RU2811422C1 - Способ получения аппретированного углеволокна и полиэфирэфиркетонный композит - Google Patents
Способ получения аппретированного углеволокна и полиэфирэфиркетонный композит Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811422C1 RU2811422C1 RU2023106218A RU2023106218A RU2811422C1 RU 2811422 C1 RU2811422 C1 RU 2811422C1 RU 2023106218 A RU2023106218 A RU 2023106218A RU 2023106218 A RU2023106218 A RU 2023106218A RU 2811422 C1 RU2811422 C1 RU 2811422C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon fiber
- polyetheretherketone
- sizing
- oeek
- carbon
- Prior art date
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 48
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 title claims abstract description 35
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 5
- HFACYLZERDEVSX-UHFFFAOYSA-N benzidine Chemical group C1=CC(N)=CC=C1C1=CC=C(N)C=C1 HFACYLZERDEVSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- LSQARZALBDFYQZ-UHFFFAOYSA-N 4,4'-difluorobenzophenone Chemical compound C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LSQARZALBDFYQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Natural products CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 5
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 12
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 11
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 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
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 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
- 238000005452 bending Methods 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
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 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
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 125000005395 methacrylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 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
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 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
- 229920005594 polymer fiber 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
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 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 полиэфирэфиркетонных композитов на их основе и может быть использовано в качестве конструкционных полимерных материалов для производства изделий специального назначения в аддитивных технологиях. Предложен способ получения аппретированных углеродных волокон путем нанесения аппретирующего состава, представляющего собой смесь олигомерного эфирэфиркетона на основе 4,4'-диоксифталофенона и 4,4'-дифторбензофенона со степенью поликонденсации n=5-7 (ОЭЭК-57) и 4,4'-диаминодифенила (ДДФ) на углеродное волокно из раствора с последующей сушкой, причем количественное соотношение компонентов составляет (масс. %): углеволокно - 95,5; ОЭЭК-57 - 1,0-3,5; ДДФ - 3,5-1,0. Предложен также полиэфирэфиркетонный композит на основе полиэфирэфиркетона и углеродного волокна, полученного предложенным способом. Технический результат предлагаемого изобретения - уменьшение длительности процесса аппретирования углеволокон и улучшение физико-механических и реологических свойств создаваемого полиэфирэфиркетонного композита за счет введения аппретирующего состава, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает межмолекулярные взаимодействия между углеродным волокном и полиэфирэфиркетонной матрицей. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.
Description
Изобретение относится к способу получения аппретированных углеродных волокон и полиэфирэфиркетонным композитам, и может быть использовано в качестве конструкционных полимерных материалов для производства изделий специального назначения в аддитивных технологиях.
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.
Известны полимерные композиционные материалы, содержащие полиэфиркетоны.
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.
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.
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°С), который трудно удалить из композиции, а его остатки при высоких температурах эксплуатации изделий приведут к появлению в отливках пузырей, и как следствие, к понижению эксплуатационных свойств.
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.
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.
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.
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.
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.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения аппретированных углеродных волокон с меньшей длительностью процесса аппретирования, 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).
Поставленная задача достигается тем, что полиэфирэфиркетонные композиты, наполненные углеродными волокнами, получают предварительной обработкой углеродного волокна аппретирующим составом, представляющим собой смесь олигомерного эфирэфиркетона со степенью поликонденсации n = 5÷7 (ОЭЭК-57) на основе 4,4'-диоксифталофенона и 4,4'-дифторбензофенона формулы:
и 4,4'-диаминодифенила (ДДФ).
Матричный полиэфирэфиркетон представляет собой промышленный полимер PEEK 450, являющийся продуктом поликонденсации 1,4-диоксибензола и 4,4'-дифтордифенилкетона формулы:
При этом берут следующие соотношения (масс. %) компонентов в наполнителе:
| Углеволокно | 95,5 |
| ОЭЭК-57 | 1,0 ÷ 3,5 |
| ДДФ | 3,5 ÷ 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.
Углеродный наполнитель покрывают аппретирующим составом путем обработки в побочном продукте производства этилового спирта - головной фракции (ЭСГФ).
Полиэфирэфиркетонные композиты по настоящему изобретению получают путем предварительного смешения полимерной матрицы и аппретированного углеволокна с использованием высокоскоростного гомогенизатора Multi function disintegrator VLM-40B. Затем полимерная смесь подвергается экструзии с использованием лабораторного двухшнекового экструдера с тремя зонами нагрева при температурных режимах переработки 200°С, 315°С, 355°С. 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.
Ниже представлены примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон.
