RU2796404C1 - Способ получения аппретированных углеволокон и полимерные композиции на их основе - Google Patents
Способ получения аппретированных углеволокон и полимерные композиции на их основе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796404C1 RU2796404C1 RU2022115132A RU2022115132A RU2796404C1 RU 2796404 C1 RU2796404 C1 RU 2796404C1 RU 2022115132 A RU2022115132 A RU 2022115132A RU 2022115132 A RU2022115132 A RU 2022115132A RU 2796404 C1 RU2796404 C1 RU 2796404C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon fiber
- ether ketone
- polyetheretherketone
- flask
- polymer
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title abstract description 11
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims abstract description 31
- JXTHNDFMNIQAHM-UHFFFAOYSA-N dichloroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(Cl)Cl JXTHNDFMNIQAHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 9
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 6
- -1 ether ether ketone Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- QZUPTXGVPYNUIT-UHFFFAOYSA-N isophthalamide Chemical compound NC(=O)C1=CC=CC(C(N)=O)=C1 QZUPTXGVPYNUIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 37
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 37
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 20
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract description 14
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229960005215 dichloroacetic acid Drugs 0.000 abstract 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 6
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 6
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 6
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 6
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 3
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical group OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N Hydroquinone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1 QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004695 Polyether sulfone 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
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- NQEUTICDPLLXAY-UHFFFAOYSA-N 2-[2-[2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy]ethoxycarbonyl]benzoic acid Chemical compound OCCOCCOCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(O)=O NQEUTICDPLLXAY-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
- 229920008285 Poly(ether ketone) PEK Polymers 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 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
- 238000005452 bending Methods 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
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 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
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 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
- 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
- 229920000728 polyester Polymers 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
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 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
Abstract
Изобретение относится к области производства конструкционных изделий в аддитивных технологиях. Предложены способ получения аппретированного углеродного волокна путём нанесения аппрета, представляющего собой смесь аморфного эфирэфиркетона 1,0-3,5 мас. % и 1,3-бис(аминоформил)бензола 3,5-1,0 мас. %, на углеволокно из раствора с массовой концентрацией 0,6 % в дихлоруксусной кислоте с последующим ступенчатым подъёмом температуры до 80 °C и одновременной отгонкой растворителя, аппретированное углеродное волокно, полученное по предложенному способу, и полимерная полиэфирэфиркетонная композиция, которая содержит 80 мас. % полимерной матрицы на основе полиэфирэфиркетона и 20 мас. % предложенного аппретированного углеродного волокна. Технический результат – улучшение физико-механических свойств создаваемой полимерной полиэфирэфиркетонной композиции за счёт введения аппретирующего состава, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает граничные взаимодействия между наполнителем и полиэфирэфиркетонной матрицей. 3 н.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.
Description
Изобретение относится к способу получения аппретированных углеродных волокон и полимерным композициям на их основе, и может быть использовано в качестве конструкционных полимерных материалов для производства изделий специального назначения в аддитивных технологиях.
Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик углеволоконных полимерных композиций является покрытие аппретами поверхности углеродного волокна, позволяющего модифицировать структуру межфазного слоя и увеличить межмолекулярные адгезионные взаимодействия на границе раздела фаз полимер-наполнитель.
Известны полимерные композиционные материалы, содержащие полиэфиркетоны.
Патент EP0224236A2 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.
В патенте EP0316681A2 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.
В патенте RU 2278126, опубл. 20.06.2006, бюлл. № 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. 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.
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, масс. %: 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. 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.
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.
Известны полиэфирэфиркетонные 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.
В следующем патенте приводится способ аппретирования углеродного волокна по патенту РФ № 2054015 «Способ аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика». 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.
Наиболее близким аналогом выступает патент РФ № 2752625, «Полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения». К недостаткам патента можно отнести не слишком высокие значения приводимых физико-механических показателей композиционны материалов и длительность процесса получения аппретированных волокон.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения аппретированных углеродных волокон и полимерных полиэфирэфиркетонных композиций на их основе с более высокими значениями физико-механических показателей, с использованием матричного полимера – полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), наполненного аппретированным углеродным волокном (углеволокном, УВ).
