RU2708583C1 - Способ получения высокопрочного композиционного материала на основе термопластичного полимера, модификатор для приготовления композиционного материала и способ получения модификатора для приготовления композиционного материала (варианты) - Google Patents

Способ получения высокопрочного композиционного материала на основе термопластичного полимера, модификатор для приготовления композиционного материала и способ получения модификатора для приготовления композиционного материала (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2708583C1
RU2708583C1 RU2019111174A RU2019111174A RU2708583C1 RU 2708583 C1 RU2708583 C1 RU 2708583C1 RU 2019111174 A RU2019111174 A RU 2019111174A RU 2019111174 A RU2019111174 A RU 2019111174A RU 2708583 C1 RU2708583 C1 RU 2708583C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dispersion
modifier
composite material
caprolactam
carbon nanotubes
Prior art date
Application number
RU2019111174A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Рудольфович Предтеченский
Владимир Оскарович Сайк
Александр Евгеньевич Безродный
Сергей Николаевич Смирнов
Михаил Сергеевич Галков
Тимофей Дмитриевич Верховод
Original Assignee
МСД Текнолоджис С.а.р.л.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by МСД Текнолоджис С.а.р.л. filed Critical МСД Текнолоджис С.а.р.л.
Priority to RU2019111174A priority Critical patent/RU2708583C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2708583C1 publication Critical patent/RU2708583C1/ru
Priority to EP20788647.4A priority patent/EP3954726A4/en
Priority to CN202080026591.3A priority patent/CN113677743A/zh
Priority to US17/425,433 priority patent/US20220098392A1/en
Priority to PCT/RU2020/000144 priority patent/WO2020209755A1/ru
Priority to JP2021560042A priority patent/JP7320072B2/ja
Priority to KR1020217036734A priority patent/KR20210153088A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/002—Methods
    • B29B7/007—Methods for continuous mixing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
    • B29B7/58—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/72—Measuring, controlling or regulating
    • B29B7/726—Measuring properties of mixture, e.g. temperature or density
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/88—Adding charges, i.e. additives
    • B29B7/90—Fillers or reinforcements, e.g. fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/12—Making granules characterised by structure or composition
    • B29B9/14—Making granules characterised by structure or composition fibre-reinforced
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • 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
    • C08G69/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/08—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from amino-carboxylic acids
    • C08G69/14—Lactams
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12—Powdering or granulating
    • C08J3/16—Powdering or granulating by coagulating dispersions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • C08J3/203—Solid polymers with solid and/or liquid additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • C08J3/22—Compounding polymers with additives, e.g. colouring using masterbatch techniques
    • C08J3/226—Compounding polymers with additives, e.g. colouring using masterbatch techniques using a polymer as a carrier
    • 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
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/041—Carbon nanotubes
    • 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
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/34—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring
    • C08K5/3412—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having one nitrogen atom in the ring
    • 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
    • C08K7/06—Elements
    • 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
    • C08K7/10—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
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/14—Glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06—Polyethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/12—Polypropene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L69/00—Compositions of polycarbonates; Compositions of derivatives of polycarbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L77/00—Compositions of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L77/02—Polyamides derived from omega-amino carboxylic acids or from lactams thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
    • B29B7/34—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
    • B29B7/38—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary
    • B29B7/46—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with more than one shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/86—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations for working at sub- or superatmospheric pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/02—Making granules by dividing preformed material
    • B29B9/06—Making granules by dividing preformed material in the form of filamentary material, e.g. combined with extrusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08J2323/06—Polyethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08J2323/12—Polypropene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2369/00—Characterised by the use of polycarbonates; Derivatives of polycarbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2377/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2377/02—Polyamides derived from omega-amino carboxylic acids or from lactams thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2377/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2377/06—Polyamides derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2469/00—Characterised by the use of polycarbonates; Derivatives of polycarbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2477/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2477/02—Polyamides derived from omega-amino carboxylic acids or from lactams thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2477/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2477/06—Polyamides derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • 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
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives

Abstract

Изобретение относится к технологиям получения модификатора для приготовления композиционных материалов на основе термопластичных полимеров, содержащих в своем составе углеродные, стеклянные или базальтовые волокна и углеродные нанотрубки (варианты), а также к способам получения его, и к получению композиционного материала, содержащего полученный модификатор. По одному варианту модификатор получают путем смешения термопластичного полимера (7-15 масс. %) с растворителем (70-94 масс. %) и солями щелочных металлов (3-15 масс. %) до полного растворения полимера. Далее в смесь добавляют нанотрубки в количестве до 5 масс. %. В полученную дисперсию при перемешивании вводят коагулянт. Дисперсию фильтруют, осадок промывают и сушат. По другим вариантам готовят модификатор для композиционного материала на основе полиамида. Нанотрубки смешивают с капролактамом. Дисперсию нагревают, возможно обрабатывают ультразвуком, добавляют катализатор полимеризации капролактама, возможно активатор полимеризации, нагревают и высушивают. Для получения композиционного материала термопластичный материал смешивают с волокнами и модификатором, содержащим углеродные нанотрубки в количестве от 5 до 33 масс. %. Изобретение решает задачу создания композиционного материала повышенной прочности. 6 н. и 38 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

Description

Изобретение относится к технологиям получения композиционных материалов на основе термопластичных полимеров, содержащих в своем составе углеродные, стеклянные или базальтовые волокна (далее «волокна») и углеродные нанотрубки (далее «УНТ»). Изобретение может использоваться в различных отраслях, где требуется повышенная прочность композиционного материала при снижении веса изделия, в том числе аэрокосмической, авиационной, автомобильной промышленности, в машиностроении, медицине, при изготовлении спортивных изделий, а также в тех применениях, где композитный материал должен быть электропроводящим.
