RU2670868C2 - Углеродные волокна и высококачественные волокна для композиционных материалов - Google Patents
Углеродные волокна и высококачественные волокна для композиционных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2670868C2 RU2670868C2 RU2016130030A RU2016130030A RU2670868C2 RU 2670868 C2 RU2670868 C2 RU 2670868C2 RU 2016130030 A RU2016130030 A RU 2016130030A RU 2016130030 A RU2016130030 A RU 2016130030A RU 2670868 C2 RU2670868 C2 RU 2670868C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solvent
- water
- fibers
- epoxide
- sizing
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 160
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims abstract description 157
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 145
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 99
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 69
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 44
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N dimethyl sulfoxide Natural products CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 21
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims abstract description 19
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- -1 phenoxy ester Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims abstract description 10
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- GNOIPBMMFNIUFM-UHFFFAOYSA-N hexamethylphosphoric triamide Chemical compound CN(C)P(=O)(N(C)C)N(C)C GNOIPBMMFNIUFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 8
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims abstract description 7
- XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[[4-(2,5-dioxopyrrol-1-yl)phenyl]methyl]phenyl]pyrrole-2,5-dione Chemical compound O=C1C=CC(=O)N1C(C=C1)=CC=C1CC1=CC=C(N2C(C=CC2=O)=O)C=C1 XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Natural products C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 claims abstract description 4
- VGTPCRGMBIAPIM-UHFFFAOYSA-M sodium thiocyanate Chemical compound [Na+].[S-]C#N VGTPCRGMBIAPIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 4
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims abstract description 4
- XQIJIALOJPIKGX-UHFFFAOYSA-N naphthalene 1,2-oxide Chemical compound C1=CC=C2C3OC3C=CC2=C1 XQIJIALOJPIKGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 87
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 33
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 33
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 21
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 claims description 19
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 claims description 19
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 18
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 8
- 229920003192 poly(bis maleimide) Polymers 0.000 claims description 5
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 claims description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 abstract description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 abstract description 3
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 abstract description 2
- GYZLOYUZLJXAJU-UHFFFAOYSA-N diglycidyl ether Chemical compound C1OC1COCC1CO1 GYZLOYUZLJXAJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 41
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 238000004945 emulsification Methods 0.000 description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 10
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 9
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 8
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 8
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 6
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 6
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 3
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 3
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 3
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 description 3
- 239000011146 organic particle Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 229920002972 Acrylic fiber Polymers 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 2
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 2
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 229910001867 inorganic solvent Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003049 inorganic solvent Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000011325 microbead Substances 0.000 description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 102000052594 Anaphase-Promoting Complex-Cyclosome Apc2 Subunit Human genes 0.000 description 1
- 241000288673 Chiroptera Species 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 239000004936 P-84 Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 108091006464 SLC25A23 Proteins 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000010 aprotic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000011260 aqueous acid Substances 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 231100000206 health hazard Toxicity 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 1
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012802 nanoclay Substances 0.000 description 1
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N naphthalene-acid Natural products C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 210000004994 reproductive system Anatomy 0.000 description 1
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 1
- 230000004202 respiratory function Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002620 silicon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021430 silicon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001542 size-exclusion chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/007—After-treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/18—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
- B05D3/0254—After-treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/10—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by other chemical means
- B05D3/107—Post-treatment of applied coatings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
- B05D7/24—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials for applying particular liquids or other fluent materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
- C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
- C08J5/043—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with glass fibres
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
- D06M15/21—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D06M15/327—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds of unsaturated alcohols or esters thereof
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
- D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D06M15/53—Polyethers
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
- D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D06M15/55—Epoxy resins
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
- D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D06M15/59—Polyamides; Polyimides
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
- D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D06M15/63—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing sulfur in the main chain, e.g. polysulfones
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M23/00—Treatment of fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, characterised by the process
- D06M23/10—Processes in which the treating agent is dissolved or dispersed in organic solvents; Processes for the recovery of organic solvents thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2203/00—Other substrates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2203/00—Other substrates
- B05D2203/30—Other inorganic substrates, e.g. ceramics, silicon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2256/00—Wires or fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2401/00—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like
- B05D2401/20—Aqueous dispersion or solution
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2401/00—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like
- B05D2401/20—Aqueous dispersion or solution
- B05D2401/21—Mixture of organic solvent and water
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2504/00—Epoxy polymers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2505/00—Polyamides
- B05D2505/50—Polyimides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2508/00—Polyesters
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
- D06M2101/40—Fibres of carbon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для химической промышленности. Для нанесения проклеивающего состава на углеродное волокно и минимизации образования паров растворителя сначала объединяют полимер со смешивающимся с водой растворителем. Полимер выбран из: простого полиэфирсульфона, полиэфиркетона, бис-A-эпоксида, бис-F-эпоксида, сложного феноксиэфира, сложного фенольного эфира, сложного винилового эфира, бисмалеимида (BMI), полиимида, полиамидоимида, диглицидилового эфира бис-фенол-A-эпоксида, каучука со структурой ядро/оболочка, антраценового эпоксида, нафталинового эпоксида, новолачного эпоксида, трифункционального эпоксида, тетрафункционального эпоксида и их комбинаций. Смешивающийся с водой растворитель выбран из диметилсульфоксида (DMSO), N-метил-2-пирролидона (NMP), диметилформамида (DMF), гексаметилфосфорамида (HMPA), ацетона, метилэтилкетона, бутанона, метилового спирта, этилового спирта, изопропилового спирта, бутилового спирта, дихлорметана, хлороформа, тиоцианата натрия и хлорида цинка. Полученную проклеивающую композицию наносят на по меньшей мере одно углеродное волокно, коагулируют полимер, удаляют указанный растворитель и проводят по меньшей мере частичную сушку. При сушке по существу не образуются пары растворителя, что обеспечивает экологичность процесса, а также безопасность для персонала. 3 з.п. ф-лы, 13 ил.
Description
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Область техники
В настоящем документе описан способ нанесения на волокно проклеивающего материала путем применения растворителя. Указанный способ можно использовать для создания поверхности раздела между волокном и другими компонентами композиционного материала, в который введено указанное волокно. Согласно различным вариантам реализации изобретения предложенный способ позволяет обеспечить улучшенные производственные процессы и/или композиционный материал с улучшенными свойствами.
[0002] Описание предшествующего уровня техники.
Несмотря на то, что углеродные волокна можно использовать для изготовления чрезвычайно прочных продуктов, углеродные волокна сами по себе могут быть очень хрупкими при обработке и, следовательно, могут легко ломаться под действием внешних сил. Чтобы противодействовать такой хрупкости волокон, на них можно нанести покрытие, действующее как защитный барьер для предотвращения разрыва. Как правило, на углеродные волокна наносят материал, известный как клей (проклеивающий состав) или аппрет, для того чтобы он действовал как защитный слой и/или модификатор поверхности. Кроме того, проклеивание (аппретирование) можно использовать для модификации поверхности волокон, например, для усиления адгезии полимерной матрицы к волокну. Проклеивание может быть ценным с точки зрения улучшения характеристик полученного композиционного материала. Можно использовать различные виды проклеивающего состава в зависимости от требуемых конечных свойств покрытия углеродного волокна. Проклеивающий состав можно нанести на различные типы волокон, в том числе неорганические и органические волокна.
[0003] Исторически сложилось так, что в профилирующей отрасли существовали две общепринятые практики в отношении нанесения проклеивающего состава на волокна (например, углеродные волокна). Во-первых, проклеивающие материалы можно эмульгировать в жидкости-носителе с помощью поверхностно-активного вещества. Однако применение поверхностно-активного вещества может негативно воздействовать на конечные свойства композиционного материала, так как поверхностно-активное вещество может оставаться на готовом волокнистом продукте. Кроме того, многие материалы не способны легко эмульгировать. Например, все эпоксиды, термопластмассы и каучуки, имеющие высокую молекулярную массу (MW), как правило, с трудом поддаются эмульгированию и, следовательно, при применении эмульсионного способа обычно не используются в качестве проклеивающего состава для углеродного волокна. Это исключает значительный набор потенциальных проклеивающих материалов, которые не могут быть использованы с экономической и/или технической точки зрения для усиления или модификации поверхности волокон.
