RU2798036C1 - Method for obtaining sized carbon fibers and polyesterimide composites - Google Patents

Method for obtaining sized carbon fibers and polyesterimide composites Download PDF

Info

Publication number
RU2798036C1
RU2798036C1 RU2022119249A RU2022119249A RU2798036C1 RU 2798036 C1 RU2798036 C1 RU 2798036C1 RU 2022119249 A RU2022119249 A RU 2022119249A RU 2022119249 A RU2022119249 A RU 2022119249A RU 2798036 C1 RU2798036 C1 RU 2798036C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon fiber
polyesterimide
sizing
solution
finished
Prior art date
Application number
RU2022119249A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ауес Ахмедович Беев
Светлана Юрьевна Хаширова
Джульетта Анатольевна 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 RU2798036C1 publication Critical patent/RU2798036C1/en

Links

Abstract

FIELD: polymer materials.
SUBSTANCE: method for obtaining sized carbon fibers, and polyesterimide composite materials intended as structural polymer materials in additive processes, including PEI and CF, sized 1,4- A method for obtaining finished carbon fibers intended for structural polymeric materials based on the sizing of carbon fiber by applying a sizing component from a solution, followed by drying in an oven under vacuum at 81-82°C, characterized in that the sizing agent is applied from a solution with a mass concentration of 0.5% in an organic solvent of chloroform and a stepwise rise in temperature and simultaneous distillation of the solvent and exposure to ultrasound with an operating frequency of 46 kHz are carried out according to the following mode: 20°C - 2.5 min; 40°С - 3 min; 50°C - 3 min; 70°C - 2 min; and the quantitative ratio of the components corresponds in wt.%: carbon fiber 96.0; 1,4-diaminobenzene 0.5÷1.0; oligomeric polyethersulfone based on 4,4 -dioxyphthalophenone and 4,4 -dichlorodiphenylsulfone with degree of polycondensation n = 57: 3.5÷3.0.
Figure 00000005
A polyesterimide composite material is used in the manufacture of products in additive techniques, containing a polymer matrix based on polyesterimide and finished carbon fiber, characterized in that carbon fiber is used, obtained by the method according to cl. 1, and the quantitative ratio of components in the composite material corresponds to wt .%: polyetherimide 80, finished carbon fiber 20.
EFFECT: improvement of the melt flow rate and impact strength of the created polyesterimide carbon fiber composition due to the introduction of a sizing composition, which increases the wettability of the filler and increases intermolecular interactions between the carbon fiber and the polyesterimide matrix.
2 cl, 1 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к способу получения аппретированных углеродных волокон и полиэфиримидным композициям 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 compositions 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 углеволоконных полимерных композиций 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 carbon fiber polymer compositions 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.

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 (УВ), 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 (CF), 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 УВязующее - 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. Pre-receive UV Binder - oligomer by reacting tetranitrile aromatic tetracarboxylic acid 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 low-molecular by-products of the reaction when combining the binder 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 невысокие значения показателя текучести расплава и ударной прочности полиэфиримидных композиций.The closest analogue is the method of finishing carbon fiber according to RF patent No. 2712612 "Method of obtaining finished carbon fibers and composite materials based on them." The disadvantage of the solution can be considered low values of the melt flow index and impact strength of polyesterimide compositions.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения аппретированных углеродных волокон и получении полиэфиримидной композиции с улучшенными значениями показателя текучести расплава и ударной прочности 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 a polyesterimide composition with improved melt flow index and impact strength based on a polyesterimide (PEI) matrix polymer reinforced with sized carbon fiber (carbon fiber, CF) as a filler.

Поставленная задача достигается тем, что полиэфиримидные композиции, наполненные углеродным наполнителем, получаюются предварительной обработкой углеродного волокна аппретирующим составом – смесью 1,4-диаминобензола (1,4-ДАБ) и олигомерного полиэфирсульфона (ОПЭС) на основе 4,4'-диоксидифенилпропана и 4,4'-дихлордифенилсульфона со степенью поликонденсации n = 5÷7:The task is achieved by the fact that polyetherimide compositions filled with carbon filler are obtained by pre-treatment of carbon fiber with a sizing composition - a mixture of 1,4-diaminobenzene (1,4-DAB) and oligomeric polyethersulfone (OPES) based on 4,4'-dioxydiphenylpropane and 4 ,4'-dichlorodiphenylsulfone with degree of polycondensation n = 5÷7:

