RU2850275C1 - Method of producing glazed carbon fibres and a polymer composition with polyether ether ketone - Google Patents
Method of producing glazed carbon fibres and a polymer composition with polyether ether ketoneInfo
- Publication number
- RU2850275C1 RU2850275C1 RU2024138194A RU2024138194A RU2850275C1 RU 2850275 C1 RU2850275 C1 RU 2850275C1 RU 2024138194 A RU2024138194 A RU 2024138194A RU 2024138194 A RU2024138194 A RU 2024138194A RU 2850275 C1 RU2850275 C1 RU 2850275C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- carbon fiber
- finishing
- degree
- ether ketone
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения аппретированных углеродных волокон и полимерным композициям с полиэфирэфиркетоном и может быть использовано для производства изделий специального назначения в аддитивной технологии.The invention relates to a method for producing coated carbon fibers and polymer compositions with polyetheretherketone and can be used for the production of special-purpose products in additive technology.
Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик полиэфирэфиркетонных углеволокнистых композитов 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 characteristics of polyetheretherketone carbon fiber composites is to finish the surface of the carbon fiber, which allows modifying the structure of the interphase layer and increasing intermolecular adhesive interactions at the polymer-filler phase boundary.
Известны полимерные композиционные материалы, содержащие полиэфиркетоны.Polymer composite materials containing polyether ketones are known.
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 polyetheretherketone (PEC) (not polyetheretherketone (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.Patent EP 0316681 A2 also describes fiber composite materials made of polyethersulfone, polyetherketone (not polyetheretherketone), and carbon fiber. Both patents describe composites obtained from a blend of two polymers—polyethersulfone and polyetherketone—filled with fibers. They do not provide information on finishing the carbon fibers to produce PCMs with enhanced mechanical properties.
В патенте RU 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. 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. Patent RU 2278126, published June 20, 2006, Bulletin No. 17, describes compositions used for crosslinking chains. This work proposes using a blend of polyetheretherketone (not PEEK) with terminal amine groups and copolymers of polyethersulfone (PES) and copolyetherethersulfone (PEES) with terminal anhydride groups. The mixture is dissolved in a high-boiling solvent, N-methylpyrrolidone, and carbon fibers are treated with it. A 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. Its residues, at high operating temperatures, will lead to the formation of bubbles in the castings, resulting in a decrease in performance properties.
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.Various types of finishing additives used in the creation of polymer composite materials are known from the prior art. For example, patent RU 2057767 describes a polymer composite material comprising a polysulfone polymer and carbon fibers. The carbon fibers contain on the surface, as a finishing layer, a copolymer consisting of methacrylic acid units, diethylene glycol, and benzosulfonic acid in a molar ratio of 49.5:49.5:1 to 49:49:2 in an amount of 0.52-5.0% of the fiber weight with the following ratio of components, by weight: carbon reinforcing fibers containing the copolymer, 25-75; polysulfone matrix, the remainder. According to the inventors, the use of the said copolymer as a finishing layer allows for a 1.8-2.2-fold increase in the interlaminar shear strength of polysulfone carbon fiber-reinforced plastics. The main drawback of the proposed solution is the use of an aqueous medium to apply the monomer mixture to the carbon tape. Since carbon fibers and tapes are hydrophobic, achieving uniform distribution of the aqueous monomer mixture is difficult. Incomplete monomer conversion is also possible during polymerization, which can lead to the formation and release of water during other stages of polymer composite production, leading to pore formation and reduced strength. The presence of benzenesulfonic acid in the aqueous medium will promote ion accumulation, which will degrade the dielectric properties of the 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 Russian Patent No. 2201423, polymer composites were obtained from a polymer binder (sizing agent) and fiberglass or carbon filler. First, the binder (oligomer) is produced by reacting aromatic tetracarboxylic acid tetranitrile with aromatic bis-o-cyanamine at temperatures of 170-180°C. The binder is obtained in powder form. The main drawback of this solution is the complexity of the binder production process. If the monomers are not fully converted during synthesis, low-molecular-weight byproducts may be released during the combination of the binder and filler at elevated temperatures, resulting in the formation of voids in the composite material. This will lead to a deterioration in the strength properties of the material. Furthermore, powdered sizing agents may not coat the filler surface uniformly enough.