[0004] Второй способ нанесения проклеивающего состава на волокно (например, углеродное волокно) состоит в применении растворителей. Проклеивающий материал можно растворить в конкретном растворителе, таком как органический растворитель, и получить раствор растворителя и проклеивающего материала. Затем волокна можно погрузить в указанный раствор с тем, чтобы раствор проклеивающего состава/растворителя прилипал к волокнам. Волокна, покрытые раствором проклеивающего состава/растворителя, высушивают для удаления растворителя, при этом на волокнах остается только проклеивающий материал. Однако на стадии сушки покрытых волокон, применяемой для удаления растворителя, обычно образуется пар растворителя, который может представлять опасность, как для окружающей среды, так и для работников, подвергающихся воздействию паров растворителя, если не приняты подходящие меры предосторожности. Например, пары органических растворителей могут быть легковоспламеняющимися и могут загореться и/или взорваться даже при применении существенных мер предосторожности. Кроме того, общий вред для здоровья, связанный с чрезмерным воздействием растворителей, включает токсичность в отношении нервной системы, повреждение репродуктивной системы, повреждение печени и почек, нарушение функции дыхания и/или рак. Поэтому при работе с органическим паром, образующимся при использовании способа проклеивания с применением растворителя, необходимо учитывать затраты на здоровье и безопасность. Такие меры предосторожности могут сделать способ проклеивания с применением растворителя недопустимо дорогостоящим и, таким образом, практически нецелесообразным.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В настоящем документе описан способ нанесения проклеивающего состава на органическое или неорганическое волокно. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения предложенный способ может включать подготовку одного или более волокон или множества волокон, приведение указанного множества волокон в контакт с композицией, где указанная композиция содержит полимер, растворенный в смешивающемся с водой растворителе, с получением тем самым покрытия из растворителя/полимера на указанном множестве волокон, коагуляцию полимера на указанном множестве волокон, удаление смешивающегося с водой растворителя путем промывания водой указанного множества волокон, покрытых растворителем/полимером, и по меньшей мере частичную сушку полученного множества волокон с полимерным покрытием с получением множества проклеенных волокон.
[0006] Одно или более волокон или множество волокон можно выбрать из углеродных волокон, стекловолокна, керамических волокон, арамидных волокон, полиолефиновых волокон, полиэфирных волокон, акриловых волокон и их комбинаций. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения множество волокон может представлять собой ткань. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения смешивающийся с водой растворитель выбирают из диметилсульфоксида (DMSO), N-метил-2-пирролидона (NMP), диметилформамида (DMF), гексаметилфосфорамида (HMPA), ацетона, метилэтилкетона, бутанона, метилового спирта, этилового спирта, изопропилового спирта, бутилового спирта, дихлорметана, хлороформа, тиоцианата натрия и хлорида цинка. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения pH растворителя может составлять примерно 10 или более или примерно 3 или менее. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения растворитель может представлять собой сильное основание или сильную кислоту.
[0007] Полимер может быть выбран из эпоксидов, термопластмасс, каучуков (резин, rubber) и их комбинаций. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения полимер можно выбрать из простого полиэфирсульфона, полиэфиркетона (например, PEEK), бис-A-эпоксида, бис-F-эпоксида, сложного феноксиэфира, сложного фенольного эфира, сложного винилового эфира, бисмалеимида (BMI), полиимида, полиамидоимида, диглицидилового эфира бис-фенол-A-эпоксида, каучуки со структурой ядро/оболочка, антраценового эпоксида, нафталинового эпоксида, новолачного эпоксида, трехфункционального эпоксида, тетрафункционального эпоксида, форполимера и их комбинаций. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения эпоксидная эквивалентная масса полимера составляет примерно 300 или более. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения эпоксидная эквивалентная масса полимера составляет примерно 500 или менее. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения полимер представляет собой комбинацию различных полимеров.
[0008] Полимер можно модифицировать с помощью модификатора, выбранного из частиц каучука, неорганических частиц, органических частиц, добавок и их комбинаций. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения частицы каучука, неорганические частицы, органические частицы и добавки можно выбрать из углеродных нанотрубок (CNTs), графеновых листов, углеродных микробусин, нанотрубок диоксида кремния, нанотрубок карбида кремния, наноглин и их комбинаций.
[0009] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения на стадии по меньшей мере частичной сушки по существу не образуется пар растворителя. В этом контексте считается, что вода не является растворителем, поскольку растворимость полимера в воде очень низкая. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения поверхностно-активное вещество не используют. На стадии по меньшей мере частичной сушки из указанного множества волокон можно по существу удалить воду. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения при промывании получают полученную после ванны композицию, содержащую воду, смешивающийся с водой растворитель и полимер. Указанный способ может необязательно дополнительно включать рециркуляцию одного или более компонентов полученной после ванны композиции.
[0010] В настоящем документе также описан способ нанесения проклеивающего состава на волокно и минимизации образования паров растворителя. Такой способ может включать объединение полимера со смешивающимся с водой растворителем с получением проклеивающей композиции, при этом указанный полимер растворяется в проклеивающей композиции, нанесение проклеивающей композиции на по меньшей мере одно волокно с обеспечением тем самым покрытия полимером по меньшей мере одного волокна, коагуляцию полимера на по меньшей мере одном волокне, удаление смешивающегося с водой растворителя с по меньшей мере одного волокна и по меньшей мере частичную сушку по меньшей мере одного волокна после удаления смешивающегося с водой растворителя, при этом на стадии по меньшей мере частичной сушки по существу не образуется пар растворителя.
[0011] Коагуляция полимера и/или удаление смешивающегося с водой растворителя может включать нанесение воды на по меньшей мере одно волокно с покрытием.
[0012] Эти и другие варианты реализации изобретения более подробно описаны ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] На фигуре 1 схематически показан один из вариантов реализации способа нанесения проклеивающего состава на волокно с применением ванны с растворителем и водяной коагуляционной/моечной ванны, как описано в настоящем документе.
[0014] На фигуре 2 схематически показан один из вариантов реализации способа нанесения проклеивающего состава на волокно с применением ванны с растворителем и водяной коагуляционной ванны, как описано в настоящем документе.
[0015] На фигурах 3A-B показано сравнение, проведенное посредством сканирующей электронной микроскопии (SEM), варианта реализации предложенного способа проклеивания и общепринятого эмульсионного способа проклеивания, применяемого для нанесения эпоксидного проклеивающего материала на углеродное волокно.
[0016] На фигурах 4A-B показано сравнение, проведенное посредством SEM, применения термопластичного полиэфирсульфонового проклеивающего состава для растворителей диметилсульфоксид (DMSO) и N-метилпирролидон (NMP). Как показано, применение различных типов растворителя позволяет контролировать морфологию поверхности образующейся пленки проклеивающего состава на углеродном волокне.
[0017] На фигуре 5 показаны изображения SEM проклеивающего материала, представляющего собой комбинацию смеси эпоксида/термопластмассы, нанесенного на углеродное волокно с применением растворителя DMSO.
[0018] На фигурах 6A-B показано сравнение, проведенное посредством SEM, действия полиимидного проклеивающего состава при использовании растворителей DMSO и NMP. Как показано, применение различных типов растворителя позволяет контролировать морфологию поверхности образующейся пленки проклеивающего состава на углеродном волокне.
[0019] На фигуре 7 показаны изображения SEM проклеивающего материала, представляющего собой каучук со структурой ядро/оболочка, нанесенного на углеродное волокно с применением растворителя DMSO.
[0020] На фигуре 8 показаны изображения SEM проклеивающего материала, представляющего собой комбинацию эпоксида/каучука со структурой ядро/оболочка, нанесенного на углеродное волокно с применением растворителя DMSO.
