RU2793864C1 - Carbon fibre polyesteretherketone composite and method for its production - Google Patents

Carbon fibre polyesteretherketone composite and method for its production Download PDF

Info

Publication number
RU2793864C1
RU2793864C1 RU2022105235A RU2022105235A RU2793864C1 RU 2793864 C1 RU2793864 C1 RU 2793864C1 RU 2022105235 A RU2022105235 A RU 2022105235A RU 2022105235 A RU2022105235 A RU 2022105235A RU 2793864 C1 RU2793864 C1 RU 2793864C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon fiber
composite
filler
finished
sizing
Prior art date
Application number
RU2022105235A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ауес Ахмедович Беев
Светлана Юрьевна Хаширова
Джульетта Анатольевна Россия Беева
Милана Уматиевна Шокумова
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 RU2793864C1 publication Critical patent/RU2793864C1/en

Links

Abstract

FIELD: polyether industry.
SUBSTANCE: products manufacture using additive techniques. The carbon fibre polyester ether ketone composite contains a filler and a polyether ether ketone. The filler is a carbon fibre finished with a mixture of dichlorobenzophenone and diaminodiphenylmethane. A method for producing a carbon fibre polyether ether ketone composite is also proposed.
EFFECT: improvement of the physical and mechanical properties of the carbon fibre composite.
2 cl, 1 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к области полиэфирэфиркетонных композитов с неорганическими, в частности, углеродными волокнами в качестве наполнителей и способам их получения, и может быть использовано в качестве конструкционных полимерных материалов для производства изделий специального назначения в аддитивных технологиях The invention relates to the field of polyetheretherketone composites with inorganic, in particular, carbon fibers as fillers and methods for their production, and can be used as structural polymeric materials for the production of special-purpose products in additive technologies

Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик углеволоконных полиэфирэфиркетонных композитов 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 of carbon fiber polyether ether ketone composites 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.

Известны полимерные композиции, содержащие полиэфиркетоны.Known polymer compositions containing polyetherketones.

Патент EP0224236A2 посвящен созданию композиций полимеров с улучшенной химической стойкостью и стабильной формовкой для литья под давлением, которые содержат полиэфиркетон (ПЭК), (не полиэфирэфиркетон (ПЭЭК)), ароматический полисульфон, и наполнители, в том числе, и углеродное волокно. Patent EP0224236A2 is devoted to the creation of polymer compositions with improved chemical resistance and stable molding for injection molding, which contain polyether ketone (PEK), (not polyether ether ketone (PEEK)) aromatic polysulfone, and fillers, including carbon fiber.

В патенте EP0316681A2 также описаны волокнистые композиционные материалы из полиэфирсульфона, полифиркетона (не полиэфирэфиркетона) и углеродного волокна. В обоих патентах приводятся композиты, полученные из смеси двух полимеров - полиэфирсульфона, полифиркетона, наполненных волокнами. В них не приведены сведения об аппретировании углеродных волокон для получения ПКМ с повышенными механическими свойствами.EP0316681A2 also describes fibrous composites of polyethersulfone, polyetherketone (not polyetherketone) and carbon fiber. Both patents provide composites obtained from a mixture of two polymers - polyethersulfone, polytherketone, filled with fibers. They do not provide information on the finishing of carbon fibers to obtain PCM with enhanced mechanical properties.

В патенте RU 2278126, опубл. 20.06.2006, бюлл. № 17 приведены композиции, используемые для сшивания цепей. В этой работе предлагается использовать смесь полиэфиркетона (не ПЭЭК) с концевыми аминогруппами и сополимеры полиэфирсульфона и сополиэфирэфирсульфона с концевыми ангидридными группами. Смесь растворяют в высококипящем растворителе - N-метилпирролидоне и обрабатывают ею углеродные волокна. Недостатком решения является использование растворителя с высокой точкой кипения (203 °С), который трудно удалить из композиции, а его остатки при высоких температурах эксплуатации изделий приведут к появлению в отливках пузырей, и как следствие, к понижению эксплуатационных свойств. In the patent RU 2278126, publ. 06/20/2006, bull. No. 17 shows the compositions used for crosslinking chains. This paper proposes to use a blend of amino-terminated polyetherketone (not PEEK) and anhydride-terminated polyethersulfone-copolyethersulfone copolymers. The mixture is dissolved in a high-boiling solvent - N-methylpyrrolidone and carbon fibers are treated with it. The disadvantage of the solution is the use of a solvent with a high boiling point (203 °C), which is difficult to remove from the composition, and its residues at high operating temperatures of the products will lead to the appearance of bubbles in the castings, and as a result, to a decrease in operational properties.