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.Polyetheretherketone composites are known from US Patent No. 4,049,613. To increase the wettability of carbon fiber by the polymer matrix, the authors propose soaking the filler in hot nitric acid for three days, which is unfavorable from a technological and economic standpoint.
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.The following patent describes a method for finishing carbon fiber, as described in Russian Patent No. 2054015, "Method for Finishing Carbon Fiber for the Production of Polysulfone Carbon Fiber Reinforced Plastic." The proposed method involves mixing a block copolymer with a solvent. The block copolymer, consisting of bismethacryloyloxy diethylene glycolphthalate and bismethacryloyloxy triethylene glycolphthalate units, is impregnated into a carbon filler, followed by drying to remove the solvent and polymerize the finishing film on the fiber. The method is distinguished by mixing in water while simultaneously exposed to ultrasonic radiation at a frequency of 15 to 44 kHz for a duration of 5 to 14 minutes. Disadvantages of this method include the use of aqueous solutions of block copolymers to wet the hydrophobic surfaces of the carbon fiber and the need for further polymerization on the filler surface. The consequence may be uneven wetting of the filler and, consequently, a decrease in the properties of the resulting carbon fiber.
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. The closest analogue is Russian Patent No. 2752625, "Polymer Composite Material Based on Polyetheretherketone and Carbon Fiber and a Method for its Production." Disadvantages of this patent include the relatively modest physical and mechanical properties of the composite materials and the lengthy process of producing the coated fibers.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения аппретированных углеродных волокон с меньшей длительностью процесса аппретирования, и полимерных композиций с полиэфирэфиркетоном с более высокими значениями физико-механических и реологических показателей, на основе матричного полимера полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), наполненного аппретированным углеродным волокном (УВ).The objective of the present invention is to develop a method for producing coated carbon fibers with a shorter coating process duration, and polymer composites with polyetheretherketone with higher values of physical, mechanical and rheological properties, based on a matrix polymer of polyetheretherketone (PEEK) filled with coated carbon fiber (CF).
Поставленная задача достигается тем, что аппретированные волокна получают путем обработки аппретирующим составом - смесью сополигидроксиэфира из 4,4'-диоксидифенилсульфона, 4,4'-диоксифталофенона, 3-хлор-1,2-эпоксипропана (СПГЭСФ) со степенью полимеризации n = 65÷70:The set task is achieved by the fact that the finished fibers are obtained by treatment with a finishing composition - a mixture of copolyhydroxyether from 4,4'-dioxydiphenylsulfone, 4,4'-dihydroxyphthalophenone, 3-chloro-1,2-epoxypropane (SPGESF) with a degree of polymerization n = 65÷70:
и сульфонолигомерного эфирэфиркетона на основе 4,4'-диоксидифенилсульфона и 4,4'-дифтордифенилкетона (СОЭЭК) со степенью поликонденсации n = 5÷7:and sulfonoligomeric etheretherketone based on 4,4'-dioxydiphenylsulfone and 4,4'-difluorodiphenylketone (SOEEK) with a degree of polycondensation n = 5÷7:
в смеси трихлорметана и 1,2-дихлорэтана при нагревании и воздействии ультразвука с рабочей частотой 46 кГц. in a mixture of trichloromethane and 1,2-dichloroethane upon heating and exposure to ultrasound with an operating frequency of 46 kHz.