[0021] На фигурах 9A-B показаны изображения SEM полиэфирэфиркетонного (PEEK) проклеивающего материала, нанесенного на углеродное волокно с применением серной кислоты.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0022] Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают способ приклеивания материала (например, проклеивания) к множеству или группе волокон с применением растворителя. В частности, в описанном способе используют водяную ванну для удаления растворителя, прилипающего к волокнам, с обеспечением тем самым минимизации рисков, возникающих при обработке волокон. Например, можно минимизировать образование паров растворителя. Кроме того, при обработке можно разбавить сильно кислые или сильно основные растворители. Варианты реализации предложенного способа можно использовать в сочетании с обычным адгезионным способом проклеивания с применением растворителя. Таким образом, под проклеивающим составом и растворителями, применяемыми в описанном ниже изобретении, можно понимать обычно используемые вещества, которые не являются ограничивающими.
[0023] В настоящем документе термины «клей» или «проклеивающий состав» представляют собой широкие термины и включают их обычные технические словарные значения, относящиеся к нанесению покрытий на волокна. Кроме того, указанные термины также могут относиться к любому материалу, который можно использовать в качестве покрытия для волокон. Тип, размер, молекулярная масса и другие свойства проклеивающего состава не ограничены. Например, проклеивающий материал может представлять собой любой известный проклеивающий состав, который можно нанести на волокна посредством приемлемых с точки зрения промышленного производства способов проклеивания с применением растворителя. Согласно различным вариантам реализации изобретения проклеивающий состав представляет собой полимер, относительно растворимый в растворителе, применяемом для проклеивания, но относительно нерастворимый в воде.
[0024] В настоящем документе термин «волокно» представляет собой широкий термин, который включает обычное техническое словарное определение и может относиться к различным высококачественным волокнам, применяемым в композиционных материалах, в том числе, к таким волокнам, как углеродные волокна (например, графитовые волокна и графеновые волокна), стекловолокно, такое как волокно из E-стекла или волокно из s-стекла, керамические волокна, арамидные волокна, полиолефиновые волокна (например, полиэтиленовые и полипропиленовые волокна), полиэфирные волокна, акриловые волокна и их комбинации. Конфигурация волокна не ограничена и может включать, например, пучки, пряди и/или ткани, изготовленные из описанных выше волокон.
[0025] В настоящем документе термин «смешивающийся с водой растворитель» представляет собой широкий термин и включает обычное техническое словарное определение. Специалисты в данной области техники поймут, что применительно к способам, описанным в настоящем документе, вода сама по себе не рассматривается как смешивающийся с водой растворитель (хотя водные растворы, такие как водные растворы кислот и водные растворы оснований, могут представлять собой смешивающиеся с водой растворители, как описано в настоящем документе в другом месте). Например, смешивающийся с водой растворитель может представлять собой растворитель, обеспечивающий механизм массопереноса, при котором растворитель из волокна, покрытого растворителем/проклеивающим составом, переходит в воду, а вода перемещается на проклеивающий материал и/или в проклеивающий материал, как описано в настоящем документе в другом месте. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения растворимость в воде смешивающегося с водой растворителя может составлять при 20°C примерно 1 г/л или более, примерно 2 г/л или более, примерно 5 г/л или более, примерно 8 г/л или более, примерно 10 г/л или более, примерно 50 г/л или более или примерно 100 г/л или более. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения смешивающийся с водой растворитель может полностью смешиваться с водой во всех пропорциях.
[0026] В частности, описан способ, который позволяет непрерывно наносить проклеивающий материал в форме раствора на волокнистую прядь при одновременном снижении или устранении образования паров растворителя во время производства, с обеспечением тем самым минимизации воздействия производственного процесса на здоровье и/или окружающую среду. Как подробно описано ниже, согласно некоторым вариантам реализации изобретения после нанесения на волокно клея/растворителя в форме раствора волокна можно промыть водяной ванне (например, в ванне, содержащей воду). Водяная ванна может обеспечить коагуляцию и равномерное нанесение проклеивающего состава, который, как правило, имеет плохую растворимость в воде, на волокна при одновременном перемещении любого оставшегося растворителя в водяную ванну. Кроме того, промывание может способствовать разбавлению любых сильно кислых или сильно основных применяемых растворителей.
[0027] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения при введении волокон, покрытых в проклеивающем составе/растворителе, в водяную ванну может работать механизм массопереноса, при котором растворитель переходит в воду, а вода перемещается на проклеивающий материал и/или в проклеивающий материал. Во время этого процесса обмена растворителя и воды вода, будучи плохим растворителем или не являясь растворителем для проклеивающего материала, может вызвать осаждение/коагуляцию проклеивающего состава на волокна с образованием пленки или покрытия на поверхности волокон. Скорость обмена растворитель-вода, концентрация растворителя в коагуляционной ванне, растворяющая способность и температура коагуляционной ванны, все указанные параметры могут влиять на образование пленки проклеивающего состава на волокнах. Высокая концентрация воды в водяной ванне может способствовать переходу растворителя в водную фазу. После массопереноса по существу весь растворитель удаляется из волокна и остается в водяной ванне.
[0028]После завершения стадии промывания волокна можно высушить для удаления избытка воды. На стадии сушки, так как весь или почти весь растворитель уже был удален, по существу не может произойти образование паров растворителя. Например, могут образоваться только незначительные уровни паров растворителя, которые не могут представлять опасность для работников. Соответственно, варианты реализации предложенного способа могут обеспечить экономически эффективный и экологически более безопасный способ нанесения на волокна многих типов проклеивающего состава. Согласно описанным ниже вариантам реализации изобретения применимыми является любые растворители и проклеивающие составы, как правило, используемые обычным специалистом в данной области техники.
[0029] Варианты реализации предложенных способов можно использовать для нанесения различных проклеивающих составов в качестве покрытия заготовок или промежуточных волокнистых продуктов, таких как окисленное волокно или предварительно карбонизованное волокно. При производстве волокна такое покрытие может действовать в качестве вспомогательного средства или усилителя свойств. Проклеивающий состав может оказывать многочисленные эффекты на лежащий ниже материал и может быть нацелен на обеспечение улучшения различных свойств волокон и/или композиционного материала. Например, морфологию проклеивающих покрытий можно адаптировать, в частности, для улучшения свойств волокон и/или композиционного материала. Как указано выше, в ходе производственного процесса волокна могут быть чрезвычайно хрупкими. Таким образом, проклеивающий состав можно нанести в общем в качестве упрочняющего материала, при этом указанный состав может, например, действовать как защитный барьер для предотвращения повреждения волокон при обработке. Таким образом, после нанесения на волокна проклеивающего состава волокна можно обрабатывать в ходе производственного процесса с большей легкостью при меньшей возможности повреждения. Кроме того, проклеивание можно использовать для общей модификации поверхности волокон для обеспечения требуемых характеристик и свойств композиционных материалов.
[0030] Проклеивание может влиять на свойства поверхности раздела между волокнами и другими компонентами композиционного материала, в который они встроены, такими как матричная смола. Например, на поверхности раздела между волокнами, встроенными в смоляную матрицу, может происходить передача значительной нагрузки. Проклеивающий состав можно использовать для облегчения адгезии волокон внутри матрицы, что позволяет предотвратить разрушение волокон внешними силами вдали от матрицы. Кроме того, проклеивание может, например, обеспечить жесткую опору вокруг волокон внутри смоляной матрицы, что, тем самым, приводит к упрочнению композиционного продукта и/или приданию ему жесткости, а также улучшению способности к обработке и характеристик волокон внутри матрицы.
[0031] Как указано выше, нанесение проклеивающего состава с помощью растворителя было нормой в области обработки волокон. Проклеивание с помощью растворителя может быть предпочтительным по сравнению с эмульсионным проклеиванием вследствие большего разнообразия проклеивающих материалов, которые можно использовать с растворителем. Эмульсионный процесс ограничен применением проклеивающих материалов, способных к эмульгированию. Однако согласно вариантам реализации предложенного способа в предложенном процессе можно использовать различные типы проклеивающего состава. Например, в качестве проклеивающего материала можно использовать эпоксиды, термопластмассы, каучук и их комбинации, при этом тип проклеивающего материала не является ограничивающим. Согласно вариантам реализации описанного ниже процесса на волокна в качестве проклеивающего состава можно наносить почти все виды полимеров, термореактивных пластмасс, термопластмасс или их смеси, в том числе материалы с высокой молекулярной массой (MW) или высокой эпоксидной эквивалентной массой (EEW).