Поставленная задача достигается тем, что полимерные полиэфирэфиркетонные композиции, получают из матричного промышленного полиэфирэфиркетона PEEK 450, являющийся продуктом поликонденсации 1,4-диоксибензола (гидрохинон, ГХН) и 4,4'-дифтордифенилкетона формулы:
наполненного аппретированными углеродными волокнами. В качестве аппрета используют состав, представляющий собой смесь аморфного эфирэфиркетона (АМЭЭК), растворимого в 2,2-дихлоруксусной кислоте (ДХУК), выделенного из приведенного выше полиэфирэфиркетона PEEK 450 и 1,3-бис(аминоформил)бензола (АФБ) в мас. %.
| Углеродное волокно | 95,5 |
| АМЭЭК | 1,0÷3,5 |
| АФБ | 3,5÷1,0 |
Количество аппретированного углеродного волокна в композиционном материале соответствует 10 масс. %. Такая обработка аппретирующим составом повышает смачиваемость наполнителя аппретирующим составом, дает возможность многократно проводить при необходимости термообработку получаемого изделия без изменения свойств аппрета.
Углеродный наполнитель покрывают аппретирующим составом путем обработки в 2,2-дихлоруксусной кислоте.
Полимерные полиэфирэфиркетонные композиции 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 0,35 дл/г, измеренной для 1 %-го раствора в концентрированной серной кислоте.
Ниже представлены примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон.
Пример 1. Получение аппретированного УВ с 1,0 масс. % АМЭЭК и 3,5 масс. % АФБ.
В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, подачей газообразного азота и прямым холодильником, помещают 23,875 г (95,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,25 г (1,0 масс. %) АМЭЭК и 0,875 г (3,5 масс. %) АФБ в 120 мл ДХУК (0,6 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 25°С - 10 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы по режиму: 40°С - 10 мин.; 50°С – 12 мин.; 60 °С - 12 мин.; 80 °С – 25 мин. Содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры, фильтруют через фильтр Шота с колбой Бунзена. Фильтрат убирают на регенерацию ДХУК, остаток на фильтре промывают дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90°С, 2 часа.
Пример 2. Получение УВ с 1,5 масс. % АМЭЭК и 3,0 масс. % АФБ.
В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, подачей газообразного азота и прямым холодильником, помещают 23,875 г (95,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,375 г (1,5 масс. %) АМЭЭК и 0,75 г (3,0 масс. %) АФБ в 120 мл ДХУК (0,6 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 25 °С - 10 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы по режиму: 40 °С - 10 мин.; 50 °С – 12 мин.; 60 °С - 12 мин.; 80 °С – 25 мин. Содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры, фильтруют через фильтр Шота с колбой Бунзена. Фильтрат убирают на регенерацию ДХУК, остаток на фильтре промывают дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90 °С, 2 часа.
Пример 3. Получение аппретированного УВ с 2,0 масс. % АМЭЭК и 2,5 масс. %АФБ.
В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, подачей газообразного азота и прямым холодильником, помещают 23,875 г (95,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,5 г (2,0 масс. %) АМЭЭК и 0,625 г (2,5 масс. %) АФБ в 120 мл ДХУК (0,6 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 25 °С - 10 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы по режиму: 40 °С - 10 мин.; 50 °С – 12 мин.; 60 °С - 12 мин.; 80 °С – 25 мин. Содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры, фильтруют через фильтр Шота с колбой Бунзена. Фильтрат убирают на регенерацию ДХУК, остаток на фильтре промывают дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90 °С, 2 часа.
Пример 4. Получение аппретированного УВ с 2,5 масс. % АМЭЭК и 2,0 масс. %АФБ.
В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, подачей газообразного азота и прямым холодильником, помещают 23,875 г (95,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,625 г (2,5 масс. %) АМЭЭК и 0,5 г (2,0 масс. %) АФБ в 120 мл ДХУК (0,6 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 25 °С - 10 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы по режиму: 40 °С - 10 мин.; 50 °С – 12 мин.; 60 °С - 12 мин.; 80 °С – 25 мин. Содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры, фильтруют через фильтр Шота с колбой Бунзена. Фильтрат убирают на регенерацию ДХУК, остаток на фильтре промывают дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90 °С, 2 часа.
