RU2698809C1 - Способ изготовления композиционного материала на основе углеродных волокон - Google Patents
Способ изготовления композиционного материала на основе углеродных волокон Download PDFInfo
- Publication number
- RU2698809C1 RU2698809C1 RU2018120213A RU2018120213A RU2698809C1 RU 2698809 C1 RU2698809 C1 RU 2698809C1 RU 2018120213 A RU2018120213 A RU 2018120213A RU 2018120213 A RU2018120213 A RU 2018120213A RU 2698809 C1 RU2698809 C1 RU 2698809C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- carbon
- carbon fiber
- carbon fibers
- stainless steel
- Prior art date
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 84
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 17
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N Diethylenetriamine Chemical compound NCCNCCN RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 5
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 claims description 5
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 53
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 19
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 18
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 16
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 16
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 4
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[[4-(2,5-dioxopyrrol-1-yl)phenyl]methyl]phenyl]pyrrole-2,5-dione Chemical compound O=C1C=CC(=O)N1C(C=C1)=CC=C1CC1=CC=C(N2C(C=CC2=O)=O)C=C1 XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KWSLGOVYXMQPPX-UHFFFAOYSA-N 5-[3-(trifluoromethyl)phenyl]-2h-tetrazole Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=CC(C2=NNN=N2)=C1 KWSLGOVYXMQPPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002666 PdCl2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- -1 argon ions Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 239000004643 cyanate ester Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- VMWYVTOHEQQZHQ-UHFFFAOYSA-N methylidynenickel Chemical compound [Ni]#[C] VMWYVTOHEQQZHQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L palladium(II) chloride Chemical compound Cl[Pd]Cl PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 238000000678 plasma activation Methods 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 229920003192 poly(bis maleimide) Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 1
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 229910001379 sodium hypophosphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000002345 surface coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021524 transition metal nanoparticle Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
-
- 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
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
-
- 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
-
- 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
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
- C04B41/5144—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal with a composition mainly composed of one or more of the metals of the iron group
-
- 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
- C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
- C08K3/013—Fillers, pigments or reinforcing additives
-
- 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
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
-
- 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
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
- C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
-
- 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
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении углепластиков с улучшенными прочностными свойствами. Сначала проводят плазмохимическую обработку наполнителя из углеродных волокон. Затем обработанный наполнитель металлизируют напылением слоя нержавеющей стали толщиной 12Х18Н10Т 50-100 нм методом ионно-плазменного - магнетронного распыления при давлении плазмообразующего газа, в качестве которого используют аргон, 1,3×10-3-1,8×10-3 тор, токе разряда 2-4 А, времени распыления 2-3 мин. Затем наносят полимерное связующее, в качестве которого используют эпоксидную смолу ЭД-20 с отвердителем диэтилентриамином. Повышается прочность полученного композиционного материала при межслоевом сдвиге, не изменяющаяся во времени, что позволяет сохранять свойства углеродной ткани неограниченно долго. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Область техники
Изобретение относится к технической области создания способов модификации поверхности углеродного волокна для получения углепластиков с улучшенным комплексом прочностных свойств.
Уровень техники
Углепластики - полимерные композиционные материалы на основе углеродных волокон. Они обладают комплексом ценных свойств: сочетанием очень высокой жесткости, прочности и термостойкости с малой плотностью. В то же время известно, что углепластики обладают низкой прочностью при межслоевом сдвиге, величина которой более чем в сто раз ниже, чем их прочность при растяжении. Прочность при межслоевом сдвиге определяется адгезионной прочностью между полимерной матрицей и углеродным волокном и поэтому определение и регулирование адгезионной прочности представляет особый интерес.
Известен способ модифицирования поверхности неорганического волокна (патент РФ №2475463 (МПК С04В 35/83, D01F 9/127, В82В 3/00. Опубликовано: 20.02.2013 Бюл. №5) СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ НЕОРГАНИЧЕСКОГО ВОЛОКНА, МОДИФИЦИРОВАННОЕ ВОЛОКНО И КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ. Изобретение направлено на повышение прочности композиционного материала в поперечном направлении относительно плоскости армирования за счет образования на поверхности углеродных волокон наноструктур. Способ включает следующие стадии: а) пропитку неорганического волокна раствором α2 фракции пека в органическом растворителе; б) последующую сушку пропитанного волокна; в) термообработку пропитанного волокна при 300-600°С; г) нанесение на поверхность термообработанного волокна солей переходных металлов с получением металлических наночастиц; е) осаждение углерода на наночастицы переходного металла с получением углеродных структур на поверхности волокна. По сведениям авторов патента, такая обработка позволяет увеличить прочность на изгиб на 25% и слоевой сдвиг на 45% по сравнению с композитом на основе немодифицированного углеродного волокна.
