RU2793866C1 - Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composite - Google Patents

Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composite Download PDF

Info

Publication number
RU2793866C1
RU2793866C1 RU2022103827A RU2022103827A RU2793866C1 RU 2793866 C1 RU2793866 C1 RU 2793866C1 RU 2022103827 A RU2022103827 A RU 2022103827A RU 2022103827 A RU2022103827 A RU 2022103827A RU 2793866 C1 RU2793866 C1 RU 2793866C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon fiber
sizing
polyesterimide
peek
solution
Prior art date
Application number
RU2022103827A
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 RU2793866C1 publication Critical patent/RU2793866C1/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 1-methyl-2,5-diaminobenzene and polyetheretherketone based on 4,4'-dioxydiphenylpropane and 4,4'-difluorobenzophenone. A polyetherimide carbon fibre composite has also been proposed.
EFFECT: improving the elasticity and bending strength of the polyesterimide carbon fibre composite.
2 cl, 1 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к способу получения аппретированных углеродных волокон и полиэфиримидным композитам 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 polyesterimide composites 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 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 characteristics of polyetherimide carbon fiber 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.

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. 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.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. 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 относительно невысокие значения прочности при изгибе полимерных композитов.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 this solution is the relatively low flexural strength of polymer composites.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения аппретированных углеродных волокон и получении полиэфиримидных композитов с улучшенными значениями прочности при изгибе 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 sized carbon fibers and obtaining polyesterimide composites with improved flexural strength values based on a polyesterimide (PEI) matrix polymer reinforced with sized carbon fiber (carbon fiber, CF) as a filler.

Поставленная задача достигается тем, что полиэфиримидные композиты, наполненные углеродным наполнителем, получаюются предварительной обработкой углеродного волокна аппретирующим составом - полиэфирэфиркетоном (ПЭЭК) на основе 4,4'-диоксидифенилпропана и 4,4'-дифторбензофенона формулы: The task is achieved by the fact that polyetherimide composites filled with carbon filler are obtained by pre-treatment of carbon fiber with a sizing compound - polyetheretherketone (PEEK) based on 4,4'-dioxydiphenylpropane and 4,4'-difluorobenzophenone of the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

с приведенной вязкостью 0,8 дл/г, измеренной для 0,5 масс. %-го раствора в хлороформе, и 1-метил-2,5-диаминобензола (МДАБ).with a reduced viscosity of 0.8 dl/g, measured for 0.5 wt. % solution in chloroform, and 1-methyl-2,5-diaminobenzene (MDAB).

Матричный полимер - полиэфиримид (ПЭИ) марки ULTEM-1010, является продуктом поликонденсации 1,3-диаминобензола и диангидрида 2,2'-бис[4(3,4-дикарбоксифенокси)фенил]-пропана формулы: Matrix polymer - polyetherimide (PEI) brand ULTEM-1010, is a polycondensation product of 1,3-diaminobenzene and dianhydride 2,2'-bis[4(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]-propane formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

с приведенной вязкостью 0,6 дл/г, измеренной для 0,5 %-го раствора в хлороформе.with a reduced viscosity of 0.6 dl/g, measured for a 0.5% solution in chloroform.

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

Углеродное волокноCarbon fiber 97,5;97.5; ПЭЭКPEEK 2,46 ÷ 2,08;2.46 ÷ 2.08; МДАБMDAB 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 - раствором полиэфирэфиркетона и 1-метил-2,5-диаминобензола в смеси хлористого метилена и диэтилового эфира. Полиэфиримидные углеволокнистые композиты по настоящему изобретению получают путем предварительного смешения полимерной матрицы и аппретированного стекловолокна 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), хлористый метилен и диэтиловый эфир, марки «ХЧ».Finished fibers are obtained by treating carbon fiber with a sizing composition - a solution of polyether ether ketone and 1-methyl-2,5-diaminobenzene in a mixture of methylene chloride and diethyl ether. Polyetherimide carbon fiber composites of the present invention are obtained by pre-mixing the polymer matrix and sized glass 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), methylene chloride and diethyl ether, brand "HCh".

Ниже представлены примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон с использованием аппретирующего состава, причем аппрет наносят из раствора с массовой концентрацией 0,36 масс. % в смеси легколетучих органических растворителей.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 0.36 wt. % in a mixture of volatile organic solvents.

