RU2842628C1 - Continuous roving impregnation method - Google Patents
Continuous roving impregnation method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2842628C1 RU2842628C1 RU2024140082A RU2024140082A RU2842628C1 RU 2842628 C1 RU2842628 C1 RU 2842628C1 RU 2024140082 A RU2024140082 A RU 2024140082A RU 2024140082 A RU2024140082 A RU 2024140082A RU 2842628 C1 RU2842628 C1 RU 2842628C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- roving
- impregnating
- thermoplastic
- toluene
- fiber
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения армированных композитных материалов, которые могут использоваться для 3D-печати по технологии FDM.The invention relates to the field of producing reinforced composite materials that can be used for 3D printing using FDM technology.
Известен способ пропитки непрерывных волокон получения, непрерывных пучков волокон - ровингов или текстильных полуфабрикатов при помощи расплавленного термопласта или при помощи жидкой реакционноспособной смолы для получения готовых изделий в виде профиля. При этом уплотнение расплава термопласта и реактопласта при получении однородного профиля осуществляется путем увеличения давления при сжатии стенок [Патент RU 2767352, МПК B29C 70/52, 17.03.2022].A method is known for impregnating continuous fibers, continuous fiber bundles - rovings or textile semi-finished products using molten thermoplastic or using a liquid reactive resin to obtain finished products in the form of a profile. In this case, the compaction of the thermoplastic and thermosetting melt when obtaining a homogeneous profile is carried out by increasing the pressure when compressing the walls [Patent RU 2767352, IPC B29C 70/52, 17.03.2022].
Недостатком такого способа является сложность в получении ровинга без дефектов в виде пузырей и геликов на поверхности волокна, что приводит к невозможности соблюдения геометрии ровинга по сечению. Кроме того, высокая вязкость расплава приводит к значительным энергозатратам при производстве.The disadvantage of this method is the difficulty in obtaining roving without defects in the form of bubbles and gels on the surface of the fiber, which leads to the impossibility of maintaining the geometry of the roving by section. In addition, the high viscosity of the melt leads to significant energy costs in production.
Известен способ обработки волокон с получением ленты, включающий этапы непрерывной подачи пучка волокон, нанесение первой смолы на пучок волокон электростатическим осаждением частиц первой смолы, прикрепление частиц первой смолы к пучку волокон посредством нагрева и нанесение поверхностного покрытия на, по меньшей мере, одну сторону пучка волокон осаждением нитей из второй смолы [Патент RU 2747940, МПК B29B 15/12; B29B 11/16, 17.05.2021].A method for processing fibers to obtain a tape is known, comprising the steps of continuously feeding a bundle of fibers, applying a first resin to the bundle of fibers by electrostatic deposition of particles of the first resin, attaching particles of the first resin to the bundle of fibers by heating, and applying a surface coating to at least one side of the bundle of fibers by depositing threads from a second resin [Patent RU 2747940, IPC B29B 15/12; B29B 11/16, 17.05.2021].
Недостатком такого способа является невозможность использования лент пропитанных волокон в существующей технологии FDM печати из-за конструктивных особенностей оборудования. Значительное различие ширины и толщины приводит к ломкости данных лент при питании печатающей головки.The disadvantage of this method is the impossibility of using impregnated fiber tapes in the existing FDM printing technology due to the design features of the equipment. A significant difference in width and thickness leads to the fragility of these tapes when feeding the print head.
Наиболее близким является способ изготовления термопластичного препрега, включающий этапы площения по крайней мере одного пучка некрученых непрерывных волокон путем его протягивания через систему площения волокна, формование термопластичного препрега путем экструзии по крайней мере одного площеного пучка некрученых непрерывных волокон и термопластичного полимерного материала, находящегося в вязкотекучем состоянии, в пропиточной фильере, при этом, перед подачей термопластичного полимерного материала в пропиточную фильеру, термопластичный полимерный материал, находящийся в вязкотекучем состоянии, подвергают воздействию ультразвуковой кавитации с помощью ультразвукового излучателя, ультразвуковое излучение от которого воздействует на массу полимера, и охлаждение термопластичного препрега [Патент RU 2733604, МПК B29C 70/52; B29C 48/34, 05.10.20].The closest method for producing a thermoplastic prepreg includes the stages of flattening at least one bundle of untwisted continuous fibers by pulling it through a fiber flattening system, forming the thermoplastic prepreg by extruding at least one flattened bundle of untwisted continuous fibers and a thermoplastic polymer material in a viscous-flow state in an impregnation die, wherein, before feeding the thermoplastic polymer material into the impregnation die, the thermoplastic polymer material in a viscous-flow state is subjected to ultrasonic cavitation using an ultrasonic emitter, the ultrasonic radiation from which acts on the polymer mass, and cooling the thermoplastic prepreg [Patent RU 2733604, IPC B29C 70/52; B29C 48/34, 05.10.20].