Для улучшения физико-механических свойств термопластичных полимеров используют различные наполнители и добавки, в том числе, добавки на основе углерода. Известны способы получения композиционного материала из термопластичных полимеров с добавлением углеродных волокон. [Заявка США №US 9249295 В2, МПК: C08L 63/04, C08J 5/06]. Однако, композиционные материалы на основе термопластичных полимеров, содержащие только углеродное волокно, обладают рядом недостатков. Одним из существенных недостатков таких композитов является низкая адгезия между углеродными волокнами и полимерной матрицей. Это снижает величину максимально достижимой прочности композиционного материала на основе термопластичного полимера, что ограничивает возможность его применения.
Также особого внимания заслуживают композиционные материалы на основе термопластичных полимеров, содержащие в качестве упрочняющей добавки УНТ, поскольку, благодаря своим уникальным физико-механическим свойствам, УНТ считаются одним из наиболее перспективных наполнителей для улучшения прочностных характеристик термопластичных полимеров. Кроме того, добавка УНТ позволяет придать композитным материалам свойство электропроводности.
Известен способ получения композиционного материала на основе термопластичного полимера, в основе которого лежит химическое взаимодействие полимера и модифицированных углеродных нанотрубок, где количество углеродных нанотрубок в составе композиционного материала составляет 0,1-5 масс. %, а полимер получают непосредственно в реакторе синтеза из мономера в результате реакции полимеризации [Патент США №6426134, МПК C08J 3/20]. Недостатком данного способа является сложная технология изготовления композиционного материала, обусловленная необходимостью модифицирования углеродных нанотрубок и проведения реакции полимеризации в реакторе, не позволяющая использовать стандартное оборудование, предназначенное для работы с термопластичными материалами.
Известен способ получения композиционного материала, включающий смешивание гранул полиамида-6 (далее ПА-6) с углеродными нанотрубками и углеродными или базальтовыми волокнами, которое производят с использованием двушнекового экструдера, а готовые образцы композиционного материала получают при помощи литья под давлением [Synergistic effects of carbon nanotubes on the mechanical properties of basalt and carbon fiber-reinforced polyamide 6 hybrid composites. Jozsef Szakacs and Laszlo Meszaros. Journal of thermoplastic composite materials 2018, vol. 3]. Этот способ принят за прототип изобретения. Одним из недостатков прототипа является невозможность достижения максимального упрочнения композиционного материала, так как прочность композиционных материалов зависит от того, насколько хорошо распределены УНТ в матрице, однако УНТ имеют высокую тенденцию к агрегации, что не позволяет получить дисперсию нанотрубок хорошего качества. Интенсивное перемешивание для уменьшения агрегации в этом случае неприменимо, поскольку известно, что применение экструдеров с интенсивным перемешиванием приводит к повреждению углеродного волокна и, как следствие, к снижению прочности композиционного материала.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания способа получения композиционного материала повышенной прочности, что достигается за счет введения в материал предварительно произведенного качественного концентрата углеродных нанотрубок в полимере (модификатора). Синергетический эффект, оказываемый за счет введения в композиционный материал волокон и модификатора, содержащего УНТ, позволяет получить высокопрочный композиционный материал, который также является электропроводящим.
Поставленная задача решается тем, что предлагается способ получения высокопрочного композиционного материала на основе термопластичного полимера (полиамида или поликарбоната), включающий смешивание полимера с волокнами и УНТ. УНТ вводят в полимер в составе модификатора, содержащего полимер и УНТ. Концентрация УНТ в модификаторе составляет от 5 до 33 масс. %. Концентрация волокон композиционном материале составляет не более 70 масс. %. Волокна могут быть углеродные, базальтовые или стеклянные. Смешивание полимера с волокнами и модификатором, содержащим УНТ, производят на экструдере. Преимущественно используют одностенные УНТ (далее «ОУНТ»). Для приготовления модификатора используют ОУНТ, выпускаемые под торговой маркой Tuball. Основные свойства ОУНТ Tuball: содержание углерода - более 85 масс. %, ОУНТ - более 75 масс. %, длина - более 5 мкм, внешний средний диаметр УНТ - 1,6±0,5 нм, отношение интенсивностей G и D-моды при возбуждении на длине волны 532 нм - более 100, содержание металлических примесей - менее 15 масс. %, удельная площадь поверхности - более 500 м2/г.
Поставленная задача решается также тем, что предлагается модификатор для получения композиционного материала на основе термополастичного полимера, содержащий термопластичный полимер и углеродные нанотрубки, причем, содержание нанотрубок в модификаторе составляет от 5 до 33 масс. %.
Содержащиеся в модификаторе углеродные нанотрубки преимущественно одностенные, по меньшей мере один термопластичный полимер выбран из ряда: полиамид или поликарбонат.
Модификатор для приготовления высокопрочного композиционного материала на основе полиамида может быть получен несколькими различными способами.
Вариант 1. Растворный способ получения модификатора на основе термопластичного полимера заключается в смешивании термопластичного полимера и солей металлов или кислот, позволяющих уменьшать водородные связи полимера в полярном растворителе. Обычно концентрация полимера составляет 3-15 масс. % по отношению к суммарной массе, и концентрация солей/кислот 3-15 масс. %. Смешивание производят до полного растворения полимера, куда добавляют УНТ в количестве до 5 масс. % включительно, в дисперсию при перемешивании вводят коагулянт и фильтруют, а отфильтрованный осадок промывают и сушат. Термопластичным полимером является полиамид. Полярным растворителем может быть спирт, N-метилпироллидон, или диметилацетамид.
