RU2752625C1 - Polymer composite material based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production - Google Patents
Polymer composite material based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2752625C1 RU2752625C1 RU2020111128A RU2020111128A RU2752625C1 RU 2752625 C1 RU2752625 C1 RU 2752625C1 RU 2020111128 A RU2020111128 A RU 2020111128A RU 2020111128 A RU2020111128 A RU 2020111128A RU 2752625 C1 RU2752625 C1 RU 2752625C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon fiber
- polymer
- filler
- composite material
- polymer composite
- Prior art date
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 33
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 27
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- -1 4,4'-difluorodiphenyl ketone Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 6
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 22
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 22
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical group C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229920013745 polyesteretherketone Polymers 0.000 abstract 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 13
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 229920001577 copolymer Chemical group 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical group OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 1
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 150000008064 anhydrides Chemical group 0.000 description 1
- SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-N benzenesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940092714 benzenesulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 125000005395 methacrylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L71/00—Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L71/00—Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L71/08—Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives
- C08L71/10—Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives from phenols
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Description
Полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения.Polymer composite material based on polyetheretherketone and carbon fiber and a method for its production.
Изобретение относится к полимерным композиционным материалам и способу их получения, предназначенным в качестве суперконструкционных полимерных материалов, включающий в себя ПЭЭК и УВ, аппретированное олигоэфирэфиркетоном на основе 4,4'-диоксидифенилпропана и 4,4'-дифтордифенилкетона.The invention relates to polymer composite materials and a method for their production, intended as superstructure polymer materials, including PEEK and HC, finished with oligoetheretherketone based on 4,4'-dioxydiphenylpropane and 4,4'-difluorodiphenyl ketone.
Развитие многих передовых технологий, например, аддитивных, требует использования композиционных материалов с улучшенными теплофизическими и физико-механическими характеристиками. Низкие прочностные свойства многих полимерных композиционных материалов (ПКМ), обусловливаются низкими межслоевыми взаимодействиями на границе наполнитель-полимер. Повысить адгезию между полимерной матрицей и наполнителем можно с помощью различных аппретов.The development of many advanced technologies, for example, additive technologies, requires the use of composite materials with improved thermophysical and physical-mechanical characteristics. Low strength properties of many polymer composite materials (PCMs) are due to low interlayer interactions at the filler-polymer interface. It is possible to increase the adhesion between the polymer matrix and the filler using various finishing agents.
Известны полимерные композиционные материалы, содержащие полиэфиркетоны.Known polymer composite materials containing polyether ketones.
Патент EP 0224236 A2 посвящен созданию композиций полимеров с улучшенной химической стойкостью и стабильной формовкой для литья под давлением, которые содержат полиэфиркетон (ПЭК) (не полиэфирэфиркетон (ПЭЭК)), ароматический полисульфон и наполнители, в том числе и углеродное волокно.Patent EP 0224236 A2 is devoted to the creation of polymer compositions with improved chemical resistance and stable molding for injection molding, which contain polyether ketone (PEC) (not polyether ether ketone (PEEK)), aromatic polysulfone and fillers, including carbon fiber.
В патенте EP 0316681 A2 также описаны волокнистые композиционные материалы из полиэфирсульфона, полифиркетона (не полиэфирэфиркетон) и углеродного волокна. В обоих патентах приводятся композиты, полученные из смеси двух полимеров - полиэфирсульфона, полифиркетона, наполненных волокнами. В них не приведены сведения об аппретировании углеродных волокон для получения ПКМ с повышенными механическими свойствами.EP 0316681 A2 also describes fibrous composites of polyethersulfone, polypyrketone (not polyetheretherketone) and carbon fiber. Both patents describe composites made from a mixture of two polymers - polyethersulfone, polypyrketone, filled with fibers. They do not provide information on the sizing of carbon fibers to obtain PCMs with enhanced mechanical properties.
