RU2825328C1 - Способ повышения механической прочности композитного материала за счет предварительной обработки его элементов - Google Patents
Способ повышения механической прочности композитного материала за счет предварительной обработки его элементов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2825328C1 RU2825328C1 RU2024100863A RU2024100863A RU2825328C1 RU 2825328 C1 RU2825328 C1 RU 2825328C1 RU 2024100863 A RU2024100863 A RU 2024100863A RU 2024100863 A RU2024100863 A RU 2024100863A RU 2825328 C1 RU2825328 C1 RU 2825328C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- carbon filler
- binder
- reinforcing component
- composite material
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 title claims abstract description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 46
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 10
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 15
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 14
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 14
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 13
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 10
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 8
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 5
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 5
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 4
- 239000006070 nanosuspension Substances 0.000 description 4
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 229920001431 Long-fiber-reinforced thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- IMUDHTPIFIBORV-UHFFFAOYSA-N aminoethylpiperazine Chemical compound NCCN1CCNCC1 IMUDHTPIFIBORV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- LSHROXHEILXKHM-UHFFFAOYSA-N n'-[2-[2-[2-(2-aminoethylamino)ethylamino]ethylamino]ethyl]ethane-1,2-diamine Chemical compound NCCNCCNCCNCCNCCN LSHROXHEILXKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу повышения механической прочности композитного материала. Техническим результатом является повышение механической прочности композитного материала. Технический результат достигается способом повышения механической прочности композитного материала за счет предварительной обработки его элементов. Способ включает обработку углеродного наполнителя в вакуумной плазме, подготовку связующего для пропитки армирующей составляющей путем диспергирования в связующее обработанного в плазме углеродного наполнителя, подготовку армирующей составляющей путем обработки в атмосферной высокочастотной плазме, смешивание подготовленной армирующей составляющей и связующего в головке импрегнирования, охлаждение и сушку полученного композитного материала. 8 з.п. ф-лы, 3 пр.
Description
Изобретение относится к области технологических процессов в химической промышленности, а именно к способам изготовления композитных материалов из волокон и матриц, а также относится к технологии получения улучшенных композитных структур [МПК B29B9/00, B29B15/00].
На сегодняшний день известны способы улучшения механической прочности композитного материала на основе изменения межфазного взаимодействия армирующего волокна и полимерной матрицы, путем введения углеродных наполнителей.
В [1] описан способ повышения механической прочности композита, который включает приготовление наносуспензии путем введения в реактопластичное связующее углеродных нанотрубок при ультразвуковом воздействии с интенсивностью в кавитационной зоне в пределах от 15 до 25 кВт/м2. Причем диспергирование углеродных нанотрубок в связующем осуществляют с одновременной фоторегистрацией изменений интенсивности окраски наносуспензии. При достижении наносуспензией значений интенсивности окрашивания, соответствующих значениям нормированной степени диспергирования в диапазоне от 0,9 до 0,99, ультразвуковое воздействие прекращают. Способ позволяет оптимизировать степень диспергирования углеродных нанотрубок в связующем и сократить время формирования нанокомпозитов, обладающих повышенной прочностью за счет равномерного распределения наночастиц в нанокомпозите.
Недостатком данного способа является отсутствие механизма адгезионной связи и слабая прочность на границе волокна и связующего вещества.
Также из уровня техники известен способ формирования прозрачной проводящей пленки путем аэрозольного распыления суспензий, описанный в [2], содержащих нанофиламенты и графеновый материал. В качестве наполнителей первой суспензии могут применяться различные металлические нанопровода, наностержни, нанотрубки, металл-оксидные нанопровода и т.д. Кроме того, могут применятся углеродные и другие нанотрубки. В качестве наполнителя второй суспензии могут использоваться графен и различные его производные, такие как оксид графена, восстановленный оксид графена, химически функционализированный графен и т.д. Распыление может производиться различными методами, в частности с помощью сжатого воздуха, электростатическое, методом электроспиннинга, ультразвуковое распыление или их комбинация. Два типа аэрозольных микрокапель могут быть получены отдельно, а затем осаждаться на поверхность подложки последовательно (например, сначала наносятся металлические нанопроволоки, после чего происходит осаждение графена или одновременно. К недостаткам данного способа следует отнести то, что в этой работе указанный способ не подразумевает оптимизацию и контроль концентрации нанотрубок, не предполагается возможность модификации параметров армирующего волокна и полимерной матрицы, не предполагается создание промежуточного слоя между волокном и матрицей.
