RU2793762C1 - Method for obtaining finished carbon fibre and polyesterimide composite material - Google Patents

Method for obtaining finished carbon fibre and polyesterimide composite material Download PDF

Info

Publication number
RU2793762C1
RU2793762C1 RU2022103794A RU2022103794A RU2793762C1 RU 2793762 C1 RU2793762 C1 RU 2793762C1 RU 2022103794 A RU2022103794 A RU 2022103794A RU 2022103794 A RU2022103794 A RU 2022103794A RU 2793762 C1 RU2793762 C1 RU 2793762C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon fiber
sizing
composite material
polyesterimide
isopropanol
Prior art date
Application number
RU2022103794A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ауес Ахмедович Беев
Светлана Юрьевна Хаширова
Джульетта Анатольевна Беева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2793762C1 publication Critical patent/RU2793762C1/en

Links

Abstract

FIELD: carbon fibres.
SUBSTANCE: products manufactured using additive techniques. The method for obtaining dressed carbon fibres includes applying a dressing composition from a solution followed by drying. The dressing composition contains p-toluylenediamine in isopropanol. A polyetherimide composite material is also proposed.
EFFECT: improving the rheological properties of a polyesterimide composite material containing a dressed carbon fibre.
2 cl, 1 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к способу получения аппретированных углеродных волокон и полимерным композиционным материалам с неорганическими, в частности, углеродными волокнами в качестве наполнителей, и может быть использовано для производства конструкционных изделий специального назначения в аддитивных технологиях.The invention relates to a method for producing finished carbon fibers and polymer composite materials with inorganic, in particular, carbon fibers as fillers, and can be used for the production of special-purpose structural products in additive technologies.

Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик полиэфиримидных углеволокнистых композиционных материалов является аппретирование поверхности углеродного волокна, позволяющего модифицировать структуру межфазного слоя и увеличить межмолекулярные адгезионные взаимодействия на границе раздела фаз полимер-наполнитель.One of the ways to improve the performance characteristics of polyetherimide carbon fiber composite materials is to finish the carbon fiber surface, which makes it possible to modify the structure of the interfacial layer and increase intermolecular adhesive interactions at the polymer-filler interface.

Аппреты - вещества, влияющие на структуру, свойства и протяженность межфазного слоя, который многократно увеличивает площадь контакта волокнистого наполнителя со связующим. Для производства конструкционных полимерных композиционных материалов с заданными эксплуатационными характеристиками необходимо целенаправленно подбирать аппретирующий состав для армирующего волокна с учетом вязкости связующего, его молекулярной массы, физико-химических свойств, размеров и структуры пор в наполнителе. Таким образом, разработка аппретирующих составов для получения полимерных композиционных материалов на основе суперконструкционных термопластов позволит повысить механические, теплостойкие, а также эксплуатационные свойства материала, что приведет к увеличению срока службы изделий.Couplings are substances that affect the structure, properties and length of the interfacial layer, which greatly increases the contact area of the fibrous filler with the binder. For the production of structural polymer composite materials with desired performance characteristics, it is necessary to purposefully select a sizing composition for a reinforcing fiber, taking into account the viscosity of the binder, its molecular weight, physicochemical properties, sizes and structure of pores in the filler. Thus, the development of sizing compositions for the production of polymer composite materials based on superstructural thermoplastics will improve the mechanical, heat-resistant, and operational properties of the material, which will lead to an increase in the service life of products.