В патенте РФ № 2278126, опубл. 20.06.2006, бюл. № 17, приведены композиции, используемые для сшивания цепей. В этой работе предлагается использовать смесь полиэфиркетона (не ПЭЭК) с концевыми аминогруппами и сополимеры полиэфирсульфона (ПЭС) и сополиэфирэфирсульфона (ПЭЭС) с концевыми ангидридными группами.In the patent of the Russian Federation No. 2278126, publ. 20.06.2006, bul. No. 17, shows the compositions used for linking chains. In this work, it is proposed to use a mixture of polyether ketone (not PEEK) with terminal amino groups and copolymers of polyether sulfone (PES) and copolyether ether sulfone (PEES) with terminal anhydride groups.
Смесь растворяют в высококипящем растворителе - N-метилпирролидоне и обрабатывают ею углеродные волокна. Недостатком решения является использование растворителя с высокой точкой кипения (203°С), который трудно удалить из композиции, а его остатки при высоких температурах эксплуатации изделий приведут к появлению в отливках пузырей, и как следствие, к понижению эксплуатационных свойств.The mixture is dissolved in a high-boiling solvent, N-methylpyrrolidone, and the carbon fibers are treated with it. The disadvantage of this solution is the use of a solvent with a high boiling point (203 ° C), which is difficult to remove from the composition, and its residues at high operating temperatures of products will lead to the appearance of bubbles in the castings, and as a consequence, to a decrease in operational properties.
Обнаружить работы, посвященные композитам, состояшим из «чистых» полиэфирэфиркетонов и аппретированных углеродных волокон (УВ) в литературе не удалось.It was not possible to find works devoted to composites consisting of "pure" polyetheretherketones and sized carbon fibers (HC) in the literature.
Из уровня техники известны различные виды аппретирующих добавок, используемых при создании полимерных композиционных материалов. Так, в патенте на изобретение RU 2057767 приводится полимерный композиционный материал, в состав которого входят полисульфоновый полимер и углеродные волокна. Углеродные волокна содержат на поверхности в качестве аппретирующего слоя сополимер, состоящий из звеньев метакриловой кислоты, диэтиленгликоля и бензосульфокислоты в молярном соотношении от 49,5:49,5:1 до 49:49:2 в количестве 0,52-5,0% от массы волокна при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродные армирующие волокна, содержащие сополимер, 25-75; полисульфоновая матрица остальное. По словам авторов изобретения, использование в качестве аппретирующего слоя указанного сополимера позволяет в 1,8-2,2 раза повысить межслоевую прочность при сдвиге полисульфоновых углепластиков. Various types of sizing additives are known from the prior art, which are used to create polymer composites. Thus, the patent for invention RU 2057767 provides a polymer composite material, which includes a polysulfone polymer and carbon fibers. Carbon fibers contain on the surface as a finishing layer a copolymer consisting of units of methacrylic acid, diethylene glycol and benzosulfonic acid in a molar ratio from 49.5: 49.5: 1 to 49: 49: 2 in an amount of 0.52-5.0% of the mass of the fiber at the following ratio of components, wt%: carbon reinforcing fibers containing the copolymer, 25-75; polysulfone matrix the rest. According to the authors of the invention, the use of the specified copolymer as a finishing layer makes it possible to increase the interlayer shear strength of polysulfone carbon plastics by 1.8-2.2 times.
Основным недостатком предлагаемого решения является использование водной среды для нанесения на углеродную ленту смеси мономеров. Так как углеродные волокна и ленты являются гидрофобными, добиться равномерного распределения водного раствора смеси мономеров сложно. В результате полимеризации также возможна неполная конверсия мономеров, что может привести к образованию и выделению воды на других этапах получения полимерного композита, что приведет к образованию пор и снижению прочностных характеристик. Присутствие в водной среде бензолсульфокислоты будет способствовать к накоплению ионов, что будет ухудшать диэлектрические свойства материалов.The main disadvantage of the proposed solution is the use of an aqueous medium for applying a mixture of monomers to the carbon tape. Since carbon fibers and ribbons are hydrophobic, it is difficult to achieve a uniform distribution of an aqueous solution of a mixture of monomers. As a result of polymerization, incomplete conversion of monomers is also possible, which can lead to the formation and release of water at other stages of obtaining a polymer composite, which will lead to the formation of pores and a decrease in strength characteristics. The presence of benzenesulfonic acid in an aqueous medium will contribute to the accumulation of ions, which will deteriorate the dielectric properties of materials.