Пример 1. Получение аппретированного УВ с 1,0 масс. % ОЭЭК-57 и 3,5 масс. % ДДФ.
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. %) ОЭЭК-57 и 0,875 г (3,5 масс. %) ДДФ в 242 мл ЭСГФ (0,5 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 23°С - 6 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ЭСГФ по режиму: 33°С - 10 мин.; 53°С - 10 мин.; 63°С - 6 мин.; 83°С - 12 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 95-96°С, 2 часа.
Пример 2. Получение аппретированного УВ с 1,5 масс. % ОЭЭК-57 и 3,0 масс. % ДДФ.
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. %) ОЭЭК-57 и 0,75 г (3,0 масс. %) ДДФ в 242 мл ЭСГФ (0,5 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 23°С - 6 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ЭСГФ по режиму: 33°С - 10 мин.; 53°С - 10 мин.; 63°С - 6 мин.; 83°С - 12 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 95-96°С, 2 часа.
Пример 3. Получение аппретированного УВ с 2,0 масс. % ОЭЭК-57 и 2,5 масс. % ДДФ.
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. %) ОЭЭК-57 и 0,625 г (2,5 масс. %) ДДФ в 242 мл ЭСГФ (0,5 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 23°С - 6 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ЭСГФ по режиму: 33°С - 10 мин.; 53°С - 10 мин.; 63°С - 6 мин.; 83°С - 12 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 95-96°С, 2 часа.
Пример 4. Получение аппретированного УВ с 2,5 масс. % ОЭЭК-57 и 2,0 масс. % ДДФ.
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. %) ОЭЭК-57 и 0,5 г (2,0 масс. %) ДДФ в 242 мл ЭСГФ (0,5 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 23°С - 6 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ЭСГФ по режиму: 33°С - 10 мин.; 53°С - 10 мин.; 63°С - 6 мин.; 83°С - 12 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 95-96°С, 2 часа.
Пример 5. Получение аппретированного УВ с 3,0 масс. % ОЭЭК-57 и 1,5 масс. % ДДФ.
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. %) ОЭЭК-57 и 0,375 г (1,5 масс. %) ДДФ в 242 мл ЭСГФ (0,5 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 23°С - 6 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ЭСГФ по режиму: 33°С - 10 мин.; 53°С - 10 мин.; 63°С - 6 мин.; 83°С - 12 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 95-96°С, 2 часа.
Пример 6. Получение аппретированного УВ с 3,5 масс. % ОЭЭК-57 и 1,0 масс. % ДДФ.
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. %) ОЭЭК-57 и 0,25 г (1,0 масс. %) ДДФ в 242 мл ЭСГФ (0,5 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 23°С - 6 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ЭСГФ по режиму: 33°С - 10 мин.; 53°С - 10 мин.; 63°С - 6 мин.; 83°С - 12 мин.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 95-96°С, 2 часа.
Из аппретированных УВ и ПЭЭК получены композиционные материалы, содержащие 10 масс. % аппретированных смесью ОЭЭК-57 и ДДФ углеволокон.
В таблице 1 представлены составы, а также реологические и физико-механические свойства полиэфирэфиркетонных композитов с аппретированными углеродными волокнами по примерам 1-6, обработанных различными количествами аппретирующего состава.
| Таблица 1 | ||||||
| Состав | Ар, кДж/м² 11 Дж с/н |
Еизг, МПа |
Ераст, ГПа | σраст, МПа |
σтек, МПа |
ПТР, г/10 мин |
| РЕЕК 450 + 10 % УВ 0,2 мм неаппретированный | 8,65 | 5,9 | 4,74 | 105 | 110,3 | 4,46 |
| По примеру 1 | 10,5 | 5,95 | 5,15 | 114,1 | 113,5 | 5,95 |
| По примеру 2 | 11,3 | 5,97 | 5,25 | 116,4 | 114,9 | 6,23 |
| По примеру 3 | 11,6 | 6,13 | 5,30 | 117,5 | 115,8 | 6,37 |
| По примеру 4 | 12,7 | 6,25 | 5,36 | 118,8 | 116,4 | 6,43 |
| По примеру 5 | 13,2 | 6,51 | 5,37 | 119,0 | 117,6 | 6,46 |
| По примеру 6 | 12,9 | 6,44 | 5,39 | 119,3 | 117,7 | 6,45 |
где, 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, ПТР - показатель текучести расплава.
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.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в уменьшении длительности процесса аппретирования углеволокон, и улучшении физико-механических и реологических свойств, создаваемых полиэфирэфиркетонных композитов за счет введения аппретирующего состава - олигомерного эфирэфиркетона на основе 4,4'-диоксифталофенона и 4,4'-дифторбензофенона со степенью поликонденсации n = 5÷7 и 4,4'-диаминодифенила, 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.