Однако, способ пока не нашел широкого применения из-за сложности, многостадийное™ и значительных капитальных и энергетических затрат.
В патенте РФ №2523483 (МПК D01F 11/16, В82В 3/00, С08В 31/02. Опубликовано: 20.07.2014 Бюл. №20. СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА) проблему повышения прочности композиционного материала решают методом упрочнения углеродного волокна путем нанесения углеродных наноструктур на поверхность филаментов углеродного волокна, отличающийся тем, что нанесение наностуктур проводят путем пропитки в инертной атмосфере раствором фуллеренов С60 или коллоидным раствором (золем) фуллерен-содержащей сажи или черни. После этого проводят активацию лазерным излучением или излучением в ультрафиолетовом или видимом диапазоне, либо в установке с ионной или электронной пушкой. По данным авторов, углеродное волокно, упрочненное наноструктурами углерода, имеет повышенные значения прочности на разрыв (до 11-18%) и модуля упругости (до 5-7%), что приводит к возрастанию значения величины предельной прочности на разрыв до 15% для композиционного материала, изготовленного на основе данного волокна.
Данный способ также отличается такими недостатками, как необходимость специальной герметичной аппаратуры для проведения процесса в инертной атмосфере, а также необходимостью утилизации неиспользованных растворов наночастиц (фуллеренов). Кроме того, при работе с большими объемами волокон возникает вопрос об аппаратурном оформлении процесса активации лазерным излучением или электронным и ионным излучением.
В патенте РФ №2080427 (МПК D01F 11/16. СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА) описан способ поверхностной обработки волокнистых материалов на основе углеродного волокна путем непрерывного анодного электрохимического окисления, промывки, сушки и последующей термообработки в среде инертного газа. Повышение межслоевой сдвиговой прочности за счет анодного окисления поверхности волокон достигает 18,3%.
К преимуществам метода можно отнести равномерность обработки поверхности, к недостаткам - проблему утилизации большого количества агрессивных химических веществ, а также ухудшение показателей прочности волокон при растяжении.
В диссертации А.Р. Гарифуллина «РЕГУЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСА СВОЙСТВ ТЕХНИЧЕСКОГО ТЕКСТИЛЯ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ» (автореферат диссертации, Казань, 2017, 16 с, Интернет-адрес: http://docplaver.ru/61361705-Garifullin-aydar-rafaelevich-regulirovanie-kompleksa-svoystv-tehnicheskogo-tekstilya-iz-uglerodnyh-volokondlya-proizvodstva-kompozicionnyh-materialov.html) описан близкий аналог - плазмохимический способ модифицирования углеродного волокна с целью улучшения его адгезионной способности к полимерной матрице. В работе заявляется, что обработка технического текстиля плазмой пониженного давления позволяет создавать композиционные материалы, показатели прочности которых на 15-20% выше по сравнению с контрольными образцами. Установлено, что при обработке углеродной ткани в плазме воздуха при давлении р=50 Па в течение 20 мин обеспечивается повышение межслоевой сдвиговой прочности на 40-50%, модуля упругости при растяжении и сжатии на 15 и 18% соответственно, предела прочности при сжатии на 19%.
Несмотря на отсутствие экологических проблем, связанных с утилизацией вредных химических веществ, данный способ не лишен недостатков. В частности, по заявлению автора, эффект наблюдается только после 20 минут плазмохимической обработки. Это значит, что производительность процесса весьма низкая. Если предположить, что зона плазмы в промышленной установке составляет 1 м, то скорость обработки углеродной ткани в плазме воздуха составит только 5 см/мин или 3 м/ч. Это значит, что обработка 1000 м углеродной ткани займет 333,3 часа или 13,9 суток. Такая низкая скорость обработки не позволяет говорить о какой-либо рентабельности процесса. Если учесть, что производимый эффект активации плазмой деградирует во времени, то можно предположить, что к концу обработки 1000-метрового рулона углеродной ткани начальные участки будут сильно отличаться от конечных.
Также в последние годы развивается направление металлизации различными металлами углеродных волокон в композиционных материалах. Известен ряд китайских патентных документов, а именно: CN 106436287, CN 104975278, CN 101718038, CN 103724930, CN 105200401 на изобретения способов металлизации никелем или медью углеродных волокон в композиционных материалах.
Однако их задачами являлись улучшение теплофизических свойств, в том числе электропроводности, теплопроводности, а также повышение экранирующих свойств композиционных материалов.
Краткие характеристики этих изобретений следующие.