[0032] В настоящем документе применительно к полимерам термин «молекулярная масса» относится к средневесовой молекулярной массе, измеренной с помощью эксклюзионной хроматографии с применением детектирования рассеивания света. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения молекулярная масса проклеивающего состава может составлять примерно 10000 или более, примерно 50000 или более или примерно 100000 или более. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения молекулярная масса проклеивающего состава может составлять примерно 500000 или менее. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения проклеивающий состав, применяемый в предложенном процессе, может иметь большую MW, чем MW, которую обычно используют в эмульсионном процессе. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения эпоксидная эквивалентная масса (EEW) проклеивающего состава может составлять примерно 150 или более, примерно 300 или более или примерно 500 или более. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения эпоксидная эквивалентная масса проклеивающего состава может составлять примерно 500 или менее. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения проклеивающий состав, применяемый в предложенном процессе, может иметь большую EEW, чем EEW, которую обычно используют в эмульсионном процессе. В частности, в качестве проклеивающего состава можно использовать полиэфирсульфон, полиэфиркетон (например, полиэфирэфиркетон, PEEK), бис-A-эпоксиды, бис-F-эпоксиды, сложные феноксиэфиры, сложные эфиры фенола, виниловые сложные эфиры, бисмалеимиды, полиимиды, полиамидоимид, диглицидиловый эфир бис-фенол-A-эпоксидов, каучук со структурой ядро/оболочка, антраценовые эпоксиды, нафталиновые эпоксиды, новолачные эпоксиды, трехфункциональные эпоксиды и тетрафункциональные эпоксиды и их смеси в различных соотношениях.
[0033] Кроме того, на волокно можно нанести проклеивающий состав типа форполимеров. В целом, можно фактически использовать любой проклеивающий полимер, который можно растворить в растворителе, и, как описано ниже, с вариантами реализации предложенного процесса можно использовать сильно корродирующие растворители. Многие из перечисленных выше полимеров, включая эпоксидные материалы с высокой эпоксидной эквивалентной массой, не могут легко образовывать эмульсии при применении общепринятых эмульсионных процессов. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения применяемый проклеивающий состав может быть нерастворим в воде. Кроме того, с помощью однородной дисперсии частиц можно более легко осуществить модификации проклеивающего материала путем добавления частиц каучука или неорганических частиц, органических частиц или добавок, таких как, например, углеродные нанотрубки (CNTs), графеновые листы, углеродные микробусины, нанотрубки диоксида кремния, нанотрубки карбида кремния и наноглины.
[0034] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать сильно корродирующие и/или токсичные растворители. Например, можно использовать органические растворители, которые при сушке могут образовывать нежелательные пары растворителя. Кроме того, можно использовать сильные кислоты (например, с pH 1, 2, 3 или 4) и сильные основания (например, с pH 12, 11 или 10), так как некоторые проклеивающие составы (например, PEEK) могут быть недостаточно растворимы в органических растворителях, но могут растворяться в сильных кислотах. Растворители, применяемые согласно вариантам реализации предложенного способа, предпочтительно смешиваются с водой или растворимы в воде.
[0035] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения растворитель может представлять собой полярный, апротонный растворитель. Растворители таких типов могут иметь как высокие диэлектрические постоянные, так и высокие дипольные моменты. Например, можно использовать диметилсульфоксид (DMSO), N-метил-2-пирролидон (NMP), диметилформамид (DMF), гексаметилфосфорамид (HMPA) и смеси перечисленных выше веществ, хотя тип растворителя не является ограничивающим, при этом с вариантами реализации предложенного процесса можно использовать любой обычный растворитель в данной области. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать другие органические растворители, такие как ацетон, метилэтилкетон, бутанон, метиловый спирт, этиловый спирт, изопропиловый спирт, бутиловый спирт, дихлорметан и хлороформ. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать неорганический растворитель, такие как растворители, содержащие хлорид цинка или тиоцианат натрия. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения неорганический растворитель может представлять собой водный раствор соли или солей.
Методология проклеивания
[0036] На фигуре 1 показан способ 100 нанесения проклеивающего состава на волокно согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Варианты реализации описанного способа могут быть экологически безопасными, так как образование паров растворителя во время указанного процесса по существу исключено. Кроме того, можно использовать агрессивные растворители, такие как сильно кислые или сильно основные растворители при одновременном ограничении потенциальной опасности для работников, подвергающихся воздействию растворителя, за счет разбавления растворителей при обработке.
[0037] На первом этапе могут быть получены волокна 102. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения волокна изготавливают, а согласно некоторым вариантам реализации изобретения волокна приобретают. Способ производства волокон не является ограничивающим и обычный специалист в данной области техники знает различные способы получения таких волокон. Затем волокна можно погрузить в ванну 104 с проклеивающим составом. Ванна 104 с проклеивающим составом может содержать комбинацию растворителя и проклеивающего материала.
[0038] После покрытия волокон раствором растворителя и полимера волокна, покрытые растворителем/проклеивающим материалом можно удалить из ванны 104 с проклеивающим составом и поместить в водяную коагуляционную/моечную ванну 106 (например, водяную ванну). Ванна 106 может содержать неподвижную воду или движущуюся воду. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать деионизированную воду 108, например, для уменьшения содержания металлической примеси, хотя также можно использовать и другие виды воды, такие как дистиллированная и водопроводная вода, при этом вид воды не является ограничивающим. Кроме того, хотя применение воды часто является удобным и экономичным, вода не обязательно должна использоваться и можно применять и другую жидкость (в которой растворитель является относительно растворимым, а проклеивающий состав является относительно нерастворимым) для удаления растворителя с покрытия растворитель/проклеивающий состав и коагулирования проклеивающего состава на волокнах. Волокна можно энергично промывать в водяной ванне 106 или их можно замачивать для удаления оставшегося растворителя. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения волокна можно поместить в водяную ванну 106, при этом насадки могут создавать поток воды, проходящий вдоль волокон. Согласно другим вариантам реализации изобретения (не показанным на фигуре 1) полимер можно коагулировать на волокнах с помощью других способов, которые необязательно включают погружение в ванну, например, путем распыления воды на волокнах.
[0039] На фигуре 2 показан вариант реализации способа нанесения проклеивающего состава на волокно. Как показано в способе 202, коагуляционная ванна 204 и моечная ванна 206 могут представлять собой отдельные ванны. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения ванны 204/206 можно соединить таким образом, чтобы между ними могла протекать вода. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения поток воды проходит только в одном направлении. Таким образом, волокна можно сначала пропустить через коагуляционную ванну 204 для коагулирования проклеивающего состава на волокнах. Затем волокна можно переместить в моечную ванну 206, где для смывания растворителя с волокон можно использовать свежую воду 208, такую как вода, описанная выше. Затем используемую воду можно транспортировать обратно 210 в коагуляционную ванну 204, что может создать каскадный эффект. Соответственно, согласно некоторым вариантам реализации изобретения вода, применяемая в коагуляционной ванне 204, может содержать как растворитель, так и воду. Как показано, многие из других стадий могут быть аналогичны стадиям, обсуждаемым в отношении фигуре 1, хотя специалист в данной области техники поймет, что может иметь место добавление или удаление стадий.
[0040] Обратимся снова к фигуре 1, на стадии промывания 106, описанной выше, можно использовать несколько ванн. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения несколько ванн могут иметь каждая 1 или более отделений, например, по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 отделений каждая. Ванны можно расположить в каскадном порядке, при этом вода может перетекать из одного отделения в соседнее отделение.