Из уровня техники известны различные виды аппретирующих добавок, используемых при создании полимерных композиционных материалов. Так, в патенте на изобретение RU 2057767 приводится полимерный композиционный материал, в состав которого входят полисульфоновый полимер и углеродные волокна. 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, масс. %: углеродные армирующие волокна, содержащие сополимер, 25-75; полисульфоновая матрица остальное. По словам авторов 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. Присутствие в водной среде бензолсульфокислоты будет способствовать к накоплению ионов, что будет ухудшать диэлектрические свойства материалов. From the prior art, various types of sizing additives are known that are used in the creation of polymer composite materials. So, in the patent for invention RU 2057767, a polymer composite material is given, which includes a polysulfone polymer and carbon fibers. 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 an amount of 0.52-5.0% of fiber mass in the following ratio of components, wt. %: carbon reinforcing fibers containing a copolymer, 25-75; polysulfone matrix rest. According to the inventors, 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 will contribute to the accumulation of ions, which will worsen the dielectric properties of materials.

По патенту РФ № 2201423 получены полимерные композиции из полимерного связующего (аппрета) и стеклоткани или углеродного наполнителя. Сначала получают связующее - олигомер реакцией тетранитрила ароматической тетракарбоновой кислоты и ароматического бис-о-цианамина при температурах 170-180 °С. Связующее получается в виде порошка. Главным недостатком этого решения является сложность процесса получения связующего. При неполной конверсии мономеров во время синтеза, может происходить выделение побочных низкомолекулярных продуктов реакции во время совмещения связующего с наполнителем при повышенной температуре, следствием чего будет иметь место образование пустот в композиционном материале. Указанное приведет к ухудшению прочностных характеристик материала. Кроме этого, порошкообразные аппреты могут недостаточно равномерно покрывать поверхность наполнителя.According to the patent of the Russian Federation No. 2201423, polymer compositions were obtained from a polymer binder (sizing) and fiberglass or carbon filler. First, a binder is obtained - an oligomer by the reaction of aromatic tetracarboxylic acid tetranitrile and aromatic bis-o-cyanamine at temperatures of 170-180 ° C. The binder is obtained in the form of a powder. The main disadvantage of this solution is the complexity of the process of obtaining a binder. With incomplete conversion of monomers during synthesis, low molecular weight by-products of the reaction may be released during the combination of the binder with the filler at an elevated temperature, resulting in the formation of voids in the composite material. This 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. Чтобы увеличить смачиваемость углеродного волокна полимерной матрицей, авторы предлагают выдерживать наполнитель в горячей азотной кислоте в течение трех суток, что в технологическом и экономическом плане невыгодны.Known polyetherimide composites according to US patent No. 4049613. To increase the wettability of carbon fiber polymer matrix, the authors propose to withstand the filler in hot nitric acid for three days, which is technologically and economically unfavorable.

В следующем патенте приводится способ аппретирования углеродного волокна по патенту РФ № 2054015 «Способ аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика». По предлагаемому способу, проводят смешение блоксополимера с растворителем. Блоксополимером, состоящим из звеньев бисметакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокси-триэтиленгликольфталата, осуществляют пропитку углеродного наполнителя с последующей сушкой для удаления растворителя и полимеризации пленки аппрета на волокне, отличающийся тем, что смешение проводят в воде с одновременным воздействием ультразвукового излучения при частоте от 15 до 44 кГц и длительности воздействия от 5 до 14 минут. 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, понижение свойств получаемого углепластика.The next patent provides a method for sizing carbon fiber according to RF patent No. 2054015 "Method for sizing carbon fiber for the production of polysulfone carbon fiber." According to the proposed method, the block copolymer is mixed with a solvent. A block copolymer consisting of units of bismethacryloyloxydiethylene glycol phthalate and bismethacryloyloxy triethylene glycol phthalate is used to impregnate the carbon filler, followed by drying to remove the solvent and polymerize 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 duration exposure from 5 to 14 minutes. 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, a decrease in the properties of the resulting carbon fiber.

Наиболее близким аналогом выступает патент РФ № 2743995, «Полимерный композит на основе полиэфирэфиркетона, армированного углеволокном, и способ его получения». К недостаткам патента можно отнести не слишком высокие значения приводимых физико-механических показателей полимерных композитов и длительность процесса получения аппретированных волокон. The closest analogue is the patent of the Russian Federation No. 2743995, "A polymer composite based on polyetheretherketone reinforced with carbon fiber, and a method for its production." The disadvantages of the patent include not too high values of the given physical and mechanical parameters of polymer composites and the duration of the process of obtaining finished fibers.