Из уровня техники известны различные виды аппретирующих добавок, используемых при создании полимерного композиционного материала. Так патент на изобретение RU 2057767 описывает полимерный композиционный материал, включающий в себя полисульфоновую матрицу и углеродные волокна, причем углеродные волокна содержат на поверхности в качестве аппретирующего слоя сополимер, состоящий из звеньев метакриловой кислоты, диэтиленгликоля и бензосульфокислоты в молярном соотношении от 49,5:49,5:1 до 49: 49:2 в количестве 0,52 - 5,0% от массы волокна при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродные армирующие волокна, содержащие сополимер, 25 - 75; полисульфоновая матрица остальное. Как утверждают авторы изобретения, использование в качестве аппретирующего слоя указанного сополимера позволяет в 1,8 - 2,2 раза повысить межслоевую прочность при сдвиге полисульфоновых углепластиков. Основным недостатком предлагаемого решения является использование водной среды для нанесения на углеродную ленту смеси мономеров. Так как углеродные волокна и ленты являются гидрофобными, добиться равномерного распределения водного раствора смеси мономеров сложно. В результате полимеризации также возможна неполная конверсия мономеров, что может привести к образованию и выделению воды на других этапах получения полимерного композита, что приведет к образованию пор и снижению прочностных характеристик. Наличие в водной среде бензолсульфокислоты может также приводить к накоплению ионов, что может ухудшить диэлектрические свойства.From the prior art, various types of sizing additives are known that are used in the creation of a polymer composite material. So the patent for the invention RU 2057767 describes a polymer composite material, including a polysulfone matrix and carbon fibers, and the carbon fibers contain on the surface as a sizing layer a copolymer consisting of units of methacrylic acid, diethylene glycol and benzosulfonic acid in a molar ratio of 49.5:49 ,5:1 to 49: 49:2 in the amount of 0.52 - 5.0% by weight of the fiber in the following ratio, wt.%: carbon reinforcing fibers containing a copolymer, 25 - 75; polysulfone matrix rest. According to the authors of the invention, the use of said copolymer as a sizing layer makes it possible to increase the interlaminar shear strength of polysulfone carbon plastics by a factor of 1.8 - 2.2. The main disadvantage of the proposed solution is the use of an aqueous medium for applying a mixture of monomers to a carbon tape. Since carbon fibers and tapes are hydrophobic, it is difficult to achieve a uniform distribution of an aqueous solution of a mixture of monomers. As a result of polymerization, incomplete conversion of monomers is also possible, which can lead to the formation and release of water at other stages of obtaining a polymer composite, which will lead to the formation of pores and a decrease in strength characteristics. The presence of benzenesulfonic acid in an aqueous medium can also lead to the accumulation of ions, which can worsen the dielectric properties.

Известны полимерные композиции по патенту РФ № 2201423, полученные на основе полимерного связующего (аппрет) и стеклоткани или углеродного наполнителя. Предварительно получают связующее - олигомер путем взаимодействия тетранитрила ароматической тетракарбоновой кислоты и ароматического бис-о-цианамина при температуре 170-180°С. Связующее получают в порошкообразном виде. Основным недостатком приведенного решения является сложность процесса синтеза связующего. Неполная степень превращения мономеров во время синтеза может привести к выделению побочных низкомолекулярных продуктов реакции при совмещении связующего с наполнителем при повышенной температуре, а, следовательно, к образованию пустот в композиционном материале, что будет приводить к ухудшению прочностных характеристик материала. Кроме того, порошкообразные аппреты могут недостаточно равномерно покрывать поверхность наполнителя.Known polymer compositions according to the patent of the Russian Federation No. 2201423, obtained on the basis of a polymer binder (sizing) and fiberglass or carbon filler. Previously, a binder - oligomer is obtained by reacting aromatic tetracarboxylic acid tetranitrile and aromatic bis-o-cyanamine at a temperature of 170-180°C. The binder is obtained in powder form. The main disadvantage of the above solution is the complexity of the binder synthesis process. An incomplete degree of conversion of monomers during synthesis can lead to the release of side low-molecular reaction products when the binder is combined with the filler at an elevated temperature, and, consequently, to the formation of voids in the composite material, which will lead to a deterioration in the strength characteristics of the material. In addition, powdered finishes may not cover the surface of the filler evenly enough.

Известны полиэфиримидные композиты по патенту США № 4049613. Для увеличения смачиваемости углеродного волокна полимерной матрицей, в патенте предлагается выдерживать наполнитель в горячей азотной кислоте в течение трех суток, что в технологическом и экономическом плане невыгодны.Polyetherimide composites are known according to US patent No. 4049613. To increase the wettability of carbon fiber by a polymer matrix, the patent proposes to keep the filler in hot nitric acid for three days, which is technologically and economically disadvantageous.

