RU2796448C1 - Method for obtaining finished carbon fibers and polymer composite material - Google Patents
Method for obtaining finished carbon fibers and polymer composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796448C1 RU2796448C1 RU2022116588A RU2022116588A RU2796448C1 RU 2796448 C1 RU2796448 C1 RU 2796448C1 RU 2022116588 A RU2022116588 A RU 2022116588A RU 2022116588 A RU2022116588 A RU 2022116588A RU 2796448 C1 RU2796448 C1 RU 2796448C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon fiber
- sizing
- composite material
- polymer
- polymer composite
- Prior art date
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 39
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229920003055 poly(ester-imide) Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- DGRGLKZMKWPMOH-UHFFFAOYSA-N 4-methylbenzene-1,2-diamine Chemical compound CC1=CC=C(N)C(N)=C1 DGRGLKZMKWPMOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 9
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 6
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical group OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis 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
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920004748 ULTEM® 1010 Polymers 0.000 description 1
- GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N ac1mqpva Chemical compound CC12C(=O)OC(=O)C1(C)C1(C)C2(C)C(=O)OC1=O GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- -1 aromatic tetracarboxylic acid Chemical class 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group 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
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000012765 fibrous filler Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 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
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 125000005395 methacrylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-L phthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=CC=C1C([O-])=O XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения аппретированных углеродных волокон и полимерным композиционным материалам с неорганическими, в частности, углеродными волокнами в качестве наполнителей, и может быть использовано для производства конструкционных изделий специального назначения в аддитивных технологиях. The invention relates to a method for producing finished carbon fibers and polymer composite materials with inorganic, in particular, carbon fibers as fillers, and can be used for the production of special-purpose structural products in additive technologies.
Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик полимерных углеволоконных композиционных материалов является аппретирование поверхности углеродного волокна, позволяющего модифицировать структуру межфазного слоя и увеличить межмолекулярные адгезионные взаимодействия на границе раздела фаз полимер-наполнитель. One of the ways to improve the performance of polymeric carbon fiber composite materials is to finish the carbon fiber surface, which makes it possible to modify the structure of the interfacial layer and increase intermolecular adhesive interactions at the polymer-filler interface.
Аппреты – вещества, влияющие на структуру, свойства и протяженность межфазного слоя, который многократно увеличивает площадь контакта волокнистого наполнителя со связующим. Для производства конструкционных полимерных композиционных материалов с заданными эксплуатационными характеристиками необходимо целенаправленно подбирать аппретирующий состав для армирующего волокна с учетом вязкости связующего, его молекулярной массы, физико-химических свойств, размеров и структуры пор в наполнителе. Таким образом, разработка аппретирующих составов для получения полимерных композиционных материалов на основе суперконструкционных термопластов позволит повысить механические, теплостойкие, а также эксплуатационные свойства материала, что приведет к увеличению срока службы изделий.Couplings are substances that affect the structure, properties and length of the interfacial layer, which greatly increases the contact area of the fibrous filler with the binder. For the production of structural polymer composite materials with desired performance characteristics, it is necessary to purposefully select a sizing composition for a reinforcing fiber, taking into account the viscosity of the binder, its molecular weight, physicochemical properties, size and structure of pores in the filler. Thus, the development of sizing compositions for the production of polymer composite materials based on superstructural thermoplastics will improve the mechanical, heat-resistant, and operational properties of the material, which will lead to an increase in the service life of products.