Волокна можно промыть в первом отделении и затем перемещать в направлении, в целом противоположном направлению каскада, в соседнее отделение. Далее волокна можно перемещать из первой ванны во вторую ванну. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения последнюю ванну можно использовать для контролирования любого остаточного растворителя. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения на стадии промывания 106 вымывается приблизительно 80%, 85%, 90%, 95%, 99%, 99,9% или 100% растворителя. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения на стадии промывания 106 вымывается 80% или более, 85% или более, 90% или более, 95% или более, 99% или более или 99,9% или более растворителя. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно регулировать температуру воды в ваннах, а также концентрацию воды и, таким образом, отношение воды к растворителю/проклеивающему составу/волокну. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения почти вся коагуляция проклеивающего состава на волокнах происходит в первом отделении. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения для создания или усиления разделения фаз можно изменять температуру водяной ванны.
[0041] В водяной ванне на стадии 106 коагуляции/промывания проклеивающий материал может коагулировать/осаждаться и прилипать к поверхности волокон. Такой процесс может протекать, поскольку на стадии 104 покрытия можно использовать смешивающийся с водой растворитель, так что происходит обмен растворителя и воды и коагуляция полимера. Таким образом, после приведения волокна в контакт с водой или после его погружения в воду растворитель может растворяться в воде с образованием раствора. Кроме того, водонерастворимый проклеивающий состав может совместно коагулировать и прилипать к поверхности волокон. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения волокна могут быть сравнительно гидрофобными. Таким образом, смешивающийся с водой растворитель можно растворить в воде и смыть, тогда как проклеивающий состав может оставаться прилипшим к волокнам. Кроме того, водяные ванны можно использовать для разбавления сильно кислых или сильно основных растворителей. Когда волокна, покрытые растворителем/проклеивающим составом, промывают в водяной ванне, общий pH системы может приближаться к 7. Таким образом, волокна с покрытием могут более легко подвергаться обработке.
[0042] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения образовавшуюся после ванны композицию, содержащую раствор растворителя/проклеивающего состава, смешанный с водой, можно удалить определенным способом и рециркулировать 110 один или более компонентов. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения полученная после ванны композиция может содержать какое-то количество проклеивающего материала, который не приклеился к волокнам после удаления проклеенных волокон из ванны после стадии 106. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения растворитель можно рециркулировать путем дистилляции. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно отфильтровать избыток проклеивающего состава обычно в форме сыпучих полимерных частиц или кусочков. Способ рециркуляции растворителя и/или избытка проклеивающего состава не является ограничивающим.
[0043] После покрытия волокон проклеивающим материалом и удаления растворителя волокна можно высушить 112. Например, для сушки волокон можно использовать печи или обычный сухой теплый циркулирующий воздух, хотя способ сушки не является ограничивающим. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения волокна можно высушить при температуре в диапазоне от примерно 125°C до примерно 140°C. Так как растворитель был по существу удален из волокон на стадии 106 водного промывания, при сушке образуется водяной пар 114, который содержит небольшое количество паров растворителя или не содержит пар растворителя. Как правило, водяной пар 114 можно удалить значительно более легко, чем пар растворителя, при этом любая утечка или авария, связанная с выделением водяного пара, в целом является безвредной. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения на стадии сушки 112 удаляют всю воду. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения после стадии сушки 112 на волокнах все еще может оставаться вода. Для удаления воды при сушке 112 можно использовать более высокие температуры, а также другие параметры, по сравнению с сушкой для удаления растворителя, так как в случае водяного пара существует значительно меньшая опасность взрыва или пожара и, таким образом, можно повысить скорость сушки и/или можно увеличить производительность процесса. После высушивания волокон с подходящим проклеивающим составом проклеенные волокна можно намотать в машине 116 для намотки для проведения любых стадий конечной обработки и транспортировки. Однако машина для намотки не требуется, и обычный специалист в данной области техники поймет другие незначительные технологические изменения, которые могут быть включены в настоящее изобретение.
[0044] В предшествующих способах нанесения проклеивающего состава отказываются от стадии 106 коагуляции/промывания, предложенной в настоящем документе. Поэтому во время последней стадии сушки 112 в отсутствии стадии 106 коагуляции/промывания обычно происходит образование вредных газов/паров растворителя. Указанные пары могут нанести значительный вред окружающей среды и могут потенциально повредить работникам, подвергающимся их воздействию. Например, газы некоторых растворителей могут быть легковоспламеняющимися, что может привести к связанным с пожарами инцидентам или аварийным ситуациям во время стадий производства волокон. Однако при применении коагуляционных/моечных ванн 106, описанных в настоящем документе, вредное воздействие растворителей можно свести к минимуму, если не устранить полностью. Стадия 106 водной коагуляции/промывания может устранить необходимость какой-либо обработки органического пара в сушилке для проклеивающего состава, что может представлять собой серьезную проблему в общепринятом процессе проклеивания растворителей. Кроме того, стадию промывания 106 можно использовать для разбавления сильно кислых или сильно основных растворителей.
[0045] Кроме того, так как весь или практически весь растворитель удаляют до сушки, согласно различным вариантам реализации изобретения любая незавершенная сушка не будет вызывать проблем с прилипаемостью волокон при их упаковке и разматывании. Прилипаемость может привести к повреждению и разрыву волокон. Кроме того, необходимо проявлять большую осторожность, когда волокна являются липкими, что потенциально приводит к замедлению производства.
[0046] Кроме того, несколько различных проклеивающих материалов можно смешивать вместе для применения в предложенном выше процессе. Например, первый проклеивающий полимер можно смешивать со вторым растворимым полимерным компонентом или со вторым нерастворимым полимерным или неорганическим компонентом.
[0047] Таким образом, согласно способу, описанному в настоящем документе, можно получить волокна с нанесенным проклеивающим составом при уровнях безопасности эмульсионного способа и при одновременном отсутствии его многочисленных недостатков и ограничений. Например, предложенный способ обеспечивает применение более широкого ряда проклеивающего материала. Кроме того, предложенные способы позволяют уменьшить или устранить применение поверхностно-активных веществ, которые могут оказывать негативное воздействие на свойства конечного композиционного материала. Кроме того, исключение стадии применения поверхностно-активного вещества позволяет снизить общие производственные затраты при одновременном упрощении производства волокон. Кроме того, предложенный способ можно осуществить таким образом, чтобы образование потенциально опасных органических паров происходило в небольшом количестве или отсутствовало, в отличие от обычных способов нанесения с применением растворителя, что, тем самым, повышает общую безопасность способа проклеивания волокна.
Примеры
[0048] Следующие примеры приведены для демонстрации различных аспектов и/или преимуществ вариантов реализации предложенного способа проклеивания по сравнению с другими способами проклеивания. Указанные примеры описаны с иллюстративными целями и не должны рассматриваться как ограничивающие объем описанных вариантов реализации изобретения.
[0049] На фигуре 3A-B показана поверхность углеродного волокна, покрытого согласно варианту реализации предложенных выше способов (фигура 3A) с помощью эпоксидного проклеивающего состава DER-337 от компании Dow Chemical Company, в сравнении с углеродным волокном, покрытым согласно варианту реализации эмульсионного способа известного уровня техники (фигура 3B) с помощью проклеивающего состава AP-200 от компании Cytec Industries, содержащего DER-337 в качестве основного компонента. Как показано с применением сканирующего электронного микроскопа (SEM), внешний вид поверхности углеродных волокон, покрытых согласно вариантам реализации предложенного способа, является почти идентичным при сравнении с общепринятым эмульсионным способом. Таким образом, как показано на фигуре 3A-B, способ коагуляционного проклеивания, описанный в настоящем документе, позволяет получить в целом равномерное покрытие проклеивающего состава такого же рода, что и при применении общепринятого эмульсионного способа проклеивания. Соответственно, способ покрытия, описанный в настоящем документе, позволяет в достаточной степени покрыть углеродное волокно, также или лучше, чем в случае общепринятых способов, и не имеет их недостатков. Например, в отличие от общепринятых эмульсионных способов можно использовать полимерные проклеивающие материалы с высокой MW, как описано в настоящем документе.