Figure 00000001
Figure 00000001

Матричный полимер - промышленный полиэфиримид (ПЭИ) марки ULTEM-1010, формулы:Matrix polymer - industrial polyesterimide (PEI) brand ULTEM-1010, formulas:

Figure 00000002
Figure 00000002

является продуктом поликонденсации 1,3-диаминобензола и диангидрида 2,2'-бис[4(3,4-дикарбоксифенокси)фенил]-пропана. Приведенная вязкость равна 0,65 дл/г, измеренная для 0,5 %-ного раствора в хлороформе.is a polycondensation product of 1,3-diaminobenzene and 2,2'-bis[4(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]propane dianhydride. The reduced viscosity is 0.65 dl/g, measured for a 0.5% solution in chloroform.

При этом берут следующие соотношения (масс. %) компонентов в наполнителе (Углеродное волокно + ОПЭС + 1,4-ДАБ):In this case, the following ratios (wt.%) of the components in the filler are taken (Carbon fiber + OPES + 1,4-DAB):

Углеродное волокноCarbon fiber 96,096.0 ОПЭСOPES 3,5 ÷ 3,03.5 ÷ 3.0 1,4-ДАБ1,4-DAB 0,5 ÷ 1,00.5 ÷ 1.0

Количество аппретирующего состава к углеродному волокну соответствует 4,0%. Количество аппретированного углеродного волокна в полиэфиримидном композите составляет 20 масс.%. Обработка таким аппретирующим составом повышает смачиваемость углеродного волокна матричным полиэфиримидом, позволяет многократно проводить при необходимости термообработку получаемого изделия без изменения свойств аппретирующего состава.The amount of sizing composition to carbon fiber corresponds to 4.0%. The amount of finished carbon fiber in the polyesterimide composite is 20 wt.%. Processing with such a sizing composition increases the wettability of the carbon fiber by the matrix polyesterimide, and makes it possible to repeatedly heat treat the resulting product, if necessary, 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. Углеволоконные полиэфиримидные композиции 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), 1,4-диаминобензол и хлороформ, марки «ХЧ».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. Carbon fiber polyesterimide compositions of the present invention are obtained by pre-mixing the polymer matrix and sizing carbon fiber using a high-speed homogenizer Multi function disintegrator VLM-40B. Then the polymer mixture is extruded using a laboratory twin-screw extruder with three heating zones at processing temperatures of 200°C, 315°C, 355°C. Used carbon fiber brand RK-306 (IFI Technical Production), 1,4-diaminobenzene and chloroform, brand "HCh".

Ниже представлены примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон с использованием аппретирующего состава.Below are examples illustrating the method of obtaining finished carbon fibers using a sizing composition.

Пример 1. Приготовление аппретированного УВ с 3,5 масс.% ОПЭС и 0,5 масс.% 1,4-ДАБ Example 1. Preparation of a sized HC with 3.5 wt.% OPES and 0.5 wt.% 1,4-DAB

В трехгорлую реакционную колбу помещают 24 г (96 масс.%) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,875 г (3,5 масс.%) ОПЭС и 0,125 г (0,5 масс.%) 1,4-ДАБ в 133 мл хлороформа (0,5 %-ный раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20°С, включают ультразвук и выдерживают 2,5 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, подачу азота и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 40°С - 3 мин; 50°С - 3 мин; 70°С - 2 мин.24 g (96 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.875 g (3.5 wt.%) of OPES and 0.125 g (0.5 wt.%) is poured 1.4 -DAB in 133 ml of chloroform (0.5% 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 2.5 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. Turn on the stirrer, nitrogen supply and carry out the heating of the contents of the flask and distillation of chloroform according to the regime: 40°C - 3 min; 50°C - 3 min; 70°С - 2 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 81-82°С 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 81-82°C for 1.5 hours.