CN 106436287 (МПК D06M 11/83; D06M 101/40. Опубликовано: 2017-02-22. METHOD FOR DEPOSITING METAL ON CARBON FIBER SURFACES). Изобретение представляет собой способ нанесения металла на поверхности углеродного волокна. Способ включает в себя этапы, в которых смесь металлов и свободнорадикальный смешанный раствор принимается в качестве среды для гамма-облучения, ионы металлов восстанавливаются до свободного металла, который осаждается на углеродные волокна так, что улучшается межфазная совместимость углеродных волокон и металлической матрицы. Метод имеет следующие преимущества: (1) гамма-облучение обладает высокой энергетической эффективностью и сильной проникающей способностью, а также снижается стоимость подготовки; (2) процесс облучения проще и легче контролировать, и создается небольшое загрязнение окружающей среды; (3) способ подходит для периодического приготовления, и может быть реализовано промышленное производство для металлизации поверхностей углеродного волокна.
CN 104975278 (МПК С23С 18/18; С23С 18/38. Опубликовано: 2015-10-14. HEAT-REDUCTION METALLIZATION COPPER PLATING PROCESS FOR CARBON FIBER SURFACE). Изобретение раскрывает способ нанесения металлического покрытия на углеродные волокна с целью улучшения теплопроводности. Способ включает следующие этапы: предварительную обработку углеродного волокна; подготовку раствора предварительного покрытия; пропитку; низкотемпературное покрытие медью; и т.д.; процесс осуществляют в среде микро-аэробного углерода, N2 используется в качестве защитного и разбавляющего газа, температура восстановления составляет от 650 до 700°С, время восстановления составляет от 40 до 50 мин, а значение рН предварительно осаждающей жидкости составляет от 11 до 12. По сравнению с химическим покрытием из меди и электролитическим покрытием углеродного волокна процесс медного покрытия, по предлагаемому изобретению, имеет следующие преимущества: поскольку для восстановления соли меди используется микро-аэробная углеродная атмосфера, две основные стадии сенсибилизации и активация перед меднением исключаются, а также уменьшается использование солей драгоценных металлов, таких как AgNO3 и PdCl2, снижаются затраты на эксперимент, а также упрощаются подготовительные операции. Согласно анализу XRD и EDS, большое количество меди прикрепляется к поверхности углеродного волокна после медного покрытия, достигая определенного коэффициента покрытия; и согласно результатам наблюдений SEM медь на поверхности углеродного волокна распределена на поверхности углеродного волокна в форме островков. Металлизация углеродного волокна медью осуществляется с целью увеличения теплопроводности.
CN 101718038 (МПК D06M 11/83; D06M 101/40 Опубликовано: 2010-06-02. PREPARATION METHOD OF HIGH-PERFORMANCE NICKEL-COATED CARBON FIBERS). Изобретение относится к способу получения высокоэффективных углеродных волокон с никелевым покрытием, включающему следующие стадии: во-первых, предварительную обработку поверхностного углеродного волокна, обжигание углеродного волокна с использованием муфельной печи, удаление слоя геля на поверхности углеродное волокно, а затем проводят обработку поверхностного огрубления; во-вторых, проведение сенсибилизированной обработки на углеродных волокнах после предварительной обработки с использованием сенсибилизирующего раствора, а затем проведение активации; и, в-третьих, в реакторе высокого давления, готовят высокоэффективные углеродные волокна с никелевым покрытием, применяя метод восстановления водородом под высоким давлением. Изобретение имеет преимущества простоты, низкой стоимости, короткого времени, высокой эффективности производства, удобного использования, снижения потребления энергии и экологичности, а полученное никелевое углеродное волокно обладает сильной связывающей силой никелевого слоя и углеродного волокна, равномерным и компактный слой никеля и благоприятный электромагнитный экранирующий эффект.
CN 103724930 (МПК C08K 3/04; C08K 7/06; C08K 9/02; C08L 61/06; C08L 63/00; C08L 79/04; D06M 11/83; D06M 101/40. Опубликовано: 2014-04-16. NICKEL COATING CARBON FIBER COMPOSITE MATERIAL AND PREPARATION METHOD THEREOF). Изобретение относится к композиту из углеродного волокна с никелевым покрытием и к способу его получения. Способ получения включает следующие этапы: предварительная обработка материала из углеродного волокна, нанесение никелевого покрытия толщиной от 1 нм до 5 нм на обработанный углеродный волокнистый материал путем химического осаждения; химического осаждения из паровой фазы или MOCVD (химическое осаждение металла из металл органического соединения в газовой фазе); замачивание покрытого никелем материала из углеродного волокна в полученную фенольную смолу, эпоксидную смолу, цианатную сложноэфирную смолу или бисмалеимидную смолу с образованием препрегов, правильное обрезание двух или более слоев препрегов, нанесение в форму и выполнение горячего прессования в горячем прессе под давлением 30-60 МПа. Способ получения использует процесс формования горячим прессованием и обладает высокой производительностью, низкой стоимостью и подходит для крупносерийного производства; Электромагнитные свойства композитного материала из углеродного волокна с нанесенным покрытием никеля заметно улучшается, сохраняя (но не улучшая) при этом прочностные характеристики и малую массу.