По патенту РФ № 2201423 получены полимерные композиции из полимерного связующего (аппрета) и стеклоткани или углеродного наполнителя. Сначала получают связующее - олигомер реакцией тетранитрила ароматической тетракарбоновой кислоты и ароматического бис-о-цианамина при температурах 170-180°С. Связующее получается в виде порошка. Главным недостатком этого решения является сложность процесса получения связующего. При неполной конверсии мономеров во время синтеза, может происходить выделение побочных низкомолекулярных продуктов реакции во время совмещения связующего с наполнителем при повышенной температуре, следствием чего будет иметь место образование пустот в композиционном материале. Указанное приведет к ухудшению прочностных характеристик материала. Кроме этого, порошкообразные аппреты могут недостаточно равномерно покрывать поверхность наполнителя.According to RF patent No. 2201423, polymer compositions were obtained from a polymer binder (sizing) and glass fabric or carbon filler. First, a binder, an oligomer, is obtained by the reaction of tetranitrile of aromatic tetracarboxylic acid and aromatic bis-o-cyanamine at temperatures of 170-180 ° C. The binder is obtained in powder form. The main disadvantage of this solution is the complexity of the binder preparation process. With incomplete conversion of monomers during synthesis, the release of low-molecular-weight reaction products may occur during the combination of the binder with the filler at an elevated temperature, as a result of which voids will form in the composite material. This will lead to a deterioration in the strength characteristics of the material. In addition, powdered finishes may not cover the filler surface evenly enough.
Известны полиэфиримидные композиты по патенту США № 4049613. Чтобы увеличить смачиваемость углеродного волокна полимерной матрицей, авторы предлагают выдерживать наполнитель в горячей азотной кислоте в течение трех суток, что в технологическом и экономическом плане невыгодны.Known polyetherimide composites according to US patent No. 4049613. To increase the wettability of carbon fiber with a polymer matrix, the authors propose to keep the filler in hot nitric acid for three days, which is technologically and economically disadvantageous.
Наиболее близким аналогом выступает способ аппретирования углеродного волокна по патенту РФ № 2054015 «Способ аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика».The closest analogue is the method for finishing carbon fiber according to RF patent No. 2054015 "Method for finishing carbon fiber for the production of polysulfone carbon fiber".
По предлагаемому способу, проводят смешение блоксополимера с растворителем. Блоксополимером, состоящим из звеньев бисметакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокси-триэтиленгликольфталата, осуществляют пропитку углеродного наполнителя с последующей сушкой для удаления растворителя и полимеризации пленки аппрета на волокне, отличающийся тем, что смешение проводят в воде с одновременным воздействием ультразвукового излучения при частоте от 15 до 44 кГц и длительности воздействия от 5 до 14 минут. Недостатками способа являются использование водных растворов блоксополимеров для смачивания гидрофобных поверхностей углеродного волокна и необходимость дальнейшей полимеризации на поверхности наполнителя. Следствием может быть неравномерное смачивание наполнителя, а следовательно, понижение свойств получаемого углепластика.According to the proposed method, the block copolymer is mixed with a solvent. A block copolymer consisting of units of bismethacryloyloxydiethylene glycolphthalate and bismethacryloyloxy-triethylene glycolphthalate impregnates the carbon filler followed by drying to remove the solvent and polymerize the sizing film on the fiber, characterized in that mixing is carried out in water with simultaneous exposure to ultrasonic radiation from 15 to 44 kHz exposure from 5 to 14 minutes. The disadvantages of this method are the use of aqueous solutions of block copolymers for wetting hydrophobic surfaces of carbon fiber and the need for further polymerization on the surface of the filler. The consequence may be uneven wetting of the filler, and, consequently, a decrease in the properties of the resulting carbon fiber reinforced plastic.