Однако, дополнительный разогрев термопластичного связующего и его деструкция при долгой работе, приводит к снижению механических свойств пограничного слоя. Кроме этого, способ осложнен дополнительными операциями (площение, ультразвуковая кавитация, окисление, нанесение аппретов, подача термопластичного полимерного материала осуществляется с помощью системы весового контроля расхода, экструдирование) и требует соответствующего дополнительного оборудования.However, additional heating of the thermoplastic binder and its destruction during long-term operation leads to a decrease in the mechanical properties of the boundary layer. In addition, the method is complicated by additional operations (flattening, ultrasonic cavitation, oxidation, application of dressings, feeding of thermoplastic polymer material is carried out using a weight control system of flow rate, extrusion) and requires appropriate additional equipment.
Задача данного изобретения заключается в разработке способа пропитки непрерывного ровинга на основе стекло-, углеволокон термопластом с получением препрега для 3D-печати по технологии FDM.The objective of this invention is to develop a method for impregnating continuous roving based on glass and carbon fibers with thermoplastic to produce a prepreg for 3D printing using FDM technology.
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение способа пропитки за счет исключения серии операций, требующих дополнительную технику и оборудование.The technical result of the claimed invention is the simplification of the impregnation method by eliminating a series of operations requiring additional equipment and machinery.
Технический результат достигается в способе пропитки непрерывного ровинга, включающем пропитку волокна термопластичным связующим и его формование, при этом пропитку волокна осуществляют при 20 мм рт.ст. погружением ровинга на 0,15-5 секунд в пропитывающую композицию на основе 60-70 масс.% толуола, 29,6-35 масс.% стирол-бутадиен сополимерного термопласта и, не обязательно, 1,5-10 масс.% нефтеполимерной смолы Hikorez T-3100, с последующим стеканием остатков композиции, досушиванием ровинга в процессе его формования посредством удаления толуола при 160°С, вытягиванием и пропусканием через фильеры при нагревании до температуры плавления термопластичного связующего с образованием готового препрега для 3D-печати.The technical result is achieved in a method for impregnating continuous roving, including impregnating the fiber with a thermoplastic binder and molding it, wherein the impregnation of the fiber is carried out at 20 mm Hg by immersing the roving for 0.15-5 seconds in an impregnating composition based on 60-70 wt.% toluene, 29.6-35 wt.% styrene-butadiene copolymer thermoplastic and, optionally, 1.5-10 wt.% Hikorez T-3100 petroleum polymer resin, followed by draining off the residues of the composition, drying the roving during its molding by removing toluene at 160°C, drawing and passing through dies while heating to the melting temperature of the thermoplastic binder to form a finished prepreg for 3D printing.
Сущность изобретения заключается в способе изготовления непрерывного ровинга путем пропитки из раствора термопласта под действием вакуума. Пропиточная композиция в растворе термопласта содержит дополнительно компатибилизаторы увеличивающие адгезию термопластичного связующего и ровинга.The essence of the invention is a method for producing continuous roving by impregnation from a thermoplastic solution under vacuum. The impregnation composition in the thermoplastic solution additionally contains compatibilizers that increase the adhesion of the thermoplastic binder and roving.
В качестве нити использовали ровинг из углеродного волокна и стекловолокна диаметром 0,6 мм.The thread used was a roving made of carbon fiber and glass fiber with a diameter of 0.6 mm.
Для пропитки использовали раствор стирол-бутадиен-стирольного термопласта в толуоле, содержащий в качестве модификатора адгезии (компатибилизатора) нефтеполимерную смолу марки Hikorez T-3100. Последняя получена из смеси мономеров α-метилстирола, изомерных винилтолуолов, а также пентенов и пипериленов и рекомендуется для увеличения адгезии бутадиен-стирольным сополимерам.For impregnation, a solution of styrene-butadiene-styrene thermoplastic in toluene was used, containing Hikorez T-3100 petroleum polymer resin as an adhesion modifier (compatibilizer). The latter is obtained from a mixture of α-methylstyrene monomers, isomeric vinyltoluenes, as well as pentenes and piperylenes and is recommended for increasing the adhesion of butadiene-styrene copolymers.
В состав пропитывающей композиции входят растворитель - толуол, термопласт - стирол-бутадиеновый сополимер и компатибилизатор - нефтеполимерная смола.The impregnating composition includes a solvent - toluene, a thermoplastic - styrene-butadiene copolymer and a compatibilizer - petroleum polymer resin.
Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.
В системе пропитки ровинга устанавливают вакуум 20 мм рт.ст. (при 25°С) и осуществляют пропитку волокна погружением ровинга в пропитывающую композицию на основе 60-70 масс.% растворителя, 29,6-35 масс.% термопласта и 0-10 масс.% компатибилизатора на 0,15-5 секунд.In the roving impregnation system, a vacuum of 20 mm Hg (at 25°C) is set and the fiber is impregnated by immersing the roving in an impregnating composition based on 60-70 wt.% solvent, 29.6-35 wt.% thermoplastic and 0-10 wt.% compatibilizer for 0.15-5 seconds.
Затем ровинг извлекают из пропитывающей композиции и дают стечь ее остаткам в течение 5-20 секунд.The roving is then removed from the impregnating composition and its residues are allowed to drain for 5-20 seconds.
Далее осуществляют досушивание ровинга в процессе его формования посредством удаления растворителя (толуола) при 160°С, при 20 мм рт.ст. Высушенный пропитанный ровинг вытягивают, нагревают до температуры плавления термопластичного связующего и пропускают через фильеры с образованием готового непрерывного ровинга (препрега для 3D-печати). При этом закрытие фильеры для создания вакуума в системе пропитки осуществляется непосредственно композитом с небольшим избытком термопласта. Контроль осушки ровинга осуществляют по его качеству на выходе из фильеры. При необходимости увеличения времени досушки, снижают скорость протяжки ровинга. При необходимости увеличения степени пропитки ровинга, осуществляется снижение скорости протяжки волокна через пропитывающую композицию или при сохранении скорости протяжки, увеличивают количество емкостей с пропитывающей композицией по ходу движения волокна.Next, the roving is dried in the process of its molding by removing the solvent (toluene) at 160°C, at 20 mm Hg. The dried impregnated roving is drawn, heated to the melting temperature of the thermoplastic binder and passed through dies to form a finished continuous roving (prepreg for 3D printing). In this case, the closure of the die to create a vacuum in the impregnation system is carried out directly by the composite with a small excess of thermoplastic. The drying of the roving is controlled by its quality at the outlet of the die. If it is necessary to increase the drying time, the roving drawing speed is reduced. If it is necessary to increase the degree of roving impregnation, the fiber drawing speed through the impregnating composition is reduced or, while maintaining the drawing speed, the number of containers with the impregnating composition along the fiber movement is increased.
В таблице приведены примеры реализации способа (различные составы пропиточной композиции, волокна, условия пропитки и т.д.), раскрытые в заявленном изобретении, а также содержание термопласта в полученных пропитанных ровингах.The table provides examples of the implementation of the method (various compositions of the impregnating composition, fibers, impregnation conditions, etc.) disclosed in the claimed invention, as well as the content of thermoplastic in the obtained impregnated rovings.
Таким образом, способ пропитки непрерывного ровинга, включающий пропитку волокна при 20 мм рт.ст. погружением ровинга на 0,15-5 секунд в пропитывающую композицию на основе 60-70 масс.% толуола, 29,6-35 масс.% стирол-бутадиен сополимерного термопласта и, не обязательно, 1,5-10 масс.% нефтеполимерной смолы Hikorez T-3100, с последующим стеканием остатков композиции, досушиванием ровинга в процессе его формования посредством удаления толуола при 160°С, вытягиванием и пропусканием через фильеры при нагревании до температуры плавления термопластичного связующего с образованием готового препрега для 3D-печати, обеспечивает упрощение способа за счет исключения серии операций, требующих дополнительную технику и оборудование.Thus, the method of impregnating continuous roving, including impregnating the fiber at 20 mm Hg by immersing the roving for 0.15-5 seconds in an impregnating composition based on 60-70 wt.% toluene, 29.6-35 wt.% styrene-butadiene copolymer thermoplastic and, optionally, 1.5-10 wt.% Hikorez T-3100 petroleum polymer resin, followed by draining off the composition residues, drying the roving during its molding by removing toluene at 160°C, drawing and passing through dies while heating to the melting temperature of the thermoplastic binder to form a finished prepreg for 3D printing, provides a simplification of the method by eliminating a series of operations requiring additional equipment and machinery.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2842628C1 true RU2842628C1 (en) | 2025-07-01 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016128622A (en) * | 2012-02-24 | 2016-07-14 | クレイトン・ポリマーズ・ユー・エス・エル・エル・シー | High flow, hydrogenated styrene-butadiene-styrene block copolymer and applications |
