RU2793890C1 - Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it - Google Patents

Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it Download PDF

Info

Publication number
RU2793890C1
RU2793890C1 RU2022105284A RU2022105284A RU2793890C1 RU 2793890 C1 RU2793890 C1 RU 2793890C1 RU 2022105284 A RU2022105284 A RU 2022105284A RU 2022105284 A RU2022105284 A RU 2022105284A RU 2793890 C1 RU2793890 C1 RU 2793890C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon fiber
ether ketone
polyetheretherketone
elisa
sizing composition
Prior art date
Application number
RU2022105284A
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 RU2793890C1 publication Critical patent/RU2793890C1/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 sizing composition contains an oligomeric ether ether ketone based on diphenylolpropane, difluorobenzophenone and isophthaloylamide. A polyether ether ketone composite is also proposed.
EFFECT: group of inventions makes it possible to improve the physical-mechanical and rheological properties of a polyester ether ketone composite material containing finished carbon fibre.
2 cl, 1 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к способу получения аппретированных углеродных волокон и полиэфирэфиркетонным композитам на их основе, и может быть использовано в качестве конструкционных полимерных материалов для производства изделий специального назначения в аддитивных технологиях. The invention relates to a method for obtaining finished carbon fibers and polyetheretherketone composites based on them, 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 покрытие аппретами 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 coat the carbon fiber surface with coupling agents, which makes it possible to modify the structure of the interfacial layer and increase intermolecular adhesive interactions at the polymer-filler interface.

Известны полимерные композиционные материалы, содержащие полиэфиркетоны.Known polymer composite materials 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 полиэфирэфиркетон) 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 (ПЭС) и сополиэфирэфирсульфона (ПЭЭС) 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 оС), 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 (PES) and copolyetherethersulfone (PEES) 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 полиэфирэфиркетонные 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. Polyetheretherketone composites are known according to US patent No. 4049613. To increase the wettability of carbon fiber by a polymer matrix, the authors propose to keep the filler in hot nitric acid for three days, which is technologically and economically disadvantageous.

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 № 2752625, «Полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения». К недостаткам патента можно отнести не слишком высокие значения приводимых физико-механических показателей композиционны материалов и длительность процесса получения аппретированных волокон. The closest analogue is the patent of the Russian Federation No. 2752625, "Polyester composite material based on polyetheretherketone and 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 composite materials and the duration of the process of obtaining finished fibers.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения аппретированных углеродных волокон и полиэфирэфиркетонных композитов на их основе с более высокими значениями физико-механических и реологических показателей, на основе матричного полимера полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) наполненного аппретированным углеродным волокном (УВ).The objective of the present invention is to develop a method for obtaining sized carbon fibers and polyether ether ketone composites based on them with higher values of physical, mechanical and rheological parameters, based on a polyether ether ketone (PEEK) matrix polymer filled with sized carbon fiber (CF).

Поставленная задача достигается тем, что полиэфирэфиркетонные композиты, наполненные углеродными волокнами, получают предварительной обработкой углеродного волокна аппретирующим составом, представляющим собой смесь олигомерного эфирэфиркетона (ОГ-79) на основе дифенилолпропана и дифторбензофенона со степенью поликонденсации n = 7÷9 и изофталоиламида (ИФА). The task is achieved by the fact that polyetheretherketone composites filled with carbon fibers are obtained by pre-treatment of carbon fiber with a sizing composition, which is a mixture of oligomeric etheretherketone (OG-79) based on diphenylolpropane and difluorobenzophenone with a degree of polycondensation n = 7÷9 and isophthaloylamide (ELISA).

Матричный полиэфирэфиркетон представляет собой промышленный полимер PEEK 450, являющийся продуктом поликонденсации 1,4-диоксибензола и 4,4'-дифтордифенилкетона формулы: Matrix polyetheretherketone is an industrial polymer PEEK 450, which is a polycondensation product of 1,4-dioxybenzene and 4,4'-difluorodiphenylketone of the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

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 95,595.5 ОГ-79OG-79 1,0÷3,51.0÷3.5 ИФА ELISA 3,5÷1,03.5÷1.0

Количество аппретированного углеродного волокна в композиционном материале соответствует 10 масс. %. Такая обработка аппретирующим составом повышает смачиваемость наполнителя аппретирующим составом, дает возможность многократно проводить при необходимости термообработку получаемого изделия без изменения свойств аппрета. The amount of finished carbon fiber in the composite material corresponds to 10 wt. %. Such treatment with a sizing composition increases the wettability of the filler with a sizing composition, makes it possible to repeatedly heat treat the resulting product, if necessary, without changing the properties of the sizing agent.