Задача настоящего изобретения заключается в получении полимерного композиционного материала с более высокими значениями прочности на растяжение на основе матричного полимера полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) армированного аппретированным углеродным волокном (УВ) и разработка способа его получения.The objective of the present invention is to obtain a polymer composite material with higher tensile strength values based on a matrix polymer of polyetheretherketone (PEEK) reinforced with sized carbon fiber (CF) and to develop a method for its production.
Поставленная задача достигается тем, что композиционные материалы, армированные углеродными наполнителями, получают предварительной обработкой углеродного волокна аппретирующим компонентом, представляющим собой олигоэфирэфиркетон на основе 4,4'-диоксидифенилпропана и 4,4'-дифтордифенилкетона (ОЭЭК) формулыThe task is achieved by the fact that composite materials reinforced with carbon fillers are obtained by pretreating carbon fiber with a sizing component, which is an oligoether ether ketone based on 4,4'-dioxydiphenylpropane and 4,4'-difluorodiphenyl ketone (OEEK) of the formula
Матричный полиэфирэфиркетон представляет собой промышленный полимер PEEK 450, являющийся продуктом поликонденсации 1,4-диоксибензола и 4,4'-дифтордифенилкетона формулыMatrix polyetheretherketone is an industrial polymer PEEK 450, which is a polycondensation product of 1,4-dioxybenzene and 4,4'-difluorodiphenyl ketone of the formula
При этом берут следующие соотношения (мас.%) компонентов в наполнителе (УВ + ОЭЭК):In this case, the following ratios (wt%) of the components in the filler (HC + OEEK) are taken:
Количество аппретированного углеродного волокна в композиционном материале соответствует 10 мас.%. Такая обработка аппретирующим составом повышает смачиваемость наполнителя олигоэфирэфиркетоном, дает возможность многократно проводить при необходимости термообработку получаемого изделия без изменения свойств аппрета. The amount of finished carbon fiber in the composite material corresponds to 10 wt%. Such treatment with a sizing composition increases the wettability of the filler with oligoetheretherketone, makes it possible to repeatedly carry out, if necessary, heat treatment of the resulting product without changing the properties of the sizing.
Углеродный наполнитель покрывают аппретирующим составом путем обработки в органических растворителях, 1,4-диоксане, N,N-диметилацетамиде, преимущественно в 1,4-диоксане, затем высушивают до постоянной массы.The carbon filler is coated with a sizing composition by treatment in organic solvents, 1,4-dioxane, N, N-dimethylacetamide, mainly 1,4-dioxane, then dried to constant weight.
Аппретирующий состав наносят из раствора с массовой долей 0,24-1,2% в органических растворителях. Композиционные материалы по настоящему изобретению получают путем предварительного смешения полимерной матрицы и аппретированного углеволокна с использованием высокоскоростного гомогенизатора Multi function disintegrator VLM-40B. Затем полимерная смесь подвергается экструзии с использованием лабораторного двухшнекового экструдера с тремя зонами нагрева при температурных режимах переработки 200°С, 315°С, 355°С. Использованы углеродное волокно марки RK-306 (IFI Technical Production) и промышленный полиэфирэфиркетон марки PEEK 450 с приведенной вязкостью 0,32 дл/г, измеренной для 1 %-ного раствора в концентрированной серной кислоте.The sizing composition is applied from a solution with a mass fraction of 0.24-1.2% in organic solvents. The composite materials of the present invention are prepared by premixing a polymer matrix and a finished carbon fiber using a VLM-40B Multi function disintegrator high speed homogenizer. Then the polymer mixture is extruded using a laboratory twin-screw extruder with three heating zones at processing temperatures of 200 ° C, 315 ° C, 355 ° C. Used carbon fiber grade RK-306 (IFI Technical Production) and industrial polyetheretherketone grade PEEK 450 with a reduced viscosity of 0.32 dl / g, measured for a 1% solution in concentrated sulfuric acid.
Ниже представлены примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон. Examples are presented below to illustrate a method for producing finished carbon fibers.