| RU2722944C1 (en) * | 2019-11-21 | 2020-06-05 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Three-dimensional printing method with thermoplastic composite material |
| RU2733604C1 (en) * | 2020-02-12 | 2020-10-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Термопластиковые композитные технологии" (ООО "ТКТ") | Thermoplastic prepreg and method of production thereof |
| RU2747940C2 (en) * | 2016-07-20 | 2021-05-17 | Мануэль ТОРРЕС МАРТИНЕС | Method for processing fibers, installation for processing fibers and resulting tape formed from processed fibers |
| RU2792100C1 (en) * | 2022-03-23 | 2023-03-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method for producing a semi-rigid harness based on carbon fiber and super engineering plastics in one stage of impregnation for 3d printing by fused deposition modelling method |
| WO2023187588A1 (en) * | 2022-03-30 | 2023-10-05 | Spherecube S.R.L. | Process for the manufacture of a filament made of composite material and related system |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016128622A (en) * | 2012-02-24 | 2016-07-14 | クレイトン・ポリマーズ・ユー・エス・エル・エル・シー | High flow, hydrogenated styrene-butadiene-styrene block copolymer and applications |
| RU2747940C2 (en) * | 2016-07-20 | 2021-05-17 | Мануэль ТОРРЕС МАРТИНЕС | Method for processing fibers, installation for processing fibers and resulting tape formed from processed fibers |
| RU2722944C1 (en) * | 2019-11-21 | 2020-06-05 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Three-dimensional printing method with thermoplastic composite material |
| RU2733604C1 (en) * | 2020-02-12 | 2020-10-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Термопластиковые композитные технологии" (ООО "ТКТ") | Thermoplastic prepreg and method of production thereof |
| RU2792100C1 (en) * | 2022-03-23 | 2023-03-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method for producing a semi-rigid harness based on carbon fiber and super engineering plastics in one stage of impregnation for 3d printing by fused deposition modelling method |
| WO2023187588A1 (en) * | 2022-03-30 | 2023-10-05 | Spherecube S.R.L. | Process for the manufacture of a filament made of composite material and related system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3993726A (en) | Methods of making continuous length reinforced plastic articles | |
| US3530212A (en) | Method of making glass resin laminates | |
| EP0364829B1 (en) | Composites | |
| KR100276147B1 (en) | Method for production of fiber reinforced semi-finished products of medium to high viscosity thermoplastics | |
| JP7152017B2 (en) | Composite thread for reinforcement, prepreg, tape for 3D printing and equipment for preparing same | |
| CA2980235C (en) | Process and device for the production of a fibre-composite material | |
| CA2983701C (en) | Process and device for the production of a fibre-composite material | |
| CN110271208A (en) | A kind of thermoplasticity 3D braiding continuous fiber enhancing drawing and extruding section bar forming method and equipment | |
| CN107249838A (en) | Method and apparatus for producing fiber composite materials | |
| CN112248486A (en) | Basalt fiber reinforced thermoplastic polyethylene prepreg tape and preparation process thereof | |
| US3586560A (en) | Method of making a fiber-filled thermoplastic article | |
| SE453272B (en) | ARTICLES BASED ON A THREE-LAYER STRUCTURE OF TWO LAYERS OF FIBRILLES OR FIBRIDES OF GLASS FIBER-OLEFIN POLYMES AND INTERMEDIATE THERMOPLASTIC LAYERS | |
| CN112847925A (en) | Continuous fiber reinforced 3D printing composite material melt impregnation system and method | |
| CN111607217B (en) | 3D printing continuous fiber amido urea polymer composite material and preparation method | |
| Baek et al. | Interfacial and mechanical properties of carbon fiber reinforced polycarbonate (PC) film and PC fiber impregnated composites | |
| CN109651804A (en) | A kind of continuous glass fibre enhancing nylon composite board and preparation method thereof and preparing the application in automobile brake pedal | |
| Fairuz et al. | The effect of gelation and curing temperatures on mechanical properties of pultruded kenaf fibre reinforced vinyl ester composites | |
| Aburaia et al. | A production method for standardized continuous fiber reinforced FFF filament | |
| KR100286965B1 (en) | Granules made of fiber reinforced thermoplastic | |
| DE19633405A1 (en) | Process for the production of cellulose moldings and the moldings produced by this process and their use | |
| RU2844990C1 (en) | Laboratory apparatus for producing a prepreg for 3d printing | |
| CN109384917B (en) | Preparation method of glass fiber fabric reinforced nylon 6 prepreg composite material | |
| CN118510833A (en) | Method for producing composite filaments and use thereof | |
| CN108327317A (en) | A kind of long glass fiber reinforced polyolefin panels continuous production processes | |
| RU199200U1 (en) | COMPOSITE POWER LINE CORE |