Пример 2. Приготовление аппретированного УВ с 3,4 масс.% ОПЭС и 0,6 масс.% 1,4-ДАБ Example 2. Preparation of a sized HC with 3.4 wt.% OPES and 0.6 wt.% 1,4-DAB

В трехгорлую реакционную колбу помещают 24 г (96 масс.%) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,85 г (3,4 масс.%) ОПЭС и 0,15 г (0,6 масс.%) 1,4-ДАБ в 133 мл хлороформа (0,5%-ный раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20°С, включают ультразвук и выдерживают 2,5 минуты. После этого в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, подачу азота и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 40°С - 3 мин; 50°С - 3 мин; 70°С - 2 мин.24 g (96 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.85 g (3.4 wt.%) of OPES and 0.15 g (0.6 wt.%) ) 1,4-DAB in 133 ml of chloroform (0.5% 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 2.5 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. Turn on the stirrer, nitrogen supply and carry out the heating of the contents of the flask and distillation of chloroform according to the regime: 40°C - 3 min; 50°C - 3 min; 70°С - 2 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 81-82°С 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 81-82°C for 1.5 hours.

Пример 3. Приготовление аппретированного УВ с 3,3 масс.% ОПЭС и 0,7 масс.% 1,4-ДАБ Example 3. Preparation of a sized HC with 3.3 wt.% OPES and 0.7 wt.% 1,4-DAB

В трехгорлую реакционную колбу помещают 24 г (96 масс.%) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,825 г (3,3 масс.%) ОПЭС и 0,175 г (0,7 масс.%) 1,4-ДАБ в 133 мл хлороформа (0,5%-ный раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20°С, включают ультразвук и выдерживают 2,5 минуты. После этого в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, подачу азота и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 40°С - 3 мин; 50°С - 3мин; 70°С - 2 мин.24 g (96 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.825 g (3.3 wt.%) of OPES and 0.175 g (0.7 wt.%) of 1.4 -DAB in 133 ml of chloroform (0.5% 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 2.5 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. Turn on the stirrer, nitrogen supply and carry out the heating of the contents of the flask and distillation of chloroform according to the regime: 40°C - 3 min; 50°C - 3min; 70°С - 2 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 81-82°С 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 81-82°C for 1.5 hours.

Пример 4. Приготовление аппретированного УВ с 3,2 масс.% ОПЭС и 0,8 масс.% 1,4-ДАБ Example 4. Preparation of sized HC with 3.2 wt.% OPES and 0.8 wt.% 1,4-DAB

В трехгорлую реакционную колбу помещают 24 г (96 масс.%) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,8 г (3,2 масс.%) ОПЭС и 0,2 г (0,8 масс.%) 1,4-ДАБ в 133 мл хлороформа (0,5%-ный раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20°С, включают ультразвук и выдерживают 2,5 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, подачу азота и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 40°С - 3 мин; 50°С - 3 мин; 70°С - 2 мин.24 g (96 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.8 g (3.2 wt.%) of OPES and 0.2 g (0.8 wt.%) ) 1,4-DAB in 133 ml of chloroform (0.5% 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 2.5 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. Turn on the stirrer, nitrogen supply and carry out the heating of the contents of the flask and distillation of chloroform according to the regime: 40°C - 3 min; 50°C - 3 min; 70°С - 2 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 81-82°С 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 81-82°C for 1.5 hours.

Пример 5. Приготовление аппретированного УВ с 3,1 масс.% ОПЭС и 0,9 масс.% 1,4-ДАБ Example 5. Preparation of a sized HC with 3.1 wt.% OPES and 0.9 wt.% 1,4-DAB

В трехгорлую реакционную колбу помещают 24 г (96 масс.%) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,775 г (3,1 масс.%) ОПЭС и 0,225 г (0,9 масс.%) 1,4-ДАБ в 133 мл хлороформа (0,5%-ный раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20°С, включают ультразвук и выдерживают 2,5 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, подачу азота и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 40°С - 3 мин; 50°С - 3 мин; 70°С - 2 мин.24 g (96 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.775 g (3.1 wt.%) of OPES and 0.225 g (0.9 wt.%) of 1.4 -DAB in 133 ml of chloroform (0.5% 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 2.5 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. Turn on the stirrer, nitrogen supply and carry out the heating of the contents of the flask and distillation of chloroform according to the regime: 40°C - 3 min; 50°C - 3 min; 70°С - 2 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 81-82°С 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 81-82°C for 1.5 hours.