Из уровня техники известны различные виды аппретирующих добавок, используемых при создании полимерного композиционного материала. Так патент на изобретение RU 2057767 описывает полимерный композиционный материал, включающий в себя полисульфоновую матрицу и углеродные волокна, причем 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. Как утверждают авторы изобретения, использование в качестве аппретирующего слоя указанного сополимера позволяет в 1,8 - 2,2 раза повысить межслоевую прочность при сдвиге полисульфоновых углепластиков. Основным недостатком предлагаемого решения является использование водной среды для нанесения на углеродную ленту смеси мономеров. Так как углеродные волокна и ленты являются гидрофобными, добиться равномерного распределения водного раствора смеси мономеров сложно. В результате полимеризации также возможна неполная конверсия мономеров, что может привести к образованию и выделению воды на других этапах получения полимерного композита, что приведет к образованию пор и снижению прочностных характеристик. Наличие в водной среде бензолсульфокислоты может также приводить к накоплению ионов, что может ухудшить диэлектрические свойства.From the prior art, various types of sizing additives are known that are used in the creation of a polymer composite material. So the patent for the invention RU 2057767 describes a polymer composite material, including a polysulfone matrix and carbon fibers, and the carbon fibers contain on the surface as a sizing layer a copolymer consisting of units of methacrylic acid, diethylene glycol and benzosulfonic acid in a molar ratio of 49.5:49 ,5:1 to 49:49:2 in the amount of 0.52 - 5.0% by weight of the fiber in the following ratio, wt.%: carbon reinforcing fibers containing a copolymer, 25 - 75; polysulfone matrix rest. According to the authors of the invention, the use of said copolymer as a sizing layer makes it possible to increase the interlaminar shear strength of polysulfone carbon plastics by a factor of 1.8 - 2.2. The main disadvantage of the proposed solution is the use of an aqueous medium for applying a mixture of monomers to a carbon tape. Since carbon fibers and tapes 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 can also lead to the accumulation of ions, which can worsen the dielectric properties.
Известны полимерные композиции по патенту РФ № 2201423, полученные на основе полимерного связующего (аппрет) и стеклоткани или углеродного наполнителя. Предварительно получают связующее - олигомер путем взаимодействия тетранитрила ароматической тетракарбоновой кислоты и ароматического бис-о-цианамина при температуре 170-180°С. Связующее получают в порошкообразном виде. Основным недостатком приведенного решения является сложность процесса синтеза связующего. Неполная степень превращения мономеров во время синтеза может привести к выделению побочных низкомолекулярных продуктов реакции при совмещении связующего с наполнителем при повышенной температуре, а, следовательно, к образованию пустот в композиционном материале, что будет приводить к ухудшению прочностных характеристик материала. Кроме того, порошкообразные аппреты могут недостаточно равномерно покрывать поверхность наполнителя.Known polymer compositions according to the patent of the Russian Federation No. 2201423, obtained on the basis of a polymer binder (sizing) and fiberglass or carbon filler. Preliminarily, a binder - oligomer is obtained by reacting aromatic tetracarboxylic acid tetranitrile and aromatic bis-o-cyanamine at a temperature of 170-180°C. The binder is obtained in powder form. The main disadvantage of the above solution is the complexity of the binder synthesis process. An incomplete degree of conversion of monomers during synthesis can lead to the release of low-molecular by-products of the reaction when combining the binder with the filler at an elevated temperature, and, consequently, to the formation of voids in the composite material, which will lead to a deterioration in the strength characteristics of the material. In addition, powdered finishes may not cover the surface of the filler evenly enough.
Известны полиэфиримидные композиты по патенту США № 4049613. Для увеличения смачиваемости углеродного волокна полимерной матрицей, в патенте предлагается выдерживать наполнитель в горячей азотной кислоте в течение трех суток, что в технологическом и экономическом плане невыгодны.Polyetherimide composites are known according to US patent No. 4049613. To increase the wettability of carbon fiber by a polymer matrix, the patent proposes to keep the filler in hot nitric acid for three days, which is technologically and economically disadvantageous.