В [3] рассмотрен способ получения нанокомпозита полимер/ многослойные нанотрубки с их ориентацией перпендикулярно плоскости подложки, что обеспечивает материалу повышенную устойчивость к радиационному облучению, увеличивает механическую прочность и улучшает электропроводимость. Реализация способа предполагает формирование раствора полимера в первом растворителе, раствора с многослойными нанотрубками, с его обработкой в ультразвуке, смешивание растворов и обработку ультразвуком полученного раствора в течение времени, достаточного для распределения нанотрубок по всей матрице полимера, нанесение композита на подложку и термообработку. При этом, ультразвуковая ванна помещена в зазоре электромагнита, наводящего переменное магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости подложки.
Недостатком приведенного способа относительно заявляемого является необходимость применения дополнительных операций по формированию, смешиванию и обработке растворов, использования дорогостоящих магнитов, что значительно усложняет и удорожает установку, отсутствие рекомендаций по применению других углеродных наполнителей, реактопластичных полимеров и отсутствие решений по улучшению смачиваемости волокна связующим.
Кроме того, из уровня техники известен способ повышения прочности на разрыв композитного материала с помощью предварительной пропитки углеволокон раствором углеродных нанотрубок в 2-пропаноле с концентрацией нанотрубок в диапазоне от 200 до 500 мкг/мл [4]. К раствору добавляют отвердитель: аминоэтилпиперазин или пентаэтиленгексамин, с концентрацией от 150 до 250 мкг/мл. Пропитку углеволокон раствором осуществляют путем полного погружения модифицируемых углеволокон в раствор, который дополнительно подогревают до температуры 80-85°С. Обеспечивается повышение механической прочности композита за счет формирования сетки углеродных нанотрубок, связанной с углеволокном.
Недостатком данного способа является сложность пропитки волокна, отсутствие мер для повышения смачиваемости волокна, контроля оптимальной концентрации нанотрубок, ограниченность рекомендаций применением только одного вида углеродных наполнителей и связующего только на основе реактопластов.
Особенностями способов повышения механической прочности в приведенных выше патентах [1-4] является применение тех или иных углеродных наполнителей, которые, в большей части работ, диспергируются в объеме связующего, что, хотя и ведет к улучшению прочности композита, однако не решает существенную проблему - необходимость повышения смачиваемости волокна и адгезии связующего к поверхности армирующего волокна, а также отсутствуют рекомендации для матриц на основе термопластичных полимеров.
Задачей заявляемого способа является повышение механической прочности композита за счет улучшения смачиваемости армирующего волокна, повышения адгезионной связи на границе волокно/полимер, формирования функционального каркаса из углеродного наполнителя на поверхности армирующего волокна.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении механической прочности композитного материала.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ повышения механической прочности композитного материала за счет предварительной обработки его элементов включает обработку углеродного наполнителя в вакуумной плазме, подготовку связующего для пропитки армирующей составляющей путем диспергирования в связующее обработанного в плазме углеродного наполнителя, подготовку армирующей составляющей путем обработки в атмосферной высокочастотной плазме, смешивание подготовленной армирующей составляющей и связующего в головке импрегнирования, охлаждение и сушку полученного композитного материала.
В частности, в качестве углеродного наполнителя используют углеродные нанотрубки.
В частности, в качестве углеродного наполнителя используют графен.
В частности, обработку углеродного наполнителя в вакуумной плазме осуществляют в течении времени до 200 с при электрической мощности от 100 до 500 Вт, с частотой генератора от 50 кГц до 1,0 МГц с , уровнем вакуума не менее 8,0 x 10-1 мбар.
В частности, углеродный наполнитель при диспергировании в связующее используют с концентрацией от 0,2 до 4%.
В частности, обработку армирующей составляющей в атмосферной высокочастотной плазме осуществляют в течении времени до 200 с при электрической мощности до 500 Вт, с частотой генератора до 2,0 МГц.
В частности, в качестве газовой составляющей для обработки углеродного наполнителя и армирующей составляющей в плазме используют кислород.
В частности, в качестве газовой составляющей для обработки углеродного наполнителя и армирующей составляющей в плазме используют аргон.
В частности, в качестве газовой составляющей для обработки углеродного наполнителя и армирующей составляющей в плазме используют азот.
Осуществление изобретения.