Пример 6. Приготовление аппретированного УВ с 3,0 масс.% ОПЭС и 1,0 масс.% 1,4-ДАБ Example 6. Preparation of a sized HC with 3.0 wt.% OPES and 1.0 wt.% 1,4-DAB

В трехгорлую реакционную колбу помещают 24 г (96 масс.%) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,75 г (3,0 масс.%) ОПЭС и 0,25 г (1,0 масс.%) 1,4-ДАБ в 133 мл хлороформа (0,5%-ный раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20°С, включают ультразвук и выдерживают 2,5 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, подачу азота и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 40°С - 3 мин; 50°С - 3 мин; 70°С - 2 мин.24 g (96 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.75 g (3.0 wt.%) of OPES and 0.25 g (1.0 wt.% ) 1,4-DAB in 133 ml of chloroform (0.5% 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 2.5 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. Turn on the stirrer, nitrogen supply and carry out the heating of the contents of the flask and distillation of chloroform according to the regime: 40°C - 3 min; 50°C - 3 min; 70°С - 2 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 81-82 °С 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 81-82°C for 1.5 hours.

Из аппретированных УВ и ПЭИ получены полимерные композиции, содержащие 20 масс.% аппретированных смесью ОПЭС и 1,4-ДАБ углеволокон.From the sized hydrocarbons and PEI, polymer compositions were obtained containing 20 wt.% of carbon fibers sized with a mixture of OPES and 1,4-DAB.

В таблице 1 представлены составы, показатели текучести расплава и ударной прочности композиций, содержащих УВ по примерам 1-6, обработанных различными количествами аппретирующего состава.Table 1 shows the compositions, melt flow rates and impact strength of compositions containing hydrocarbons according to examples 1-6, treated with various amounts of sizing composition.

Таблица 1Table 1 Состав (масс.%)
Composition (wt.%)
ПТР,
г/10 мин
PTR,
g/10 min
Ар, кДж/м²
11 Дж
А r , kJ/m²
11 J
б/нb/n с/нs/n ПЭИPEI 13,213.2 75,575.5 6,16.1 ПЭИ + 20% УВ неаппретированныйPEI + 20% HC raw 3,43.4 30,330.3 5,15.1 По примеру 1According to example 1 7,277.27 30,5230.52 6,076.07 По примеру 2According to example 2 7,567.56 31,6231.62 6,156.15 По примеру 3According to example 3 7,687.68 33,9433.94 7,487.48 По примеру 4According to example 4 7,887.88 36,0536.05 8,298.29 По примеру 5According to example 5 8,568.56 35,4735.47 8,198.19 По примеру 6According to example 6 8,668.66 35,14 35.14 7,907.90

где ПТР - показатель текучести расплава, Ар - ударная прочность.where MFR is the melt flow rate, A p is the impact strength.

Как видно из приведенных данных, полиэфиримидные углеволоконные композиции на основе полиэфиримида, содержащие аппретированные УВ (№№ 1-6), проявляют более высокие показатели текучести расплава и ударной прочности по сравнению с композитом, содержащим неаппретированное углеволокно.As can be seen from the above data, polyetherimide carbon fiber compositions based on polyesterimide containing sized CFs (Nos. 1-6) exhibit higher melt flow and impact strength compared to a composite containing untreated carbon fiber.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении показателя текучести расплава и ударной прочности углеволоконных полиэфиримидных композиций за счет введения аппретирующего состава - смеси 1,4-диаминобензола и олигомерного полиэфирсульфона на основе 4,4'-диоксидифенилпропана и 4,4'-дихлордифенилсульфона со степенью поликонденсации n = 5÷7, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает граничные взаимодействия между наполнителем и полиэфиримидной матрицей.The technical result of the invention is to improve the melt flow rate and impact strength of carbon fiber polyesterimide compositions by introducing a sizing composition - a mixture of 1,4-diaminobenzene and oligomeric polyethersulfone based on 4,4'-dioxydiphenylpropane and 4,4'-dichlorodiphenylsulfone with a degree of polycondensation n = 5÷7, which increases the wettability of the filler and increases the boundary interactions between the filler and the polyesterimide matrix.