Задача настоящего изобретения заключается в получении полиэфирэфиркетонного композита с более высокими значениями прочности на растяжение на основе матричного полимера полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) наполненного аппретированным углеродным волокном (УВ) и разработка способа его получения.The objective of the present invention is to obtain a polyether ether ketone composite with higher tensile strength values based on a polyether ether ketone (PEEK) matrix polymer filled with sized carbon fiber (CF) and to develop a method for its production.

Поставленная задача достигается тем, что углеволоконные полиэфирэфиркетонные композиты, получают предварительной обработкой углеродного волокна аппретирующим составом, представляющим собой смесь дихлорбензофенона (ХБФ) и диаминодифенилметана (ДФМ). This task is achieved by the fact that carbon fiber polyesteretherketone composites are obtained by pre-treatment of carbon fiber with a sizing composition, which is a mixture of dichlorobenzophenone (CBF) and diaminodiphenylmethane (DFM).

При этом берут следующие соотношения (масс. %) компонентов в наполнителе:In this case, the following ratios (wt. %) of the components in the filler are taken:

Углеволокноcarbon fiber 97,5;97.5; ХБФHBF 2,46 ÷ 2,08;2.46 ÷ 2.08; ДФМDFM 0,04 ÷ 0,42.0.04 ÷ 0.42.

Количество аппретирующего состава к углеродному волокну соответствует 2,5%. 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 sizing composition to carbon fiber corresponds to 2.5%. 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 получают путем обработки углеродного волокна аппретирующим составом в ультразвуковой ванне CD-4820 с рабочей частотой 46 кГц. Finished fibers are obtained by treating carbon fiber with a sizing composition in an ultrasonic bath CD-4820 with an operating frequency of 46 kHz.

Полиэфирэфиркетонные композиты по настоящему изобретению получают путем предварительного смешения полимерной матрицы 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. Polyether ether ketone composites of the present invention are obtained by pre-mixing the polymer matrix and sized 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.

Использованы углеродное волокно марки RK-306 (IFI Technical Production), матричный полиэфирэфиркетон представляющий собой промышленный полимер PEEK 450, являющийся продуктом поликонденсации 1,4-диоксибензола и 4,4'-дифторбензофенона формулы: Used carbon fiber brand RK-306 (IFI Technical Production), matrix polyester ether ketone, which is an industrial polymer PEEK 450, which is a polycondensation product of 1,4-dioxibenzene and 4,4'-difluorobenzophenone of the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

хлороформ, дихлорбензофенон, и диаминодифенилметан марки «ХЧ».chloroform, dichlorobenzophenone, and diaminodiphenylmethane brand "HCh".

Ниже представленные примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон с использованием аппретирующего состава, причем аппрет наносят из раствора с массовой концентрацией 0,3 масс. % в органическом растворителе.Below are examples illustrating a method for obtaining sizing carbon fibers using a sizing composition, and the sizing is applied from a solution with a mass concentration of 0.3 wt. % in an organic solvent.

Пример 1. Получение аппретированного УВ с 2,46 масс. % ХБФ и 0,04 масс. % ДФМ. Example 1. Obtaining finished CF with 2.46 wt. % CBF and 0.04 wt. % DFM.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,59 г (2,46 масс. %) ХБФ и 0,01 г (0,04 масс. %) ДФМ в 137 мл хлороформа (0,3 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 5 минут. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 44 °С - 2 мин.; 54 °С - 2 мин.; 60 °С - 2 мин.; 63 °С - 2 мин.23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 0.2 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.59 g (2.46 wt.%) of CBF and 0.01 g ( 0.04 wt.%) DPM in 137 ml of chloroform (0.3 wt.% solution). The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and incubated for 5 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and chloroform is distilled off according to the regime: 44 ° C - 2 minutes; 54 °С - 2 min.; 60 °С - 2 min.; 63 °С - 2 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 70-72 °С 65 мин.The finished fiber is dried in an oven under vacuum at 70-72 °C for 65 minutes.