Способ повышения механической прочности композитного материала за счет предварительной обработки его элементов включает в себя подготовку углеродного наполнителя путем обработки в вакуумной низкочастотной или высокочастотной плазме, при этом в качестве углеродного наполнителя используются углеродные нанотрубки или графен, а время обработки в вакуумной плазме составляет до 200 с, электрическая мощность - от 100 до 500 Вт, частота генератора - от 50 кГц до 1,0 МГц, уровень вакуума - не менее 8,0×10-1 мбар, газовая среда - атмосфера c добавлением кислорода, аргона и др. газов,
подготовку связующего для пропитки армирующей составляющей путем диспергирования в связующее обработанного в плазме углеродного наполнителя, при этом углеродный наполнитель используются с концентрацией от 0,2 до 4,0% по массе, для достижения точных показателей концентрации углеродного наполнителя применяют оборудование высокоточного дозирования,
обработку армирующей составляющей в атмосферной высокочастотной плазме, при этом время обработки армирующей составляющей составляет до 200 с, электрическая мощность - до 500 Вт, частота генератора до 2,0 МГц, газовая среда - атмосфера с добавлением кислорода, аргона и других газов,
смешивание подготовленной армирующей составляющей и связующего в головке импрегнирования. За счет модификации поверхности армирующей составляющей и связующего обеспечивается наилучшая пропитка волокнистых нитей и стабильность характеристик производимого композитного материала, кроме того, для обеспечения стабильности параметров производимого композитного материала контролируется равномерность температуры расплава, оптимальное сочетание объемов армирующей составляющей и связующего, а также необходимое время удержания.
Далее производят охлаждение полученного композитного материала в водяной ванне и сушку в сушильной печи.
После производят формовку путем прохождения полученного композитного материала через гранулятор со стренговой резкой длинноволокнистых гранул и чипсов, путем намотки UD-лент, филаментов и гранул для 3D печати, препрегов, а путем выкладывания полученной ленты в многослойный материал формируют ламинаты для производства высокопрочных композитных изделий.
Способ позволяет повысить механическую прочность композитного материала за счет комплексной предварительной обработки его элементов, обеспечения высокой смачиваемости армирующей составляющей и его адгезию со связующим, формирования на поверхности углеродного наполнителя функционального каркаса с молекулами связующего.
Кроме того, технический результат достигается за счет обработки в плазме углеродного наполнителя для модификации поверхности и размера углеродного наполнителя. Применение плазменной обработки армирующей составляющей обеспечивает изменение его свойств, рост адгезии с углеродным наполнителем. Кроме того, обработка углеродного наполнителя в плазме необходима для образования гидрофильных групп, обеспечивающих высокие адгезионные свойства модифицированных поверхностей. Обработка углеродного наполнителя в вакуумной плазме осуществляется в течение времени до 200 с при электрической мощности от 100 до 500 Вт, с частотой генератора от 50 кГц до 1,0 МГц с, уровнем вакуума не менее 8,0×10-1 мбар. А обработка армирующей составляющей в атмосферной высокочастотной плазме осуществляют в течение времени до 200 с при электрической мощности до 500 Вт, с частотой генератора до 2,0 МГц. Диапазоны данных параметров используют в зависимости от необходимого типа получения композитного материала и обрабатываемых элементов, данные диапазоны параметров получены экспериментальным путем, меньшие значения не позволят добиться технического результата, потому что не происходит достижение требуемых параметров обработки углеродного наполнителя и армирующей составляющей, что не позволит достичь на следующих этапах повышение прочности получаемых композитных материалов, а большие значения - негативно сказываются на структуре обрабатываемого углеродного наполнителя и армирующей составляющей, что в конечном счете приводит к их разрушению.
Предлагаемый способ применяется как для матриц на основе реактопластов, так и из термопластичных полимеров. Диапазон концентраций углеродного наполнителя в описываемом изобретении (от 0,2 до 4%) выбран с учетом эффективного полного взаимодействия всех его частиц с молекулами углеродного наполнителя, без наличия молекул углеродного в свободной форме. Точный подбор размера и концентрации углеродного наполнителя в связующем производят из расчета необходимости обеспечения максимальной площади взаимодействия с поверхностью углеволокна и максимизации адгезионной связи на границе армирующей составляющей/углеродный наполнитель. Меньшее значение не позволит добиться технического результата, потому что нижний предел концентрации определен как минимальный уровень обеспечивающий охват поверхности армирующей составляющей для формирования единого функционального каркаса углеродного наполнителя вокруг него, а снижение концентрации приводит к формированию областей на поверхности, полностью свободных от углеродного наполнителя. При этом увеличение концентрации не позволит добиться технического результата, потому что это ведет к росту вязкости связующего, ухудшению смачиваемости армирующей составляющей, росту нестабильности соединения, в целом, и к удорожанию изготавливаемого композитного материала.