В следующей работе - по патенту РФ № 2054015 «Способ аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика», предложено смешение с растворителем блоксополимера, состоящего из звеньев бисметакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокси-триэтиленгликольфталата, пропитку углеродного наполнителя с последующей сушкой для удаления растворителя и полимеризации пленки аппрета на волокне, отличающийся тем, что смешение осуществляют 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, ухудшение свойств получаемого углепластика.In the following work - according to the patent of the Russian Federation No. 2054015 "Method of sizing carbon fiber for the production of polysulfone carbon fiber", it is proposed to mix with a solvent a block copolymer consisting of units of bismethacryloyloxydiethylene glycol phthalate and bismethacryloyloxy-triethylene glycol phthalate, impregnation of the carbon filler, followed by drying to remove the solvent and polymerization of the sizing film on the fiber , characterized in that the mixing is carried out in water with simultaneous exposure to ultrasonic radiation at a frequency of 15 to 44 kHz and an exposure time of 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 result may be uneven wetting of the filler, and, consequently, the deterioration of the properties of the resulting carbon fiber.
Наиболее близким аналогом выступает способ аппретирования углеродного волокна по патенту РФ № 2712612 «Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиционные материалы на их основе». Недостатком решения можно считать относительно невысокие значения прочности при сжатии полимерных композиционных материалов.The closest analogue is the method of finishing carbon fiber according to RF patent No. 2712612 "Method of obtaining finished carbon fibers and composite materials based on them." The disadvantage of the solution can be considered relatively low values of the compressive strength of polymer composite materials.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения аппретированных углеродных волокон и получении полимерного углеволоконного композиционного материала (КМ) с улучшенными значениями прочности при сжатии на основе матричного полимера полиэфиримида (ПЭИ), армированного аппретированным углеродным волокном (УВ) в качестве наполнителя. The objective of the present invention is to develop a method for producing finished carbon fibers and obtaining a polymeric carbon fiber composite material (CM) with improved compressive strength values based on a polyesterimide (PEI) matrix polymer reinforced with finished carbon fiber (CF) as a filler.
Поставленная задача достигается тем, что полимерный композиционный материал на основе полиэфиримида, армированный углеродным наполнителем, получается предварительной обработкой углеродного волокна аппретирующим компонентом – 1-метил-3,4-диаминобензолом (МДАБ).The task is achieved by the fact that a polymer composite material based on polyesterimide, reinforced with a carbon filler, is obtained by pre-treatment of carbon fiber with a sizing component - 1-methyl-3,4-diaminobenzene (MDAB).
Матричный полимер – промышленный полиэфиримид (ПЭИ) марки ULTEM-1010, формулы: Matrix polymer - industrial polyesterimide (PEI) brand ULTEM-1010, formulas:
является продуктом поликонденсации 1,3-диаминобензола и диангидрида 2,2'-бис[4(3,4-дикарбоксифенокси)фенил]-пропана. Приведенная вязкость равна 0,63 дл/г, измеренная для 0,5 мас.%-го раствора в хлороформе.is a polycondensation product of 1,3-diaminobenzene and 2,2'-bis[4(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]propane dianhydride. The reduced viscosity is 0.63 dl/g, measured for a 0.5 wt% solution in chloroform.
При этом берут следующие соотношения (мас.%) компонентов в наполнителе (МДАБ + УВ):In this case, the following ratios (wt.%) of the components in the filler (MDAB + HC) are taken:
Количество аппретированного углеродного волокна в полиэфиримидном композите составляет 20 мас.%. Обработка таким аппретирующим веществом повышает смачиваемость углеродного волокна матричным полиэфиримидом, позволяет многократно проводить при необходимости термообработку получаемого изделия без изменения свойств аппретирующего состава. The amount of finished carbon fiber in the polyesterimide composite is 20 wt.%. The treatment with such a sizing agent increases the wettability of the carbon fiber by the matrix polyesterimide, and makes it possible to heat-treat the resulting product repeatedly if necessary without changing the properties of the sizing composition.
Аппретированные волокна получают путем обработки углеродного волокна аппретирующим веществом – раствором 1-метил-3,4-диаминобензола в ацетоне. Полимерные 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), ацетон, марки «ХЧ».Finished fibers are obtained by treating carbon fiber with a sizing agent - a solution of 1-methyl-3,4-diaminobenzene in acetone. The polymer composite materials of the present invention are obtained by pre-mixing the polymer matrix and sized carbon fiber using a high-speed homogenizer Multi function disintegrator VLM-40B. 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 brand RK-306 (IFI Technical Production), acetone, brand "HCh".