[0050] На фигурах 4-8 показаны поверхности углеродных волокон, полученные в результате нанесения проклеивающего состава, при применении различных сочетаний волокон, проклеивающего состава и растворителей, изображения получены с помощью SEM. На фигуре 4A показан полиэфирсульфоновый проклеивающий состав (полиэфирсульфон KM-177 от компании Cytec Industries), нанесенный на углеродное волокно с помощью DMSO в качестве растворителя. Как показано, проклеивающий состав прилипает к углеродным волокнам в шарикоподобных структурах, которые равномерно распределены. На фигуре 4B показан этот же проклеивающий материал, но при применении NMP в качестве растворителя. Как показано, на углеродном волокне образуется небольшое количество шариков полиэфирсульфона или указанные шарики отсутствуют, а вместо этого образуется в целом равномерное и гладкое покрытие. Это может произойти вследствие разных растворяющих способностей DMSO и NMP. Таким образом, в зависимости от типа растворителя, можно создавать разные конфигурации поверхности или морфологии путем проклеивания углеродных волокон, при этом можно обеспечить разные свойства поверхности раздела волокно-матрица. Тип конфигурации или морфологии не ограничен шариками или гладкой поверхностью, и можно создать различные типы конфигурации поверхности, такие как пленки, наросты и нитевидные кристаллы.
[0051] На фигуре 5 показана полиэфирсульфоновая/эпоксидная (примерно 50/50 по массе; полиэфирсульфон KM-177 от компании Cytec Industries и эпоксид DER-337 от компании Dow Chemical Company) композиция в качестве проклеивающего состава, нанесенная углеродное волокно с помощью DMSO. В отличие от проклеивающего состава, показанного на фигуре 4A, указанный проклеивающий состав нанесен в виде в целом гладкого покрытия с помощью DMSO. Таким образом, на поверхностную конфигурацию может влиять не только тип растворителя, но также тип материала, смешанного с указанным растворителем. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать комбинированные или смешанные проклеивающие составы. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения для облегчения нанесения другого проклеивающего состава, такого как антраценовый эпоксид, можно использовать хорошие пленкообразующие проклеивающие составы, такие как бис-A-эпоксид.
[0052] На фигуре 6A-B показан полиимидный термопластичный проклеивающий состав (полиимид P-84 от компании Evonik Industrial), нанесенный на углеродное волокно с помощью DMSO и NMP, соответственно. Как показано на снимке, при применении DMSO проклеивающий состав образовывал на поверхности волокон маленькие наросты. Однако при применении NMP были получены покрытия подобные нитевидным кристаллам. На фигуре 7 показан каучуковый проклеивающий состав (каучук MX-181 со структурой ядро/оболочка от компании Kaneka Corporation), нанесенный на углеродное волокно с помощью DMSO, и на фигуре 8 показан каучуковый/эпоксидный проклеивающий состав 30:100 (% масс./% масс.) (каучук MX-181 со структурой ядро/оболочка от компании Kaneka Corporation и эпоксид DER-337 от компании Dow Chemical Company), нанесенный на углеродное волокно с помощью DMSO. Как показано, каучук можно использовать для модификации эпоксидного проклеивающего состава, который затем позволяет получить волокно, способное придавать композиционному материалу улучшенную ударопрочность.
[0053] На фигуре 9A-B показан полиэфирэфиркетонный термопластичный проклеивающий состав (APC2 PEEK от компании Cytec Industries), нанесенный на углеродное волокно с помощью сильной серной кислоты (96%). Как показано на SEM фотографиях, при изменении сильно кислой среды проклеивающий состав может коагулировать и/или прилипать к углеродным волокнам, например, при уменьшении крепости кислоты после добавления воды, как описано выше. Соответственно, в описанном выше способе можно использовать сильные кислоты или сильные основания.
[0054] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения для некоторых растворителей поглощение клея волокнами может быть выше, чем для других. Различные растворители, типы растворителей, концентрации растворителей, поверхности волокон также могут влиять на такое поглощение. В целом, более шероховатая поверхность волокон может привести к более высокому поглощению, тогда как более гладкая поверхность волокон может привести к более низкому поглощению.
[0055] Как описано выше, согласно вариантам реализации предложенного изобретения можно получить волокно, покрытое проклеивающим материалом путем применения смеси растворителей. В предложенном способе можно по существу избежать образования паров растворителя за счет применения по меньшей мере одной водяной ванны, что, тем самым, позволяет увеличить безопасность производства волокон, а также уменьшить потенциальное негативное воздействие на окружающую среду. Предложенный способ может работать таким образом, чтобы обеспечить результаты, сравнимые, если не лучшие, с результатами общепринятых эмульсионных способов проклеивания, применяемых в настоящее время. Это связано с тем, что присутствие эмульгаторов (например, поверхностно-активных веществ) в полученном композиционном материале может ослабить полимерную матрицу и поверхность раздела между волокнами и полимерной матрицей. Кроме того, проблемы со стабильностью эмульсии могут привести к тому, что проклеивающие составы, нанесенные на поверхность волокон, будут неоднородными (например, в виде сетки).
Виды применения
[0056] Варианты реализации способов, описанных в настоящем документе, можно использовать для получения волокон или композиционного материала, содержащего такие волокна, встроенные в термореактивную или термопластичную смолу или полимер, при этом указанный клей прилипает к поверхности волокон. Волокна, полученные согласно вариантам реализации предложенного способа, можно затем использовать для различных целей, все из которых не являются ограничивающими. Например, волокна, произведенные с применением предложенного выше способа, можно использовать в бейсбольных битах, корпусах электронных устройств и клюшках для игры в гольф. Кроме того, волокна могут быть особенно предпочтительными в аэрокосмической и автомобильной отраслях промышленности благодаря высокому отношению предела прочности к массе и хорошей жесткости. Например, указанные волокна можно использовать в самолетах, таких как самолеты гражданской авиации и военные самолеты, спортивных товарах, автомобильной и общей аэрокосмической отрасли и в промышленности. Углеродные волокна, описанные выше, можно использовать в несущих конструкциях, таких как крылья, фюзеляж и хвост, а также во вспомогательных конструкциях, таких как внутренние части.
[0057] Несмотря на то, что в вышеприведенном описании было показано, описано и указано на фундаментальные новые признаки замысла, изложенного в настоящем описании, следует понимать, что специалисты в данной области техники могут сделать различные исключения, замещения и изменения в форме детали устройства, как показано, а также вариантов его применения, не выходя за пределы замысла, изложенного в настоящем описании. Соответственно, объем настоящего замысла не должен ограничиваться приведенным выше описанием, но должен определяться прилагаемой формулой изобретения.