Пример 1. Приготовление аппретированного УВ с 2,46 масс. % ПЭЭК и 0,04 масс. % МДАБ. Example 1. Preparation of finished HC with 2.46 wt. % PEEK and 0.04 wt. % MDAB.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,59 г (2,46 масс. %) ПЭЭК и 0,01 г (0,04 масс. %) МДАБ в смеси 80 мл хлористого метилена и 80 мл диэтилового эфира (0,36 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 10 минут при температуре 20 °С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку диэтилового эфира и хлористого метилена по режиму: 25 °С - 10 мин.; 30 °С - 15 мин.; 35 °С - 15 мин.; 40 °С - 15 мин.23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.59 g (2.46 wt.%) of PEEK and 0.01 g (0. 04 wt.%) MDAB in a mixture of 80 ml of methylene chloride and 80 ml of diethyl ether (0.36 wt.% solution). The flask is placed in a water bath, the stirrer is turned on, nitrogen is supplied, and incubated for 10 minutes at a temperature of 20 °C. After that, the contents of the flask are heated and diethyl ether and methylene chloride are distilled off according to the regime: 25 ° C - 10 min.; 30 °С - 15 min.; 35 °С - 15 min.; 40 °С - 15 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 41-42 °С, 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 41-42°C for 1.5 hours.

Пример 2. Приготовление аппретированного УВ с 2,38 масс. % ПЭЭК и 0,12 масс. % МДАБ. Example 2. Preparation of finished HC with 2.38 wt. % PEEK and 0.12 wt. % MDAB.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,57 г (2,38 масс. %) ПЭЭК и 0,03 г (0,12 масс. %) МДАБ в смеси 80 мл хлористого метилена и 80 мл диэтилового эфира (0,36 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 10 минут при температуре 20 °С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку диэтилового эфира и хлористого метилена по режиму: 25 °С - 10 мин.; 30 °С - 15 мин.; 35 °С - 15 мин.; 40 °С - 15 мин.23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.57 g (2.38 wt.%) of PEEK and 0.03 g (0. 12 wt.%) MDAB in a mixture of 80 ml of methylene chloride and 80 ml of diethyl ether (0.36 wt.% solution). The flask is placed in a water bath, the stirrer is turned on, nitrogen is supplied, and incubated for 10 minutes at a temperature of 20 °C. After that, the contents of the flask are heated and diethyl ether and methylene chloride are distilled off according to the regime: 25 ° C - 10 min.; 30 °С - 15 min.; 35 °С - 15 min.; 40 °С - 15 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 41-42 °С, 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 41-42°C for 1.5 hours.

Пример 3. Приготовление аппретированного УВ с 2,29 масс. % ПЭЭК и 0,21 масс. % МДАБ. Example 3. Preparation of finished HC with 2.29 wt. % PEEK and 0.21 wt. % MDAB.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,55 г (2,29 масс. %) ПЭЭК и 0,05 г (0,21 масс. %) МДАБ в смеси 80 мл хлористого метилена и 80 мл диэтилового эфира (0,36 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 10 минут при температуре 20 °С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку диэтилового эфира и хлористого метилена по режиму: 25 °С - 10 мин.; 30 °С - 15 мин.; 35 °С - 15 мин.; 40 °С - 15 мин. 23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.55 g (2.29 wt.%) of PEEK and 0.05 g (0. 21 wt.%) MDAB in a mixture of 80 ml of methylene chloride and 80 ml of diethyl ether (0.36 wt.% solution). The flask is placed in a water bath, the stirrer is turned on, nitrogen is supplied, and incubated for 10 minutes at a temperature of 20 °C. After that, the contents of the flask are heated and diethyl ether and methylene chloride are distilled off according to the regime: 25 ° C - 10 min.; 30 °С - 15 min.; 35 °С - 15 min.; 40 °С - 15 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 41-42 °С, 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 41-42°C for 1.5 hours.

Пример 4. Приготовление аппретированного УВ с 2,21 масс. % ПЭЭК и 0,29 масс. % МДАБ. Example 4. Preparation of finished HC with 2.21 wt. % PEEK and 0.29 wt. % MDAB.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,53 г (2,21 масс. %) ПЭЭК и 0,07 г (0,29 масс. %) МДАБ в смеси 80 мл хлористого метилена и 80 мл диэтилового эфира (0,36 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 10 минут при температуре 20 °С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку диэтилового эфира и хлористого метилена по режиму: 25 °С - 10 мин.; 30 °С - 15 мин.; 35 °С - 15 мин.; 40 °С - 15 мин. 23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.53 g (2.21 wt.%) of PEEK and 0.07 g (0. 29 wt.%) MDAB in a mixture of 80 ml of methylene chloride and 80 ml of diethyl ether (0.36 wt.% solution). The flask is placed in a water bath, the stirrer is turned on, nitrogen is supplied, and incubated for 10 minutes at a temperature of 20 °C. After that, the contents of the flask are heated and diethyl ether and methylene chloride are distilled off according to the regime: 25 ° C - 10 min.; 30 °С - 15 min.; 35 °С - 15 min.; 40 °С - 15 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 41-42 °С, 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 41-42°C for 1.5 hours.