В следующей работе - по патенту РФ № 2054015 «Способ аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика», предложено смешение с растворителем блоксополимера, состоящего из звеньев бисметакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокси-триэтиленгликольфталата, пропитку углеродного наполнителя с последующей сушкой для удаления растворителя и полимеризации пленки аппрета на волокне, отличающийся тем, что смешение осуществляют в воде с одновременным воздействием ультразвукового излучения при частоте от 15 до 44 кГц и длительности воздействия от 5 до 14 минут.In the following work - according to the patent of the Russian Federation No. 2054015 "Method of sizing carbon fiber for the production of polysulfone carbon fiber", it is proposed to mix with a solvent a block copolymer consisting of units of bismethacryloyloxydiethylene glycol phthalate and bismethacryloyloxy-triethylene glycol phthalate, impregnation of the carbon filler, followed by drying to remove the solvent and polymerization of the sizing film on the fiber , characterized in that the mixing is carried out in water with simultaneous exposure to ultrasonic radiation at a frequency of 15 to 44 kHz and an exposure time of 5 to 14 minutes.

Недостатками способа являются использование водных растворов блоксополимеров для смачивания гидрофобных поверхностей углеродного волокна и необходимость дальнейшей полимеризации на поверхности наполнителя. Следствием может быть неравномерное смачивание наполнителя, а, следовательно, ухудшение свойств получаемого углепластика.The disadvantages of this method are the use of aqueous solutions of block copolymers for wetting hydrophobic surfaces of carbon fiber and the need for further polymerization on the surface of the filler. The result may be uneven wetting of the filler, and, consequently, the deterioration of the properties of the resulting carbon fiber.

Наиболее близким аналогом выступает способ аппретирования углеродного волокна по патенту РФ № 2712612 «Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиционные материалы на их основе». Недостатком решения можно считать не совсем высокие значения реологических свойств композиционных материалов.The closest analogue is the method of finishing carbon fiber according to RF patent No. 2712612 "Method of obtaining finished carbon fibers and composite materials based on them." The disadvantage of the solution can be considered not quite high values of the rheological properties of composite materials.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения аппретированных углеродных волокон и получении полиэфиримидного композиционного материала (КМ) с улучшенными реологическими свойствами на основе матричного полимера полиэфиримида (ПЭИ), армированного аппретированным углеродным волокном (углеволокном, УВ) в качестве наполнителя.The objective of the present invention is to develop a method for producing finished carbon fibers and obtaining a polyesterimide composite material (CM) with improved rheological properties based on a polyesterimide (PEI) matrix polymer reinforced with a finished carbon fiber (carbon fiber, CF) as a filler.

Поставленная задача достигается тем, что полиэфиримидный композиционный материал, армированный углеродным наполнителем, получается предварительной обработкой углеродного волокна аппретирующим компонентом - п-толуилендиамином (п-ТДА). При этом берут следующие соотношения (масс. %) компонентов в наполнителе:This task is achieved in that the polyesterimide composite material reinforced with carbon filler is obtained by pre-treatment of carbon fiber with a sizing component - p-toluenediamine (p-TDA). In this case, the following ratios (wt. %) of the components in the filler are taken:

углеродное волокноcarbon fiber 99,5÷9799.5÷97 п-толуилендиамином (п-ТДА)p-toluenediamine (p-TDA) 0,5÷3,00.5÷3.0

Количество аппретированного углеродного волокна в композиционном материале соответствует 20 масс. %. Обработка таким аппретирующим составом повышает смачиваемость углеродного волокна полиэфиримидом, позволяет многократно проводить при необходимости термообработку получаемого изделия без изменения свойств аппретирующего состава.The amount of finished carbon fiber in the composite material corresponds to 20 wt. %. Treatment with such a sizing composition increases the wettability of the carbon fiber with polyesterimide, and allows repeated, if necessary, heat treatment of the resulting product without changing the properties of the sizing composition.