Пример 1Example 1
В трехгорловую круглодонную колбу, снабженную прямым холодильником, устройством для подачи газообразного азота, нагревателем и механической мешалкой, помещают 24,75 г (99 мас.%) дискретного УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,25 г (1,0 мас.%) ОЭЭК в 100 мл 1,4-диоксана (0,24 %-ный раствор). Включают мешалку, подачу азота и перемешивают в течение 30 мин при комнатной температуре. Далее проводят нагревание содержимого колбы и отгонку 1,4-диоксана по режиму: 45°С - 30 мин; 65°С - 30 мин; 85°С - 30 мин; 100°С - 30 мин; 115°С - 30 мин.In a three-necked round-bottom flask equipped with a direct condenser, a device for supplying gaseous nitrogen, a heater and a mechanical stirrer, 24.75 g (99 wt.%) Of discrete HC with a fiber length of 0.2 mm is poured and the solution obtained by dissolving 0.25 g is poured (1.0 wt.%) OEEK in 100 ml of 1,4-dioxane (0.24% solution). Turn on the stirrer, supply nitrogen and stir for 30 minutes at room temperature. Next, the contents of the flask are heated and 1,4-dioxane is distilled off according to the mode: 45 ° C - 30 min; 65 ° C - 30 min; 85 ° C - 30 min; 100 ° C - 30 min; 115 ° C - 30 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 120-125°С 2 часа.The sized fiber is dried in an oven under vacuum at 120-125 ° C for 2 hours.
Пример 2Example 2
В трехгорловую круглодонную колбу, снабженную прямым холодильником, устройством для подачи газообразного азота, нагревателем и механической мешалкой, помещают 24,5 г (98 мас.%) дискретного УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,5 г (2,0 мас.%) ОЭЭК в 100 мл 1,4-диоксана (0,48 %-ный раствор). Включают мешалку, подачу азота и перемешивают в течение 30 мин при комнатной температуре. Далее проводят нагревание содержимого колбы и отгонку 1,4-диоксана по режиму: 45°С - 30 мин; 65°С - 30 мин; 85°С - 30 мин; 100°С - 30 мин; 115°С - 30 мин.In a three-necked round-bottom flask equipped with a direct condenser, a device for supplying gaseous nitrogen, a heater and a mechanical stirrer, 24.5 g (98 wt.%) Of discrete HC with a fiber length of 0.2 mm is poured and the solution obtained by dissolving 0.5 g is poured (2.0 wt%) OEEK in 100 ml of 1,4-dioxane (0.48% solution). Turn on the stirrer, supply nitrogen and stir for 30 minutes at room temperature. Next, the contents of the flask are heated and 1,4-dioxane is distilled off according to the mode: 45 ° C - 30 min; 65 ° C - 30 min; 85 ° C - 30 min; 100 ° C - 30 min; 115 ° C - 30 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 120-125°С 2 часа.The sized fiber is dried in an oven under vacuum at 120-125 ° C for 2 hours.
Пример 3Example 3
В трехгорловую круглодонную колбу, снабженную прямым холодильником, устройством для подачи газообразного азота, нагревателем и механической мешалкой, помещают 24,25 г (97 мас.%) дискретного УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,75 г (3,0 мас.%) ОЭЭК в 100 мл 1,4-диоксана (0,72 %-ный раствор). Включают мешалку, подачу азота и перемешивают в течение 30 мин при комнатной температуре. Далее проводят нагревание содержимого колбы и отгонку 1,4-диоксана по режиму: 45°С - 30 мин; 65°С - 30 мин; 85°С - 30 мин; 100°С - 30 мин; 115°С - 30 мин.In a three-necked round-bottom flask equipped with a direct condenser, a device for supplying gaseous nitrogen, a heater and a mechanical stirrer, 24.25 g (97 wt.%) Of discrete HC with a fiber length of 0.2 mm is poured and the solution obtained by dissolving 0.75 g is poured (3.0 wt.%) OEEK in 100 ml of 1,4-dioxane (0.72% solution). Turn on the stirrer, supply nitrogen and stir for 30 minutes at room temperature. Next, the contents of the flask are heated and 1,4-dioxane is distilled off according to the mode: 45 ° C - 30 min; 65 ° C - 30 min; 85 ° C - 30 min; 100 ° C - 30 min; 115 ° C - 30 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 120-125°С 2 часа.The sized fiber is dried in an oven under vacuum at 120-125 ° C for 2 hours.