Claims (10)
1. Способ нанесения проклеивающего состава на углеродное волокно и минимизации образования паров растворителя, включающий стадии:
объединения полимера со смешивающимся с водой растворителем с получением проклеивающей композиции, при этом указанный полимер растворяется в указанной проклеивающей композиции, и при этом указанный полимер выбран из: простого полиэфирсульфона, полиэфиркетона, бис-A-эпоксида, бис-F-эпоксида, сложного феноксиэфира, сложного фенольного эфира, сложного винилового эфира, бисмалеимида (BMI), полиимида, полиамидоимида, диглицидилового эфира бис-фенол-A-эпоксида, каучука со структурой ядро/оболочка, антраценового эпоксида, нафталинового эпоксида, новолачного эпоксида, трифункционального эпоксида, тетрафункционального эпоксида и их комбинаций;
нанесения проклеивающей композиции на по меньшей мере одно волокно с обеспечением тем самым по меньшей мере частичного покрытия по меньшей мере одного волокна полимером в указанной проклеивающей композиции;
коагуляции полимера на указанном по меньшей мере одном волокне;
удаления смешивающегося с водой растворителя с указанного по меньшей мере одного волокна; и
по меньшей мере частичной сушки волокна после удаления смешивающегося с водой растворителя;
причем на стадии по меньшей мере частичной сушки по существу не образуется паров растворителя.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коагуляция полимера и удаление смешивающегося с водой растворителя дополнительно включает нанесение воды на по меньшей мере одно волокно с покрытием.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что смешивающийся с водой растворитель выбран из диметилсульфоксида (DMSO), N-метил-2-пирролидона (NMP), диметилформамида (DMF), гексаметилфосфорамида (HMPA), ацетона, метилэтилкетона, бутанона, метилового спирта, этилового спирта, изопропилового спирта, бутилового спирта, дихлорметана, хлороформа, тиоцианата натрия и хлорида цинка.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в нем не используют поверхностно-активное вещество.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201361920040P | 2013-12-23 | 2013-12-23 | |
| US61/920,040 | 2013-12-23 | ||
| PCT/US2014/064234 WO2015116276A1 (en) | 2013-12-23 | 2014-11-06 | Carbon fibers and high performance fibers for composite applications |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016130030A RU2016130030A (ru) | 2018-01-31 |
| RU2016130030A3 RU2016130030A3 (ru) | 2018-05-28 |
| RU2670868C2 true RU2670868C2 (ru) | 2018-10-25 |
| RU2670868C9 RU2670868C9 (ru) | 2018-12-11 |
Family
ID=53177865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016130030A RU2670868C9 (ru) | 2013-12-23 | 2014-11-06 | Углеродные волокна и высококачественные волокна для композиционных материалов |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9757768B2 (ru) |
| EP (1) | EP3087221B1 (ru) |
| JP (1) | JP6581595B2 (ru) |
| KR (2) | KR102249066B1 (ru) |
| CN (1) | CN106460312A (ru) |
| AU (1) | AU2014380135B2 (ru) |
| BR (1) | BR112016014803A2 (ru) |
| CA (1) | CA2933477C (ru) |
| ES (1) | ES2738324T3 (ru) |
| MX (1) | MX371049B (ru) |
| RU (1) | RU2670868C9 (ru) |
| TW (1) | TWI646236B (ru) |
| WO (1) | WO2015116276A1 (ru) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10563023B2 (en) * | 2016-08-26 | 2020-02-18 | The Boeing Company | Carbon fiber composite, a medium incorporating the carbon fiber composite, and a related method |
| CN107059403B (zh) * | 2017-02-28 | 2020-06-23 | 杭州超探新材料科技有限公司 | 一种石墨烯/碳纳米管增强增韧碳纤维复合材料的制备方法 |
| CN107022901B (zh) * | 2017-03-31 | 2019-06-21 | 北京化工大学 | 一种复合型水基碳纤维上浆剂及其制备方法和使用方法 |
| CN107501466B (zh) * | 2017-08-29 | 2020-05-08 | 广东工业大学 | 一种乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法 |
| CN109722901B (zh) * | 2017-10-27 | 2021-12-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种聚砜树脂基碳纤维悬浮液上浆剂及其制备方法 |
| CN109972400B (zh) * | 2017-12-28 | 2022-04-12 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯改性上浆剂及其制备方法和应用 |
| CN109610178B (zh) * | 2018-11-16 | 2021-09-21 | 常州工学院 | 碳纤维复合材料及制备方法及其制成的传送带连接件 |
| CN109681880A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-04-26 | 常州工学院 | 一种含有机物的高盐固体废弃物的处理方法 |
| CN109749363B (zh) * | 2018-12-07 | 2021-07-30 | 上海卫星装备研究所 | 碳纳米管增韧高导热沥青基碳纤维复合材料及其制备方法 |
| CA3146284A1 (en) * | 2019-07-10 | 2021-01-14 | Boston Materials, Inc. | Systems and methods for forming short-fiber films, composites comprising thermosets, and other composites |
| CN110468591B (zh) * | 2019-08-09 | 2022-04-19 | 浙江理工大学 | 一种石墨烯纤维用上浆剂及其制备方法 |
| KR102153921B1 (ko) * | 2019-08-28 | 2020-09-09 | 울산과학기술원 | 탄소 섬유 복합재 및 그의 제조 방법 |
| 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 |
| JP6923978B1 (ja) * | 2020-12-21 | 2021-08-25 | 竹本油脂株式会社 | 無機繊維用サイジング剤、無機繊維、その製造方法、及び複合材料 |
| US20230087214A1 (en) * | 2021-09-22 | 2023-03-23 | Hao-Chia WU | Method for splitting carbon fiber tow |
| CN115071166B (zh) * | 2022-08-04 | 2023-05-30 | 中复神鹰(上海)科技有限公司 | 改性连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料层合板及其制备方法 |
| CN116531181B (zh) * | 2023-05-09 | 2024-02-20 | 东莞苏氏卫生用品有限公司 | 一种五层叠层结构复合纤维芯体及其制作方法 |
| CN117004298B (zh) * | 2023-09-01 | 2025-06-20 | 海南大学 | 一种用于临海混凝土结构的防腐涂料及其制备方法 |
| CN117143390B (zh) * | 2023-10-31 | 2024-01-26 | 天津工业大学 | 一种仿生微纳米纤维气凝胶及其制备方法 |
| CN118479824B (zh) * | 2024-05-15 | 2025-08-12 | 华新水泥股份有限公司 | 一种高耐久性低碳纤维混凝土及其制备方法 |
| US12428587B1 (en) | 2024-09-03 | 2025-09-30 | Boston Materials, Inc. | Liquid metal compositions and methods |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0941275A (ja) * | 1995-05-25 | 1997-02-10 | Seikoh Chem Co Ltd | コーティング布帛の製造方法 |
| RU2169713C2 (ru) * | 1996-03-29 | 2001-06-27 | Галилео Корпорейшн | Способ формирования удаляемого полиимидного покрытия для оптического волокна |
| RU2213111C2 (ru) * | 1997-06-04 | 2003-09-27 | Амерон Интернэшнл Корпорейшн | Галогенированные смоляные композиции |
| JP2004115982A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-15 | Seikoh Chem Co Ltd | コーティング布帛の製造方法 |
| RU2293751C2 (ru) * | 2002-04-02 | 2007-02-20 | Альстром Корпорейшн | Твердый носитель, покрытый слоем на основе хитозана, и способ его изготовления |
| WO2010136720A1 (fr) * | 2009-05-27 | 2010-12-02 | Arkema France | Procede de fabrication d'une fibre conductrice multicouche par enduction-coagulation |
Family Cites Families (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1358276A (en) | 1972-06-27 | 1974-07-03 | British Railways Board | Composites of carbon fibres and synthetic plastics materials |
| US3806489A (en) | 1973-06-04 | 1974-04-23 | Rhone Progil | Composite materials having an improved resilience |
| US3957716A (en) | 1973-10-01 | 1976-05-18 | Hercules Incorporated | Sized carbon fibers |
| US3914504A (en) | 1973-10-01 | 1975-10-21 | Hercules Inc | Sized carbon fibers |
| US4264655A (en) | 1976-04-05 | 1981-04-28 | Desoto, Inc. | Encapsulated impregnated rovings |
| US4364993A (en) | 1980-07-14 | 1982-12-21 | Celanese Corporation | Sized carbon fibers, and thermoplastic polyester based composite structures employing the same |
| DE3200942A1 (de) * | 1982-01-14 | 1983-07-21 | Hasso von 4000 Düsseldorf Blücher | Wasser- und luftdichtes, feuchtigkeitsleitendes textilmaterial |