Концентрация растворителя составляет 70-94%. Последние два растворителя являются наиболее эффективными. Среди солей, хлорид лития или хлорид кальция дают лучшие результаты. Коагулянтом может быть вода или чистый этиловый спирт. Для получения хорошей дисперсии УНТ могут быть использованы: высокоскоростной механический диспергатор, ультразвуковой диспергатор, микрофлюидный процессор, высокооборотный смеситель или трехвалковая мельница. Фильтрация может быть осуществлена на мембранном фильтре с размером пор 5-100 микрон. Остатки воды в фильтрате удаляют вакуумированием после измельчения и прогревом в сушильном шкафу и/или на ротационном испарителе.
Такой же способ получения модификатора может быть применен практически без изменений для других полиамидов, таких как, например, полуароматические полифталамид (РРА) и MXD-6.
Вариант 2. Модификатор для приготовления высокопрочного композиционного материала на основе полиамида-6 (ПА-6) можно также получить способом анионной полимеризации. Данный способ заключается в том, что УНТ смешивают с расплавленным капролактамом, полученную дисперсию нагревают и обрабатывают ультразвуковым диспергатором, микрофлюидным процессором, или высокооборотным смесителем для повышения качества дисперсии. Нагревание дисперсии производят при перемешивании и температуре 80-120°С в условиях отсутствия влаги, которые могут быть достигнуты непрерывным продуванием сухим азотом или любым иным сухим инертным газом. Концентрация УНТ в дисперсии при данном способе составляет до 1 масс. % включительно. В дисперсию добавляют катализатор, которым могут служить щелочные металлы, гидриды щелочных металлов, их оксиды или гидрокисиды, или их соединения с капролактамом. Концентрация катализатора в рабочей смеси полимерной цепи составляет от 0,1 до 10 масс. % включительно. Полимеризация инициируется повышением температуры и активатором, концентрацией которого в рабочей смеси можно контролировать длину полимерной цепи; концентрация может варьироваться в диапазоне от 0,1 до 10 масс. % включительно, более предпочтительно от 0,1 до 1 масс. % включительно. В качестве активатора могут быть использованы изоционаты или диизоционаты или их термически активируемые аналоги. Полимеризация обычно производится при температуре в диапазоне от 120°С до 180°С в течение времени, не превышающего тридцати минут.
Вариант 3. Модификатор для приготовления высокопрочного композиционного материала на основе ПА-6 можно также получить способом гидролитической полимеризации. В данном способе получения модификатора, катализатором полимеризации капролактама является вода, что требует гораздо более высокой температуры и соответственно большого давления. В этом варианте капролактам смешивают с УНТ. Концентрация УНТ в дисперсии при данном способе составляет до 1 масс. % включительно. Полученную дисперсию нагревают до температуры от 100 до 120°С и обрабатывают ее ультразвуком. Нагревание дисперсии и обработку ее ультразвуком производят при непрерывном продувании сухим азотом и перемешивании. Затем дисперсию фильтруют с образованием концентрата и добавляют в нее катализатор полимеризации капролактама, которым служит вода. Воду добавляют в количестве от 1 до 10 масс. % включительно. Для приготовления дисперсии могут использовать ультразвуковой диспергатор или микрофлюидный процессор, или высокооборотный смеситель. Дисперсию подвергают фильтрации через мембранный фильтр с размером пор от 2 до 100 мкм. Для ускорения фильтрации используют вакуумный насос и колбу Бунзена. Фильтрацию проводят в электрической печи при температуре не менее 100°С. Полимеризацию капролактама проводят при температуре 260°С. Высушивание концентрата производят в вакуумном шкафу при температуре 60°С.
Вариант 4. Модификатор для приготовления высокопрочного композиционного материала на основе ПА-6, полученный способом гидролитической полимеризации.
В этом варианте, измельченный капролактам смешивают с УНТ в количестве до 10% включительно, до получения однородной смеси и нагревают до полного расплавления капролактама в бескислордной атмосфере. Горячую смесь обрабатывают на трехвалковой мельнице с предварительно нагретыми валами до достижения требуемого качества дисперсии. После охлаждения и измельчения на мельнице к порошку, непрерывно перемешивая для обеспечения равномерного смачивания, добавляют до 10 масс. % воды.
Материал полимеризуют в замкнутой герметичной емкости при температуре около 260°С в течение времени от 10 до 20 часов включительно. Полученный материал подвергают сушке.
Пример 1
1) Приготовление модификатора на основе полиамида.
Для приготовления модификатора 50 г LiCl смешивают с 50 г ПА-6 и 233 мл NMP. Концентрация ПА-6 составляет 15% по отношению к суммарной массе. После этого смесь при температуре 70°С размешивают на мешалке до полного растворения ПА в течение 6 часов. Полученный раствор заливают в высокоскоростной механический диспергатор IKA UltraTurrax Т50, добавляют 5,5 г ОУНТ (1,62%) и диспергируют раствор с плотностью энергии 2 кВт*ч/л. Затем к полученной дисперсии при перемешивании добавляют 300 мл дистиллированной воды. Смесь оставляют на 24 часа до полного прохождения коагуляции. После коагуляции полученную смесь переливают в фильтровальную воронку (размер пор фильтра 20 микрон) и фильтруют с дополнительной промывкой до полного удаления NMP и LiCl из раствора. После фильтрации полученный материал высушивают в сушильном шкафу при температуре 80°С до влажности 50%. Затем досушивают материал в ротационном испарителе при температуре 110°С и давлении 100 мбар во избежание окисления материала на воздухе. После чего крошат в порошок с помощью измельчителя (мельницы), затем осуществляют финальную сушку в вакуумном шкафу для полного удаления влаги из материала. Температура сушки 120°С в течение 10 часов.