Ниже представленные примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон с использованием аппретирующего компонента. Below are examples illustrating the method of obtaining finished carbon fibers using a sizing component.
Пример 1. Приготовление аппретированного УВ с 1,0 мас.% МДАБ Example 1. Preparation of finished HC with 1.0 wt.% MDAB
В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, системой подачи газообразного азота и прямым холодильником помещают 24,75 г (99,0 мас.%) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,25 г (1,0 мас.%) МДАБ в 175 мл ацетона (0,18 %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 10 минут при температуре 20°С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ацетона по режиму: 30°С - 10 мин; 40°С - 15 мин; 50°С - 10 мин; 60°С - 25 мин.24.75 g (99.0 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a nitrogen gas supply system and a direct condenser, and the solution obtained by dissolving 0.25 g (1.0 wt. %) MDAB in 175 ml of acetone (0.18% solution). Include a stirrer, nitrogen supply, and incubated for 10 minutes at a temperature of 20°C. After that, the contents of the flask are heated and acetone is distilled off according to the regime: 30°C - 10 min; 40°C - 15 min; 50°C - 10 min; 60°C - 25 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 76÷78°С 2 часа.Finished fiber is dried in a drying oven under vacuum at 76÷78°C for 2 hours.
Пример 2. Приготовление аппретированного УВ с 1,5 мас.% МДАБ Example 2. Preparation of finished HC with 1.5 wt.% MDAB
В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, системой подачи газообразного азота и прямым холодильником помещают 24,625 г (98,5 мас.%) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,375 г (1,5 мас.%) МДАБ в 175 мл ацетона (0,27 %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 10 минут при температуре 20°С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ацетона по режиму: 30°С - 10 мин; 40°С - 15 мин; 50°С - 10 мин; 60°С - 25 мин.24.625 g (98.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a nitrogen gas supply system and a direct condenser and a solution obtained by dissolving 0.375 g (1.5 wt.%) of MDAB in 175 ml of acetone (0.27% solution). Include a stirrer, nitrogen supply, and incubated for 10 minutes at a temperature of 20°C. After that, the contents of the flask are heated and acetone is distilled off according to the regime: 30°C - 10 min; 40°C - 15 min; 50°C - 10 min; 60°C - 25 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 76÷78°С 2 часа.Finished fiber is dried in a drying oven under vacuum at 76÷78°C for 2 hours.
Пример 3. Приготовление аппретированного УВ с 2,0 мас.% МДАБ Example 3. Preparation of finished HC with 2.0 wt.% MDAB
В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, системой подачи газообразного азота и прямым холодильником помещают 24,5 г (98,0 мас.%) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,5 г (2,0 мас.%) МДАБ в 175 мл ацетона (0,36 %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 10 минут при температуре 20°С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ацетона по режиму: 30°С - 10 мин; 40°С - 15 мин; 50°С - 10 мин; 60°С - 25 мин.24.5 g (98.0 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a nitrogen gas supply system and a direct condenser, and the solution obtained by dissolving 0.5 g (2.0 wt. %) MDAB in 175 ml of acetone (0.36% solution). Include a stirrer, nitrogen supply, and incubated for 10 minutes at a temperature of 20°C. After that, the contents of the flask are heated and acetone is distilled off according to the regime: 30°C - 10 min; 40°C - 15 min; 50°C - 10 min; 60°C - 25 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 76÷78°С 2 часа.Finished fiber is dried in a drying oven under vacuum at 76÷78°C for 2 hours.