Аппретированные волокна по настоящему изобретению получают путем обработки углеродных волокон аппретирующим компонентом - раствором п-толуилендиамина в изопропаноле, с последующей отгонкой растворителя. Композиционные материалы получают путем предварительного смешения полимерной матрицы - полиэфиримида приведенной ниже формулы и аппретированного углеволокна с использованием высокоскоростного гомогенизатора Multi function disintegrator VLM-40B. Затем полимерная смесь подвергается экструзии с использованием лабораторного двухшнекового экструдера с тремя зонами нагрева при температурных режимах переработки 200°С, 315°С, 355°С. Использованы углеродное волокно марки RK-306 (IFI Technical Production) и полиэфиримид (ПЭИ) марки ULTEM-1010, являющийся продуктом поликонденсации 1,3-диаминобензола и диангидрида 2,2'-бис[4(3,4-дикарбоксифенокси)фенил]-пропана формулы:Finished fibers according to the present invention are obtained by treating carbon fibers with a sizing component - a solution of p-toluylenediamine in isopropanol, followed by distillation of the solvent. Composite materials are obtained by pre-mixing the polymer matrix - polyesterimide of the following formula and finished carbon fiber using a high-speed homogenizer Multi function disintegrator VLM-40B. Then the polymer mixture is extruded using a laboratory twin-screw extruder with three heating zones at processing temperatures of 200°C, 315°C, 355°C. Used carbon fiber brand RK-306 (IFI Technical Production) and polyetherimide (PEI) brand ULTEM-1010, which is a polycondensation product of 1,3-diaminobenzene and dianhydride 2,2'-bis[4(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]- propane formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

с приведенной вязкостью 0,62 дл/г, измеренной для 0,5 масс. %-го раствора в хлороформе, и изопропанол марки «ХЧ».with a reduced viscosity of 0.62 dl/g, measured for 0.5 wt. % solution in chloroform, and isopropanol brand "HCh".

Ниже представлены примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон с использованием аппретирующего компонента, причем аппрет наносят из растворов с массовыми концентрациями 0,11-0,57 масс. % в органическом растворителе.Below are examples illustrating a method for obtaining sizing carbon fibers using a sizing component, and the sizing is applied from solutions with mass concentrations of 0.11-0.57 wt. % in an organic solvent.

Пример 1. Получение аппретированного УВ с 0,5 масс. % п-ТДА. Example 1. Obtaining finished CF with 0.5 wt. % p-TDA.

В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, системой подачи газообразного азота и прямым холодильником, помещают 24,875 г (99,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,125 г (0,5 масс. %) п-ТДА в 165 мл изопропанола (0,1 масс. %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 20 минут при температуре 20°С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку изопропанола по режиму: 45°С - 12 мин.; 55°С - 12 мин.; 65°С - 12 мин.; 70°С - 15 мин.; 75°С - 15 мин, 83°С - 20 мин.24.875 g (99.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a nitrogen gas supply system and a direct condenser, and a solution obtained by dissolving 0.125 g (0.5 wt.%) p -TDA in 165 ml of isopropanol (0.1 wt.% solution). Include a stirrer, nitrogen supply, and incubated for 20 minutes at a temperature of 20°C. After that, the contents of the flask are heated and isopropanol is distilled off according to the regime: 45°C - 12 minutes; 55°С - 12 min.; 65°С - 12 min.; 70°С - 15 min.; 75°С - 15 min, 83°С - 20 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 85-86°С 2 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 85-86°C for 2 hours.

Пример 2. Получение аппретированного УВ с 1 масс. % п-ТДА. Example 2. Obtaining finished CF with 1 wt. % p-TDA.

В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, системой подачи газообразного азота и прямым холодильником, помещают 24,75 г (99 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,25 г (1 масс. %) п-ТДА в 165 мл изопропанола (0,19 масс. %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 20 минут при температуре 20°С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку изопропанола по режиму: 45°С - 12 мин.; 55°С - 12 мин.; 65°С - 12 мин.; 70°С - 15 мин.; 75°С - 15 мин, 85°С - 20 мин.In a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a nitrogen gas supply system and a direct condenser, 24.75 g (99 wt.%) HC with a fiber length of 3 mm is placed and a solution obtained by dissolving 0.25 g (1 wt.%) p -TDA in 165 ml of isopropanol (0.19 wt.% solution). Include a stirrer, nitrogen supply, and incubated for 20 minutes at a temperature of 20°C. After that, the contents of the flask are heated and isopropanol is distilled off according to the regime: 45°C - 12 minutes; 55°С - 12 min.; 65°С - 12 min.; 70°С - 15 min.; 75°С - 15 min, 85°С - 20 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 90-95°С 2 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 90-95°C for 2 hours.