Таким образом, получают концентрат ОУНТ в полиамиде с концентрацией ОУНТ - 10 масс. % и концентрацией ПА - 90 масс. %, который далее используют в качестве модификатора. Модификатор имеет порошкообразную форму.
При необходимости, осуществляют расплавление композиционного материала в экструдере с последующим получением гранул для дальнейшего использования на термопласт-автоматах.
2) Получение высокопрочного композиционного материала на основе полиамида.
10 г полученного модификатора смешивают с 20 г углеродных волокон и 170 г полимера ПА-6 на двушнековом экструдере. Получают гранулы композиционного материала. Затем готовят изделия (образцы для испытаний) способом литья под давлением.
Приготовленная полимерная композиция имеет следующий состав: полимер ПА-6 - 89,5%, ОУНТ - 0,5%, углеродные волокна - 10%. Прочность образцов на разрыв составила 140 МПа.
Электрическое сопротивление образцов составило 100 Ом*см.
3) Получение высокопрочного композиционного материала на основе полиэтилена.
5 г полученного модификатора на основе ПА смешивают с 10 г стекловолокон и 185 г полимера полиэтилен (ПЭ) на двушнековом экструдере. Получают гранулы композиционного материала. Затем готовят стандартные образцы при помощи литья под давлением.
Приготовленная полимерная композиция имеет следующий состав: полимер ПЭ - 92,5%, ОУНТ - 0,25%, ПА - 2,25%, стекловолокно - 5%. Прочность образцов на разрыв составила 50 МПа.
Электрическое сопротивление образцов составило 107 Ом*см.
4) Получение высокопрочного композиционного материала на основе полипропилена.
15 г полученного модификатора на основе ПА смешивают с 35 г базальтовых волокон и 150 г полимера полипропилен (ПП) на двушнековом экструдере. Получают гранулы композиционного материала. Затем готовят стандартные образцы способом литья под давлением.
Приготовленная полимерная композиция имеет следующий состав: полимер ПП - 75%, ОУНТ - 0,75%, ПА - 6,75%, базальтовые волокна - 17,5%. Прочность образцов на разрыв составила 73 МПа.
Электрическое сопротивление образцов составило 106 Ом*см.
Пример 2
1) Приготовление модификатора на основе поликарбоната (ПК).
Для приготовления модификатора 50 г ПК смешивают с 300 мл NMP. Концентрация ПК составляет 16,7% по отношению к суммарной массе. После этого смесь при температуре 70°С размешивают на мешалке до полного растворения ПК в течение 6 часов. Полученный раствор заливают в высокоскоростной механический диспергатор IKA Ultra Turrax Т50, добавляют 3 г ОУНТ Tuball и диспергируют Tuball с плотностью энергии 2 кВт*ч/л.
Затем к полученной дисперсии при перемешивании добавляют 300 мл дистиллированной воды. Смесь оставляют на 24 часа до полного прохождения коагуляции. После коагуляции полученную смесь переливают в фильтровальную воронку (размер пор фильтра 20 микрон) и фильтруют с дополнительной промывкой до полного удаления NMP из раствора. После фильтрации полученный материал высушивают в сушильном шкафу при температуре 80°С до влажности 50%. Затем досушивают материал в ротационном испарителе при температуре 110°С и давлении 100 мбар во избежание окисления материала на воздухе. После чего крошат в порошок с помощью измельчителя (мельницы). Затем осуществляют финальную сушку в вакуумном шкафу для полного удаления влаги из материала. Температура сушки - 120°С в течении 10 ч.
Таким образом, получают композиционный материал с ОУНТ в поликарбонате с концентрацией ОУНТ - 16,7 масс. % и концентрацией ПК - 83,3 масс %, который далее используют в качестве модификатора. Модификатор имеет порошкообразную форму.
При необходимости осуществляют расплавление композиционного материала в экструдере с последующим получением гранул для дальнейшего использования на термопласт-автоматах.
2) Получение высокопрочного композиционного материала на основе ПК.
20 г полученного модификатора смешивают с 20 г углеродных волокон и 160 г полимера ПК на двушнековом экструдере. Получают гранулы композиционного материала. Затем готовят стандартные образцы при помощи литья под давлением.
Приготовленная полимерная композиция имеет следующий состав: полимер ПК - 88,33%, ОУНТ - 1,67%, углеродные волокна - 10%. Прочность образцов на разрыв составила 64 МПа.
Удельное электрическое сопротивление образцов составило 104 Ом*см.
Пример 3
1) Приготовление модификатора.
Для получения дисперсии, 4,2 г ОУНТ Tuball (1,04%) помещают в стакан с 40 г капролактама и нагревают на плитке до температуры 120°С при непрерывном продувании сухим азотом и перемешивании при помощи магнитной мешалки. Перемешивание продолжают в течение 1 часа для удаления влаги из капролактама. Затем смесь обрабатывают ультразвуком (УЗ) при мощности 240 Вт в течение 10 минут с продувкой сухим азотом и перемешиванием. В полученную дисперсию последовательно добавляют 1,2 г катализатора С10 (производства
Figure 00000001
Germany), затем 0,8 г активатора С20Р. Полученную смесь перемешивают в течение 1 минуты, затем температуру повышают до 150°С. Это приводит к началу полимеризации капролактама, которая обычно заканчивается за 15 минут.
Таким образом, получают концентрат ОУНТ в полиамиде с концентрацией ОУНТ - 10 масс. % и концентрацией ПА-6 - 90 масс %, который далее используют в качестве модификатора. Модификатор имеет порошкообразную форму.
Полученный порошок хранят в герметичной таре в атмосфере азота. При необходимости осуществляют расплавление композиционного материала в экструдере с последующим получением гранул для дальнейшего использования на термопласт автоматах.
2) Получение высокопрочного композиционного материала на основе полиамида.