Пример 4Example 4
В трехгорловую круглодонную колбу, снабженную прямым холодильником, устройством для подачи газообразного азота, нагревателем и механической мешалкой, помещают 24,0 г (96 мас.%) дискретного УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 1,0 г (4,0 мас.%) ОЭЭК в 100 мл 1,4-диоксана (0,96 %-ный раствор). Включают мешалку, подачу азота и перемешивают в течение 30 мин при комнатной температуре. Далее проводят нагревание содержимого колбы и отгонку 1,4-диоксана по режиму: 45°С - 30 мин; 65°С - 30 мин; 85°С - 30 мин; 100°С - 30 мин; 115°С - 30 мин.In a three-necked round-bottom flask equipped with a direct condenser, a device for supplying gaseous nitrogen, a heater and a mechanical stirrer, 24.0 g (96 wt.%) Of discrete HC with a fiber length of 0.2 mm is poured and the solution obtained by dissolving 1.0 g is poured (4.0 wt%) OEEK in 100 ml of 1,4-dioxane (0.96% solution). Turn on the stirrer, supply nitrogen and stir for 30 minutes at room temperature. Next, the contents of the flask are heated and 1,4-dioxane is distilled off according to the mode: 45 ° C - 30 min; 65 ° C - 30 min; 85 ° C - 30 min; 100 ° C - 30 min; 115 ° C - 30 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 120-125°С 2 часа.The sized fiber is dried in an oven under vacuum at 120-125 ° C for 2 hours.
Пример 5Example 5
В трехгорловую круглодонную колбу, снабженную прямым холодильником, устройством для подачи газообразного азота, нагревателем и механической мешалкой, помещают 23,75 г (95 мас.%) дискретного УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 1,25 г (5,0 мас.%) ОЭЭК в 100 мл 1,4-диоксана (1,2 %-ный раствор). Включают мешалку, подачу азота и перемешивают в течение 30 мин при комнатной температуре. Далее проводят нагревание содержимого колбы и отгонку 1,4-диоксана по режиму: 45°С - 30 мин; 65°С - 30 мин; 85°С - 30 мин; 100°С - 30 мин; 115°С - 30 мин.In a three-necked round-bottomed flask equipped with a direct condenser, a device for supplying gaseous nitrogen, a heater and a mechanical stirrer, 23.75 g (95 wt.%) Of discrete HC with a fiber length of 0.2 mm is poured and the solution obtained by dissolving 1.25 g is poured (5.0 wt.%) OEEK in 100 ml of 1,4-dioxane (1.2% solution). Turn on the stirrer, supply nitrogen and stir for 30 minutes at room temperature. Next, the contents of the flask are heated and 1,4-dioxane is distilled off according to the mode: 45 ° C - 30 min; 65 ° C - 30 min; 85 ° C - 30 min; 100 ° C - 30 min; 115 ° C - 30 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 120-125°С 2 часа.The sized fiber is dried in an oven under vacuum at 120-125 ° C for 2 hours.
Из аппретированных УВ и ПЭЭК получены ПКМ, содержащие 10 мас.% УВ (таблица 1).PCMs containing 10 wt% HC were obtained from smoothed hydrocarbons and PEEK (Table 1).
Таблица 1Table 1
Свойства полиэфирэфиркетонных углеволокнистых композитовProperties of polyetheretherketone carbon fiber composites
г/10 минPTR,
r / 10 min
11 Дж
с/нA p , kJ / m2
11 J
s / n
МПаE exile ,
MPa
МПаσ rast,
MPa
МПаσ tech,
MPa
где ПТР - показатель текучести расплава, Ар - ударная прочность, Еизг - модуль упругости при изгибе, σраст и Ераст - разрушающее напряжение и модуль упругости при растяжении; σтек - предел текучести при растяжении.where MFR is the melt flow rate, A p is the impact strength, E ex is the modulus of elasticity in bending, σ rast and E rast are the breaking stress and modulus of elasticity in tension; σ tech - tensile yield strength.