Углеродный наполнитель покрывают аппретирующим составом путем обработки в побочном продукте производства этилового спирта – головной фракции (ЭСГФ). The carbon filler is coated with a sizing composition by processing in a by-product of the production of ethyl alcohol - the head fraction (ESHF).

Композиционные материалы 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. Использованы углеродное волокно марки RK-306 (IFI Technical Production) и промышленный полиэфирэфиркетон марки PEEK 450 с приведенной вязкостью 0,36 дл/г, измеренной для 1 %-го раствора в концентрированной серной кислоте.Composite materials 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. RK-306 grade carbon fiber (IFI Technical Production) and PEEK 450 grade industrial polyether ether ketone grade with a reduced viscosity of 0.36 dl/g, measured from a 1% solution in concentrated sulfuric acid, were used.

Ниже представлены примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон, аппретирующий состав наносят из раствора с массовой концентрацией 0,7 масс. % в органическом легколетучем растворителе.Below are examples illustrating the method of obtaining finished carbon fibers, the sizing composition is applied from a solution with a mass concentration of 0.7 mass. % in an organic volatile solvent.

Пример 1. Получение аппретированного УВ с 1,0 масс. % ОГ-79 и 3,5 масс. % ИФА. Example 1. Obtaining finished CF with 1.0 wt. % OG-79 and 3.5 wt. % ELISA.

В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, подачей газообразного азота и прямым холодильником, помещают 23,875 г (95,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,25 г (1,0 масс. %) ОГ-79 и 0,875 г (3,5 масс. %) ИФА в 172,5 мл ЭСГФ (0,7 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 25 °С - 10 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ЭСГФ по режиму: 35 °С - 15 мин.; 55 °С – 15 мин.; 65 °С - 10 мин.; 85 °С – 15 мин.23.875 g (95.5 wt.%) of HC with a fiber length of 0.2 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, nitrogen gas supply and a direct condenser, and the solution obtained by dissolving 0.25 g (1.0 wt. %) OG-79 and 0.875 g (3.5 wt. %) ELISA in 172.5 ml of ESHF (0.7 wt. % solution). The flask is placed in a water bath, the stirrer is turned on, the nitrogen supply is turned on, and the flask is kept at 25 °C for 10 minutes. Then, the contents of the flask are heated and the ESHF is distilled off according to the regime: 35 ° C - 15 minutes; 55 °С - 15 min.; 65 °С - 10 min.; 85 °С - 15 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90 оС 2 часа.The dressed fiber is dried in a vacuum oven at 88-90 ° C for 2 hours.

Пример 2. Получение аппретированного УВ с 1,5 масс. % ОГ-79 и 3,0 масс. % ИФА. Example 2. Obtaining finished CF with 1.5 wt. % OG-79 and 3.0 wt. % ELISA.

В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, подачей газообразного азота и прямым холодильником, помещают 23,875 г (95,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,375 г (1,5 масс. %) ОГ-79 и 0,75 г (3,0 масс. %) ИФА в 172,5 мл ЭСГФ (0,7 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 25 °С - 10 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ЭСГФ по режиму: 35 °С - 15 мин.; 55 °С – 15 мин.; 65 °С - 10 мин.; 85 °С – 15 мин.23.875 g (95.5 wt.%) of HC with a fiber length of 0.2 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a supply of gaseous nitrogen and a direct condenser and a solution obtained by dissolving 0.375 g (1.5 wt.%) OG-79 and 0.75 g (3.0 wt. %) of ELISA in 172.5 ml of ESHF (0.7 wt. % solution). The flask is placed in a water bath, the stirrer is turned on, the nitrogen supply is turned on, and the flask is kept at 25 °C for 10 minutes. Then, the contents of the flask are heated and the ESHF is distilled off according to the regime: 35 ° C - 15 minutes; 55 °С - 15 min.; 65 °С - 10 min.; 85 °С - 15 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90 оС 2 часа.The dressed fiber is dried in a vacuum oven at 88-90 ° C for 2 hours.

Пример 3. Получение аппретированного УВ с 2,0 масс. % ОГ-79 и 2,5 масс. % ИФА. Example 3. Obtaining finished CF with 2.0 wt. % OG-79 and 2.5 wt. % ELISA.