Claims (7)

1. Способ получения аппретированных углеродных волокон, предназначенных для конструкционных полимерных материалов, основанных на аппретировании углеродного волокна путем нанесения аппретирующего компонента из раствора с последующей сушкой, в сушильном шкафу под вакуумом при 81-82°С, отличающийся тем, что аппрет наносят из раствора с массовой концентрацией 0,5% в органическом растворителе хлороформе и проводят ступенчатый подъем температуры с одновременной отгонкой растворителя и воздействия ультразвука с рабочей частотой 46 кГц по режиму: 20°С - 2,5 мин; 40°С - 3 мин; 50°С - 3 мин; 70°С-2 мин, причем 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 81-82 ° C, characterized in that the sizing is applied from a solution with mass concentration of 0.5% in an organic solvent chloroform and carry out a stepwise rise in temperature with simultaneous distillation of the solvent and exposure to ultrasound with an operating frequency of 46 kHz according to the mode: 20°C - 2.5 min; 40°C - 3 min; 50°C - 3 min; 70°C-2 min, and the quantitative ratio of the components corresponds, in mass. %: углеродное волокно 96,0;carbon fiber 96.0; 1,4-диаминобензол 0,5 ÷ 1,0;1,4-diaminobenzene 0.5 ÷ 1.0; олигомерный полиэфирсульфон на основе 4,4'-диоксидифенилпропана и 4,4'-дихлордифенилсульфона со степенью поликонденсации n = 5÷7:oligomeric polyethersulfone based on 4,4'-dioxydiphenylpropane and 4,4'-dichlorodiphenylsulfone with polycondensation degree n = 5÷7:
Figure 00000003
3,5 ÷ 3,0.
Figure 00000003
3.5 ÷ 3.0.
2. Полиэфиримидная композиция, используемая при производстве изделий в аддитивных технологиях, содержащая полимерную матрицу на основе полиэфиримида и аппретированного углеродного волокна, отличающаяся тем, что используется углеродное волокно, полученное способом по п. 1, причем количественное соотношение компонентов в композиционном материале соответствует, в масс. %:2. Polyetherimide composition used in the manufacture of products in additive technologies, containing a polymer matrix based on polyesterimide and finished carbon fiber, characterized in that carbon fiber is used, obtained by the method according to claim 1, and the quantitative ratio of the components in the composite material corresponds, in mass . %: ПолиэфиримидPolyetherimide 8080 Аппретированное углеродное волокноFinished carbon fiber 2020
RU2022119249A 2022-07-14 Method for obtaining sized carbon fibers and polyesterimide composites RU2798036C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2798036C1 true RU2798036C1 (en) 2023-06-14

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104470976B (en) * 2012-07-10 2017-05-31 沙特基础全球技术有限公司 The PEI carbon fiber composite of high strength and high impact resistance high fluidity OSU biddabilities
RU2712173C1 (en) * 2019-04-18 2020-01-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Polyesterimide composite material
RU2712612C1 (en) * 2019-05-16 2020-01-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon
RU2770098C1 (en) * 2021-04-01 2022-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Polymer composites of polyphenylene sulphide, finished carbon fibre and method for production thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104470976B (en) * 2012-07-10 2017-05-31 沙特基础全球技术有限公司 The PEI carbon fiber composite of high strength and high impact resistance high fluidity OSU biddabilities
RU2712173C1 (en) * 2019-04-18 2020-01-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Polyesterimide composite material
RU2712612C1 (en) * 2019-05-16 2020-01-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon
RU2770098C1 (en) * 2021-04-01 2022-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Polymer composites of polyphenylene sulphide, finished carbon fibre and method for production thereof

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
RU2798036C1 (en) Method for obtaining sized carbon fibers and polyesterimide composites
RU2798032C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibers and polyesterimide composite material
RU2796835C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composites based on them
RU2793864C1 (en) Carbon fibre polyesteretherketone composite and method for its production
RU2793913C1 (en) Dressed carbon fiber and polyesteretherketone composite based on it
RU2796448C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibers and polymer composite material
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
RU2816456C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2803603C2 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2816425C1 (en) Method for obtaining sized carbon fibre and polymer composite based on it
RU2796405C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and a polyesterimide composite filled with them
RU2811293C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibers and composite material
RU2793762C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibre and polyesterimide composite material
RU2796404C1 (en) Method for obtaining treated carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2793866C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composite
RU2793888C1 (en) Polymer composite material based on polyetheretherketone and carbon fiber and a method for its production
RU2804164C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and reinforced polymer composition
RU2793760C1 (en) Dressed carbon fibre and polyetheretherketone composite material based on it
RU2798166C1 (en) Method for obtaining treated carbon fibres and polyether ether ketone compositions based on them
RU2793886C1 (en) Polyetheretherketone carbon fiber composite material and method for its production
RU2793890C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it