Матричный полиэфирэфиркетон представляет собой промышленный полимер PEEK 450, являющийся продуктом поликонденсации 1,4-диоксибензола и 4,4'-дифтордифенилкетона формулы: The matrix polyetheretherketone is an industrial polymer PEEK 450, which is a product of polycondensation of 1,4-dihydroxybenzene and 4,4'-difluorodiphenylketone of the formula:
При этом берут следующие соотношения (масс. %) компонентов в наполнителе:In this case, the following ratios (mass %) of components in the filler are taken:
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. The amount of pre-treated carbon fiber in the composite material is 10% by weight. This treatment with a pre-treating compound increases the filler's wettability by the pre-treating compound and allows for repeated heat treatment of the resulting product, if necessary, without altering the properties of the pre-treating compound.
Аппретированные волокна получают путем обработки углеродного волокна аппретирующим составом в ультразвуковой ванне CD-4820 с рабочей частотой 46 кГц в смеси трихлорметана и 1,2-дихлорэтана.The finished fibers are obtained by treating carbon fiber with a finishing compound in a CD-4820 ultrasonic bath with an operating frequency of 46 kHz in a mixture of trichloromethane and 1,2-dichloroethane.
Полимерные композиции с полиэфирэфиркетоном 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), промышленный полиэфирэфиркетон марки PEEK 450 с приведенной вязкостью 0,33 дл/г, измеренной для 1%-го раствора в концентрированной серной кислоте, трихлорметан и 1,2-дихлорэтан марки «Ч».Polymer composites with polyetheretherketone according to the present invention are obtained by preliminary mixing of the polymer matrix and coated carbon fiber using a high-speed homogenizer Multi-function disintegrator VLM-40B. The polymer mixture is then extruded using a laboratory twin-screw extruder with three heating zones at processing temperatures of 200 °C, 315 °C, and 355 °C. The following were used: carbon fiber of the RK-306 brand (IFI Technical Production), industrial polyetheretherketone of the PEEK 450 brand with a reduced viscosity of 0.33 dl/g, measured for a 1% solution in concentrated sulfuric acid, trichloromethane, and 1,2-dichloroethane of the Ch grade.
Ниже представлены примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон. Below are examples illustrating the method for producing treated carbon fibers.
Пример 1. Получение аппретированного УВ с 0,5 масс. % СПГЭСФ и 2,5 масс. % СОЭЭК Example 1. Obtaining a finished hydrocarbon with 0.5 wt.% SPGESF and 2.5 wt.% SOEK
В трехгорловую реакционную колбу помещают 19,4 г (97,0 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,1 г (0,5 масс. %) СПГЭСФ и 0,5 г (2,5 масс. %) СОЭЭК в смеси 128 мл трихлорметана и 40 мл 1,2-дихлорэтана (0,25%-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку растворителей по режиму: 32 °С - 3 мин; 42 °С - 3 мин; 52 °С - 3 мин; 62 °С - 5 мин, 85 °С - 10 мин.In a three-necked reaction flask, 19.4 g (97.0 wt.%) of CF with a fiber length of 0.2 mm are placed and a solution obtained by dissolving 0.1 g (0.5 wt.%) of SPHESF and 0.5 g (2.5 wt.%) of SOEK in a mixture of 128 ml of trichloromethane and 40 ml of 1,2-dichloroethane (0.25% solution) is added. The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and held for 3 minutes. After this, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of nitrogen gas is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and the solvents are distilled off according to the following regime: 32 °C - 3 min; 42 °C - 3 min; 52 °C - 3 min; 62 °C - 5 min, 85 °C - 10 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 94÷95 °С, 85 мин.The finished fiber is dried in a drying oven under vacuum at 94÷95 °C for 85 min.