Пример 3. Получение аппретированного УВ с 1,5 масс. % п-ТДА. Example 3. Obtaining finished CF with 1.5 wt. % p-TDA.

В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, системой подачи газообразного азота и прямым холодильником, помещают 24,625 г (98,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,375 г (1,5 масс. %) п-ТДА в 165 мл изопропанола (0,29 масс. %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 20 минут при температуре 20°С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку изопропанола по режиму: 45°С - 12 мин.; 55°С - 12 мин.; 65°С - 12 мин.; 70°С - 15 мин.; 75°С - 15 мин, 83°С - 20 мин.24.625 g (98.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a nitrogen gas supply system and a direct condenser, and a solution obtained by dissolving 0.375 g (1.5 wt.%) p -TDA in 165 ml of isopropanol (0.29 wt.% solution). Include a stirrer, nitrogen supply, and incubated for 20 minutes at a temperature of 20°C. After that, the contents of the flask are heated and isopropanol is distilled off according to the regime: 45°C - 12 minutes; 55°С - 12 min.; 65°С - 12 min.; 70°С - 15 min.; 75°С - 15 min, 83°С - 20 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 85-86°С 2 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 85-86°C for 2 hours.

Пример 4. Получение аппретированного УВ с 2 масс. % п-ТДА. Example 4. Obtaining finished HC with 2 wt. % p-TDA.

В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, системой подачи газообразного азота и прямым холодильником, помещают 24,5 г (98 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,5 г (2 масс. %) п-ТДА в 165 мл изопропанола (0,38 масс. %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 20 минут при температуре 20°С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку изопропанола по режиму: 45°С - 12 мин.; 55°С - 12 мин.; 65°С - 12 мин.; 70°С - 15 мин.; 75°С - 15 мин, 83°С - 20 мин.In a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a nitrogen gas supply system and a direct condenser, 24.5 g (98 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed and a solution obtained by dissolving 0.5 g (2 wt.%) of p -TDA in 165 ml of isopropanol (0.38 wt.% solution). Include a stirrer, nitrogen supply, and incubated for 20 minutes at a temperature of 20°C. After that, the contents of the flask are heated and isopropanol is distilled off according to the regime: 45°C - 12 minutes; 55°С - 12 min.; 65°С - 12 min.; 70°С - 15 min.; 75°С - 15 min, 83°С - 20 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 85-86°С 2 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 85-86°C for 2 hours.

Пример 5. Получение аппретированного УВ с 2,5 масс. % п-ТДА. Example 5. Obtaining finished CF with 2.5 wt. % p-TDA.

В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, системой подачи газообразного азота и прямым холодильником, помещают 24,375 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,625 г (2,5 масс. %) п-ТДА в 165 мл изопропанола (0,48 масс. %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 20 минут при температуре 20°С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку изопропанола по режиму: 45°С - 12 мин.; 55°С - 12 мин.; 65°С - 12 мин.; 70°С - 15 мин.; 75°С - 15 мин, 83°С - 20 мин.24.375 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a nitrogen gas supply system and a direct condenser, and a solution obtained by dissolving 0.625 g (2.5 wt.%) p -TDA in 165 ml of isopropanol (0.48 wt.% solution). Include a stirrer, nitrogen supply, and incubated for 20 minutes at a temperature of 20°C. After that, the contents of the flask are heated and isopropanol is distilled off according to the regime: 45°C - 12 minutes; 55°С - 12 min.; 65°С - 12 min.; 70°С - 15 min.; 75°С - 15 min, 83°С - 20 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 85-86°С 2 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 85-86°C for 2 hours.

Пример 6. Получение аппретированного УВ с 3 масс. % п-ТДА. Example 6. Obtaining finished CF with 3 wt. % p-TDA.