• 10 г полученного модификатора смешивают с 323 г полимера ПА-6 при помощи двухшнекового экструдера. Приготовленная полимерная композиция имеет следующий состав: полимер ПА-6 - 99,7%, ОУНТ - 0,3%. Полимерная композиция представляет собой гранулы, из которых готовят стандартные образцы при помощи литья под давлением.
Измерение прочности на изгиб показывает, что модуль упругости увеличился до 4,5 ГПа, а прочность составила 164 МПа, что выше, чем значения для чистого полимера ПА-6, для которого соответствующие величины составляют 2,8 ГПа и 150 МПа. Полученные значения приведены в Таблице 1.
• 10 г полученного модификатора смешивают с 290 г полимера ПА-6 и 33,3 г короткого углеволокна при помощи двухшнекового экструдера. Приготовленная полимерная композиция имеет следующий состав: полимер ПА-6 - 89,7%), УВ - 10%) и УНТ - 0,3%. Затем готовят стандартные образцы при помощи литья под давлением. Измерение прочности на изгиб показывает, что модуль упругости увеличился до 9.5 ГПа, а прочность составила 201 МПа, что выше, чем значения для чистого полимера ПА-6.
• 2 г полученного модификатора смешивают с 30 г углеродных волокон и 68 г полимера ПА-6 на двухшнековом экструдере. Получают гранулы композиционного материала. Затем готовят стандартные образцы при помощи литья под давлением. Приготовленная полимерная композиция имеет следующий состав: полимер ПА-6 - 69,8%, УНТ - 0,2%, УВ - 30%. Прочность образцов на изгиб составила 585 МПа, а модуль упругости - 33 ГПа. Для сравнения, аналогичный композиционный материал, содержащий 30% УВ, но не содержащий УНТ, показал модуль упругости 30 ГПа и прочность на изгиб - 450 МПа. Результаты представлены в Таблице 1.
Удельное электрическое сопротивление материала составило 0,1 Ом*см.
Пример 4
1) Приготовление модификатора
Для получения дисперсии, 1 г ОУНТ Tuball (1%) помещают в стакан с 99 г капролактама и нагревают на плитке до температуры 100-120°С при непрерывном продувании сухим азотом и перемешивании при помощи магнитной мешалки. Перемешивание продолжают в течение 1 часа для удаления влаги из капролактама. Затем смесь обрабатывают ультразвуком (УЗ) при мощности 240 Вт в течение 10 минут с продувкой сухим азотом и перемешиванием. Полученную дисперсию подвергают фильтрации через мембранный фильтр с размером пор 2 мкм. Для ускорения процесса фильтрации используют вакуумный насос и колбу Бунзена объемом 1 л. Для поддержания температуры дисперсии фильтрацию проводят в электрической печи с температурой не менее 100°С. При начальной массе дисперсии 100 г масса капролактама, прошедшего через фильтр составляет 97 г. Масса концентрата, оставшегося на фильтре, составляет 3 г, концентрация нанотрубок в концентрате составляет 33,3%. В указанный концентрат добавляют 0,3 г воды в качестве катализатора. Полимеризацию капролактама производят при температуре 260°С в течение 6 часов, с последующим высушиванием его в вакуумном шкафу при температуре 60°С.
Таким образом, получают концентрат ОУНТ в полиамиде с концентрацией углеродных нанотрубок - 33 масс. % и концентрацией ПА-6 - 67 масс %, который далее используют в качестве модификатора. Модификатор имеет порошкообразную форму.
2) Получение высокопрочного композиционного материала на основе полиамида.
Для получение высокопрочного композиционного материала на основе полиамида 10 г полученного модификатора смешивают с 20 г полимера ПА-6 и 3,3 г УВ на двухшнековом экструдере. Получают гранулы композиционного материала. Затем готовят стандартные образцы при помощи литья под давлением. Приготовленная полимерная композиция имеет следующий состав: полимер ПА-6 - 80%, УНТ - 10%, УВ - 10%
При добавлении 10% УНТ прочность образцов на разрыв составила 160 МПа. Это в 1,6 раза превосходило прочность на разрыв для образцов из ПА-6 с 10% УВ, но без нанотрубок.
Удельное электрическое сопротивление материала составило 1 Ом*см.
Пример 5
1) Приготовление модификатора.
Для получения дисперсии 4 г ОУНТ Tuball (10%), 40 г капролактама и 4 г воды (10%) смешивают при помощи трехвалковой мельницы Exakt. Для получения дисперсии нанотрубок совершают 110 прогонов. Полученную дисперсию в капролактаме подвергают полимеризации в реакторе при температуре 260°С в течение 12 часов. Полученный материал извлекают после охлаждения реактора до комнатной температуры и подвергают сушке в вакуумной печи при температуре 60°С в течение часа.
Таким образом, получают концентрат ОУНТ в полиамиде с концентрацией ОУНТ - 10 масс. % и концентрацией ПА-6 - 90 масс %, который далее используют в качестве модификатора. Модификатор имеет порошкообразную форму.
2) Получение высокопрочного композиционного материала на основе полиамида.
Для получения композиционного материала на основе термопластичного полимера и полученного модификатора 1 г модификатора смешивают с 20 г углеродных волокон и 179 г полимера ПА-6 на двухшнековом экструдере. Получают гранулы композиционного материала. Затем готовят стандартные образцы при помощи литья под давлением.
Состав композиционного полученного материала: ОУНТ - 0,5%, углеродные волокна - 10%, ПА-6 - 89,5%. Прочность образцов на разрыв составила 162 МПа.
Удельное электрическое сопротивление материала составило 2 Ом*см.