Пример 2. Получение аппретированного УВ с 1,0 масс. % СПГЭСФ и 2,0 масс. % СОЭЭК Example 2. Obtaining a finished hydrocarbon with 1.0 wt.% SPGES and 2.0 wt.% SOEK
В трехгорловую реакционную колбу помещают 19,4 г (97,0 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,2 г (1,0 масс. %) СПГЭСФ и 0,4 г (2,0 масс. %) СОЭЭК в смеси 128 мл трихлорметана и 40 мл 1,2-дихлорэтана (0,25%-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку растворителей по режиму: 32 °С - 3 мин; 42 °С - 3 мин; 52 °С - 3 мин; 62 °С - 5 мин, 85 °С - 10 мин.In a three-necked reaction flask, 19.4 g (97.0 wt.%) of CF with a fiber length of 0.2 mm are placed and a solution obtained by dissolving 0.2 g (1.0 wt.%) of SPHESF and 0.4 g (2.0 wt.%) SOEK in a mixture of 128 ml of trichloromethane and 40 ml of 1,2-dichloroethane (0.25% solution) is added. The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and held for 3 minutes. After this, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of nitrogen gas is turned on. The stirrer is turned on, the contents of the flask are heated and the solvents are distilled off according to the following regime: 32 °C - 3 min; 42 °C - 3 min; 52 °C - 3 min; 62 °C - 5 min, 85 °C - 10 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 94÷95 °С, 85 мин.The finished fiber is dried in a drying oven under vacuum at 94÷95 °C for 85 min.
Пример 3. Получение аппретированного УВ с 1,5 масс. % СПГЭСФ и 1,5 масс. % СОЭЭК Example 3. Obtaining a finished hydrocarbon with 1.5 wt.% SPGESF and 1.5 wt.% SOEK
В трехгорловую реакционную колбу помещают 19,4 г (97,0 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,3 г (1,5 масс. %) СПГЭСФ и 0,3 г (1,5 масс. %) СОЭЭК в смеси 128 мл трихлорметана и 40 мл 1,2-дихлорэтана (0,25%-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку растворителей по режиму: 32 °С - 3 мин; 42 °С - 3 мин; 52 °С - 3 мин; 62 °С - 5 мин, 85 °С - 10 мин.In a three-necked reaction flask, 19.4 g (97.0 wt.%) of CF with a fiber length of 0.2 mm are placed and a solution obtained by dissolving 0.3 g (1.5 wt.%) of SPHESF and 0.3 g (1.5 wt.%) of SOEK in a mixture of 128 ml of trichloromethane and 40 ml of 1,2-dichloroethane (0.25% solution) is added. The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and held for 3 minutes. After this, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, the contents of the flask are heated and the solvents are distilled off according to the following regime: 32 °C - 3 min; 42 °C - 3 min; 52 °C - 3 min; 62 °C - 5 min, 85 °C - 10 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 94÷95 °С, 85 мин.The finished fiber is dried in a drying oven under vacuum at 94÷95 °C for 85 min.
Пример 4. Получение аппретированного УВ с 2,0 масс. % СПГЭСФ и 1,0 масс. % СОЭЭК Example 4. Obtaining a finished hydrocarbon with 2.0 wt.% SPGES and 1.0 wt.% SOEK
В трехгорловую реакционную колбу помещают 19,4 г (97,0 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,4 г (2,0 масс. %) СПГЭСФ и 0,2 г (1,0 масс. %) СОЭЭК в смеси 128 мл трихлорметана и 40 мл 1,2-дихлорэтана (0,25%-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку растворителей по режиму: 32 °С - 3 мин; 42 °С - 3 мин; 52 °С - 3 мин; 62 °С - 5 мин, 85 °С - 10 мин.In a three-necked reaction flask, 19.4 g (97.0 wt.%) of CF with a fiber length of 0.2 mm are placed and a solution obtained by dissolving 0.4 g (2.0 wt.%) of SPGESF and 0.2 g (1.0 wt.%) SOEK in a mixture of 128 ml of trichloromethane and 40 ml of 1,2-dichloroethane (0.25% solution) is added. The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and held for 3 minutes. After this, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of nitrogen gas is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and the solvents are distilled off according to the following regime: 32 °C - 3 min; 42 °C - 3 min; 52 °C - 3 min; 62 °C - 5 min, 85 °C - 10 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 94÷95 °С, 85 мин.The finished fiber is dried in a drying oven under vacuum at 94÷95 °C for 85 min.