Выбранный за основу метод плазменной обработки армирующих составляющих способствует лучшей их пропитке модифицированным связующим.
Примеры достижения технического результата:
Пример 1. Производство филамента для крупногабаритной 3D печати на основе полиамида и углеродного волокна (30+/-0,5%).
Гранулы полиамида (PA) 12 Э (НП ООО «Анид») помещались в высокоточный дозатор, далее в экструдер, где расплавлялись. В расплав из дозатора были поданы многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ) серии «Таунит-М», с концентрацией 0,4% по массе. МУНТ были предварительно обработаны в установке вакуумной низкочастотной плазмы с параметрами: время обработки 120 с, мощность генератора 150 Вт, давление атмосферного газа - 7,6*10-1 мбар. МУНТ диспергированы в расплав полимера УЗ воздействием в интервале времени до 100 с на частоте 40 кГц. Далее расплав с УН подвергался дополнительной обработке плазмой ВЧ атмосферного барьерного разряда с частотой генератора 1 МГц в течение до 120 с.
После этого расплав с УН подавался в головку импрегнирования. Одновременно в нее поступало углеродное волокно UMT UMATEX. Волокно прошло обработку в импульсной высокочастотной атмосферной плазме с параметрами: мощность генератора 2 кВТ, длительность импульса 500 мс, несущая частота 1 МГЦ.
В головке импрегнирования был обеспечен контроль стабильности температуры расплава, требуемое сочетание объема волокна (30+/- 0,5%) и полимера. Затем материал охлаждался в водяной ванной, сушился и наматывался на катушки.
При этом применение заявляемого способа обеспечило:
прирост прочности на растяжение на 52% - со 100 до 152 МПа;
прирост прочности при сжатии на 47% - с 65 до 95,6 МПа.
Пример 2. Производство гранул для крупногабаритной 3D печати на основе полиамида и углеродного волокна (30+/-0,5%).
Гранулы полиамида (PA) помещались в высокоточный дозатор, далее в экструдер, где расплавлялись. В расплав из дозатора были поданы многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ) серии «Таунит-М», с концентрацией 0,4% по массе. МУНТ были предварительно обработаны в установке вакуумной низкочастотной плазмы с параметрами: время обработки 120 с, мощность генератора 150 Вт, давление атмосферного газа - 7,6..8,0*10-1 мбар. МУНТ диспергированы в расплав полимера УЗ воздействием в интервале времени до 100 с на частоте 45 кГц. Далее расплав с УН подвергался дополнительной обработке плазмой высокочастотного атмосферного барьерного разряда с частотой генератора 1 МГц в течение до 120 с.
После этого расплав с УН подавался в головку импрегнирования. Одновременно в нее поступало углеродное волокно UMT UMATEX. Волокно прошло обработку в импульсной ВЧ атмосферной плазме с параметрами: мощность генератора 2 кВТ, длительность импульса 500 мс, несущая частота 1 МГЦ.
В головке импрегнирования был обеспечен контроль стабильности температуры расплава, требуемое сочетание объема волокна (30+/- 0,5%) и полимера. Затем материал охлаждался в водяной ванной, сушился и гранулировался на грануляторе со стреговой резкой.
При этом применение заявляемого способа обеспечило:
прирост прочности на растяжение на 57% - с 98 до 153,9 МПа;
прирост прочности при сжатии на 51% - с 64 до 96,6 Мпа.
Пример 3. Производство длинноволокнистых гранул термопластов из полипропилена и стекловолокна волокна (60+/-0,5%).
Гранулы полипропилена (PP) помещались в высокоточный дозатор, далее в экструдер, где расплавлялись. В расплав из дозатора были поданы многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ) серии «Таунит-М», с концентрацией 0,4% по массе. МУНТ были предварительно обработаны в установке вакуумной низкочастотной плазмы с параметрами: время обработки 120 с, мощность генератора 150 Вт, давление атмосферного газа - 7,6..8,0*10-1 мбар. МУНТ диспергированы в расплав полимера УЗ воздействием в интервале времени до 100 с на частоте 40 кГц. Далее расплав с УН подвергался дополнительной обработке плазмой ВЧ атмосферного барьерного разряда с частотой генератора 1 МГц в течение до 120 с.
