RU2811293C1 - Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиционные материалы на их основе - Google Patents
Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиционные материалы на их основе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811293C1 RU2811293C1 RU2023106158A RU2023106158A RU2811293C1 RU 2811293 C1 RU2811293 C1 RU 2811293C1 RU 2023106158 A RU2023106158 A RU 2023106158A RU 2023106158 A RU2023106158 A RU 2023106158A RU 2811293 C1 RU2811293 C1 RU 2811293C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon fiber
- flask
- finished
- carbon fibers
- sizing
- Prior art date
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 40
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims abstract description 30
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 claims abstract description 15
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 10
- MQJKPEGWNLWLTK-UHFFFAOYSA-N Dapsone Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1S(=O)(=O)C1=CC=C(N)C=C1 MQJKPEGWNLWLTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229960003742 phenol Drugs 0.000 claims abstract description 6
- 125000000472 sulfonyl group Chemical group *S(*)(=O)=O 0.000 claims abstract description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Natural products CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 11
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 11
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 9
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 8
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical group OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920004748 ULTEM® 1010 Polymers 0.000 description 1
- GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N ac1mqpva Chemical compound CC12C(=O)OC(=O)C1(C)C1(C)C2(C)C(=O)OC1=O GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- -1 aromatic tetracarboxylic acid Chemical class 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-N benzenesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940092714 benzenesulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 125000005395 methacrylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-L phthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=CC=C1C([O-])=O XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу получения аппретированных углеродных волокон и композиционным материалам на их основе, предназначенным в качестве конструкционных полимерных материалов для производства изделий специального назначения в аддитивных технологиях, включающих в себя ПЭИ и УВ, аппретированное смесью (4-[(4-аминобензол)сульфонил]анилина) и (4-[(4-оксибензол)сульфонил]фенола). Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении реологических свойств создаваемого композиционного материала за счет введения аппретирующего состава, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает межмолекулярные взаимодействия между углеродным волокном и полиэфиримидной матрицей. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 10 пр.
Description
Изобретение относится к способу получения аппретированных углеродных волокон и композиционным материалам на их основе, и может быть использовано в качестве конструкционных полимерных материалов для производства изделий специального назначения в аддитивных технологиях.
Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик композиционных материалов с углеродными волокнами является аппретирование поверхности углеродного волокна, позволяющего модифицировать структуру межфазного слоя и увеличить межмолекулярные адгезионные взаимодействия на границе раздела фаз полимер-наполнитель.
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.
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.
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.
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.
Наиболее близким аналогом выступает способ аппретирования углеродного волокна по патенту РФ № 2712612 «Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиционные материалы на их основе». Недостатком решения можно считать не совсем высокие значения реологических свойств композиционных материалов.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения аппретированных углеродных волокон и композиционных материалов на их основе с улучшенными реологическими свойствами с использованием матричного полимера - полиэфиримида (ПЭИ), армированного аппретированным углеродным волокном в качестве наполнителя.
Поставленная задача достигается тем, что полимерная композиция на основе полиэфиримида, армированная углеродным наполнителем, получается предварительной обработкой углеродного волокна аппретирующим составом - смесью (4-[(4-аминобензол)сульфонил]анилина) (АБСА) и (4-[(4-оксибензол)сульфонил]фенола) (ОБСФ).
При этом берут следующие соотношения (масс. %) компонентов в наполнителе:
| Углеволокно | 96,0 |
| ОБСФ | 0,25 ÷ 3,75 |
| АБСА | 3,75 ÷ 0,25 |
Количество аппретирующего состава к углеродному волокну соответствует 4,0%. Количество аппретированного углеродного волокна в композиционном материале соответствует 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.
Матричный полимер - промышленный полиэфиримид (ПЭИ) марки ULTEM-1010, формулы:
является продуктом поликонденсации 1,3-диаминобензола и диангидрида 2,2'-бис[4(3,4-дикарбоксифенокси)фенил]-пропана. Приведенная вязкость равна 0,61 дл/г, измеренная для 0,5 %-го раствора в хлороформе.