В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, системой подачи газообразного азота и прямым холодильником, помещают 24,25 г (97 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,75 г (3 масс. %) п-ТДА в 165 мл изопропанола (0,57 масс. %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 30 минут при температуре 20°С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку изопропанола по режиму: 45°С - 12 мин.; 55°С - 12 мин.; 65°С - 12 мин.; 70°С - 15 мин.; 75°С - 15 мин, 83°С - 20 мин.In a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a nitrogen gas supply system and a direct condenser, 24.25 g (97 wt.%) HC with a fiber length of 3 mm is placed and a solution obtained by dissolving 0.75 g (3 wt.%) p -TDA in 165 ml of isopropanol (0.57 wt.% solution). Include a stirrer, nitrogen supply, and incubated for 30 minutes at a temperature of 20°C. After that, the contents of the flask are heated and isopropanol is distilled off according to the regime: 45°C - 12 minutes; 55°С - 12 min.; 65°С - 12 min.; 70°С - 15 min.; 75°С - 15 min, 83°С - 20 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 85-86°С 2 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 85-86°C for 2 hours.

Из аппретированных УВ и ПЭИ получены композиционные материалы, содержащие 20 масс. % аппретированных п-толуилендиамином углеволокон.Composite materials containing 20 wt. % of carbon fibers finished with p-toluenediamine.

В таблице 1 представлены составы и реологические свойства композиционных материалов, содержащих УВ по примерам 1-6, обработанных различными количествами аппретирующего компонента.Table 1 presents the compositions and rheological properties of composite materials containing HC according to examples 1-6, treated with various amounts of sizing component.

Таблица 1Table 1 Состав (масс. %)Composition (wt.%) ПТР,
г/10 мин
PTR,
g/10 min
ε, %ε, %
ПЭИPEI 13,213.2 22,722.7 ПЭИ + 20 % УВ неаппретированныйPEI + 20% HC raw 3,43.4 4,44.4 По примеру 1According to example 1 7,187.18 4,464.46 По примеру 2According to example 2 7,467.46 4,554.55 По примеру 3According to example 3 7,577.57 4,784.78 По примеру 4According to example 4 7,787.78 4,854.85 По примеру 5According to example 5 8,458.45 4,964.96 По примеру 6According to example 6 8,578.57 4,954.95

где, ПТР - показатель текучести расплава, ε - относительное удлинение при разрыве.where, MFI - melt flow index, ε - relative elongation at break.

Как видно из приведенных данных, полимерные композиции, содержащие аппретированные УВ (№№ 1-6), проявляют более высокие реологические свойства по сравнению с композитом, содержащим неаппретированное углеволокно.As can be seen from the data presented, polymer compositions containing sized CFs (nos. 1–6) exhibit higher rheological properties compared to a composite containing untreated carbon fiber.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении реологических свойств, создаваемых полиэфиримидных композиционных материалов за счет предварительного введения аппретирующего компонента - п-толуилендиамина, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает силы межмолекулярного взаимодействия между углеродным волокном и полиэфиримидной матрицей.The technical result of the invention is to improve the rheological properties created by polyesterimide composite materials due to the preliminary introduction of a sizing component - p-toluylenediamine, which increases the wettability of the filler and increases the intermolecular interaction forces between the carbon fiber and the polyesterimide matrix.

Claims (4)