| JPS58188624A (ja) * | 1982-04-30 | 1983-11-04 | Nitto Boseki Co Ltd | 高弾性率繊維のチヨツプドフアイバ−の熱硬化性樹脂による被覆方法 |
| JPS6047953B2 (ja) | 1982-07-05 | 1985-10-24 | 東レ株式会社 | 高次加工性並びにコンポジツト物性に優れた炭素繊維 |
| US4446255A (en) | 1982-12-29 | 1984-05-01 | Celanese Corporation | Sized carbon fibers suitable for use in composites of improved impact resistance |
| US4443566A (en) | 1983-04-25 | 1984-04-17 | Celanese Corporation | Sized reinforcing fibers suitable for use in composites of improved impact resistance |
| US4517245A (en) * | 1984-01-26 | 1985-05-14 | Hitco | Non-ionic epoxy resin emulsion finishes for carbon fibers |
| JPS62110986A (ja) * | 1985-11-08 | 1987-05-22 | セ−レン株式会社 | 耐熱性、難燃性を有する微多孔質繊維材料の製造法 |
| JPH04163373A (ja) * | 1990-10-22 | 1992-06-08 | Seikoh Chem Co Ltd | コーティング布帛の製造方法 |
| JPH06173170A (ja) * | 1992-12-04 | 1994-06-21 | Sumika Hercules Kk | 補強繊維用サイジング剤組成物 |
| US5472607A (en) * | 1993-12-20 | 1995-12-05 | Zenon Environmental Inc. | Hollow fiber semipermeable membrane of tubular braid |
| WO1996021695A1 (en) * | 1995-01-09 | 1996-07-18 | Toray Industries, Inc. | Prepregs and carbon fiber-reinforced composite material |
| CN1271276C (zh) * | 2004-12-07 | 2006-08-23 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种纳米SiO2改性碳纤维乳液上浆剂的制备方法 |
| CN102307920B (zh) * | 2009-02-05 | 2014-09-03 | 阿科玛股份有限公司 | 用聚醚酮酮上胶的纤维 |
| KR101300943B1 (ko) * | 2010-06-30 | 2013-08-27 | 도레이 카부시키가이샤 | 사이즈제 도포 탄소 섬유의 제조 방법 및 사이즈제 도포 탄소 섬유 |
| CN102140230A (zh) * | 2011-01-12 | 2011-08-03 | 同济大学 | 碳纳米管及功能化碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法 |
| JP2012172285A (ja) * | 2011-02-23 | 2012-09-10 | Toyobo Co Ltd | ハニカム用基材及びその製造方法 |
| CN102206919A (zh) * | 2011-04-22 | 2011-10-05 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯改性碳纤维乳液上浆剂及制备方法 |
| CN102660874B (zh) * | 2012-06-06 | 2013-12-11 | 哈尔滨工业大学 | 一种碳纤维用热塑性上浆剂及其制备和使用方法 |
| CN102912637B (zh) * | 2012-11-16 | 2015-02-11 | 中复神鹰碳纤维有限责任公司 | 一种碳纤维上浆剂 |
-
2014
- 2014-11-06 MX MX2016008419A patent/MX371049B/es active IP Right Grant
- 2014-11-06 ES ES14863064T patent/ES2738324T3/es active Active
- 2014-11-06 RU RU2016130030A patent/RU2670868C9/ru active
- 2014-11-06 AU AU2014380135A patent/AU2014380135B2/en active Active
- 2014-11-06 CN CN201480070828.2A patent/CN106460312A/zh active Pending
- 2014-11-06 JP JP2016560617A patent/JP6581595B2/ja active Active
- 2014-11-06 WO PCT/US2014/064234 patent/WO2015116276A1/en not_active Ceased
- 2014-11-06 BR BR112016014803A patent/BR112016014803A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2014-11-06 CA CA2933477A patent/CA2933477C/en active Active
- 2014-11-06 KR KR1020217010670A patent/KR102249066B1/ko active Active
- 2014-11-06 EP EP14863064.3A patent/EP3087221B1/en active Active
- 2014-11-06 KR KR1020167019870A patent/KR20160102037A/ko not_active Withdrawn
- 2014-11-24 US US14/551,128 patent/US9757768B2/en active Active
- 2014-11-25 TW TW103140872A patent/TWI646236B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0941275A (ja) * | 1995-05-25 | 1997-02-10 | Seikoh Chem Co Ltd | コーティング布帛の製造方法 |
| RU2169713C2 (ru) * | 1996-03-29 | 2001-06-27 | Галилео Корпорейшн | Способ формирования удаляемого полиимидного покрытия для оптического волокна |
| RU2213111C2 (ru) * | 1997-06-04 | 2003-09-27 | Амерон Интернэшнл Корпорейшн | Галогенированные смоляные композиции |
| RU2293751C2 (ru) * | 2002-04-02 | 2007-02-20 | Альстром Корпорейшн | Твердый носитель, покрытый слоем на основе хитозана, и способ его изготовления |
| JP2004115982A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-15 | Seikoh Chem Co Ltd | コーティング布帛の製造方法 |
| WO2010136720A1 (fr) * | 2009-05-27 | 2010-12-02 | Arkema France | Procede de fabrication d'une fibre conductrice multicouche par enduction-coagulation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20210043010A (ko) | 2021-04-20 |
| ES2738324T3 (es) | 2020-01-22 |
| TW201525227A (zh) | 2015-07-01 |
| EP3087221A1 (en) | 2016-11-02 |
| US9757768B2 (en) | 2017-09-12 |
| RU2016130030A (ru) | 2018-01-31 |
| AU2014380135A1 (en) | 2016-06-30 |
| MX2016008419A (es) | 2016-12-15 |
| CA2933477A1 (en) | 2015-08-06 |
| CA2933477C (en) | 2022-03-15 |
| CN106460312A (zh) | 2017-02-22 |
| BR112016014803A2 (pt) | 2017-08-08 |
| RU2670868C9 (ru) | 2018-12-11 |
| TWI646236B (zh) | 2019-01-01 |
| KR102249066B1 (ko) | 2021-05-06 |
| JP2017504734A (ja) | 2017-02-09 |
| KR20160102037A (ko) | 2016-08-26 |
| AU2014380135B2 (en) | 2018-08-02 |
| EP3087221B1 (en) | 2019-05-08 |
| US20160221034A1 (en) | 2016-08-04 |
| JP6581595B2 (ja) | 2019-09-25 |
| RU2016130030A3 (ru) | 2018-05-28 |
| MX371049B (es) | 2020-01-14 |
| WO2015116276A1 (en) | 2015-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2670868C9 (ru) | Углеродные волокна и высококачественные волокна для композиционных материалов | |
| Wang et al. | Enhancing fiber-matrix interface in carbon fiber/poly ether ether ketone (CF/PEEK) composites by carbon nanotube reinforcement of crystalline PEEK sizing | |
| KR101498559B1 (ko) | 폴리도파민을 이용한 탄소섬유강화플라스틱 복합재 및 이의 제조방법 | |
| AU2015248784B2 (en) | Method for fusing aramid/aramid fibres | |
| Jiang et al. | Reinforced unsaturated polyester composites by chemically grafting amino-POSS onto carbon fibers with active double spiral structural spiralphosphodicholor | |
| Moaseri et al. | Improvements in mechanical properties of carbon fiber-reinforced epoxy composites: a microwave-assisted approach in functionalization of carbon fiber via diamines | |
| Liu et al. | A novel thermoplastic sizing containing graphene oxide functionalized with structural analogs of matrix for improving interfacial adhesion of CF/PES composites | |
| US7867612B2 (en) | Composite material, method for the production and use thereof | |
| WO2016117422A1 (ja) | サイジング剤塗布炭素繊維束およびその製造方法、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料 | |
| JP2017504734A5 (ru) | ||
| CN104911917A (zh) | 一种适用于热塑性基体的碳纤维水性上浆剂的制备方法 | |
| CN104513456A (zh) | 一种预浸料及其形成方法和透波材料 | |
| Oh et al. | Synergistic interlaminar strengthening of unidirectional carbon fiber-reinforced composites using carbon nanofiber-modified sizing on the surface of PET interleaves | |
| Wang et al. | Enhanced mechanical properties of aramid fiber/epoxy composites through reinforcing interfacial adhesion based on strong hydrogen bonding interactions | |
| EP0151722B1 (en) | Process for the preparation of thermoplastic composites | |
| Yang et al. | Enhancement of interfacial properties of carbon fiber reinforced polyphenylene sulfide resin by sulfur treatment | |
| CN113003948B (zh) | 一种玄武岩纤维上浆剂、其制备方法及玄武岩纤维复合材料 | |
| WO2024212474A1 (zh) | 聚酰亚胺层间增韧纤维复合材料的制备方法、纤维预制体和复合材料板 | |
| JP2017155372A (ja) | サイジング剤塗布炭素繊維、サイジング剤塗布炭素繊維の製造方法、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料 | |
| Zeng et al. | Effect of graphene oxide size on interlaminar shear strength of glass fabric/epoxy composites | |
| GB2585875A (en) | Thermoplastic prepregs and composites | |
| Ahmed et al. | Thermal and chemical etching of carbon fiber | |
| JPH09194613A (ja) | ガラス繊維織物及びその製造方法 | |
| JP2012052279A (ja) | サイジング剤塗布炭素繊維の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TH4A | Reissue of patent specification |