Пример 2. Получение аппретированного УВ с 2,38 масс. % ХБФ и 0,12 масс. % ДФМ. Example 2. Obtaining finished HC with 2.38 wt. % CBF and 0.12 wt. % DFM.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,57 г (2,38 масс. %) ХБФ и 0,03 г (0,12 масс. %) ДФМ в 137 мл хлороформа (0,3 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 5 минут. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 44 °С - 2 мин.; 54 °С - 2 мин.; 60 °С - 2 мин.; 63 °С - 2 мин. 23.4 g (97.5 wt. %) of HC with a fiber length of 0.2 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.57 g (2.38 wt. %) of CBF and 0.03 g ( 0.12 wt.%) DPM in 137 ml of chloroform (0.3 wt.% solution). The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and incubated for 5 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and chloroform is distilled off according to the regime: 44 ° C - 2 minutes; 54 °С - 2 min.; 60 °С - 2 min.; 63 °С - 2 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 70-72 °С 65 мин.The finished fiber is dried in an oven under vacuum at 70-72 °C for 65 minutes.

Пример 3. Получение аппретированного УВ с 2,29 масс. % ХБФ и 0,21 масс. % ДФМ. Example 3. Obtaining finished HC with 2.29 wt. % CBF and 0.21 wt. % DFM.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,55 г (2,29 масс. %) ХБФ и 0,05 г (0,21 масс. %) ДФМ в 137 мл хлороформа (0,3 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 5 минут. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 44 °С - 2 мин.; 54 °С - 2 мин.; 60 °С - 2 мин.; 63 °С - 2 мин. 23.4 g (97.5 wt. %) of HC with a fiber length of 0.2 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.55 g (2.29 wt. %) of CBF and 0.05 g ( 0.21 wt.%) DPM in 137 ml of chloroform (0.3 wt.% solution). The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and incubated for 5 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and chloroform is distilled off according to the regime: 44 ° C - 2 minutes; 54 °С - 2 min.; 60 °С - 2 min.; 63 °С - 2 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 70-72 °С 65 мин.The finished fiber is dried in an oven under vacuum at 70-72 °C for 65 minutes.

Пример 4. Получение аппретированного УВ с 2,21 масс. % ХБФ и 0,29 масс. % ДФМ. Example 4. Obtaining finished HC with 2.21 wt. % CBF and 0.29 wt. % DFM.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,53 г (2,21 масс. %) ХБФ и 0,07 г (0,29 масс. %) ДФМ в 137 мл хлороформа (0,3 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 5 минут. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 44 °С - 2 мин.; 54 °С - 2 мин.; 60 °С - 2 мин.; 63 °С - 2 мин. 23.4 g (97.5 wt. %) of HC with a fiber length of 0.2 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.53 g (2.21 wt. %) of CBF and 0.07 g ( 0.29 wt.%) DPM in 137 ml of chloroform (0.3 wt.% solution). The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and incubated for 5 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and chloroform is distilled off according to the regime: 44 ° C - 2 minutes; 54 °С - 2 min.; 60 °С - 2 min.; 63 °С - 2 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 70-72 оС 65 мин.The finished fiber is dried in an oven under vacuum at 70-72 ° C for 65 minutes.

Пример 5. Получение аппретированного УВ с 2,12 масс. % ХБФ и 0,38 масс. % ДФМ. Example 5. Obtaining finished HC with 2.12 wt. % CBF and 0.38 wt. % DFM.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,51 г (2,12 масс. %) ХБФ и 0,09 г (0,38 масс. %) ДФМ в 137 мл хлороформа (0,3 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 5 минут. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 44 °С - 2 мин.; 54 °С - 2 мин.; 60 °С - 2 мин.; 63 °С - 2 мин. 23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 0.2 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.51 g (2.12 wt.%) of CBF and 0.09 g ( 0.38 wt.%) DPM in 137 ml of chloroform (0.3 wt.% solution). The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and incubated for 5 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and chloroform is distilled off according to the regime: 44 ° C - 2 minutes; 54 °С - 2 min.; 60 °С - 2 min.; 63 °С - 2 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 70-72 оС 65 мин.The finished fiber is dried in an oven under vacuum at 70-72 ° C for 65 minutes.

Пример 6. Получение аппретированного УВ с 2,08 масс. % ХБФ и 0,42 масс. % ДФМ. Example 6. Obtaining finished HC with 2.08 wt. % CBF and 0.42 wt. % DFM.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,5 г (2,08 масс. %) ХБФ и 0,1 г (0,42 масс. %) ДФМ в 137 мл хлороформа (0,3 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20°С, включают ультразвук и выдерживают 5 минут. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 44 °С - 2 мин.; 54 °С - 2 мин.; 60 °С - 2 мин.; 63 °С - 2 мин. 23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 0.2 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.5 g (2.08 wt.%) of CBF and 0.1 g ( 0.42 wt.%) DPM in 137 ml of chloroform (0.3 wt.% solution). The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20°C, the ultrasound is turned on and incubated for 5 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and chloroform is distilled off according to the regime: 44 ° C - 2 minutes; 54 °С - 2 min.; 60 °С - 2 min.; 63 °С - 2 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 70-72 °С 65 мин.The finished fiber is dried in an oven under vacuum at 70-72 °C for 65 minutes.