В китайском патенте CN 105200401 (МПК С23С 18/18; С23С 18/36; D06M 11/83; D06M 101/40 Опубликовано: 2015-12-30 CARBON FIBER SURFACE METALLIZATION METHOD) изобретение представляет собой способ металлизации углеродного волокна. Способ отличается тем, что углеродные волокна подвергаются активизации и применяется химическая технология нанесения двойного слоя никелевого покрытия. Данный способ включает в себя промывку углеродного волокна водой, обезжиривание углеродного волокна путем нагрева, промывку водой, придание углеродным волокнам шероховатости, нейтрализацию травления, обработку дисперсией углеродного волокна, первичное химическое никелирование, вторичное химическое никелевое покрытие, промывку водой из углеродного волокна, сушку горячим воздухом и проверку качества Водная промывка углеродного волокна использует деионизированную воду и проводится при 30-40°С в течение 10-20 мин; обезжиривание путем нагрева углеродного волокна осуществляется при 200-250°С; шероховатость обеспечивается обработкой 35% раствором азотной кислоты в течение 25 мин; покрытие металлом проводят из раствора, содержащего: 300-400 г / л сульфата никеля, 20-30 мл / л раствора HF, 30-50 г / л хлорида никеля, 10-15 мл / л гипофосфита натрия, значение рН 3,0-4,0, температура 40-50 градусов С, время первичного никелирования 2-3 мин и время вторичного никелирования 3-4 мин. Метод использует технологию двойного гальванического покрытия, Слой никелевого покрытия имеет стабильное качество и имеет хорошее сцепление с подложкой, а толщина слоя покрытия поверхности является однородной и может достигать 300 мкм.
Представленный в этом патенте способ химической металлизации углеродных волокон многостадийный, требует больших материальных и энергетических затрат, дорогостоящего оборудования и очень вреден с точки зрения влияния на окружающую среду и на человека. Кроме того, большие толщины (порядка 300 мкм) осаждаемых на волокнах пленок никеля с высокой степенью вероятности будут отслаиваться в ходе эксплуатации, а само модифицированное углеродное волокно достаточно токсично для человека. Согласно этому изобретению, авторы не предусматривают промывку и сушку углеродного волокна после его металлизации. В связи с этим данное волокно будет содержать в себе значительные концентрации токсичных и агрессивных веществ, содержащихся в растворе, представляющих угрозу для здоровья и жизни человека. Более того, даже интенсивная промывка волокна и сушка не гарантирует полную очистку волокон от указанных веществ, т.к. значительное количество их находится в порах волокон и их полное удаление промывкой затруднено. При этом качество и адгезия никелевых пленок к углеродному волокну не могут быть хорошими из-за наличия молекул растворителя, нарушающих сплошность никелевых покрытий.
Таким образом, общими недостатками всех этих изобретений в китайских патентах являются: многостадийность, что требует больших капитальных затрат на оборудование; токсичность; загрязнение окружающей среды и плохая адгезия получаемых покрытий.
Раскрытие изобретения
Предлагаемый способ изготовления композиционного материала находится на стыке способов плазмохимической обработки углеродных волокон и их металлизации. При этом задачей предлагаемого способа являлось высокопроизводительное и высокостабильное улучшение прочностных свойств (прочности при межслоевом сдвиге) композиционных материалов с углеродными волокнами, в отличие от изобретений в патентах Китая, где целью металлизации было улучшение тепло- и электропроводности углеродных волокон, а также их экранирующих свойств, но не улучшение прочностных свойств волокон.
Таким образом по задаче высокопроизводительного и высокостабильного улучшения именно прочностных свойств композиционных материалов с углеродными волокнами наиболее близким аналогом заявляемого способа следует признать технологию, описанную в диссертации А.Р. Гарифуллина «РЕГУЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСА СВОЙСТВ ТЕХНИЧЕСКОГО ТЕКСТИЛЯ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ».
По сравнению с этим наиболее близким аналогом предлагаемый способ имеет существенные преимущества, а именно: в отличие от близкой технологии в диссертации Гарифуллина с ее недостатками: низкой производительностью процесса (порядка 3 м/ч) и низкой стабильностью качества длинной углеродной ткани, предлагаемый способ дает существенно более высокие показатели, а именно: производительность в несколько десятков раз выше и вполне рентабельна, повышение качества композиционных материалов с длинными углеродными волокнами.