Figure 00000002

Claims (46)

1. Способ получения модификатора для приготовления композиционного материала на основе термопластичного полимера, отличающийся тем, что термопластичный полимер смешивают с растворителем и солями щелочных металлов при соотношении компонентов (масс. %):
термопластичный полимер от 3 до 15 растворитель от 70 до 94 соли металлов от 3 до 15
до полного растворения полимера, после чего в смесь при перемешивании добавляют углеродные нанотрубки в количестве до 5 масс. % включительно, с получением дисперсии, в которую при дальнейшем перемешивании вводят коагулянт, затем полученную дисперсию фильтруют, а отфильтрованный осадок промывают и сушат.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что растворитель выбран из ряда: спирт, или N-метилпироллидон, или диметилацетамид.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что солью щелочных металлов является хлорид лития или хлорид кальция.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки являются одностенными.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дисперсию углеродных нанотрубок получают с помощью высокоскоростного механического диспергатора, или ультразвукового диспергатора, или микрофлюидного процессора, или высокооборотного смесителя, или трехвалковой мельницы.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коагулянтом является вода или этиловый спирт.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фильтрацию дисперсии осуществляют на мембранном фильтре с размером пор от 5 до 100 микрон включительно.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сушку отфильтрованного осадка осуществляют в сушильном шкафу, с последующим досушиванием на ротационном испарителе.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отфильтрованный осадок перемалывают с помощью измельчителя и дополнительно вакуумируют.
10. Способ получения модификатора для приготовления композиционного материала на основе полиамида, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки смешивают с капролактамом таким образом, чтобы их содержание в смеси составляло до 1 масс. % включительно, полученную дисперсию нагревают до температуры от 80 до 120°С включительно и обрабатывают ультразвуком, добавляют катализатор полимеризации капролактама и активатор полимеризации капролактама, затем полученную дисперсию нагревают и высушивают.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки являются одностенными.
12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что катализатор полимеризации капролактама выбран из ряда: щелочные металлы, гидриды щелочных металлов, или их оксиды, или гидрокисиды, или их соединения с капролактамом.
13. Способ по п. 10, отличающийся тем, что катализатор полимеризации капролактама добавляют в дисперсию в количестве от 0,1 до 10 масс. % включительно.
14. Способ по п. 10, отличающийся тем, что активатором полимеризации капролактама является вещество из ряда: изоционаты или диизоционаты.
15. Способ по п. 10, отличающийся тем, что активатор полимеризации капролактама добавляют в дисперсию в количестве от 0,01 до 10 масс. % включительно.
16. Способ по п. 10, отличающийся тем, что нагревание дисперсии производят при непрерывном продувании ее сухим азотом и перемешивании.
17. Способ по п. 10, отличающийся тем, что обработку дисперсии ультразвуком производят при непрерывном продувании ее сухим азотом и перемешивании.
18. Способ по п. 10, отличающийся тем, что дисперсию получают с помощью ультразвукового диспергатора, или микрофлюидного процессора, или высокооборотного смесителя.
19. Способ получения модификатора для приготовления композиционного материала на основе полиамида, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки смешивают с капролактамом таким образом, чтобы их содержание в полученной смеси составляло до 1 масс. % включительно, полученную дисперсию нагревают до температуры от 100 до 120°С включительно и обрабатывают ее ультразвуком, после чего фильтруют с образованием концентрата, далее добавляют катализатор полимеризации капролактама, затем полученную дисперсию нагревают и высушивают.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки являются одностенными.
21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что нагревание дисперсии производят при ее непрерывном продувании сухим азотом и перемешивании.
22. Способ по п. 19, отличающийся тем, что обработку дисперсии ультразвуком производят при непрерывном продувании ее сухим азотом и перемешивании.
23. Способ по п. 19, отличающийся тем, что дисперсию получают с помощью ультразвукового диспергатора, или микрофлюидного процессора, или высокооборотного смесителя.
24. Способ по п. 19, отличающийся тем, что катализатор полимеризации капролактама добавляют в дисперсию в количестве от 1 до 10 масс. % включительно.
25. Способ по п. 19, отличающийся тем, что катализатором полимеризации капролактама является вода.
26. Способ по п. 19, отличающийся тем, что дисперсию подвергают фильтрации через мембранный фильтр с размером пор от 2 до 100 мкм включительно.
27. Способ по п. 19, отличающийся тем, что при фильтрации используют вакуумный насос и колбу Бунзена.
28. Способ по п. 19, отличающийся тем, что фильтрацию дисперсии проводят в электрической печи при температуре не менее 100°С.
29. Способ по п. 19, отличающийся тем, что высушивание концентрата осуществляют в вакуумном шкафу.
30. Способ получения модификатора для приготовления композиционного материала на основе полиамида, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки смешивают при помощи трехвалковой мельницы с капролактамом, таким образом, чтобы содержание углеродных нанотрубок в полученной смеси составляло до 10 масс. % включительно, в полученную дисперсию добавляют катализатор полимеризации капролактама, проводят полимеризацию в реакторе при температуре около 260°С, затем полученный материал извлекают и высушивают.
31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки являются одностенными.
32. Способ по п. 30, отличающийся тем, что катализатор полимеризации капролактама добавляют в дисперсию в количестве не более 10 масс. %.
33. Способ по п. 30, отличающийся тем, что катализатором полимеризации капролактама является вода.
34. Модификатор для приготовления композиционного материала на основе термополастичного полимера, отличающийся тем, что он получен по любому из пп. 1-9, или пп. 10-18, или пп. 19-29, или пп. 30-33 и содержит термопластичный полимер и углеродные нанотрубки при количестве последних 5-33 масс. %.
35. Модификатор по п. 34, отличающийся тем, что по меньшей мере один термопластичный полимер выбран из ряда: полиамид или поликарбонат.