Аппретированные волокна получают путем обработки углеродного волокна аппретирующим составом - раствором (4-[(4-аминобензол)сульфонил]анилина) и (4-[(4-оксибензол)сульфонил]фенола) в смеси пропанона и пропанола-2 (по 50 об. %), при воздействии ультразвука в ультразвуковой ванне CD-4820 с рабочей частотой 46 кГц. Полимерные композиты по настоящему изобретению получают путем предварительного смешения полимерной матрицы и аппретированного Углеволокна с использованием высокоскоростного гомогенизатора Multi function disintegrator VLM-40B. Затем полимерная смесь подвергается экструзии с использованием лабораторного двухшнекового экструдера с тремя зонами нагрева при температурных режимах переработки 200 °С, 315 °С, 355 °С. Использованы углеродное волокно марки RK-306 (IFI Technical Production), пропанон и пропанол-2, марки «ХЧ».
Ниже представленные примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон с использованием аппретирующего состава.
Пример 1. Получение аппретированного УВ с 0,25 масс. % ОБСФ и 3,75 масс. % АБСА.
В трехгорловую реакционную колбу помещают 24,0 г (96,0 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают 0,84 %-й раствор аппретирующего состава, полученный растворением 0,0625 г (0,25 масс. %) ОБСФ и 0,9375 г (3,75 масс. %) АБСА в смеси 75 мл пропанона и 75 мл. пропанола-2. Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку пропанона и пропанола-2 по режиму: 35 °С - 2 мин.; 50 °С - 3 мин.; 70 °С - 3 мин.; 85 °С - 2 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 91-92 °С, 40 минут.
Пример 2. Получение аппретированного УВ с 0,5 масс. % ОБСФ и 3,5 масс. % АБСА.
В трехгорловую реакционную колбу помещают 24,0 г (96,0 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают 0,84 %-й раствор аппретирующего состава, полученный растворением 0,125 г (0,5 масс. %) ОБСФ и 0,875 г (3,5 масс. %) АБСА в смеси 75 мл пропанона и 75 мл. пропанола-2. Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку пропанона и пропанола-2 по режиму: 35 °С - 2 мин.; 50 °С - 3 мин.; 70 °С - 3 мин.; 85 °С - 2 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 91-92 °С, 40 минут.
Пример 3. Получение аппретированного УВ с 1,0 масс. % ОБСФ и 3,0 масс. % АБСА.
В трехгорловую реакционную колбу помещают 24,0 г (96,0 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают 0,84 %-й раствор аппретирующего состава, полученный растворением 0,25 г (1,0 масс. %) ОБСФ и 0,75 г (3,0 масс. %) АБСА в смеси 75 мл пропанона и 75 мл. пропанола-2. Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку пропанона и пропанола-2 по режиму: 35 °С - 2 мин.; 50 °С - 3 мин.; 70 °С - 3 мин.; 85 °С - 2 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 91-92 °С, 40 минут.
Пример 4. Получение аппретированного УВ с 1,5 масс. % ОБСФ и 2,5 масс. % АБСА.
В трехгорловую реакционную колбу помещают 24,0 г (96,0 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают 0,84 %-й раствор аппретирующего состава, полученный растворением 0,375 г (1,5 масс. %) ОБСФ и 0,625 г (2,5 масс. %) АБСА в смеси 75 мл пропанона и 75 мл. пропанола-2. Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку пропанона и пропанола-2 по режиму: 35 °С - 2 мин.; 50 °С - 3 мин.; 70 °С - 3 мин.; 85 °С - 2 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 91-92 °С, 40 минут.
Пример 5. Получение аппретированного УВ с 2,0 масс. % ОБСФ и 2,0 масс. % АБСА.
В трехгорловую реакционную колбу помещают 24,0 г (96,0 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают 0,84 %-й раствор аппретирующего состава, полученный растворением 0,5 г (2,0 масс. %) ОБСФ и 0,5 г (2,0 масс. %) АБСА в смеси 75 мл пропанона и 75 мл. пропанола-2. Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку пропанона и пропанола-2 по режиму: 35 °С - 2 мин.; 50 °С - 3 мин.; 70 °С - 3 мин.; 85 °С - 2 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 91-92 °С, 40 минут.
Пример 5. Получение аппретированного УВ с 2,5 масс. % ОБСФ и 1,5 масс. % АБСА.