Из аппретированных УВ и ПЭЭК получены композиты, содержащие 20 масс. % аппретированных смесью ХБФ и ДФМ углеволокон.Composites containing 20 wt. % finished with a mixture of CBF and DFM carbon fibers.

В таблице 1 представлены составы, а также физико-механические свойства полиэфирэфиркетонных композитов, по примерам 1-6, содержащих различные количества аппретирующего состава. Table 1 presents the compositions, as well as the physical and mechanical properties of polyetheretherketone composites, according to examples 1-6, containing various amounts of sizing composition.

Таблица 1Table 1 СоставCompound Ар, кДж/м²
11 Дж, с/н
А r , kJ/m²
11 J, s/n
Е изг,
ГПа
E izg,
GPa
Е раст, ГПа E growth, GPa σ раст,
МПа
σ grow,
MPa
ε, %ε, %
PEEK 450 + 20 % УВ 0,2 мм PEEK 450 + 20% HC 0.2 mm 7,07.0 13,613.6 8,758.75 132,2132.2 3,73.7 По примеру 1According to example 1 7,47.4 13,813.8 9,029.02 135,2135.2 3,743.74 По примеру 2According to example 2 7,67.6 14,114.1 9,169.16 136,3136.3 3,763.76 По примеру 3According to example 3 8,18.1 14,314.3 9,279.27 137,2137.2 3,783.78 По примеру 4According to example 4 8,38.3 14,414.4 9,469.46 139,5139.5 3,823.82 По примеру 5According to example 5 7,97.9 14,514.5 9,519.51 140,7140.7 3,873.87 По примеру 6According to example 6 7,87.8 14,514.5 9,509.50 140,4140.4 3,853.85

где Ар - ударная прочность с надрезом, Е изг - модуль упругости при изгибе, Е раст - модуль упругости при растяжении, σ разр - предел прочности при растяжении, ε, % - относительное удлинение.where A p - impact strength with a notch, E izg - modulus of elasticity in bending, E rast - modulus of elasticity in tension, σ razr - tensile strength, ε, % - relative elongation.

Как видно из приведенных данных, углеволоконные полиэфирэфиркетонные композиты, содержащие аппретированные УВ (№№ 1-6), почти во всех случаях проявляют более высокие физико-механические свойства по сравнению с композитом, содержащим неаппретированное углеволокно.As can be seen from the data presented, carbon fiber polyesteretherketone composites containing sized CFs (nos. 1–6) in almost all cases exhibit higher physical and mechanical properties compared to a composite containing untreated carbon fiber.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении физико-механических свойств, создаваемых углеволоконных полиэфирэфиркетонных композитов за счет введения аппретирующего состава - дихлорбензофенона и диаминодифенилметана, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает граничные взаимодействия между наполнителем и полиэфиримидной матрицей.The technical result of the invention is to improve the physical and mechanical properties of the created carbon fiber polyether ether ketone composites by introducing a sizing composition - dichlorobenzophenone and diaminodiphenylmethane, which increases the wettability of the filler and increases the boundary interactions between the filler and the polyesterimide matrix.

Claims (3)