После этого расплав с УН подавался в головку импрегнирования. Одновременно в нее поступало стекловолокно волокно UMATEX 25 г/м кв. Волокно прошло обработку в импульсной высокочастотной атмосферной плазме с параметрами: мощность генератора 2 кВТ, длительность импульса 450 мс, несущая частота 1 МГЦ.
В головке импрегнирования был обеспечен контроль стабильности температуры расплава, требуемое сочетание объема волокна (60+/- 0,5%) и полимера. Затем материал охлаждался в водяной ванной, сушился и гранулировался на грануляторе со стреговой резкой.
Применение заявляемого способа обеспечило:
прирост прочности при растяжении на 50% - с 109 до 163,5 МПа;
прирост модуля упругости при изгибе на 40% - с 10 500 до 14 626 Мпа.
Полученные характеристики прочности во всех трех испытаниях
на 20-50% выше известных из уровня технических решений.
на 20-50% выше известных из уровня технических решений.
Список использованных источников:
1. Патент RU 2500695 C1 Тарасов В.А., Степанищев Н.А., Степанищев А.Н., Назаров Н.Г., Копыл Н.И., Алямовский А.И., Нелюб В.А., Буянов И.А., Чуднов И.В., Бородулин А.С. Способ приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита. 2013.
2. Патент US 8871296 B2 Aruna Zhamu, Yi-Jun Lin, Bor Z. Jang Method for producing conducting and transparent films from combined graphene and conductive nano filaments. 2013.
3. Патент RU 2400462 С1 Агеев О.А., Сюрик Ю.В. Способ изготовления композита полимер/углеродные нанотрубки на подложке. 2010.
4. Патент RU 2703635 С1 Ромашкин А.В., Стручков Н.С., Левин Д.Д., Поликарпов Ю.А., Комаров И.А., Калинников А.Н., Нелюб В.А., Бородулин А.С. Cпособ повышения прочности на разрыв композитного материала с помощью предварительной пропитки углеволокон. 2019.
Claims (9)
1. Способ повышения механической прочности композитного материала за счет предварительной обработки его элементов включает обработку углеродного наполнителя в вакуумной плазме, подготовку связующего для пропитки армирующей составляющей путем диспергирования в связующее обработанного в плазме углеродного наполнителя, подготовку армирующей составляющей путем обработки в атмосферной высокочастотной плазме, смешивание подготовленной армирующей составляющей и связующего в головке импрегнирования, охлаждение и сушку полученного композитного материала.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродного наполнителя используют углеродные нанотрубки.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродного наполнителя используют графен.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку углеродного наполнителя в вакуумной плазме осуществляют в течение времени до 200 с при электрической мощности от 100 до 500 Вт, с частотой генератора от 50 кГц до 1,0 МГц с, уровнем вакуума не менее 8,0×10-1 мбар.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что углеродный наполнитель при диспергировании в связующее используют с концентрацией от 0,2 до 4%.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку армирующей составляющей в атмосферной высокочастотной плазме осуществляют в течение времени до 200 с при электрической мощности до 500 Вт, с частотой генератора до 2,0 МГц.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газовой составляющей для обработки углеродного наполнителя и армирующей составляющей в плазме используют кислород.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, в качестве газовой составляющей для обработки углеродного наполнителя и армирующей составляющей в плазме используют аргон.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, в качестве газовой составляющей для обработки углеродного наполнителя и армирующей составляющей в плазме используют азот.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2825328C1 true RU2825328C1 (ru) | 2024-08-26 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5108780A (en) * | 1991-01-28 | 1992-04-28 | Brigham Young University | Enhanced thermoplastic adhesion to fibers by using plasma discharge |