36. Модификатор по п. 34, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки являются одностенными.
37. Способ получения композиционного материала на основе термопластичного полимера, включающий смешивание названного полимера с волокнами и углеродными нанотрубками, отличающийся тем, что термопластичный полимер смешивают с нанотрубками, входящими в состав модификатора по любому из пп. 34-36, который содержит термопластичный полимер и углеродные нанотрубки при количестве последних 5-33 масс. %.
38. Способ по п. 37, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки являются одностенными.
39. Способ по п. 37, отличающийся тем, что по меньшей мере один термопластичный полимер выбран из ряда: полиамид, полипропилен, полиэтилен или поликарбонат.
40. Способ по п. 37, отличающийся тем, что композиционный материал содержит до 70 масс. % включительно волокон.
41. Способ по п. 37, отличающийся тем, что волокна являются углеродными.
42. Способ по п. 37, отличающийся тем, что волокна являются базальтовыми.
43. Способ по п. 37, отличающийся тем, что волокна являются стеклянными.
44. Способ по п. 37, отличающийся тем, что смешивание полимера с волокнами и модификатором осуществляют с помощью экструдера.
RU2019111174A 2019-04-12 2019-04-12 Способ получения высокопрочного композиционного материала на основе термопластичного полимера, модификатор для приготовления композиционного материала и способ получения модификатора для приготовления композиционного материала (варианты) RU2708583C1 (ru)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111174A RU2708583C1 (ru) 2019-04-12 2019-04-12 Способ получения высокопрочного композиционного материала на основе термопластичного полимера, модификатор для приготовления композиционного материала и способ получения модификатора для приготовления композиционного материала (варианты)
EP20788647.4A EP3954726A4 (en) 2019-04-12 2020-03-17 PROCESS FOR THE PREPARATION OF A MODIFIER FOR THE PRODUCTION OF A COMPOSITE MATERIAL BASED ON A THERMOPLASTIC POLYMER
CN202080026591.3A CN113677743A (zh) 2019-04-12 2020-03-17 以热塑性聚合物为基体的复合材料的改性剂的生产方法
US17/425,433 US20220098392A1 (en) 2019-04-12 2020-03-17 Method for producing a modifier for preparing a composite material based on a thermoplastic polymer
PCT/RU2020/000144 WO2020209755A1 (ru) 2019-04-12 2020-03-17 Способ получения модификатора для приготовления композиционного материала на основе термопластичного полимера
JP2021560042A JP7320072B2 (ja) 2019-04-12 2020-03-17 熱可塑性ポリマーを使用した複合材料を製造するための改質剤を取得する方法
KR1020217036734A KR20210153088A (ko) 2019-04-12 2020-03-17 열가소성 중합체를 기반으로 하는 복합 재료를 제조하기 위한 개질제의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111174A RU2708583C1 (ru) 2019-04-12 2019-04-12 Способ получения высокопрочного композиционного материала на основе термопластичного полимера, модификатор для приготовления композиционного материала и способ получения модификатора для приготовления композиционного материала (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2708583C1 true RU2708583C1 (ru) 2019-12-09

Family

ID=68836647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111174A RU2708583C1 (ru) 2019-04-12 2019-04-12 Способ получения высокопрочного композиционного материала на основе термопластичного полимера, модификатор для приготовления композиционного материала и способ получения модификатора для приготовления композиционного материала (варианты)

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220098392A1 (ru)
EP (1) EP3954726A4 (ru)
JP (1) JP7320072B2 (ru)
KR (1) KR20210153088A (ru)
CN (1) CN113677743A (ru)
RU (1) RU2708583C1 (ru)
WO (1) WO2020209755A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6426134B1 (en) * 1998-06-30 2002-07-30 E. I. Du Pont De Nemours And Company Single-wall carbon nanotube-polymer composites
RU2468918C1 (ru) * 2011-05-23 2012-12-10 Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) Композиционный армированный материал и способ его получения
RU2011130445A (ru) * 2011-07-22 2013-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ Способ получения полимерного концентрата с нанодобавками
RU2490204C1 (ru) * 2011-12-19 2013-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) Способ получения композиций на основе углеродных нанотрубок и полиолефинов
RU2654948C2 (ru) * 2016-11-21 2018-05-23 МСД Текнолоджис С.а.р.л. Композиционный материал на основе термопластичного полимера и способ его получения

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1176142C (zh) * 2002-03-14 2004-11-17 四川大学 聚合物/碳纳米管复合粉体及其固相剪切分散的制备方法
US7354988B2 (en) * 2003-08-12 2008-04-08 General Electric Company Electrically conductive compositions and method of manufacture thereof
FR2921391B1 (fr) * 2007-09-24 2010-08-13 Arkema France Procede de preparation de materiaux composites
CN101469130B (zh) * 2007-12-28 2011-09-21 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 一种原位浇铸尼龙/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法
CN101747620B (zh) * 2008-12-04 2011-11-09 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 原位增容浇铸尼龙/碳纳米管纳米复合材料的制备方法
JP5275882B2 (ja) * 2009-04-08 2013-08-28 株式会社イノアック技術研究所 複合材料
FR2946177B1 (fr) * 2009-05-27 2011-05-27 Arkema France Procede de fabrication de fibres composites conductrices a haute teneur en nanotubes.