В заявленном способе типичное время металлизации составляет 60 секунд. Если принять длину зоны распыления 1 м, то скорость обработки материала составит 1 м/мин или 60 м/час (в 20 раз выше, чем в технологии в ближайшем аналоге). Время обработки 1000 м углеродной ткани составит 16,7 часа. Процесс вполне рентабельный.
Нестабильность во времени свойств, приобретенных углеродной тканью в результате плазмохимической обработки, отмечает в своей диссертации сам А.Р. Гариффуллин (см. автореферат, с. 9, таблица 2). В частности, для углеродных волокон марки Т300 капиллярность по отношению к эпоксидной клеевой композиции уменьшается на 4,4% после 90 суток выдержки при нормальных условиях, а для углеродных волокон марки UMT42 наблюдалось падение капиллярности более 10%. Известно, что указанная нестабильность связана с уменьшением на поверхности волокон неустойчивых кислородсодержащих функциональных групп -С-ОН и -С=O, образуемых в ходе обработки плазмой.
Заявляемый способ предполагает нанесение на поверхность углеродного волокна тонкой пленки весьма устойчивого химического соединения - нержавеющей стали. В связи с этим приобретаемые поверхностные свойства металлизированных углеродных волокон не изменяются во времени, и обработанная углеродная ткань может сохранять свои свойства неограниченно долго.
Выбор нержавеющей стали в качестве металлического покрытия углеродных волокон был связан, в первую очередь, с минимальным углом смачивания покрытия эпоксидной смолой, так как чем ниже угол смачивания, тем выше энергия взаимодействия эпоксидной смолы с металлическим слоем, что напрямую связано с прочностью склеивания смолы с покрытием.
Угол смачивания эпоксидной смолой (без отвердителя) пластинки, покрытой тонкой пленкой нержавеющей стали, составляет 39,2 градуса (среднее 4-х измерений). Это меньше, чем для аналогичных систем с напылением титана (43,6 градуса), меди (44,6 градуса), латуни (43,5 градуса), вольфрама (43,8 градуса), циркония (39,3 градуса), пермаллоя (43,1 градуса).
Таким образом предлагается способ изготовления композиционного материала на основе наполнителя из углеродных волокон и полимерного связующего, включающий предварительную плазмохимическую обработку наполнителя с последующей металлизацией нержавеющей сталью и нанесением полимерного связующего. Наполнитель металлизируют напылением тонкого слоя нержавеющей стали методом ионно-плазменного (магнетронного) распыления. Толщина тонкого слоя покрытия нержавеющей стали на углеродных волокнах изменяется в диапазоне от 50 до 100 нм (ее определяли на атомно-силовом микроскопе).
Магнетронное распыление проводят на установке магнетронного напыления с диаметром мишени 130 мм, позволяющей модифицировать образцы материала размером 210×297 мм, при следующих параметрах обработки: давление плазмообразующего газа (Ar) 1,3×10-3 -1,8×10-3 тор, ток разряда 2-4 А, время распыления 2-3 мин. В качестве плазмообразующего газа используется аргон.
Диапазон давлений плазмообразующего газа (Ar) определяется из следующих соображений: при давлениях ниже 1,3×10-3 тор плазма вокруг катода-мишени становится неустойчивой, что отрицательно сказывается на качестве покрытий. При давлениях аргона выше 1,8x10* тор осаждаемые пленки металла становятся рыхлыми, что существенно ухудшает их адгезию и качество металлических покрытий.
Ток разряда составляет 2-4 ампера. При меньшем токе ухудшается адгезия покрытия к подложке, а также уменьшается скорость напыления, которая прямо пропорциональна току разряда. Увеличение тока приводит к перегреву подложки, что ведет к ее порче или к существенному повышению газовыделений, что значительно ухудшает качество покрытий.
Время распыления составляет 2-3 минуты т.к. при данном токе разряда (2-4) ампера на подложке формируется пленка металла необходимой толщины. Уменьшение времени распыления приводит к тому, что на поверхности подложки формируется не сплошная пленка металла. Увеличение длительности распыления приводит к увеличению толщины металлического покрытия, что отрицательно сказывается на его адгезии к подложке, а также к увеличению внутренних напряжений в металлических пленках, что приводит к его отслаиванию.
Заявляемый способ свободен и от недостатков изобретений в китайских патентах и имеет большие сравнительные преимущества одностадийного процесса и может быть проведен на одной установке. Высокоэнергетичные ионы аргона, ускоренные электрическим полем магнетрона, с большой кинетической энергией бомбардируют катод-мишень из того или иного металла и выбивают из него частицы металла, вылетающие из мишени во всех направлениях и конденсирующиеся на любых поверхностях, в. т.ч. на поверхности тканей из углеродных волокон. Такие частицы также имеют большую кинетическую энергию, гарантирующую им хорошее сцепление с материалом. Достаточно высокий вакуум, при котором осуществляется процесс, дает возможность получать чистые и сплошные пленки нержавеющей стали на поверхностях модифицируемых материалов. Процесс экологически чистый, т.к. в нем не используются никакие химические материалы и нет никаких загрязняющих стоков. Получаемые модифицированные материалы также нетоксичны. Адгезия тонких пленок металла к подложкам очень высокая.