Пример 5. Получение аппретированного УВ с 2,5 масс. % СПГЭСФ и 0,5 масс. % СОЭЭК Example 5. Obtaining a finished hydrocarbon with 2.5 wt.% SPGES and 0.5 wt.% SOEK
В трехгорловую реакционную колбу помещают 19,4 г (97,0 масс. %) УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,5 г (2,5 масс. %) СПГЭСФ и 0,1 г (0,5 масс. %) СОЭЭК в смеси 128 мл трихлорметана и 40 мл 1,2-дихлорэтана (0,25%-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку растворителей по режиму: 32 °С - 3 мин; 42 °С - 3 мин; 52 °С - 3 мин; 62 °С - 5 мин, 85 °С - 10 мин.In a three-necked reaction flask, 19.4 g (97.0 wt %) of CF with a fiber length of 0.2 mm are placed and a solution obtained by dissolving 0.5 g (2.5 wt %) of SPGESF and 0.1 g (0.5 wt %) of SOEK in a mixture of 128 ml of trichloromethane and 40 ml of 1,2-dichloroethane (0.25% solution) is added. The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and held for 3 minutes. After this, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of nitrogen gas is turned on. The stirrer is turned on, the contents of the flask are heated and the solvents are distilled off according to the following regime: 32 °C - 3 min; 42 °C - 3 min; 52 °C - 3 min; 62 °C - 5 min, 85 °C - 10 min.
Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 94÷95 °С, 85 мин.The finished fiber is dried in a drying oven under vacuum at 94÷95 °C for 85 min.
Из аппретированных УВ и ПЭЭК получены углеволокнистые полимерные композиции с полиэфирэфиркетоном, содержащие 10 масс. % аппретированных смесью СПГЭСФ и СОЭЭК углеродных волокон.Carbon fiber polymer composites with polyetheretherketone containing 10 wt.% of carbon fibers coated with a mixture of SPGESF and SOEK were obtained from coated CF and PEEK.
В таблице 1 представлены составы и физико-механические свойства углеволокнистых полимерных композиций с полиэфирэфиркетоном по примерам 1-5, обработанных различными количествами аппретирующего состава. Table 1 presents the compositions and physical and mechanical properties of carbon fiber polymer composites with polyetheretherketone according to examples 1-5, treated with different amounts of finishing composition.
Таблица 1Table 1
Свойства углеволокнистых полимерных композиций с полиэфирэфиркетоном Properties of carbon fiber polymer composites with polyetheretherketone
11 Дж
с/нA p , kJ/m 2
11 J
s/n
где ПТР - показатель текучести расплава, Ар - ударная прочность с надрезом, Еизг - модуль упругости при изгибе, Ераст - модуль упругости при растяжении, σраст - предел прочности при растяжении, σтек - предел текучести при растяжении.where MFI is the melt flow index, A p is the notched impact strength, Ebend is the modulus of elasticity in bending, Estr is the modulus of elasticity in tension, σstr is the ultimate tensile strength, σtek is the yield strength in tension.
Как видно из приведенных данных, полимерные композиции с полиэфирэфиркетоном, содержащие аппретированные углеродные волокна, (№ 1-5), проявляют более высокие физико-механические и реологические свойства по сравнению с композицией, содержащей неаппретированное углеродное волокно (первая строка таблицы).As can be seen from the data provided, polymer compositions with polyetheretherketone containing coated carbon fibers (No. 1-5) exhibit higher physical, mechanical and rheological properties compared to a composition containing uncoated carbon fiber (first row of the table).