CN101928457B (zh) * 2010-05-18 2012-07-04 赵明久 一种碳基纳米浇铸尼龙复合材料及其原位聚合制备方法
CN102532870A (zh) * 2010-12-14 2012-07-04 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料及其制备方法
KR101295699B1 (ko) * 2011-06-24 2013-08-14 금오공과대학교 산학협력단 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체와 그 제조방법
WO2013051404A1 (ja) 2011-10-04 2013-04-11 東レ株式会社 炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物、成形材料、プリプレグ、およびそれらの製造方法
CN102604079B (zh) * 2012-03-15 2013-07-24 田蔚冰 纳米塑料合金材料及其制备方法以及水机纳米塑料合金零部件及其制造方法
CN102924910B (zh) 2012-11-16 2014-04-30 华东理工大学 一种高性能玻璃纤维增强聚酰胺导电复合材料的制备方法
CN105315456B (zh) * 2015-08-03 2017-08-25 杭州师范大学 一种碳纳米管原位改性聚内酰胺复合材料及其制备方法与应用
CN106167554A (zh) * 2016-06-30 2016-11-30 嘉兴市高正高分子材料有限公司 一种pa/碳纳米管导电母粒
CN106519668B (zh) * 2016-10-18 2019-01-29 常州大学 一种导电聚酰胺酰亚胺复合材料的制备方法
JP6911440B2 (ja) * 2017-03-24 2021-07-28 宇部興産株式会社 ポリアミド複合材料の製造方法
CN107828133A (zh) * 2017-12-28 2018-03-23 安徽宏实光机电高科有限公司 一种碳纳米管‑二氧化钛填充改性的耐磨抗老化型复合材料及其制备方法
CN109181287A (zh) * 2018-08-29 2019-01-11 厦门巧亿科技有限公司 一种石墨烯高导热增强塑料及制备方法
CN109438973A (zh) * 2018-09-25 2019-03-08 朱强 一种聚酰胺母料及制备方法与用其改性的塑料及制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6426134B1 (en) * 1998-06-30 2002-07-30 E. I. Du Pont De Nemours And Company Single-wall carbon nanotube-polymer composites
RU2468918C1 (ru) * 2011-05-23 2012-12-10 Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) Композиционный армированный материал и способ его получения
RU2011130445A (ru) * 2011-07-22 2013-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ Способ получения полимерного концентрата с нанодобавками
RU2490204C1 (ru) * 2011-12-19 2013-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) Способ получения композиций на основе углеродных нанотрубок и полиолефинов
RU2654948C2 (ru) * 2016-11-21 2018-05-23 МСД Текнолоджис С.а.р.л. Композиционный материал на основе термопластичного полимера и способ его получения

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Synergistic effects of carbon nanotubes on the mechanical properties of basalt and carbon fiber-reinforced polyamide 6 hybrid composites. Jozsef Szakacs and Laszlo Meszaros. Journal of thermoplastic composite materials 2018, vol. 3. *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3954726A4 (en) 2023-04-26
US20220098392A1 (en) 2022-03-31
KR20210153088A (ko) 2021-12-16
CN113677743A (zh) 2021-11-19
WO2020209755A1 (ru) 2020-10-15
JP7320072B2 (ja) 2023-08-02
WO2020209755A8 (ru) 2021-09-30
EP3954726A1 (en) 2022-02-16
JP2022528262A (ja) 2022-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lim et al. Improved strength and toughness of polyketone composites using extremely small amount of polyamide 6 grafted graphene oxides
Jin et al. A review of the preparation and properties of carbon nanotubes-reinforced polymer compositess
Liu et al. Simultaneous catalyzing and reinforcing effects of imidazole-functionalized graphene in anhydride-cured epoxies
JP5695675B2 (ja) ポリイミド粉体及びポリイミド溶液並びにポリイミド粉体の製造方法
CN1934180A (zh) 包含ppta和纳米管的复合材料
CN107513162A (zh) 一种石墨烯/尼龙6纳米复合材料的制备方法
KR102574040B1 (ko) 셀룰로오스 나노물질을 갖는 합성 개질된 열가소성 고분자 복합체
CN113861459B (zh) 一种螺旋纳米碳纤维增强橡胶复合材料及其制备方法
CN112980182A (zh) COFs/尼龙6复合材料及其制备方法
Ren et al. Blocked isocyanate silane modified Al 2 O 3/polyamide 6 thermally conductive and electrical insulation composites with outstanding mechanical properties
KR101984207B1 (ko) 폴리케톤-탄소필러 복합체 및 이의 제조방법
RU2708583C1 (ru) Способ получения высокопрочного композиционного материала на основе термопластичного полимера, модификатор для приготовления композиционного материала и способ получения модификатора для приготовления композиционного материала (варианты)
KR101637632B1 (ko) 나일론 복합체 및 이의 제조방법
CN111995774B (zh) 一种耐磨聚酰胺酰亚胺模塑粉的制备方法
CN110713711A (zh) 一种尼龙11/石墨烯/空心玻璃微珠复合材料及其制备方法和应用
Lee et al. Biodegradable aliphatic polyester-poly (epichlorohydrin) blend/organoclay nanocomposites; synthesis and rheological characterization
JP5585162B2 (ja) 電磁波シールド性ポリアミド樹脂組成物及びその成形品
CN115433458A (zh) 石墨烯/碳纤维增强尼龙66组合物及其制备方法
JP4240948B2 (ja) ポリアミド樹脂組成物の製造方法
Park et al. Surface modification of carbon nanotubes for high-performance polymer composites
CN114479065B (zh) 阻燃复合材料及其制备方法、电子设备
Liu et al. Preparation of polyimide/MWCNT nanocomposites via solid state shearing pulverization (S3P) processing
KR20190043763A (ko) 고분자-하이브리드 탄소필러 복합체 및 이의 제조방법
JPS604011A (ja) ポリアミド樹脂複合材ペレツトの製造方法
KR102140890B1 (ko) 폴리에틸렌 글리콜 기능화된 산화 그래핀을 혼입한 폴리락트산 조성물, 이의 제조방법 및 이를 기반으로 한 바이오하이브리드 소재