Пример 5. Приготовление аппретированного УВ с 2,12 масс. % ПЭЭК и 0,38 масс. % МДАБ. Example 5. Preparation of finished HC with 2.12 wt. % PEEK and 0.38 wt. % MDAB.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,51 г (2,12 масс. %) ПЭЭК и 0,09 г (0,38 масс. %) МДАБ в смеси 80 мл хлористого метилена и 80 мл диэтилового эфира (0,36 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 10 минут при температуре 20 °С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку диэтилового эфира и хлористого метилена по режиму: 25 °С - 10 мин.; 30 °С - 15 мин.; 35 °С - 15 мин.; 40 °С - 15 мин. 23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.51 g (2.12 wt.%) of PEEK and 0.09 g (0. 38 wt.%) MDAB in a mixture of 80 ml of methylene chloride and 80 ml of diethyl ether (0.36 wt.% solution). The flask is placed in a water bath, the stirrer is turned on, nitrogen is supplied, and incubated for 10 minutes at a temperature of 20 °C. After that, the contents of the flask are heated and diethyl ether and methylene chloride are distilled off according to the regime: 25 ° C - 10 min.; 30 °С - 15 min.; 35 °С - 15 min.; 40 °С - 15 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 41-42 °С, 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 41-42°C for 1.5 hours.

Пример 6. Приготовление аппретированного УВ с 2,08 масс. % ПЭЭК и 0,42 масс. % МДАБ. Example 6. Preparation of finished HC with 2.08 wt. % PEEK and 0.42 wt. % MDAB.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,5 г (2,08 масс. %) ПЭЭК и 0,1 г (0,42 масс. %) МДАБ в смеси 80 мл хлористого метилена и 80 мл диэтилового эфира (0,36 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 10 минут при температуре 20 °С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку диэтилового эфира и хлористого метилена по режиму: 25 °С - 10 мин.; 30 °С - 15 мин.; 35 °С - 15 мин.; 40 °С - 15 мин. 23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.5 g (2.08 wt.%) of PEEK and 0.1 g (0. 42 wt.%) MDAB in a mixture of 80 ml of methylene chloride and 80 ml of diethyl ether (0.36 wt.% solution). The flask is placed in a water bath, the stirrer is turned on, nitrogen is supplied, and incubated for 10 minutes at a temperature of 20 °C. After that, the contents of the flask are heated and diethyl ether and methylene chloride are distilled off according to the regime: 25 ° C - 10 min.; 30 °С - 15 min.; 35 °С - 15 min.; 40 °С - 15 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 41-42 °С, 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 41-42°C for 1.5 hours.

Из аппретированных УВ и ПЭИ получены композиционные материалы, содержащие 20 масс. % аппретированных полиэфирэфиркетоном и 1-метил-2,5-диаминобензолом углеволокон.Composite materials containing 20 wt. % finished with polyetheretherketone and 1-methyl-2,5-diaminobenzene carbon fibers.

В таблице 1 представлены составы, а также модули упругости и прочности при изгибе композитов, содержащих УВ, по примерам 1-6. Table 1 presents the compositions, as well as the moduli of elasticity and flexural strength of composites containing hydrocarbons, according to examples 1-6.

Таблица 1Table 1 СоставCompound Е изг,
ГПа
E izg,
GPa
σ изг,
МПа
σ bend,
MPa
ПЭИPEI 3,633.63 112,4112.4 ПЭИ + 20 % УВ (3 мм)
неаппретированный
PEI + 20% HC (3 mm)
unapplied
8,488.48 207,1207.1
По примеру 1 According to example 1 10,15 10.15 253,6253.6 По примеру 2 According to example 2 10,65 10.65 256,5256.5 По примеру 3 According to example 3 11,8611.86 265,5265.5 По примеру 4 According to example 4 12,46 12.46 272,7272.7 По примеру 5 According to example 5 11,7711.77 269,9269.9 По примеру 6According to example 6 11,3411.34 266,8266.8

где, Е изг - модуль упругости при изгибе, σ изг - предел прочности при изгибе.where, E izg - modulus of elasticity in bending, σ izg - ultimate strength in bending.