Осуществление изобретения
В примерах осуществления марка нержавеющей стали 12Х18Н10Т, а полимерным связующим является эпоксидная смола ЭД-20 с отвердителем диэтилентриамином.
Механические сравнительные испытания углеродных волокон и композиционного материала углепластика проводили двумя методами:
- испытывали элементарные нити на растяжение (данные таблицы 1);
- испытывали углепластики на межслоевой сдвиг (данные таблиц 2,3).
Для проведения механических испытаний элементарных нитей из образцов углеродных лент вручную выдергивались элементарные нити (филаменты). Испытания элементарных нитей проводили на разрывной машине фирмы Textechno марки Favimat +. Особенностью данного оборудования являлась очень высокая точность установки образцов и возможность, наряду с их механической прочностью, удлинением и модулем, также определять диаметр и другие характеристики элементарной нити.
В таблице 1 приведены средние значения различных характеристик элементарных нитей. Испытания проводили как до, так и после нанесения на углеродную ленту тонкого слоя нержавеющей стали.
Показатели нитей с покрытием нержавеющей сталью улучшились от 7 до 25%.
Для проведения испытаний на межслоевой сдвиг использовали метод короткой балки по ГОСТ 32659-2014. Испытания образцов на межслоевой сдвиг проводили на универсальной испытательной машине Zwick//Roell (Германия).
Пример 1. Образцы отечественной углеродной ленты ЛУП (ГОСТ 28006-88 Лента углеродная конструкционная) обрабатывали в низкотемпературной (температура образца была близкая к комнатной) плазме воздуха при давлении 50 Па, токе разряда 0, 45 А, напряжении на электродах 700 В в течение 2 мин.
Затем на обе стороны образцов наносили тонкий слой нержавеющей стали (слой покрытия нержавеющей стали от 50 до 100 мкм) путем магнетронного распыления мишени из нержавеющей стали 12Х18Н10Т в течение 2-х минут при токе разряда 2А и давлении аргона в реакторе 1,3×10-3 тор. После этого изготавливали композиционный материал путем пропитки образцов углеродной ленты эпоксидной смолой ЭД-20 с отвердителем диэтилентриамином. Результаты испытаний образцов (данные по 5 образцам) на межслоевой сдвиг представлены в таблице 2.
В среднем показатель межслоевого сдвига ЛУП с плазмой и металлизацией волокон нержавеющей сталью улучшился приблизительно на 30%.
Пример 2. Образцы углеродной ленты Fibra (полное название FibArm Таре-230/300, ТУ 1916-018-61664530-2013) обрабатывали в низкотемпературной (температура образца была близкая к комнатной) плазме воздуха при давлении 50 Па, токе разряда 0, 45 А, напряжении на электродах 700 В в течение 3 мин.
Затем на обе стороны образцов наносили тонкий слой нержавеющей стали (слой покрытия нержавеющей стали от 50 до 100 мкм) путем магнетронного распыления мишени из нержавеющей стали 12Х18Н10Т в течение 3-х минут при токе разряда 4 А и давлении аргона в реакторе 1,8×10-3 тор. После этого изготавливали композиционный материал путем пропитки образцов углеродной ленты эпоксидной смолой ЭД-20 с отвердителем диэтилентриамином. Результаты испытаний образцов (данные по 5 образцам) на межслоевой сдвиг представлены в таблице 3.
В среднем показатель межслоевого сдвига Fibra с плазмой и металлизацией волокон нержавеющей сталью также улучшился приблизительно на 30%.
И по сравнению с ближайшим аналогом в диссертации А.Р. Гарифуллина «РЕГУЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСА СВОЙСТВ ТЕХНИЧЕСКОГО ТЕКСТИЛЯ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ» также очень существенно улучшились показатели производительности (до 20 раз выше) и повышения качества композиционных материалов с длинными углеродными волокнами.