В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, подачей газообразного азота и прямым холодильником, помещают 23,875 г (95,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,5 г (2,0 масс. %) ОГ-79 и 0,625 г (2,5 масс. %) ИФА в 172,5 мл ЭСГФ (0,7 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 25 °С - 10 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ЭСГФ по режиму: 35 °С - 15 мин.; 55 °С – 15 мин.; 65 °С - 10 мин.; 85 °С – 15 мин.23.875 g (95.5 wt.%) of HC with a fiber length of 0.2 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, nitrogen gas supply and a direct condenser, and the solution obtained by dissolving 0.5 g (2.0 wt. %) OG-79 and 0.625 g (2.5 wt. %) ELISA in 172.5 ml of ESHF (0.7 wt. % solution). The flask is placed in a water bath, the stirrer is turned on, the nitrogen supply is turned on, and the flask is kept at 25 °C for 10 minutes. Then, the contents of the flask are heated and the ESHF is distilled off according to the regime: 35 ° C - 15 minutes; 55 °С - 15 min.; 65 °С - 10 min.; 85 °С - 15 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90 оС 2 часа.The dressed fiber is dried in a vacuum oven at 88-90 ° C for 2 hours.

Пример 4. Получение аппретированного УВ с 2,5 масс. % ОГ-79 и 2,0 масс. % ИФА. Example 4. Obtaining finished HC with 2.5 wt. % OG-79 and 2.0 wt. % ELISA.

В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, подачей газообразного азота и прямым холодильником, помещают 23,875 г (95,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,625 г (2,5 масс. %) ОГ-79 и 0,5 г (2,0 масс. %) ИФА в 172,5 мл ЭСГФ (0,7 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 25 °С - 10 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ЭСГФ по режиму: 35 °С - 15 мин.; 55 °С – 15 мин.; 65 °С - 10 мин.; 85 °С – 15 мин.23.875 g (95.5 wt. %) of HC with a fiber length of 0.2 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a supply of gaseous nitrogen and a direct condenser and a solution obtained by dissolving 0.625 g (2.5 wt. %) OG-79 and 0.5 g (2.0 wt. %) ELISA in 172.5 ml ESHF (0.7 wt. % solution). The flask is placed in a water bath, the stirrer is turned on, the nitrogen supply is turned on, and the flask is kept at 25 °C for 10 minutes. Then, the contents of the flask are heated and the ESHF is distilled off according to the regime: 35 ° C - 15 minutes; 55 °С - 15 min.; 65 °С - 10 min.; 85 °С - 15 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90 оС 2 часа.The dressed fiber is dried in a vacuum oven at 88-90 ° C for 2 hours.

Пример 5. Получение аппретированного УВ с 3,0 масс. % ОГ-79 и 1,5 масс. % ИФА. Example 5. Obtaining finished CF with 3.0 wt. % OG-79 and 1.5 wt. % ELISA.

В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, подачей газообразного азота и прямым холодильником, помещают 23,875 г (95,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,75 г (3,0 масс. %) ОГ-79 и 0,375 г (1,5 масс. %) ИФА в 172,5 мл ЭСГФ (0,7 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 25 °С - 10 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ЭСГФ по режиму: 35 °С - 15 мин.; 55 °С – 15 мин.; 65 °С - 10 мин.; 85 °С – 15 мин.23.875 g (95.5 wt.%) of HC with a fiber length of 0.2 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, nitrogen gas supply and a direct condenser, and the solution obtained by dissolving 0.75 g (3.0 wt. %) OG-79 and 0.375 g (1.5 wt. %) ELISA in 172.5 ml of ESHF (0.7 wt. % solution). The flask is placed in a water bath, the stirrer is turned on, the nitrogen supply is turned on, and the flask is kept at 25 °C for 10 minutes. Then, the contents of the flask are heated and the ESHF is distilled off according to the regime: 35 ° C - 15 minutes; 55 °С - 15 min.; 65 °С - 10 min.; 85 °С - 15 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90 оС 2 часа.The dressed fiber is dried in a vacuum oven at 88-90 ° C for 2 hours.

Пример 6. Получение аппретированного УВ с 3,5 масс. % ОГ-79 и 1,0 масс. % ИФА. Example 6. Obtaining finished CF with 3.5 wt. % OG-79 and 1.0 wt. % ELISA.

В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, подачей газообразного азота и прямым холодильником, помещают 23,875 г (95,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,875 г (3,5 масс. %) ОГ-79 и 0,25 г (1,0 масс. %) ИФА в 172,5 мл ЭСГФ (0,7 масс. %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 25 °С - 10 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ЭСГФ по режиму: 35 °С - 15 мин.; 55 °С – 15 мин.; 65 °С - 10 мин.; 85 °С – 15 мин.23.875 g (95.5 wt.%) of HC with a fiber length of 0.2 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a supply of gaseous nitrogen and a direct condenser, and a solution obtained by dissolving 0.875 g (3.5 wt.%) OG-79 and 0.25 g (1.0 wt. %) ELISA in 172.5 ml of ESHF (0.7 wt. % solution). The flask is placed in a water bath, the stirrer is turned on, the nitrogen supply is turned on, and the flask is kept at 25 °C for 10 minutes. Then, the contents of the flask are heated and the ESHF is distilled off according to the regime: 35 ° C - 15 minutes; 55 °С - 15 min.; 65 °С - 10 min.; 85 °С - 15 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90 °С 2 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 88-90°C for 2 hours.