1. Углеволоконный полиэфирэфиркетонный композит на основе полиэфирэфиркетона и углеродного волокна, предназначенный в качестве конструкционного полимерного материала, содержащий 20 масс.% наполнителя и полиэфирэфиркетон, отличающийся тем, что в качестве наполнителя содержит аппретированное смесью дихлорбензофенона (ХБФ) и диаминодифенилметана (ДФМ) углеволокно, наполнитель состоит из следующих компонентов, масс. %:1. Carbon fiber polyesteretherketone composite based on polyetheretherketone and carbon fiber, intended as a structural polymeric material, containing 20 wt.% filler and polyetheretherketone, characterized in that it contains as a filler a carbon fiber finished with a mixture of dichlorobenzophenone (CBF) and diaminodiphenylmethane (DFM) filler consists of the following components, wt. %: углеволокноcarbon fiber 97,597.5 ХБФHBF 2,46-2,082.46-2.08 ДФМDFM 0,04-0,420.04-0.42
2. Способ получения углеволоконного полиэфирэфиркетонного композита, предназначенного в качестве конструкционного полимерного материала по п. 1, включающий аппретирование углеродного волокна путем нанесения аппретирующего состава из раствора с последующей сушкой, отличающийся тем, что аппрет наносят из раствора с массовой концентрацией 0,3 масс. % в органическом растворителе хлороформе, где углеволоконный полиэфирэфиркетонный композит получают путем смешения полиэфирэфиркетона и аппретированного углеволокна, после чего полимерную смесь подвергают экструзии, затем проводят нагревание и отгонку органического растворителя при воздействии ультразвука с рабочей частотой 46 кГц по режиму: 44°С - 2 мин; 54°С - 2 мин; 60°С - 2 мин; 63°С - 2 мин.2. A method for producing a carbon fiber polyetheretherketone composite intended as a structural polymer material according to claim 1, including sizing carbon fiber by applying a sizing composition from a solution followed by drying, characterized in that the sizing is applied from a solution with a mass concentration of 0.3 wt. % in an organic solvent chloroform, where a carbon fiber polyesteretherketone composite is obtained by mixing polyetheretherketone and finished carbon fiber, after which the polymer mixture is subjected to extrusion, then the organic solvent is heated and distilled off under the action of ultrasound with an operating frequency of 46 kHz according to the mode: 44 ° C - 2 min; 54°C - 2 min; 60°C - 2 min; 63°C - 2 min.
RU2022105235A 2022-02-28 Carbon fibre polyesteretherketone composite and method for its production RU2793864C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2793864C1 true RU2793864C1 (en) 2023-04-07

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648086C2 (en) * 2012-09-25 2018-03-22 Мицубиси Гэс Кемикал Компани, Инк. Fiber reinforced polyamide polymeric material
CN107936273A (en) * 2017-11-29 2018-04-20 西华大学 A kind of high-performance light composite material of carbon fiber enhancement resin base and preparation method thereof
RU2741505C1 (en) * 2020-03-16 2021-01-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Polyether ether ketone carbon-fiber composite and method for production thereof
RU2752627C1 (en) * 2020-03-16 2021-07-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Polymer composite based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648086C2 (en) * 2012-09-25 2018-03-22 Мицубиси Гэс Кемикал Компани, Инк. Fiber reinforced polyamide polymeric material
CN107936273A (en) * 2017-11-29 2018-04-20 西华大学 A kind of high-performance light composite material of carbon fiber enhancement resin base and preparation method thereof
RU2741505C1 (en) * 2020-03-16 2021-01-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Polyether ether ketone carbon-fiber composite and method for production thereof
RU2752627C1 (en) * 2020-03-16 2021-07-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Polymer composite based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2744893C1 (en) Polymer carbon fiber composition and method for its production
RU2741505C1 (en) Polyether ether ketone carbon-fiber composite and method for production thereof
RU2712612C1 (en) Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon
RU2793864C1 (en) Carbon fibre polyesteretherketone composite and method for its production
RU2793888C1 (en) Polymer composite material based on polyetheretherketone and carbon fiber and a method for its production
RU2793886C1 (en) Polyetheretherketone carbon fiber composite material and method for its production
RU2793913C1 (en) Dressed carbon fiber and polyesteretherketone composite based on it
RU2798166C1 (en) Method for obtaining treated carbon fibres and polyether ether ketone compositions based on them
RU2816456C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2793890C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it
RU2816425C1 (en) Method for obtaining sized carbon fibre and polymer composite based on it
RU2798036C1 (en) Method for obtaining sized carbon fibers and polyesterimide composites
RU2793760C1 (en) Dressed carbon fibre and polyetheretherketone composite material based on it
RU2804164C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and reinforced polymer composition
RU2803603C2 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2793866C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composite
RU2796404C1 (en) Method for obtaining treated carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2803746C2 (en) Method for obtaining dressed carbon fibers and polymer composite
RU2793762C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibre and polyesterimide composite material
RU2796835C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composites based on them
RU2811291C1 (en) Method for producing finished carbon fibre and a polymer composite based on it
RU2798032C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibers and polyesterimide composite material
RU2802447C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and composites based on them
RU2819115C1 (en) Method for producing sized carbon fibres and a polymer composite filled with them
RU2804162C1 (en) Method for producing finished carbon fibres and polyetherimide-carbon fibre composition