Приведенные в таблице данные показывают, что композиционные материалы, содержащие аппретированные УВ (примеры №№ 1-5), обладают более высокими значениями ударной прочности, разрушающего напряжения при растяжении, предела текучести при растяжении, модулями упругости при растяжении и изгибе по сравнению с неаппретированным образцом (первая строка).The data given in the table show that composite materials containing sizing HC (examples No. 1-5) have higher values of impact strength, breaking stress at tensile strength, tensile yield strength, modulus of elasticity in tension and bending in comparison with an unprepared sample. (First line).
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении ударной прочности, разрушающего напряжения при растяжении, предела текучести при растяжении, модулей упругости при растяжении и изгибе создаваемого полиэфирэфиркетонного углеволокнистого композита за счет введения аппретирующего компонента - олигоэфирэфиркетона на основе 4,4'-диоксидифенилпропана и 4,4'-дифтордифенилкетона формулыThe technical result of the present invention is to increase the impact strength, breaking stress in tension, yield strength in tension, elastic moduli in tension and bending of the created polyetheretherketone carbon fiber composite by introducing a finishing component - oligoetheretherketone based on 4,4'-dioxydiphenylpropane and 4.4 ' -difluorodiphenyl ketone of the formula
который повышает смачиваемость углеродного волокна и увеличивает межмолекулярные взаимодействия между наполнителем и полиэфирэфиркетонной матрицей.which increases the wettability of the carbon fiber and increases the intermolecular interactions between the filler and the polyetheretherketone matrix.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020111128A RU2752625C1 (en) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | Polymer composite material based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020111128A RU2752625C1 (en) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | Polymer composite material based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2752625C1 true RU2752625C1 (en) | 2021-07-29 |
Family
ID=77226292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020111128A RU2752625C1 (en) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | Polymer composite material based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2752625C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2793890C1 (en) * | 2022-02-28 | 2023-04-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it |
| CN118027599A (en) * | 2024-01-09 | 2024-05-14 | 江苏君华特种高分子材料股份有限公司 | Continuous fiber reinforced polyetheretherketone unidirectional tape and preparation method thereof |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2054015C1 (en) * | 1994-04-28 | 1996-02-10 | Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского | Process for finishing carbon fiber for manufacture of polysulfonic carbon plastic material |
| EA016024B1 (en) * | 2006-03-17 | 2012-01-30 | Солвей Эдванст Полимерс, Эл. Эл. Си. | Polymer composition and polymer article therefrom |
| RU2463321C1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) | Antifriction composite material for making ship fittings |
| DE102012200059A1 (en) * | 2012-01-03 | 2013-07-04 | Thermoplast Composite Gmbh | Composites |
| RU2681612C2 (en) * | 2014-02-06 | 2019-03-11 | ОСВ ИНТЕЛЛЕКЧУАЛ КАПИТАЛ, ЭлЭлСи | Postponed differentiation of reinforced composite materials |
| RU2708586C2 (en) * | 2018-02-15 | 2019-12-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Polymer composite and method for production thereof |
-
2020
- 2020-03-18 RU RU2020111128A patent/RU2752625C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2054015C1 (en) * | 1994-04-28 | 1996-02-10 | Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского | Process for finishing carbon fiber for manufacture of polysulfonic carbon plastic material |
| EA016024B1 (en) * | 2006-03-17 | 2012-01-30 | Солвей Эдванст Полимерс, Эл. Эл. Си. | Polymer composition and polymer article therefrom |
| RU2463321C1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) | Antifriction composite material for making ship fittings |
| DE102012200059A1 (en) * | 2012-01-03 | 2013-07-04 | Thermoplast Composite Gmbh | Composites |
| RU2681612C2 (en) * | 2014-02-06 | 2019-03-11 | ОСВ ИНТЕЛЛЕКЧУАЛ КАПИТАЛ, ЭлЭлСи | Postponed differentiation of reinforced composite materials |
| RU2708586C2 (en) * | 2018-02-15 | 2019-12-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Polymer composite and method for production thereof |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2793890C1 (en) * | 2022-02-28 | 2023-04-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it |