Из аппретированных УВ и ПЭЭК получены композиционные материалы, содержащие 10 масс. % аппретированных смесью ОГ-79 и ИФА углеволокон.Composite materials containing 10 wt. % of carbon fibers finished with a mixture of OG-79 and ELISA.

В таблице 1 представлены составы и физико-механические свойства композиционных материалов, содержащих различные количества аппретирующего состава по примерам 1-6. Table 1 shows the compositions and physical and mechanical properties of composite materials containing various amounts of sizing composition according to examples 1-6.

Таблица 1Table 1

СоставCompound ПТР,
г/10 мин
PTR,
g/10 min
Ар, кДж/м²
11 Дж
с/н
А r , kJ/m²
11 J
s/n
Еизг,
МПа
E izg ,
MPa
Ераст, ГПа E growth , GPa σраст,
МПа
σ grow,
MPa
σтек,
МПа
σ current,
MPa
РЕЕК 450 + 10 % УВ 0,2 мм неаппретированный PEEK 450 + 10% UV 0.2 mm raw 4,464.46 8,658.65 5,95.9 4,744.74 105105 110,3110.3 По примеру 1According to example 1 5,825.82 9,459.45 5,915.91 4,974.97 110,2110.2 112,7112.7 По примеру 2According to example 2 5,935.93 10,910.9 5,915.91 5,135.13 113,6113.6 113,8113.8 По примеру 3According to example 3 6,256.25 11,811.8 5,945.94 5,215.21 115,4115.4 114,3114.3 По примеру 4According to example 4 6,296.29 12,112.1 5,945.94 5,225.22 115,7115.7 114,3114.3 По примеру 5According to example 5 6,336.33 12,512.5 5,965.96 5,275.27 116,8116.8 115,8115.8 По примеру 6According to example 6 6,366.36 12,312.3 5,985.98 5,265.26 116,5116.5 116,1116.1

где, ПТР – показатель текучести расплава, Ар – ударная прочность с надрезом, Е изг – модуль упругости при изгибе, σраст и Ераст – разрушающее напряжение и модуль упругости при растяжении; σтек – предел текучести при растяжении.where, MFR is the melt flow index, A p is notched impact strength, E izg is the modulus of elasticity in bending, σ rast and E rast are the breaking stress and tensile modulus of elasticity; σ tech - tensile yield strength.

Как видно из приведенных результатов, полиэфирэфиркетонные композиты, содержащие аппретированные УВ (№№ 1-6), проявляют более высокие физико-механические и реологические свойства по сравнению с композитом, содержащим неаппретированное углеволокно.As can be seen from the above results, polyetheretherketone composites containing sized CFs (nos. 1-6) exhibit higher physical, mechanical and rheological properties compared to a composite containing untreated carbon fiber.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в уменьшении времени процесса получения аппретированных волокон, и улучшении физико-механических и реологических свойств создаваемых полиэфирэфиркетонных композитов за счет введения аппретирующего состава – олигомерного эфирэфиркетона на основе дифенилолпропана и дифторбензофенона со степенью поликонденсации n = 7÷9 и изофталоиламида, который повышает смачиваемость углеродного волокна, и увеличивает граничные взаимодействия между наполнителем и полиэфирэфиркетонной матрицей. Кроме этого, происходит утилизация этилового спирта головной фракции, являющийся побочным продуктом при производстве этанола. The technical result of the invention is to reduce the time of the process of obtaining finished fibers, and improve the physico-mechanical and rheological properties of the created polyester ether ketone composites by introducing a sizing composition - an oligomeric ether ether ketone based on diphenylolpropane and difluorobenzophenone with a degree of polycondensation n = 7÷9 and isophthaloylamide, which increases wettability of the carbon fiber, and increases the interface interactions between the filler and the polyether ether ketone matrix. In addition, the ethyl alcohol of the head fraction, which is a by-product in the production of ethanol, is utilized.