Claims (2)
1. Способ изготовления композиционного материала на основе наполнителя из углеродных волокон и полимерного связующего, включающий предварительную плазмохимическую обработку наполнителя с последующим нанесением полимерного связующего, отличающийся тем, что после плазмохимической обработки и перед нанесением полимерного связующего наполнитель металлизируют напылением слоя нержавеющей стали толщиной 50-100 нм методом ионно-плазменного (магнетронного) распыления; при этом магнетронное распыление проводят при следующих рациональных параметрах обработки: давление плазмообразующего газа (аргона Ar) 1,3×10-3-1,8×10-3 тор, ток разряда 2-4 А, время распыления 2-3 мин.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что марка нержавеющей стали 12Х18Н10Т, а полимерным связующим является эпоксидная смола ЭД-20 с отвердителем диэтилентриамином.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018120213A RU2698809C1 (ru) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Способ изготовления композиционного материала на основе углеродных волокон |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018120213A RU2698809C1 (ru) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Способ изготовления композиционного материала на основе углеродных волокон |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2698809C1 true RU2698809C1 (ru) | 2019-08-30 |
Family
ID=67851646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018120213A RU2698809C1 (ru) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Способ изготовления композиционного материала на основе углеродных волокон |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2698809C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2743565C1 (ru) * | 2019-12-31 | 2021-02-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ повышения прочности на разрыв волокнистых композитов с помощью упрочнения межфазной границы матрица-наполнитель углеволокон функционализированными углеродными нанотрубками |
| RU2743566C1 (ru) * | 2019-12-31 | 2021-02-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ повышения прочности на разрыв волокнистых композитов с помощью предварительной модификации углеволокон углеродными нанотрубками и молекулами, содержащими аминогруппы |
| CN115490987A (zh) * | 2022-09-18 | 2022-12-20 | 西北工业大学 | 端氨基超支化聚合物改性碳布增强树脂基摩擦材料及制备方法 |
| RU2804329C1 (ru) * | 2022-07-04 | 2023-09-28 | ФГБОУ ВО "Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна" | Способ получения углеродного волокнистого электропроводящего материала и материал на его основе |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2080427C1 (ru) * | 1994-06-06 | 1997-05-27 | Бондаренко Владимир Михайлович | Способ поверхностной обработки волокнистых материалов на основе углеродного волокна |
| CN101718038A (zh) * | 2009-11-13 | 2010-06-02 | 张发饶 | 高性能镀镍碳纤维的制备方法 |
| RU2475463C1 (ru) * | 2011-11-23 | 2013-02-20 | Закрытое акционерное общество "ГрАВИОНИКС-К" (ЗАО "ГрАВИОНИКС-К") | Способ модифицирования поверхности неорганического волокна, модифицированное волокно и композиционный материал |
| CN103724930A (zh) * | 2013-05-28 | 2014-04-16 | 太仓派欧技术咨询服务有限公司 | 一种含镍涂层碳纤维复合材料及其制备方法 |
| RU2523483C1 (ru) * | 2012-12-21 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Способ упрочнения углеродного волокна |
| CN104975278A (zh) * | 2015-07-02 | 2015-10-14 | 甘肃郝氏炭纤维有限公司 | 碳纤维表面热还原金属化镀铜工艺 |
| CN105200401A (zh) * | 2015-10-29 | 2015-12-30 | 无锡桥阳机械制造有限公司 | 一种碳纤维表面金属化方法 |
| CN106436287A (zh) * | 2016-09-28 | 2017-02-22 | 天津工业大学 | 一种在碳纤维表面沉积金属的方法 |
| EP3279374A1 (en) * | 2015-03-31 | 2018-02-07 | Toho Tenax Co., Ltd. | Carbon fiber and method for producing carbon fiber |
-
2018
- 2018-05-31 RU RU2018120213A patent/RU2698809C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2080427C1 (ru) * | 1994-06-06 | 1997-05-27 | Бондаренко Владимир Михайлович | Способ поверхностной обработки волокнистых материалов на основе углеродного волокна |
| CN101718038A (zh) * | 2009-11-13 | 2010-06-02 | 张发饶 | 高性能镀镍碳纤维的制备方法 |
| RU2475463C1 (ru) * | 2011-11-23 | 2013-02-20 | Закрытое акционерное общество "ГрАВИОНИКС-К" (ЗАО "ГрАВИОНИКС-К") | Способ модифицирования поверхности неорганического волокна, модифицированное волокно и композиционный материал |
| RU2523483C1 (ru) * | 2012-12-21 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Способ упрочнения углеродного волокна |
| CN103724930A (zh) * | 2013-05-28 | 2014-04-16 | 太仓派欧技术咨询服务有限公司 | 一种含镍涂层碳纤维复合材料及其制备方法 |
| EP3279374A1 (en) * | 2015-03-31 | 2018-02-07 | Toho Tenax Co., Ltd. | Carbon fiber and method for producing carbon fiber |