| RU2796404C1 (en) * | 2022-06-03 | 2023-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method for obtaining treated carbon fibres and polymer compositions based on them |
| RU2802624C1 (en) * | 2022-07-14 | 2023-08-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method for obtaining finished carbon fibres and polyether ether ketone composite materials based on them |
| RU2811422C1 (en) * | 2023-03-16 | 2024-01-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method for obtaining finished carbon fiber and polyether ether ketone composite |
| RU2811293C1 (en) * | 2023-03-16 | 2024-01-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method for obtaining finished carbon fibers and composite material |
| RU2811391C1 (en) * | 2023-03-17 | 2024-01-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова"(КБГУ) | Method for producing coated carbon fibers and polyether ether ketone compositions |
| RU2811395C1 (en) * | 2023-03-17 | 2024-01-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method for obtaining finished carbon fiber and polyetheretherketone composite material |
| CN118027599A (en) * | 2024-01-09 | 2024-05-14 | 江苏君华特种高分子材料股份有限公司 | Continuous fiber reinforced polyetheretherketone unidirectional tape and preparation method thereof |
| RU2835691C1 (en) * | 2024-03-05 | 2025-03-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method of producing coated carbon fibres and polyetheretherketone composition |
| RU2847493C2 (en) * | 2024-03-05 | 2025-10-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М.Бербекова" (КБГУ) | Method of producing glazed carbon fibres and polymer composite with polyetheretherketone |
| RU2836913C1 (en) * | 2024-03-06 | 2025-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method of producing finished carbon fibres and polymer composite material |
| RU2850275C1 (en) * | 2024-12-18 | 2025-11-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method of producing glazed carbon fibres and a polymer composition with polyether ether ketone |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2744893C1 (en) | Polymer carbon fiber composition and method for its production | |
| RU2741505C1 (en) | Polyether ether ketone carbon-fiber composite and method for production thereof | |
| RU2752625C1 (en) | Polymer composite material based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production | |
| RU2712612C1 (en) | Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon | |
| RU2757922C2 (en) | Carbon fiber polymer composite material based on polyesteresterketone and a method for its preparation | |
| RU2752627C1 (en) | Polymer composite based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production | |
| RU2811391C1 (en) | Method for producing coated carbon fibers and polyether ether ketone compositions | |
| RU2743995C1 (en) | Polymer composite based on carbon fiber-reinforced polyetheretherketone and method for its production | |
| RU2811385C1 (en) | Method for producing finished carbon fibers and polymer composites based on them | |
| RU2798166C1 (en) | Method for obtaining treated carbon fibres and polyether ether ketone compositions based on them | |
| RU2770088C1 (en) | Polyphenylene sulphide composite materials with carbon fibres and method for production thereof | |
| RU2835691C1 (en) | Method of producing coated carbon fibres and polyetheretherketone composition | |
| RU2802624C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fibres and polyether ether ketone composite materials based on them | |
| RU2811393C1 (en) | Method for producing sizing carbon fibers and polyether ether ketone compositions | |
| RU2802447C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fibres and composites based on them | |
| RU2850275C1 (en) | Method of producing glazed carbon fibres and a polymer composition with polyether ether ketone | |
| RU2793890C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it | |
| RU2811395C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fiber and polyetheretherketone composite material | |
| RU2793760C1 (en) | Dressed carbon fibre and polyetheretherketone composite material based on it | |
| RU2793913C1 (en) | Dressed carbon fiber and polyesteretherketone composite based on it | |
| RU2847493C2 (en) | Method of producing glazed carbon fibres and polymer composite with polyetheretherketone | |
| RU2811422C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fiber and polyether ether ketone composite | |
| RU2796404C1 (en) | Method for obtaining treated carbon fibres and polymer compositions based on them | |
| RU2793888C1 (en) | Polymer composite material based on polyetheretherketone and carbon fiber and a method for its production | |
| RU2836913C1 (en) | Method of producing finished carbon fibres and polymer composite material |