Claims (4)

1. Способ получения аппретированных углеродных волокон, предназначенных для конструкционных изделий в аддитивных технологиях, основанный на аппретировании углеродного волокна путем нанесения аппретирующего состава из раствора с последующей сушкой в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90°С, отличающийся тем, что аппретирующий состав - олигомерный эфирэфиркетон на основе дифенилолпропана и дифторбензофенона со степенью поликонденсации n=7-9 (ОГ-79) и изофталоиламид (ИФА) наносят из раствора с массовой концентрацией 0,7 мас. % в органическом легколетучем растворителе – этиловом спирте головной фракции и проводят ступенчатый подъем температуры с одновременной отгонкой растворителя по режиму: 25°С - 10 мин; 35°С - 15 мин; 55°С - 15 мин; 65°С - 10 мин; 85°С - 15 мин, причем количественное соотношение компонентов соответствует, мас. %:1. A method for producing finished carbon fibers intended for structural products in additive technologies, based on finishing carbon fiber by applying a sizing composition from a solution, followed by drying in an oven under vacuum at 88-90 ° C, characterized in that the sizing composition is oligomeric etheretherketone based on diphenylolpropane and difluorobenzophenone with a degree of polycondensation n=7-9 (OG-79) and isophthaloylamide (ELISA) is applied from a solution with a mass concentration of 0.7 wt. % in an organic volatile solvent - ethyl alcohol of the head fraction and carry out a stepwise rise in temperature with simultaneous distillation of the solvent according to the regime: 25 ° C - 10 min; 35°С - 15 min; 55°C - 15 min; 65°C - 10 min; 85°C - 15 min, and the quantitative ratio of the components corresponds, wt. %: углеволокноcarbon fiber 95,595.5 ОГ-79OG-79 1,0-3,51.0-3.5 ИФАELISA 3,5-1,03.5-1.0
2. Полиэфирэфиркетонный композит, предназначенный в качестве конструкционных полимерных материалов для производства изделий в аддитивных технологиях, на основе полиэфирэфиркетона и углеродного волокна, обработанного аппретирующим составом, отличающийся тем, что использовано аппретированное углеродное волокно, полученное способом по п. 1, причем количественное соотношение компонентов в полиэфирэфиркетонном композите соответствует, мас. %:2. Polyetheretherketone composite intended as structural polymeric materials for the production of products in additive technologies, based on polyetheretherketone and carbon fiber treated with a sizing composition, characterized in that the sized carbon fiber obtained by the method according to claim 1 is used, moreover, the quantitative ratio of components in polyetheretherketone composite corresponds, wt. %: полиэфирэфиркетонpolyetheretherketone 9090 аппретированное углеродное волокноfinished carbon fiber 1010
RU2022105284A 2022-02-28 Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it RU2793890C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2793890C1 true RU2793890C1 (en) 2023-04-07

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2744404C1 (en) * 2019-12-20 2021-03-09 Сергей Васильевич Моторин Composite polymer material based on polyarylene ether ketone
RU2752625C1 (en) * 2020-03-18 2021-07-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Polymer composite material based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2744404C1 (en) * 2019-12-20 2021-03-09 Сергей Васильевич Моторин Composite polymer material based on polyarylene ether ketone
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
RU2752625C1 (en) * 2020-03-18 2021-07-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Polymer composite material 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
RU2793890C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it
RU2796404C1 (en) Method for obtaining treated carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2798166C1 (en) Method for obtaining treated carbon fibres and polyether ether ketone compositions based on them
RU2811422C1 (en) Method for obtaining finished carbon fiber and polyether ether ketone composite
RU2793886C1 (en) Polyetheretherketone carbon fiber composite material and method for its production
RU2811395C1 (en) Method for obtaining finished carbon fiber and polyetheretherketone composite material
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
RU2793760C1 (en) Dressed carbon fibre and polyetheretherketone composite material based on it
RU2793913C1 (en) Dressed carbon fiber and polyesteretherketone composite based on it
RU2811391C1 (en) Method for producing coated carbon fibers and polyether ether ketone compositions
RU2802624C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and polyether ether ketone composite materials based on them
RU2811393C1 (en) Method for producing sizing carbon fibers and polyether ether ketone compositions
RU2802447C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and composites based on them
RU2811385C1 (en) Method for producing finished carbon fibers and polymer composites based on them
RU2803746C2 (en) Method for obtaining dressed carbon fibers and polymer composite
RU2757922C2 (en) Carbon fiber polymer composite material based on polyesteresterketone and a method for its preparation
RU2793866C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composite
RU2816425C1 (en) Method for obtaining sized carbon fibre and polymer composite based on it
RU2752625C1 (en) Polymer composite material based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production
RU2796835C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composites based on them
RU2804162C1 (en) Method for producing finished carbon fibres and polyetherimide-carbon fibre composition