| CN104975278A (zh) * | 2015-07-02 | 2015-10-14 | 甘肃郝氏炭纤维有限公司 | 碳纤维表面热还原金属化镀铜工艺 |
| CN105200401A (zh) * | 2015-10-29 | 2015-12-30 | 无锡桥阳机械制造有限公司 | 一种碳纤维表面金属化方法 |
| CN106436287A (zh) * | 2016-09-28 | 2017-02-22 | 天津工业大学 | 一种在碳纤维表面沉积金属的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| O.K.ALEXEEVA, V.N. FATEEV, Application of the magnetron sputtering for nanostructured electrocatalysts synthesis, Int. J. of Hydrogen Energy, 2016, v. 41. * |
| ГАРИФУЛЛИН А.Р. Регулирование комплекса свойств технического текстиля из углеродных волокон для производства композиционных материалов. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Казань, 2017, с. 30, 31, 39, 40, 47, 48. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2743565C1 (ru) * | 2019-12-31 | 2021-02-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ повышения прочности на разрыв волокнистых композитов с помощью упрочнения межфазной границы матрица-наполнитель углеволокон функционализированными углеродными нанотрубками |
| RU2743566C1 (ru) * | 2019-12-31 | 2021-02-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ повышения прочности на разрыв волокнистых композитов с помощью предварительной модификации углеволокон углеродными нанотрубками и молекулами, содержащими аминогруппы |
| RU2804329C1 (ru) * | 2022-07-04 | 2023-09-28 | ФГБОУ ВО "Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна" | Способ получения углеродного волокнистого электропроводящего материала и материал на его основе |
| CN115490987A (zh) * | 2022-09-18 | 2022-12-20 | 西北工业大学 | 端氨基超支化聚合物改性碳布增强树脂基摩擦材料及制备方法 |
| CN115490987B (zh) * | 2022-09-18 | 2024-01-16 | 西北工业大学 | 端氨基超支化聚合物改性碳布增强树脂基摩擦材料及制备方法 |
| RU2830494C1 (ru) * | 2024-04-22 | 2024-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" (ТвГТУ) | Способ получения покрытия из железа на углеродном волокне для композиционных материалов триботехнического назначения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2698809C1 (ru) | Способ изготовления композиционного материала на основе углеродных волокон | |
| Eyckens et al. | Improving the effects of plasma polymerization on carbon fiber using a surface modification pretreatment | |
| Wang et al. | Preparation of PET/Ag hybrid fibers via a biomimetic surface functionalization method | |
| Yao et al. | Interfacial adhesion properties of carbon fiber/polycarbonate composites by using a single-filament fragmentation test | |
| Fang et al. | Enhanced adhesion and anticorrosion of silk fibroin coated biodegradable Mg-Zn-Ca alloy via a two-step plasma activation | |
| CN1481448A (zh) | 在聚合物表面镀金属膜的方法 | |
| JP2013049819A (ja) | 表面改質フッ素樹脂フィルムの製造方法及び表面改質フッ素樹脂フィルム | |
| Shahidi et al. | Comparison between oxygen and nitrogen plasma treatment on adhesion properties and antibacterial activity of metal coated polypropylene fabrics | |
| Hong et al. | Air-plasma surface modification of epoxy resin substrate to improve electroless copper plating of printed circuit board | |
| US7955697B2 (en) | Adhesive bond and method for the production thereof | |
| KR20210052648A (ko) | 탄소섬유-그래핀 복합체 제조장치 및 이의 제조방법 | |
| CN1705148A (zh) | 一种锂离子电池负极材料的改性方法 | |
| KR101423169B1 (ko) | 전자파 차폐막의 제조방법 | |
| Ren et al. | Preparation of CF/PEEK composites with high mechanical performance using PEEK derivatives as the sizing agent | |
| Tengsuwan et al. | Supercritical carbon dioxide-assisted electroless nickel plating on polypropylene—The effect of copolymer blend morphology on metal–polymer adhesion | |
| TWI717869B (zh) | 一種丙烯醯胺奈米塗層及其製備方法 | |
| Zhang et al. | Influence of carbon fibers on interfacial bonding properties of copper-coated carbon fibers | |
| Fatema et al. | Iodine-aided palladium-free catalyzation process for durable electroless nickel plating on Kevlar® fiber | |
| Psarski et al. | Hydrophobic and superhydrophobic surfaces fabricated by plasma polymerization of perfluorohexane, perfluoro (2-methylpent-2-ene), and perfluoro (4-methylpent-2-ene) | |
| CN114934387A (zh) | 一种高导热碳纤维和连续化制备方法 | |
| CN1400354A (zh) | 织物表面金属化处理的方法 | |
| JPH11140626A (ja) | トリアジンジチオ−ル誘導体の被膜生成方法ならびに被膜成分の重合方法 | |
| Yang et al. | Improved amine functionalization of carbon fiber surfaces by O2 plasma activation treatment | |
| Guo et al. | Nickel-catalyzed deposition of Cu film on PET fabric with supercritical fluid | |
| Hage et al. | Modification of the carbon fiber surface with a copper coating for composite materials with epoxy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200601 |