Как видно из приведенных данных, полиэфиримидные углеволокнистые композиты, содержащие аппретированные УВ (№ 1-6), проявляют более высокие значения модуля упругости и прочности при изгибе по сравнению с композитом, содержащим неаппретированное углеволокно.As can be seen from the above data, polyetherimide carbon fiber composites containing sized CFs (Nos. 1-6) exhibit higher values of the modulus of elasticity and flexural strength compared to the composite containing untreated carbon fiber.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении модуля упругости и прочности при изгибе создаваемых полиэфиримидных углеволокнистых композитов за счет введения аппретирующего состава - полиэфирэфиркетона и 1-метил-2,5-диаминобензола, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает граничные взаимодействия между наполнителем и полиэфиримидной матрицей.The technical result of the invention is to improve the modulus of elasticity and flexural strength of the created polyesterimide carbon fiber composites due to the introduction of a sizing composition - polyetheretherketone and 1-methyl-2,5-diaminobenzene, which increases the wettability of the filler and increases the boundary interactions between the filler and the polyesterimide matrix.

Claims (6)

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 41-42°С, отличающийся тем, что аппрет наносят из раствора с массовой концентрацией 0,36 масс.% в смеси легколетучих органических растворителей хлористого метилена и диэтилового эфира и проводят ступенчатый подъем температуры и отгонку растворителей по режиму: 20°С - 10 мин; 25°С - 10 мин; 30°С - 15 мин; 35°С - 15 мин; 40°С - 15 мин, где количественное соотношение компонентов соответствует в 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 41-42 ° C, characterized in that the sizing is applied from a solution with a mass a concentration of 0.36 wt.% in a mixture of volatile organic solvents of methylene chloride and diethyl ether and carry out a stepwise rise in temperature and distillation of solvents according to the mode: 20°C - 10 min; 25°С - 10 min; 30°С - 15 min; 35°C - 15 min; 40°C - 15 min, where the quantitative ratio of the components corresponds to the mass. %: углеродное волокноcarbon fiber 97,597.5 полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) polyetheretherketone (PEEK) 2,46 - 2,082.46 - 2.08 1-метил-2,5-диаминобензол1-methyl-2,5-diaminobenzene 0,04 - 0,420.04 - 0.42
причем используется ПЭЭК на основе 4,4'-диоксидифенилпропана и 4,4'-дифторбензофенона формулы:moreover, PEEK based on 4,4'-dioxydiphenylpropane and 4,4'-difluorobenzophenone of the formula is used:
Figure 00000003
.
Figure 00000003
.
2. Полиэфиримидный углеволокнистый композит, используемый при производстве конструкционных 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 полимерном композите соответствует в масс. %:2. Polyetherimide carbon fiber composite used in the manufacture of structural products in additive technologies, containing a polymer matrix based on polyesterimide and finished carbon fiber, characterized in that the finished carbon fiber is used, obtained by the method according to claim 1, and the quantitative ratio of components in the polymer composite corresponds to in mass %: полиэфиримидpolyetherimide 8080 аппретированное углеродное волокноfinished carbon fiber 2020
RU2022103827A 2022-02-15 Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composite RU2793866C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2793866C1 true RU2793866C1 (en) 2023-04-07

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1030923A (en) * 1987-07-24 1989-02-08 聚塑料株式会社 Polyarylene sulfide resin composition
DE102012200059A1 (en) * 2012-01-03 2013-07-04 Thermoplast Composite Gmbh Composites
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
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1030923A (en) * 1987-07-24 1989-02-08 聚塑料株式会社 Polyarylene sulfide resin composition
DE102012200059A1 (en) * 2012-01-03 2013-07-04 Thermoplast Composite Gmbh Composites
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
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2744893C1 (en) Polymer carbon fiber composition and method for its production
RU2712612C1 (en) Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon
RU2741505C1 (en) Polyether ether ketone carbon-fiber composite and method for production thereof
RU2793866C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide 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
RU2796448C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibers and polymer composite material
RU2793913C1 (en) Dressed carbon fiber and polyesteretherketone composite based on it
RU2804164C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and reinforced polymer composition
RU2816425C1 (en) Method for obtaining sized carbon fibre and polymer composite based on it
RU2793864C1 (en) Carbon fibre polyesteretherketone composite and method for its production
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
RU2803746C2 (en) Method for obtaining dressed carbon fibers and polymer composite
RU2811291C1 (en) Method for producing finished carbon fibre and a polymer composite based on it
RU2804162C1 (en) Method for producing finished carbon fibres and polyetherimide-carbon fibre composition
RU2793856C1 (en) Method for obtaining dressed glass fibers and polyesterimide composite
RU2803603C2 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2796405C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and a polyesterimide composite filled with them
RU2798166C1 (en) Method for obtaining treated carbon fibres and polyether ether ketone compositions based on them
RU2798036C1 (en) Method for obtaining sized carbon fibers and polyesterimide composites
RU2793890C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it
RU2798032C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibers and polyesterimide composite material
RU2793886C1 (en) Polyetheretherketone carbon fiber composite material and method for its production
RU2816362C1 (en) Method for producing finished carbon fibre and reinforced polymer composition based on it