Claims (4)
1. Способ получения аппретированных углеродных волокон, предназначенных для изделий специального назначения в аддитивных технологиях, основанный на аппретировании углеродного волокна путем нанесения аппретирующего состава из раствора с последующей сушкой в сушильном шкафу под вакуумом, отличающийся тем, что аппретирующий состав, представляющий собой смесь олигомерного эфирэфиркетона на основе 4,4'-диоксифталофенона и 4,4'-дифторбензофенона со степенью поликонденсации n=5-7 (ОЭЭК-57) и 4,4'-диаминодифенила (ДДФ), наносят из раствора с массовой концентрацией 0,5% в органическом растворителе – этиловом спирте головной фракции, проводят ступенчатый подъем температуры с одновременной отгонкой растворителя по режиму: 23°С - 6 мин; 33°С - 10 мин; 53°С - 10 мин; 63°С - 6 мин; 83°С - 12 мин, а сушку в сушильном шкафу под вакуумом проводят при температуре 95-96°С, причем количественное соотношение компонентов соответствует в масс. %:
2. Полиэфирэфиркетонный композит, предназначенный в качестве конструкционного полимерного материала для производства изделий специального назначения в аддитивных технологиях, на основе полиэфирэфиркетона и углеродного волокна, обработанного аппретирующим составом, отличающийся тем, что используется аппретированное углеродное волокно, полученное по способу по п. 1, причем количественное соотношение компонентов в полиэфирэфиркетонном композите соответствует в масс. %:
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811422C1 true RU2811422C1 (ru) | 2024-01-11 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4049613A (en) * | 1976-09-07 | 1977-09-20 | General Electric Company | Polyetherimide composites |
| CN107936273A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-04-20 | 西华大学 | 一种碳纤维增强树脂基的高性能轻量化复合材料及其制备方法 |
| RU2741505C1 (ru) * | 2020-03-16 | 2021-01-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Полиэфирэфиркетонный углеволокнистый композит и способ его получения |
| 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 |
| RU2752627C1 (ru) * | 2020-03-16 | 2021-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Полимерный композит на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения |
| RU2757922C2 (ru) * | 2020-03-18 | 2021-10-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Углеволокнистый полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и способ его получения |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4049613A (en) * | 1976-09-07 | 1977-09-20 | General Electric Company | Polyetherimide composites |
| CN107936273A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-04-20 | 西华大学 | 一种碳纤维增强树脂基的高性能轻量化复合材料及其制备方法 |
| RU2741505C1 (ru) * | 2020-03-16 | 2021-01-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Полиэфирэфиркетонный углеволокнистый композит и способ его получения |
| RU2752627C1 (ru) * | 2020-03-16 | 2021-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Полимерный композит на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения |
| 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 |
| RU2757922C2 (ru) * | 2020-03-18 | 2021-10-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Углеволокнистый полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и способ его 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 | |
| RU2811422C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полиэфирэфиркетонный композит | |
| RU2712612C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиционные материалы на их основе | |
| RU2752625C1 (ru) | Полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения | |
| RU2811395C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полиэфирэфиркетонный композиционный материал | |
| 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 | |
| RU2793890C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полиэфирэфиркетонный композит на его основе | |
| RU2811391C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полиэфирэфиркетонные композиции | |
| RU2802447C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиты на их основе | |
| RU2811385C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полимерные композиты на их основе | |
| RU2798166C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеволокон и полиэфирэфиркетонные композиции на их основе | |
| RU2793760C1 (ru) | Аппретированное углеродное волокно и полиэфирэфиркетонный композиционный материал на его основе | |
| RU2796404C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеволокон и полимерные композиции на их основе | |
| RU2793888C1 (ru) | Полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения | |
| RU2803746C2 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полимерный композит | |
| RU2793913C1 (ru) | Аппретированное углеродное волокно и полиэфирэфиркетонный композит на его основе | |
| RU2793864C1 (ru) | Углеволоконный полиэфирэфиркетонный композит и способ его получения | |
| RU2793886C1 (ru) | Полиэфирэфиркетонный углеволокнистый композиционный материал и способ его получения | |
| RU2816456C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеволокон и полимерный композит на их основе | |
| RU2816425C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полимерный композиционный материал на его основе | |
| RU2804162C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полиэфиримидно-углеволоконная композиция | |
| RU2811293C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиционные материалы на их основе | |
| RU2804164C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и армированная полимерная композиция |