1. Способ получения аппретированных углеродных волокон, предназначенных для конструкционных полимерных материалов, основанный на аппретировании углеродного волокна путем нанесения аппретирующего компонента из раствора с последующей сушкой в сушильном шкафу под вакуумом при 85-86°С, отличающийся тем, что аппрет наносят из растворов с массовыми концентрациями 0,11-0,57 масс. % в органическом растворителе изопропаноле и проводят ступенчатый подъем температуры с одновременной отгонкой растворителя по режиму: 20°С - 20 мин; 45°С - 12 мин; 55°С - 12 мин; 65°С - 12 мин; 70°С - 15 мин; 75°С - 15 мин; 83°С - 20 мин, причем количественное соотношение компонентов соответствует, масс. %:1. A method for producing sizing carbon fibers intended for structural polymeric materials, based on sizing carbon fiber by applying a sizing component from a solution, followed by drying in an oven under vacuum at 85-86 ° C, characterized in that the sizing is applied from solutions with mass concentrations of 0.11-0.57 wt. % in an organic solvent of isopropanol and carry out a stepwise rise in temperature with simultaneous distillation of the solvent according to the regime: 20°C - 20 min; 45°C - 12 min; 55°C - 12 min; 65°C - 12 min; 70°C - 15 min; 75°C - 15 min; 83°C - 20 min, and the quantitative ratio of the components corresponds, wt. %: углеродное волокноcarbon fiber 99,5÷9799.5÷97 п-толуилендиамин (ТДА)p-toluenediamine (TDA) 0,5÷3,00.5÷3.0
2. Полиэфиримидный композиционный материал, используемый при производстве изделий в аддитивных технологиях, содержащий полимерную матрицу на основе полиэфиримида и аппретированного углеродного волокна, отличающийся тем, что использовано аппретированное углеродное волокно, полученное способом по п. 1, причем количественное соотношение компонентов в композиционном материале соответствует, масс. %:2. Polyetherimide composite material used in the manufacture of products in additive technologies, containing a polymer matrix based on polyesterimide and finished carbon fiber, characterized in that a finished carbon fiber is used, obtained by the method according to claim 1, and the quantitative ratio of the components in the composite material corresponds to, wt. %: полиэфиримидpolyetherimide 8080 аппретированное углеродное волокноfinished carbon fiber 2020
RU2022103794A 2022-02-15 Method for obtaining finished carbon fibre and polyesterimide composite material RU2793762C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2793762C1 true RU2793762C1 (en) 2023-04-05

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU500745A3 (en) * 1971-03-19 1976-01-25 Комиссарьят А Л,Энержи Атомик (Фирма) The method of obtaining carbon-fiber reinforced materials
DE102012200059A1 (en) * 2012-01-03 2013-07-04 Thermoplast Composite Gmbh Composites
RU2648086C2 (en) * 2012-09-25 2018-03-22 Мицубиси Гэс Кемикал Компани, Инк. Fiber reinforced polyamide polymeric material
RU2712612C1 (en) * 2019-05-16 2020-01-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU500745A3 (en) * 1971-03-19 1976-01-25 Комиссарьят А Л,Энержи Атомик (Фирма) The method of obtaining carbon-fiber reinforced materials
DE102012200059A1 (en) * 2012-01-03 2013-07-04 Thermoplast Composite Gmbh Composites
RU2648086C2 (en) * 2012-09-25 2018-03-22 Мицубиси Гэс Кемикал Компани, Инк. Fiber reinforced polyamide polymeric material
RU2712612C1 (en) * 2019-05-16 2020-01-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2712612C1 (en) Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon
RU2793762C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibre and polyesterimide composite material
RU2796448C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibers and polymer composite material
RU2798032C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibers and polyesterimide composite material
RU2796835C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composites based on them
RU2804164C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and reinforced polymer composition
RU2793866C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composite
RU2796405C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and a polyesterimide composite filled with them
RU2803603C2 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2793864C1 (en) Carbon fibre polyesteretherketone composite and method for its production
RU2816362C1 (en) Method for producing finished carbon fibre and reinforced polymer composition based on it
RU2798036C1 (en) Method for obtaining sized carbon fibers and polyesterimide composites
RU2811291C1 (en) Method for producing finished carbon fibre and a polymer composite based on it
RU2816425C1 (en) Method for obtaining sized carbon fibre and polymer composite based on it
RU2804162C1 (en) Method for producing finished carbon fibres and polyetherimide-carbon fibre composition
RU2793913C1 (en) Dressed carbon fiber and polyesteretherketone composite based on it
RU2793886C1 (en) Polyetheretherketone carbon fiber composite material and method for its production
RU2793761C1 (en) Method for obtaining finished glass fibers and a polyesterimide composite filled with them
RU2793855C1 (en) Method for obtaining finished glass fiber and polyesterimide composite material
RU2816456C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2798034C1 (en) Method for obtaining finished fiberglass and polymer composite
RU2803746C2 (en) Method for obtaining dressed carbon fibers and polymer composite
RU2793760C1 (en) Dressed carbon fibre and polyetheretherketone composite material based on it
RU2793888C1 (en) Polymer composite material based on polyetheretherketone and carbon fiber and a method for its production
RU2796404C1 (en) Method for obtaining treated carbon fibres and polymer compositions based on them