В трехгорловую реакционную колбу помещают 24,0 г (96,0 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают 0,84 %-й раствор аппретирующего состава, полученный растворением 0,625 г (2,5 масс. %) ОБСФ и 0,375 г (1,5 масс. %) АБСА в смеси 75 мл пропанона и 75 мл. пропанола-2. Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку пропанона и пропанола-2 по режиму: 35 °С - 2 мин.; 50 °С - 3 мин.; 70 °С - 3 мин.; 85 °С - 2 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 91-92 °С, 40 минут.
Пример 6. Получение аппретированного УВ с 3,0 масс. % ОБСФ и 1,0 масс. % АБСА.
В трехгорловую реакционную колбу помещают 24,0 г (96,0 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают 0,84 %-й раствор аппретирующего состава, полученный растворением 0,75 г (3,0 масс. %) ОБСФ и 0,25 г (1,0 масс. %) АБСА в смеси 75 мл пропанона и 75 мл. пропанола-2. Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку пропанона и пропанола-2 по режиму: 35 °С - 2 мин.; 50 °С - 3 мин.; 70 °С - 3 мин.; 85 °С - 2 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 91-92 °С, 40 минут.
Пример 7. Получение аппретированного УВ с 3,5 масс. % ОБСФ и 0,5 масс. % АБСА.
В трехгорловую реакционную колбу помещают 24,0 г (96,0 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают 0,84 %-й раствор аппретирующего состава, полученный растворением 0,875 г (3,5 масс. %) ОБСФ и 0,125 г (0,5 масс. %) АБСА в смеси 75 мл пропанона и 75 мл. пропанола-2. Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку пропанона и пропанола-2 по режиму: 35 °С - 2 мин.; 50 °С - 3 мин.; 70 °С - 3 мин.; 85 °С - 2 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 91-92 °С, 40 минут.
Пример 8. Получение аппретированного УВ с 3,75 масс. % ОБСФ и 0,25 масс. % АБСА.
В трехгорловую реакционную колбу помещают 24,0 г (96,0 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают 0,84 %-й раствор аппретирующего состава, полученный растворением 0,9375 г (3,75 масс. %) ОБСФ и 0,0625 г (0,25 масс. %) АБСА в смеси 75 мл пропанона и 75 мл. пропанола-2. Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку пропанона и пропанола-2 по режиму: 35 °С - 2 мин.; 50 °С - 3 мин.; 70 °С - 3 мин.; 85 °С - 2 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 91-92 °С, 40 минут.
Из аппретированных УВ и ПЭИ получены композиционные материалы, содержащие 20 масс. % аппретированных смесью (4-[(4-аминобензол)сульфонил]анилина) и (4-[(4-оксибензол)сульфонил]фенола) углеволокон.
В таблице 1 представлены составы и реологические свойства композиционных материалов, содержащих УВ по примерам 1-8, обработанных различными количествами аппретирующего состава.
| Таблица 1 | ||
| Состав (масс. %) |
ПТР, г/10 мин |
ε, % |
| ПЭИ | 13,2 | 22,7 |
| ПЭИ + 20 % УВ неаппретированный | 3,4 | 4,4 |
| По примеру 1 | 7,28 | 4,52 |
| По примеру 2 | 7,55 | 4,59 |
| По примеру 3 | 7,66 | 4,84 |
| По примеру 4 | 7,87 | 4,89 |
| По примеру 5 | 8,65 | 5,10 |
| По примеру 6 | 8,69 | 5,15 |
| По примеру 7 | 8,74 | 4,96 |
| По примеру 8 | 8,70 | 4,95 |
где, ПТР - показатель текучести расплава, ε - относительное удлинение при разрыве.
Как видно из приведенных сведений, композиционные материалы, содержащие аппретированные УВ (№№ 1÷8), проявляют более высокие реологические свойства по сравнению с композитом, содержащим неаппретированное углеволокно.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении реологических свойств создаваемых композиционных материалов за счет введения аппретирующего состава - (4-[(4-аминобензол)сульфонил]анилина) и (4-[(4-оксибензол)сульфонил]фенола), который повышает смачиваемость углеродного волокна, и увеличивает граничные взаимодействия между наполнителем и полиэфиримидной матрицей.