| RU2400462C1 (ru) * | 2009-04-09 | 2010-09-27 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Способ изготовления композита полимер/углеродные нанотрубки на подложке |
| CN102211364A (zh) * | 2011-05-17 | 2011-10-12 | 东华大学 | 一种改善苎麻纤维与热塑性树脂界面粘结性能的方法 |
| RU2703635C1 (ru) * | 2018-12-28 | 2019-10-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ повышения прочности на разрыв композитного материала с помощью предварительной пропитки углеволокон |
| EP3548238B1 (en) * | 2016-11-30 | 2021-11-03 | Continental Structural Plastics, Inc. | Dispersed fiber mat formation |
| RU2786769C1 (ru) * | 2022-04-08 | 2022-12-26 | Виктор Владимирович Крикотин | Способ изготовления композитного материала с использованием плазменного разряда |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5108780A (en) * | 1991-01-28 | 1992-04-28 | Brigham Young University | Enhanced thermoplastic adhesion to fibers by using plasma discharge |
| RU2400462C1 (ru) * | 2009-04-09 | 2010-09-27 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Способ изготовления композита полимер/углеродные нанотрубки на подложке |
| CN102211364A (zh) * | 2011-05-17 | 2011-10-12 | 东华大学 | 一种改善苎麻纤维与热塑性树脂界面粘结性能的方法 |
| EP3548238B1 (en) * | 2016-11-30 | 2021-11-03 | Continental Structural Plastics, Inc. | Dispersed fiber mat formation |
| RU2703635C1 (ru) * | 2018-12-28 | 2019-10-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ повышения прочности на разрыв композитного материала с помощью предварительной пропитки углеволокон |
| RU2786769C1 (ru) * | 2022-04-08 | 2022-12-26 | Виктор Владимирович Крикотин | Способ изготовления композитного материала с использованием плазменного разряда |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101909362B1 (ko) | 유동층 중 열가소성 중합체로 사전-함침된 섬유 재료 제조 방법 | |
| KR101909363B1 (ko) | 중합체의 수성 분산액을 사용하여 열가소성 중합체로 사전함침된 섬유 재료를 제조하는 방법 | |
| EP3351666A1 (en) | Method for producing fibrillated carbon fiber sheet | |
| SK732005A3 (sk) | Spôsob úpravy textilných výstužných materiálov, scieľom zvýšiť adhéziu ku gumárenskej zmesi | |
| RU2428313C2 (ru) | Способ изготовления армированного штампованного композитного полуфабриката | |
| KR20080075499A (ko) | 중합체 섬유 표면부의 관능화 방법 | |
| JP5749868B1 (ja) | 一方向性の連続繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料 | |
| CN105821663B (zh) | 导电石墨烯纤维以及生产方法和系统 | |
| EP0272648B1 (en) | Method for producing carbon fiber reinforced thermoplastic resin product | |
| US20210262159A1 (en) | Conductive far-infrared heat-generating fiber and preparation method therefor | |
| JPH09510407A (ja) | 複合ラミネートを作る方法およびそうして作られたｐｗｂ基板 | |
| KR20140085713A (ko) | 연속 탄소섬유 강화 열가소성 프리프레그의 제조 방법 | |
| CN107002347A (zh) | 表面处理碳纤维、表面处理碳纤维束及它们的制造方法 | |
| CN115135735A (zh) | 通过等离子体涂层改变表面粘合性能的方法 | |
| WO2019146485A1 (ja) | 強化繊維束基材およびその製造方法、ならびにそれを用いた繊維強化熱可塑性樹脂材料およびその製造方法 | |
| RU2825328C1 (ru) | Способ повышения механической прочности композитного материала за счет предварительной обработки его элементов | |
| US20110076500A1 (en) | Process for functionalizing a glass reinforcement for composite material | |
| RU2743566C1 (ru) | Способ повышения прочности на разрыв волокнистых композитов с помощью предварительной модификации углеволокон углеродными нанотрубками и молекулами, содержащими аминогруппы | |
| EP3848181B1 (en) | Coated filament for improved additive manufacturing parts | |
| CN1931566A (zh) | 一种在线等离子处理玻璃纤维后直接制备增强塑料的方法及其装置 | |
| RU2560362C1 (ru) | Углеродное высокомодульное волокно с модифицированной поверхностью для армирования композитов и способ ее модификации | |
| RU2743565C1 (ru) | Способ повышения прочности на разрыв волокнистых композитов с помощью упрочнения межфазной границы матрица-наполнитель углеволокон функционализированными углеродными нанотрубками | |
| CN116039086A (zh) | 一种连续纤维增强复合材料3d打印方法及系统 | |
| US20180179696A1 (en) | Carbon fiber manufacturing method | |
| JP7519891B2 (ja) | 熱可塑性樹脂フィルム、プリプレグ、およびプリプレグ積層体 |