Пример 5. Получение аппретированного УВ с 3,0 масс. % АМЭЭК и 1,5 масс. %АФБ.
В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, подачей газообразного азота и прямым холодильником, помещают 23,875 г (95,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,75 г (3,0 масс. %) АМЭЭК и 0,375 г (1,5 масс. %) АФБ в 120 мл ДХУК (0,6 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 25 °С - 10 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы по режиму: 40 °С - 10 мин.; 50 °С – 12 мин.; 60 °С - 12 мин.; 80 °С – 25 мин. Содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры, фильтруют через фильтр Шота с колбой Бунзена. Фильтрат убирают на регенерацию ДХУК, остаток на фильтре промывают дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90 °С, 2 часа.
Пример 6. Получение аппретированного УВ с 3,5 масс. % АМЭЭК и 1,0 масс. % АФБ.
В трехгорловую реакционную колбу, снабженную мешалкой, подачей газообразного азота и прямым холодильником, помещают 23,875 г (95,5 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,875 г (3,5 масс. %) АМЭЭК и 0,25 г (1,0 масс. %) АФБ в 120 мл ДХУК (0,6 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню, включают мешалку, подачу азота, и выдерживают при 25 °С - 10 минут. Затем, проводят нагревание содержимого колбы по режиму: 40 °С - 10 мин.; 50 °С – 12 мин.; 60 °С - 12 мин.; 80 °С – 25 мин. Содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры, фильтруют через фильтр Шота с колбой Бунзена. Фильтрат убирают на регенерацию ДХУК, остаток на фильтре промывают дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90 °С 2 часа.
Из аппретированных УВ и ПЭЭК получены полиэфирэфиркетонные композиции, содержащие 10 масс. % аппретированных смесью АМЭЭК и АФБ углеродных волокон.
В таблице 1 представлены составы реологические и физико-механические свойства с аппретированными углеродными волокнами полимерных полиэфирэфиркетонных композиций по примерам 1-6, обработанных различными количествами аппретирующего состава.
Таблица 1
| Состав | ПТР, г/10 мин |
Ар, кДж/м² 11 Дж с/н |
Еизг, МПа |
Ераст, ГПа | σраст, МПа |
σтек, МПа |
| РЕЕК 450 + 10 % УВ 0,2 мм неаппретированный | 4,46 | 8,65 | 5,9 | 4,74 | 105 | 110,3 |
| По примеру 1 | 5,82 | 9,45 | 5,93 | 5,07 | 112,3 | 114,5 |
| По примеру 2 | 5,95 | 10,61 | 5,93 | 5,16 | 114,4 | 115,8 |
| По примеру 3 | 6,24 | 12,23 | 5,95 | 5,22 | 115,6 | 116,2 |
| По примеру 4 | 6,59 | 12,55 | 5,96 | 5,28 | 116,9 | 117,4 |
| По примеру 5 | 6,82 | 12,84 | 5,98 | 5,36 | 118,7 | 119,7 |
| По примеру 6 | 6,76 | 12,77 | 6,12 | 5,27 | 116,8 | 116,5 |
где, Ар – ударная прочность с надрезом, Е изг – модуль упругости при изгибе, σраст и Ераст – разрушающее напряжение и модуль упругости при растяжении; σтек – предел текучести при растяжении.
Как видно из приведенных результатов, полимерные полиэфирэфиркетонные композиции, содержащие аппретированные УВ (№ 1-6), проявляют более высокие реологические и физико-механические свойства по сравнению с композитом, содержащим неаппретированное углеволокно.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении физико-механических свойств создаваемых полимерных полиэфирэфиркетонных композций за счет введения аппретирующего состава – аморфного эфирэфиркетона, растворимого в 2,2-дихлоруксусной кислоте, выделенного из промышленного полиэфирэфиркетона PEEK 450 и 1,3-бис(аминоформил)бензола, который повышает смачиваемость углеродного волокна, и увеличивает граничные взаимодействия между наполнителем и полиэфирэфиркетонной матрицей.
