散热石墨烯-聚酰亚胺复合膜及其制备方法 | |
| US20210125741A1 (en) | Graphene Oxide-Filled Polyimide Films and Process | |
| CN108276577A (zh) | 聚多巴胺改性碳纳米管石墨烯/聚酰亚胺复合材料及其制备方法 | |
| CN116179075B (zh) | 一种poss改性聚酰亚胺绝缘漆、制备方法及应用 | |
| CN106279683A (zh) | 一种主链含蒽醌结构聚酰亚胺共聚物及其复合材料的制备方法 | |
| CN107674418A (zh) | 一种ptfe/pi复合材料及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Trisilanolphenyl-POSS nano-hybrid poly (biphenyl dianhydride-p-phenylenediamine) polyimide composite films: miscibility and structure-property relationship | |
| KR20230062410A (ko) | 폴리이미드 필름 | |
| RU2644906C2 (ru) | Способ получения полиимидного композитного волокна на углеродной основе, армированного наноструктурированным карбидом кремния | |
| CN108203543B (zh) | 石墨烯增强聚酰亚胺纳米复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN105860112A (zh) | 一种黑色聚酰亚胺/聚丙烯腈共混薄膜及其制备方法 | |
| WO2013074259A1 (en) | Nanosilica containing polycyanate ester compositions | |
| KR20240099060A (ko) | 고열전도성 폴리이미드 복합체 필름의 제조방법 및 이를 통하여 제조된 폴리이미드 복합체 필름 | |
| CN107129573B (zh) | 金刚石增强聚酰亚胺纳米复合材料及其制备方法与应用 | |
| Akhter et al. | Enhancing the dielectric properties of highly compatible new polyimide/γ-ray irradiated MWCNT nanocomposites | |
| CN107022078A (zh) | 一种交联型芳族聚酰亚胺材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180910 Effective date: 20180910 |

