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в уменьшении длительности процесса аппретирования углеволокон и улучшении физико-механических и реологических свойств создаваемой полимерной композиции с полиэфирэфиркетоном за счет введения аппретирующего состава - сополигидроксиэфира из 4,4'-диоксидифенилсульфона, 4,4'-диоксифталофенона, 3-хлор-1,2-эпоксипропана со степенью полимеризации n = 65÷70, и сульфонолигомерного эфирэфиркетона на основе 4,4'-диоксидифенилсульфона и 4,4'-дифтордифенилкетона со степенью поликонденсации n = 5÷7, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает граничные взаимодействия между углеродным наполнителем и полиэфирэфиркетонной матрицей. The technical result of the proposed invention consists in reducing the duration of the carbon fiber finishing process and improving the physical, mechanical and rheological properties of the created polymer composition with polyetheretherketone due to the introduction of a finishing composition - a copolyhydroxyether from 4,4'-dioxydiphenylsulfone, 4,4'-dioxyphthalophenone, 3-chloro-1,2-epoxypropane with a degree of polymerization n = 65÷70, and a sulfonoligomeric etheretherketone based on 4,4'-dioxydiphenylsulfone and 4,4'-difluorodiphenylketone with a degree of polycondensation n = 5÷7, which increases the wettability of the filler and increases the boundary interactions between the carbon filler and the polyetheretherketone matrix.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2850275C1 true RU2850275C1 (en) | 2025-11-07 |
Family
ID=
Citations (4)
| 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 |
| WO2014202673A1 (en) * | 2013-06-21 | 2014-12-24 | Solvay Specialty Polymers Usa, Llc | Reinforced compositions |
| RU2741505C1 (en) * | 2020-03-16 | 2021-01-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Polyether ether ketone carbon-fiber composite and method for production thereof |
| RU2752625C1 (en) * | 2020-03-18 | 2021-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Polymer composite material based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production |
Patent Citations (4)
| 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 |
| WO2014202673A1 (en) * | 2013-06-21 | 2014-12-24 | Solvay Specialty Polymers Usa, Llc | Reinforced compositions |
| RU2741505C1 (en) * | 2020-03-16 | 2021-01-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Polyether ether ketone carbon-fiber composite and method for production thereof |
| RU2752625C1 (en) * | 2020-03-18 | 2021-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) | Polymer composite material based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production |
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 | |
| RU2850275C1 (en) | Method of producing glazed carbon fibres and a polymer composition with polyether ether ketone | |
| RU2752625C1 (en) | Polymer composite material based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production | |
| RU2835691C1 (en) | Method of producing coated carbon fibres and polyetheretherketone composition | |
| RU2847493C2 (en) | Method of producing glazed carbon fibres and polymer composite with polyetheretherketone | |
| RU2836913C1 (en) | Method of producing finished carbon fibres and polymer composite material | |
| RU2793890C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it | |
| RU2798166C1 (en) | Method for obtaining treated carbon fibres and polyether ether ketone compositions based on them | |
| RU2811395C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fiber and polyetheretherketone composite material | |
| RU2811391C1 (en) | Method for producing coated carbon fibers and polyether ether ketone compositions | |
| RU2802624C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fibres and polyether ether ketone composite materials based on them | |
| RU2811385C1 (en) | Method for producing finished carbon fibers and polymer composites based on them | |
| RU2802447C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fibres and composites based on them | |
| RU2793864C1 (en) | Carbon fibre polyesteretherketone composite and method for its production | |
| RU2811422C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fiber and polyether ether ketone composite | |
| RU2811393C1 (en) | Method for producing sizing carbon fibers and polyether ether ketone compositions | |
| RU2793913C1 (en) | Dressed carbon fiber and polyesteretherketone composite based on it | |
| RU2796404C1 (en) | Method for obtaining treated carbon fibres and polymer compositions based on them | |
| RU2816425C1 (en) | Method for obtaining sized carbon fibre and polymer composite based on it | |
| RU2757922C2 (en) | Carbon fiber polymer composite material based on polyesteresterketone and a method for its preparation | |
| RU2793886C1 (en) | Polyetheretherketone carbon fiber composite material and method for its production | |
| RU2816456C1 (en) | Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them | |
| RU2793760C1 (en) | Dressed carbon fibre and polyetheretherketone composite material based on it | |
| RU2793888C1 (en) | Polymer composite material based on polyetheretherketone and carbon fiber and a method for its production |