Claims (5)
1. Способ получения аппретированных углеродных волокон, предназначенных для конструкционных изделий в аддитивных технологиях, основанный на аппретировании углеродного волокна путем нанесения аппретирующего состава из раствора с последующей сушкой, в сушильном шкафу под вакуумом при 88-90 °С, отличающийся тем, что аппретирующий состав, представляющий собой смесь из аморфного эфирэфиркетона (АМЭЭК) и 1,3-бис(аминоформил)бензола (АФБ), наносят из раствора с массовой концентрацией 0,6 % в органическом растворителе – 2,2-дихлоруксусной кислоте, и проводят ступенчатый подъем температуры по режиму: 25 °С - 10 мин; 40 °С - 10 мин; 50 °С – 12 мин; 60 °С - 12 мин; 80 °С – 25 мин, причем количественное соотношение компонентов соответствует, мас. %:
2. Аппретированное углеродное волокно для конструкционных изделий в аддитивных технологиях, полученное способом по п. 1.
3. Полимерная полиэфирэфиркетонная композиция, предназначенная в качестве конструкционного полимерного материала при производстве изделий в аддитивных технологиях, содержащая полимерную матрицу на основе полиэфирэфиркетона и аппретированного углеродного волокна, отличающаяся тем, что используется аппретированное углеродное волокно по п. 2, причем количественное соотношение компонентов в полиэфирэфиркетонной композиции соответствует, мас. %:
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2796404C1 true RU2796404C1 (ru) | 2023-05-23 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2752625C1 (ru) * | 2020-03-18 | 2021-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения |
| 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 |
| RU2769396C1 (ru) * | 2020-11-19 | 2022-03-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ получения аппрета, аппретированный полиэфирэфиркетонный композит и способ его получения |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2752625C1 (ru) * | 2020-03-18 | 2021-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения |
| 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 |
| RU2769396C1 (ru) * | 2020-11-19 | 2022-03-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ получения аппрета, аппретированный полиэфирэфиркетонный композит и способ его получения |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Саламов А. Х. и др. Композиционные материалы на основе полиэфирэфиркетонов (ПЭЭК). Наука и образование. 2015. 145-150 с. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2744893C1 (ru) | Полимерная углеволоконная композиция и способ её получения | |
| RU2796404C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеволокон и полимерные композиции на их основе | |
| RU2793890C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полиэфирэфиркетонный композит на его основе | |
| RU2752625C1 (ru) | Полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения | |
| RU2793913C1 (ru) | Аппретированное углеродное волокно и полиэфирэфиркетонный композит на его основе | |
| RU2793760C1 (ru) | Аппретированное углеродное волокно и полиэфирэфиркетонный композиционный материал на его основе | |
| RU2798166C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеволокон и полиэфирэфиркетонные композиции на их основе | |
| RU2793864C1 (ru) | Углеволоконный полиэфирэфиркетонный композит и способ его получения | |
| RU2793888C1 (ru) | Полимерный композиционный материал на основе полиэфирэфиркетона и углеволокна и способ его получения | |
| RU2811391C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полиэфирэфиркетонные композиции | |
| RU2835691C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полиэфирэфиркетонная композиция | |
| RU2793886C1 (ru) | Полиэфирэфиркетонный углеволокнистый композиционный материал и способ его получения | |
| RU2811422C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полиэфирэфиркетонный композит | |
| RU2811395C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полиэфирэфиркетонный композиционный материал | |
| RU2798036C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеволокон и полиэфиримидные композиции | |
| RU2816425C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полимерный композиционный материал на его основе | |
| RU2802624C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полиэфирэфиркетонные композиционные материалы на их основе | |
| RU2850275C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полимерная композиция с полиэфирэфиркетоном | |
| RU2796835C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеволокон и полиэфиримидные композиции | |
| RU2793866C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и полиэфиримидный композит | |
| RU2802447C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиты на их основе | |
| RU2793762C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полиэфиримидный композиционный материал | |
| RU2769396C1 (ru) | Способ получения аппрета, аппретированный полиэфирэфиркетонный композит и способ его получения | |
| RU2811393C1 (ru) | Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиты с полиэфирэфиркетоном | |
| RU2841217C1 (ru) | Способ получения аппретированного углеволокна и полиэфиримидная композиция на его основе |