Пример 4. Приготовление аппретированного УВ с 2,5 мас.% МДАБ Example 4. Preparation of finished HC with 2.5 wt.% MDAB
В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, системой подачи газообразного азота и прямым холодильником помещают 24,375 г (97,5 мас.%) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,625 г (2,5 мас.%) МДАБ в 175 мл ацетона (0,45 %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 10 минут при температуре 20°С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ацетона по режиму: 30°С - 10 мин; 40°С - 15 мин; 50°С - 10 мин; 60С - 25 мин.24.375 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a nitrogen gas supply system and a direct condenser and a solution obtained by dissolving 0.625 g (2.5 wt.%) of MDAB in 175 ml of acetone (0.45% solution). Include a stirrer, nitrogen supply, and incubated for 10 minutes at a temperature of 20°C. After that, the contents of the flask are heated and acetone is distilled off according to the regime: 30°C - 10 min; 40°C - 15 min; 50°C - 10 min; 60C - 25 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 76÷78°С 2 часа.Finished fiber is dried in a drying oven under vacuum at 76÷78°C for 2 hours.
Пример 5. Приготовление аппретированного УВ с 3,0 мас.% МДАБ Example 5. Preparation of finished HC with 3.0 wt.% MDAB
В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, системой подачи газообразного азота и прямым холодильником помещают 24,25 г (97,0 мас.%) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,75 г (3,0 мас.%) МДАБ в 175 мл ацетона (0,54 %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 10 минут при температуре 20°С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ацетона по режиму: 30°С - 10 мин; 40°С - 15 мин; 50°С - 10 мин; 60°С - 25 мин.24.25 g (97.0 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a nitrogen gas supply system and a direct condenser, and the solution obtained by dissolving 0.75 g (3.0 wt. %) MDAB in 175 ml of acetone (0.54% solution). Include a stirrer, nitrogen supply, and incubated for 10 minutes at a temperature of 20°C. After that, the contents of the flask are heated and acetone is distilled off according to the regime: 30°C - 10 min; 40°C - 15 min; 50°C - 10 min; 60°C - 25 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 76÷78°С 2 часа.Finished fiber is dried in a drying oven under vacuum at 76÷78°C for 2 hours.
Пример 6. Приготовление аппретированного УВ с 3,5 мас.% МДАБ Example 6. Preparation of finished HC with 3.5 wt.% MDAB
В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, системой подачи газообразного азота и прямым холодильником помещают 24,125 г (96,5 мас.%) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,875 г (3,5 мас.%) МДАБ в 175 мл ацетона (0,63 %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота, и выдерживают 10 минут при температуре 20°С. После этого, проводят нагревание содержимого колбы и отгонку ацетона по режиму: 30°С - 10 мин; 40°С - 15 мин; 50°С - 10 мин; 60°С - 25 мин.24.125 g (96.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask equipped with a stirrer, a nitrogen gas supply system and a direct condenser and a solution obtained by dissolving 0.875 g (3.5 wt.%) of MDAB in 175 ml of acetone (0.63% solution). Include a stirrer, nitrogen supply, and incubated for 10 minutes at a temperature of 20°C. After that, the contents of the flask are heated and acetone is distilled off according to the regime: 30°C - 10 min; 40°C - 15 min; 50°C - 10 min; 60°C - 25 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 76÷78°С 2 часа.Finished fiber is dried in a drying oven under vacuum at 76÷78°C for 2 hours.
Из аппретированных УВ и ПЭИ получены полимерные композиционные материалы, содержащие 20 мас.% аппретированных 1-метил-3,4-диаминобензолом углеволокон.From the finished hydrocarbons and PEI, polymer composite materials were obtained containing 20 wt.% of carbon fibers finished with 1-methyl-3,4-diaminobenzene.
В таблице 1 представлены составы и значения прочности при сжатии композиционных материалов по примерам 1-6, обработанных различными количествами аппретирующей добавки. Table 1 shows the compositions and compressive strength values of the composite materials of examples 1-6 treated with different amounts of sizing additive.
Таблица 1Table 1
МПаσ compression ,
MPa
Как видно из приведенных данных, полимерные углеволоконные композиционные материалы на основе полиэфиримида, содержащие аппретированные УВ (№№ 1-6), проявляют более высокие значения прочности при сжатии по сравнению с композитом, содержащим неаппретированное углеволокно.As can be seen from the above data, polymeric carbon fiber composite materials based on polyetherimide containing sized CFs (Nos. 1-6) exhibit higher compressive strength compared to a composite containing untreated carbon fiber.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении прочности при сжатии создаваемых композиционных материалов за счет введения аппретирующего соединения – 1-метил-3,4-диаминобензола, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает граничные взаимодействия между наполнителем и полиэфиримидной матрицей.The technical result of the invention is to improve the compressive strength of the created composite materials due to the introduction of a sizing compound - 1-methyl-3,4-diaminobenzene, which increases the wettability of the filler and increases the boundary interactions between the filler and the polyesterimide matrix.
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2796448C1 true RU2796448C1 (en) | 2023-05-23 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014202673A1 (en) * | 2013-06-21 | 2014-12-24 | Solvay Specialty Polymers Usa, Llc | Reinforced compositions |
| RU2536969C2 (en) * | 2013-04-18 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" | Polymer composite material and method of obtaining thereof |
| RU2712612C1 (en) * | 2019-05-16 | 2020-01-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon |
| RU2019114968A (en) * | 2019-05-15 | 2020-11-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | A method of obtaining finished carbon fibers and composite materials based on them |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2536969C2 (en) * | 2013-04-18 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" | Polymer composite material and method of obtaining thereof |
| WO2014202673A1 (en) * | 2013-06-21 | 2014-12-24 | Solvay Specialty Polymers Usa, Llc | Reinforced compositions |
| RU2019114968A (en) * | 2019-05-15 | 2020-11-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | A method of obtaining finished carbon fibers and composite materials based on them |
| RU2712612C1 (en) * | 2019-05-16 | 2020-01-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2744893C1 (en) | Polymer carbon fiber composition and method for its production | |
| RU2796448C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fibers and polymer composite material | |
| RU2712612C1 (en) | Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon | |
| RU2793762C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fibre and polyesterimide composite material | |
| RU2798032C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fibers and polyesterimide composite material | |
| RU2804164C1 (en) | Method for obtaining dressed carbon fibres and reinforced polymer composition | |
| RU2819115C1 (en) | Method for producing sized carbon fibres and a polymer composite filled with them | |
| RU2793866C1 (en) | Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composite | |
| RU2796405C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fibres and a polyesterimide composite filled with them | |
| RU2796835C1 (en) | Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composites based on them | |
| RU2798036C1 (en) | Method for obtaining sized carbon fibers and polyesterimide composites | |
| RU2803603C2 (en) | Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them | |
| RU2793864C1 (en) | Carbon fibre polyesteretherketone composite and method for its production | |
| RU2841217C1 (en) | Method of producing glazed carbon fibre and polyetherimide composition based thereon | |
| RU2816425C1 (en) | Method for obtaining sized carbon fibre and polymer composite based on it | |
| RU2793913C1 (en) | Dressed carbon fiber and polyesteretherketone composite based on it | |
| RU2816362C1 (en) | Method for producing finished carbon fibre and reinforced polymer composition based on it | |
| RU2793886C1 (en) | Polyetheretherketone carbon fiber composite material and method for its production | |
| RU2793888C1 (en) | Polymer composite material based on polyetheretherketone and carbon fiber and a method for its production | |
| RU2793761C1 (en) | Method for obtaining finished glass fibers and a polyesterimide composite filled with them | |
| RU2796406C1 (en) | Method for obtaining finished glass fibres and polymer composite material | |
| RU2793760C1 (en) | Dressed carbon fibre and polyetheretherketone composite material based on it | |
| RU2811291C1 (en) | Method for producing finished carbon fibre and a polymer composite based on it | |
| RU2816456C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them | |
| RU2804162C1 (en) | Method for producing finished carbon fibres and polyetherimide-carbon fibre composition |