Claims (4)
1. Способ получения аппретированных углеродных волокон, предназначенных для конструкционных полимерных материалов, основанных на аппретировании углеродного волокна путем нанесения аппретирующего состава из раствора с последующей сушкой в сушильном шкафу под вакуумом при 91-93°С, отличающийся тем, что аппретирующий состав наносят из раствора с массовой концентрацией 0,84% в органических растворителях - пропаноне и пропаноле-2 и проводят ступенчатый подъем температуры с одновременной отгонкой растворителей и воздействие ультразвука с рабочей частотой 46 кГц по режиму: 20°С - 3 мин; 35°С - 2 мин; 50°С - 3 мин; 70°С - 3 мин; 85°С - 2 мин, причем количественное соотношение компонентов соответствует в мас.%:
2. Композиционный материал, используемый при производстве конструкционных изделий в аддитивных технологиях, содержащий полимерную матрицу на основе полиэфиримида и аппретированного углеродного волокна, отличающийся тем, что используется аппретированное углеродное волокно, полученное способом по п. 1, причем количественное соотношение компонентов в композиционном материале соответствует в мас.%:
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811293C1 true RU2811293C1 (ru) | 2024-01-11 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2054015C1 (ru) * | 1994-04-28 | 1996-02-10 | Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского | Способ аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика |
| RU2201423C2 (ru) * | 2000-12-26 | 2003-03-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Полимерное связующее и высокопрочные термостойкие композиционные материалы на его основе |
| CN102264808B (zh) * | 2008-12-23 | 2015-12-16 | 尤米柯结构材料(德比)公司 | 固化纤维组分 |
| RU2712612C1 (ru) * | 2019-05-16 | 2020-01-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиционные материалы на их основе |
| RU2752625C1 (ru) * | 2020-03-18 | 2021-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения |
| RU2767564C1 (ru) * | 2021-04-07 | 2022-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Наполненные аппретированным углеволокном полимерные композиты из полифениленсульфида и способ их получения |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2054015C1 (ru) * | 1994-04-28 | 1996-02-10 | Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского | Способ аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика |
| RU2201423C2 (ru) * | 2000-12-26 | 2003-03-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Полимерное связующее и высокопрочные термостойкие композиционные материалы на его основе |
| CN102264808B (zh) * | 2008-12-23 | 2015-12-16 | 尤米柯结构材料(德比)公司 | 固化纤维组分 |
| RU2712612C1 (ru) * | 2019-05-16 | 2020-01-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиционные материалы на их основе |
| RU2752625C1 (ru) * | 2020-03-18 | 2021-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения |
| RU2767564C1 (ru) * | 2021-04-07 | 2022-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Наполненные аппретированным углеволокном полимерные композиты из полифениленсульфида и способ их получения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2744893C1 (ru) | Полимерная углеволоконная композиция и способ её получения | |
| RU2741505C1 (ru) | Полиэфирэфиркетонный углеволокнистый композит и способ его получения | |
| RU2712612C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиционные материалы на их основе | |
| RU2811293C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиционные материалы на их основе | |
| RU2811291C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полимерный композит на его основе | |
| RU2816456C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеволокон и полимерный композит на их основе | |
| RU2803603C2 (ru) | Способ получения аппретированных углеволокон и полимерные композиции на их основе | |
| RU2803746C2 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полимерный композит | |
| RU2798036C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеволокон и полиэфиримидные композиции | |
| RU2816362C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и армированная полимерная композиция на ее основе | |
| RU2798032C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полиэфиримидные композиционные материалы | |
| RU2793864C1 (ru) | Углеволоконный полиэфирэфиркетонный композит и способ его получения | |
| RU2798166C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеволокон и полиэфирэфиркетонные композиции на их основе | |
| RU2816425C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полимерный композиционный материал на его основе | |
| RU2811422C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полиэфирэфиркетонный композит | |
| RU2804162C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полиэфиримидно-углеволоконная композиция | |
| RU2796835C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеволокон и полиэфиримидные композиции | |
| RU2802447C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиты на их основе | |
| RU2793913C1 (ru) | Аппретированное углеродное волокно и полиэфирэфиркетонный композит на его основе | |
| RU2793760C1 (ru) | Аппретированное углеродное волокно и полиэфирэфиркетонный композиционный материал на его основе | |
| RU2802624C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полиэфирэфиркетонные композиционные материалы на их основе | |
| RU2811393C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиты с полиэфирэфиркетоном | |
| RU2811391C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полиэфирэфиркетонные композиции | |
| RU2811385C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полимерные композиты на их основе | |
| RU2793888C1 (ru) | Полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения |