[go: up one dir, main page]

RU2802447C1 - Method for obtaining finished carbon fibres and composites based on them - Google Patents

Method for obtaining finished carbon fibres and composites based on them Download PDF

Info

Publication number
RU2802447C1
RU2802447C1 RU2022119177A RU2022119177A RU2802447C1 RU 2802447 C1 RU2802447 C1 RU 2802447C1 RU 2022119177 A RU2022119177 A RU 2022119177A RU 2022119177 A RU2022119177 A RU 2022119177A RU 2802447 C1 RU2802447 C1 RU 2802447C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polyetheretherketone
carbon fibre
carbon fiber
sizing
eppe
Prior art date
Application number
RU2022119177A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ауес Ахмедович Беев
Светлана Юрьевна Хаширова
Джульетта Анатольевна Беева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2802447C1 publication Critical patent/RU2802447C1/en

Links

Abstract

FIELD: carbon fibre production.
SUBSTANCE: invention is related to a method for producing finished carbon fibres and polyether ether ketone composites based on them. A method for obtaining finished carbon fibres intended for structural polymeric materials in additive technologies is described, based on finishing of carbon fibre by applying a finishing component from a solution, followed by drying, in an oven under vacuum at 85-86°C, characterized in that the sizing component is applied as solutions with a mass concentration of 0.23÷0.46% obtained by dissolving epoxypolyether (EPPE) based on epichlorohydrin and 1,3-dioxibenzene with a degree of polycondensation n=115-120 in an organic solvent in trichloromethane and a stepwise increase in temperature is carried out with simultaneous distillation of the solvent in the following way: 20°C - 11 min; 35°C - 11 min; 45°C - 11 min; 60°C - 10 min; 65°C - 20 min, and the quantitative ratio of the components corresponds to the following wt.%: carbon fibre 96-98; EPPE 4-2. A carbon fibre polyester ether ketone composite is also described, intended as a structural polymer material used for production of special-purpose products in additive technologies, containing a polymer matrix based on polyether ether ketone and finished carbon fibre, characterized in that it uses a finished carbon fibre obtained by the above method, and the ratio of components in polyetheretherketone composite corresponds to the following wt.%.: Polyetheretherketone 80, finished carbon fibre 20.
EFFECT: improving physical and mechanical properties of the created polyetheretherketone composite due to introduction of a sizing component that increases wettability of the filler and increases intermolecular interactions between carbon fibre and the polyetheretherketone matrix.
2 cl, 1 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к способу получения аппретированных углеродных волокон и композитам на их основе, и может быть использовано в качестве конструкционных полимерных материалов для производства изделий специального назначения в аддитивных технологиях. The invention relates to a method for producing finished carbon fibers and composites based on them, and can be used as structural polymer materials for the production of special-purpose products in additive technologies.

Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик углеволоконных полиэфирэфиркетонных композитов является покрытие аппретами 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 carbon fiber polyetheretherketone composites is to coat the surface of the carbon fiber with finishing agents, which makes it possible to modify the structure of the interfacial layer and increase intermolecular adhesive interactions at the polymer-filler interface.

Начало формыBeginning of the form

Известны полимерные композиционные материалы, содержащие полиэфиркетоны.Polymer composite materials containing polyether ketones are known.

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. Patent EP0224236A2 focuses on the creation of polymer compositions with improved chemical resistance and stable molding for injection molding that contain polyetheretherketone (PEK), (not polyetheretherketone (PEEK)), aromatic polysulfone, and fillers, including carbon fiber.

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.Patent EP0316681A2 also describes fibrous composite materials of polyethersulfone, polyetherketone (not polyetheretherketone) and carbon fiber. Both patents describe composites obtained from a mixture of two polymers - polyethersulfone, polyetherketone, filled with fibers. They do not provide information on the finishing of carbon fibers to obtain PCM with improved 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 оС), 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. In patent RU 2278126, publ. 06/20/2006, bulletin. No. 17 shows compositions used for stitching chains. This work proposes the use of a mixture of amine-terminated polyetheretherketone (non-PEEK) and anhydride-terminated copolymers of polyethersulfone (PES) and copolyetherethersulfone (PEES). The mixture is dissolved in a high-boiling solvent - N-methylpyrrolidone and carbon fibers are treated with it. The disadvantage of the solution is the use of a solvent with a high boiling point (203 o C), which is difficult to remove from the composition, and its residues at high operating temperatures of the products will lead to the appearance of bubbles in the castings, and as a result, to 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 sizing additives used in the creation of polymer composite materials are known from the prior art. Thus, the patent for invention RU 2057767 describes a polymer composite material, which includes a polysulfone polymer and carbon fibers. 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 from 49.5:49.5:1 to 49:49:2 in an amount of 0.52-5.0% of fiber mass with the following ratio of components, mass. %: carbon reinforcing fibers containing copolymer, 25-75; polysulfone matrix the rest. According to the authors of the invention, the use of the specified copolymer as a sizing layer makes it possible to increase the interlayer shear strength of polysulfone carbon plastics by 1.8-2.2 times. The main disadvantage of the proposed solution is the use of an aqueous medium to apply a mixture of monomers to the carbon tape. Since carbon fibers and tapes are hydrophobic, it is difficult to achieve uniform distribution of the aqueous solution of the monomer mixture. 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 environment will contribute to the accumulation of ions, which will worsen the dielectric properties of materials.

По патенту РФ № 2201423 получены полимерные композиции из полимерного связующего (аппрета) и стеклоткани или углеродного наполнителя. Сначала получают связующее - олигомер реакцией тетранитрила ароматической тетракарбоновой кислоты и ароматического бис-о-цианамина при температурах 170-180 °С. Связующее получается в виде порошка. Главным недостатком этого решения является сложность процесса получения связующего. При неполной конверсии мономеров во время синтеза, может происходить выделение побочных низкомолекулярных продуктов реакции во время совмещения связующего с наполнителем при повышенной температуре, следствием чего будет иметь место образование пустот в композиционном материале. Указанное приведет к ухудшению прочностных характеристик материала. Кроме этого, порошкообразные аппреты могут недостаточно равномерно покрывать поверхность наполнителя.According to RF patent No. 2201423, polymer compositions were obtained from a polymer binder (sizing agent) and fiberglass or carbon filler. First, a binder is obtained - an oligomer by the reaction of aromatic tetracarboxylic acid tetranitrile and aromatic bis-o-cyanamine at temperatures of 170-180 ° C. The binder is obtained in powder form. The main disadvantage of this solution is the complexity of the process of obtaining the binder. With incomplete conversion of monomers during synthesis, the release of by-products of low molecular weight reaction may occur during the combination of the binder with the filler at elevated temperatures, resulting in the formation of voids in the composite material. This will lead to a deterioration in the strength characteristics of the material. In addition, powdered sizing agents may not cover the surface of the filler evenly 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 according to US patent No. 4049613. To increase the wettability of carbon fiber by the polymer matrix, the authors propose keeping the filler in hot nitric acid for three days, which is technologically and economically unprofitable.

Известен 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.There is a known method for sizing carbon fiber according to RF patent No. 2054015 “Method for sizing carbon fiber for the production of polysulfone carbon fiber plastic.” According to the proposed method, the block copolymer is mixed with a solvent. A block copolymer consisting of bismethacryloyloxydiethylene glycol phthalate and bismethacryloyloxy-triethylene glycol phthalate units is used to impregnate the carbon filler, followed by drying to remove the solvent and polymerize the sizing film on the fiber, characterized in that mixing is carried out in water with simultaneous exposure to ultrasonic radiation at a frequency of 15 to 44 kHz and duration ness exposure from 5 to 14 minutes. The disadvantages of this method are the use of aqueous solutions of block copolymers to wet the hydrophobic surfaces of carbon fiber and the need for further polymerization on the surface of the filler. The consequence may be uneven wetting of the filler, and, consequently, a decrease in the properties of the resulting carbon fiber reinforced plastic.

Наиболее близким аналогом выступает способ аппретирования углеродного волокна по патенту РФ № 2744893. «Полимерная углеволоконная композиция и способ ее получения». В патенте предлагается использовать в качестве аппретирующего компонента углеродного волокна (углеволокна, УВ) использовать гидрохинон. Недостаткам предлагаемого решения является невысокая стабильность аппрета при повышенных температурах, что будет приводить к понижению эксплуатационных характеристик композиций.The closest analogue is the method of finishing carbon fiber according to RF patent No. 2744893. “Polymer carbon fiber composition and method for its production.” The patent proposes using hydroquinone as a sizing component for carbon fiber (carbon fiber, CF). The disadvantages of the proposed solution are the low stability of the sizing agent at elevated temperatures, which will lead to a decrease in the performance characteristics of the compositions.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения аппретированных углеродных волокон и полиэфирэфиркетонных композитов на их основе с более высокими значениями физико-механических показателей, на основе матричного полимера полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), наполненного аппретированным углеродным волокном.The objective of the present invention is to develop a method for producing finished carbon fibers and polyetheretherketone composites based on them with higher values of physical and mechanical properties, based on a polyetheretherketone (PEEK) matrix polymer filled with dressed carbon fiber.

Поставленная задача достигается тем, что полиэфирэфиркетонные композиты, наполненные углеродными волокнами, получают предварительной обработкой углеродного волокна аппретирующим компонентом, представляющим собой эпоксиполиэфир (ЭППЭ) на основе эпихлоргидрина и 1,3-диоксибензола со степенью полимеризации n = 115÷120: This task is achieved by the fact that polyetheretherketone composites filled with carbon fibers are obtained by pre-treating the carbon fiber with a sizing component, which is epoxy polyester (EPPE) based on epichlorohydrin and 1,3-dioxybenzene with a degree of polymerization n = 115÷120:

Матричный полимер – это полиэфирэфиркетон представляет собой промышленный полимер PEEK 450, являющийся продуктом поликонденсации 1,4-диоксибензола и 4,4'-дифтордифенилкетона формулы: The matrix polymer is polyetheretherketone, an industrial polymer PEEK 450, which is a polycondensation product of 1,4-dioxybenzene and 4,4'-difluorodiphenylketone with the formula:

При этом берут следующие соотношения (масс. %) компонентов в наполнителе (УВ+ЭППЭ):In this case, the following ratios (wt. %) of the components in the filler (HC + EPPE) are taken:

Углеродное волокноCarbon fiber 96 ÷ 9896 ÷ 98 ЭППЭEPPE 4 ÷ 24 ÷ 2

Количество аппретированного углеродного волокна в композиционном материале соответствует 20 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 finished carbon fiber in the composite material corresponds to 20 wt. %. Such treatment with a sizing composition increases the wettability of the filler with the sizing composition and makes it possible to repeatedly heat treat the resulting product, if necessary, without changing the properties of the sizing composition.

Углеродный наполнитель покрывают аппретирующим составом путем обработки трихлорметане, с последующим высушиванием до постоянной массы. The carbon filler is coated with a sizing composition by treatment with trichloromethane, followed by drying to constant weight.

Композиты 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 оС, 315 оС, 355 оС. Использованы углеродное волокно марки RK-306 (IFI Technical Production) и промышленный полиэфирэфиркетон марки PEEK 450 с приведенной вязкостью 0,37 дл/г, измеренной для 1 %-го раствора в концентрированной серной кислоте.The composites of the present invention are prepared by pre-mixing the polymer matrix and finished carbon fiber using a high-speed Multi function disintegrator VLM-40B homogenizer. Then the polymer mixture is extruded using a laboratory twin-screw extruder with three heating zones at processing temperatures of 200 o C, 315 o C, 355 o C. Carbon fiber grade RK-306 (IFI Technical Production) and industrial polyetheretherketone grade PEEK 450 with the given viscosity 0.37 dl/g, measured for a 1% solution in concentrated sulfuric acid.

Ниже представлены примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон. Below are examples illustrating the method of producing sintered carbon fibers.

Пример 1Example 1

В трехгорловую круглодонную колбу, снабженную прямым холодильником, устройством для подачи газообразного азота, нагревателем и механической мешалкой, помещают 24,5 г (98 масс. %) дискретного УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,5 г (2 масс. %) ЭППЭ в 145 мл трихлорметана (0,23 %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота и перемешивают в течение 11 мин при 20 °С. Далее проводят нагревание содержимого колбы и отгонку трихлорметана по режиму: 35 °С - 11 мин.; 45 °С - 11 мин.; 60 °С - 10 мин.; 65 °С - 20 мин.In a three-neck round-bottomed flask equipped with a direct refrigerator, a device for supplying nitrogen gas, a heater and a mechanical stirrer, place 24.5 g (98 wt.%) of discrete hydrocarbons with a fiber length of 0.2 mm and add the solution obtained by dissolving 0.5 g (2 wt.%) EPPE in 145 ml of trichloromethane (0.23% solution). Turn on the stirrer, nitrogen supply and stir for 11 minutes at 20 °C. Next, the contents of the flask are heated and trichloromethane is distilled off according to the following regime: 35 °C - 11 minutes; 45 °C - 11 min.; 60 °C - 10 min.; 65 °C - 20 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 85-86 оС, 2 часа.The dressed fiber is dried in a drying oven under vacuum at 85-86 o C for 2 hours.

Пример 2Example 2

В трехгорловую круглодонную колбу, снабженную прямым холодильником, устройством для подачи газообразного азота, нагревателем и механической мешалкой, помещают 24,375 г (97,5 масс. %) дискретного УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,625 г (2,5 масс. %) ЭППЭ в 145 мл трихлорметана (0,29 %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота и перемешивают в течение 11 мин при 20 °С. Далее проводят нагревание содержимого колбы и отгонку трихлорметана по режиму: 35 °С - 11 мин.; 45 °С - 11 мин.; 60 °С - 10 мин.; 65 °С - 20 мин.In a three-neck round-bottomed flask equipped with a direct refrigerator, a device for supplying nitrogen gas, a heater and a mechanical stirrer, place 24.375 g (97.5 wt%) of discrete hydrocarbons with a fiber length of 0.2 mm and add the solution obtained by dissolving 0.625 g (2 .5 wt.%) EPPE in 145 ml of trichloromethane (0.29% solution). Turn on the stirrer, nitrogen supply and stir for 11 minutes at 20 °C. Next, the contents of the flask are heated and trichloromethane is distilled off according to the following regime: 35 °C - 11 minutes; 45 °C - 11 min.; 60 °C - 10 min.; 65 °C - 20 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 85-86 оС, 2 часа.The dressed fiber is dried in a drying oven under vacuum at 85-86 o C for 2 hours.

Пример 3Example 3

В трехгорловую круглодонную колбу, снабженную прямым холодильником, устройством для подачи газообразного азота, нагревателем и механической мешалкой, помещают 24,25 г (97,0 масс. %) дискретного УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,75 г (3 масс. %) ЭППЭ в 145 мл трихлорметана (0,35 %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота и перемешивают в течение 11 мин при 20 °С. Далее проводят нагревание содержимого колбы и отгонку трихлорметана по режиму: 35 °С - 11 мин.; 45 °С - 11 мин.; 60 °С - 10 мин.; 65 °С - 20 мин.In a three-neck round-bottomed flask equipped with a direct refrigerator, a device for supplying nitrogen gas, a heater and a mechanical stirrer, place 24.25 g (97.0 wt%) of discrete hydrocarbons with a fiber length of 0.2 mm and add the solution obtained by dissolving 0. 75 g (3 wt.%) EPPE in 145 ml of trichloromethane (0.35% solution). Turn on the stirrer, nitrogen supply and stir for 11 minutes at 20 °C. Next, the contents of the flask are heated and trichloromethane is distilled off according to the following regime: 35 °C - 11 minutes; 45 °C - 11 min.; 60 °C - 10 min.; 65 °C - 20 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 85-86 оС, 2 часа.The dressed fiber is dried in a drying oven under vacuum at 85-86 o C for 2 hours.

Пример 4Example 4

В трехгорловую круглодонную колбу, снабженную прямым холодильником, устройством для подачи газообразного азота, нагревателем и механической мешалкой, помещают 24,125 г (96,5 масс. %) дискретного УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,875 г (3,5 масс. %) ЭППЭ в 145 мл трихлорметана (0,41 %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота и перемешивают в течение 11 мин при 20 °С. Далее проводят нагревание содержимого колбы и отгонку трихлорметана по режиму: 35 °С - 11 мин.; 45 °С - 11 мин.; 60 °С - 10 мин.; 65 °С - 20 мин.In a three-neck round-bottomed flask equipped with a direct refrigerator, a device for supplying nitrogen gas, a heater and a mechanical stirrer, place 24.125 g (96.5 wt%) of discrete hydrocarbons with a fiber length of 0.2 mm and add the solution obtained by dissolving 0.875 g (3 .5 wt.%) EPPE in 145 ml of trichloromethane (0.41% solution). Turn on the stirrer, nitrogen supply and stir for 11 minutes at 20 °C. Next, the contents of the flask are heated and trichloromethane is distilled off according to the following regime: 35 °C - 11 minutes; 45 °C - 11 min.; 60 °C - 10 min.; 65 °C - 20 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 85-86 оС, 2 часа.The dressed fiber is dried in a drying oven under vacuum at 85-86 o C for 2 hours.

Пример 5Example 5

В трехгорловую круглодонную колбу, снабженную прямым холодильником, устройством для подачи газообразного азота, нагревателем и механической мешалкой, помещают 24,0 г (96 масс. %) дискретного УВ с длиной волокон 0,2 мм и приливают раствор, полученный растворением 1,0 г (4 масс. %) ЭППЭ в 145 мл трихлорметана (0,46 %-й раствор). Включают мешалку, подачу азота и перемешивают в течение 11 мин при 20 °С. Далее проводят нагревание содержимого колбы и отгонку трихлорметана по режиму: 35 °С - 11 мин.; 45 °С - 11 мин.; 60 °С - 10 мин.; 65 °С - 20 мин.In a three-neck round-bottomed flask equipped with a direct refrigerator, a device for supplying nitrogen gas, a heater and a mechanical stirrer, place 24.0 g (96 wt.%) of discrete hydrocarbons with a fiber length of 0.2 mm and add the solution obtained by dissolving 1.0 g (4 wt.%) EPPE in 145 ml of trichloromethane (0.46% solution). Turn on the stirrer, nitrogen supply and stir for 11 minutes at 20 °C. Next, the contents of the flask are heated and trichloromethane is distilled off according to the following regime: 35 °C - 11 minutes; 45 °C - 11 min.; 60 °C - 10 min.; 65 °C - 20 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 85-86 оС, 2 часа.The dressed fiber is dried in a drying oven under vacuum at 85-86 o C for 2 hours.

Из аппретированных УВ и ПЭЭК получены полимерные композиты, содержащие 20 масс. % УВ (таблица 1).Polymer composites containing 20 wt.% were obtained from finished CF and PEEK. % HC (Table 1).

Таблица 1 Table 1

Свойства углеволокнистых полиэфирэфиркетонных композитовProperties of carbon fiber polyetheretherketone composites

СоставCompound Еизг,
МПа
E izg ,
MPa
σизг,
МПа
σ izg,
MPa
Ераст, ГПаE rise, GPa σраст,
МПа
σ rise,
MPa
ε, %ε, %
PEEK 450 + 20 % УВ 0,2 мм PEEK 450 + 20% HC 0.2 mm 13,613.6 240,6240.6 8,758.75 132,2132.2 3,73.7 По примеру1Following example1 13,8413.84 244,9244.9 9,249.24 139,6139.6 3,723.72 По примеру 2According to example 2 14,0614.06 248,7248.7 9,619.61 145,2145.2 3,763.76 По примеру 3According to example 3 14,1714.17 250,6250.6 9,759.75 147,3147.3 4,254.25 По примеру 4According to example 4 14,2714.27 252,4252.4 9,849.84 148,7148.7 4,534.53 По примеру 5According to example 5 14,2314.23 251,8251.8 9,829.82 148,3148.3 4,484.48

где, σизг и Еизг – разрушающее напряжение и модуль упругости при изгибе; σраст и Ераст – разрушающее напряжение и модуль упругости при растяжении, ε, % - относительное удлинение при растяженииwhere, σ bend and E bend are the breaking stress and elastic modulus in bending; σ grow and E grow - breaking stress and tensile modulus of elasticity, ε, % - relative tensile elongation

Приведенные в таблице данные показывают, что композиционные материалы, содержащие аппретированные УВ (примеры № 1-5), обладают более высокими значениями физико-механических свойств по сравнению с неаппретированным образцом (первая строка).The data presented in the table show that composite materials containing coated carbon fibers (examples No. 1-5) have higher values of physical and mechanical properties compared to the unfinished sample (first row).

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении физико-механических свойств создаваемых углеволоконных полиэфирэфиркетонных композитов за счет введения эпоксиполиэфира на основе эпихлоргидрина и 1,3-диоксибензола со степенью полимеризации n = 115÷120, который повышает смачиваемость углеродного волокна и увеличивает межмолекулярные взаимодействия между наполнителем и полиэфирэфиркетонной матрицей.The technical result of the present invention is to improve the physical and mechanical properties of the created carbon fiber polyetheretherketone composites due to the introduction of epoxy polyester based on epichlorohydrin and 1,3-dioxybenzene with a degree of polymerization n = 115÷120, which increases the wettability of carbon fiber and increases intermolecular interactions between the filler and polyetheretherketone matrix.

Claims (4)

1. Способ получения аппретированных углеродных волокон, предназначенных для конструкционных полимерных материалов в аддитивных технологиях, основанные на аппретировании углеродного волокна путем нанесения аппретирующего компонента из раствора с последующей сушкой, в сушильном шкафу под вакуумом при 85-86°С, отличающийся тем, что аппретирующий компонент наносят из растворов с массовой концентрацией 0,23÷0,46%, полученных растворением эпоксиполиэфира (ЭППЭ) на основе эпихлоргидрина и 1,3-диоксибензола со степенью поликонденсации n=115-120 в органическом растворителе в трихлорметане и проводят ступенчатый подъем температуры с одновременной отгонкой растворителя по режиму: 20°С - 11 мин; 35°С - 11 мин; 45°С - 11 мин; 60°С - 10 мин; 65°С - 20 мин, причем количественное соотношение компонентов соответствует в мас. %: 1. A method for producing sizing carbon fibers intended for structural polymer materials in additive technologies, based on sizing carbon fiber by applying a sizing component from a solution followed by drying in a drying oven under vacuum at 85-86°C, characterized in that the sizing component applied from solutions with a mass concentration of 0.23÷0.46%, obtained by dissolving epoxy polyether (EPPE) based on epichlorohydrin and 1,3-dioxybenzene with a degree of polycondensation n = 115-120 in an organic solvent in trichloromethane and carry out a stepwise increase in temperature with simultaneous distillation of the solvent according to the following mode: 20°C - 11 min; 35°C - 11 min; 45°C - 11 min; 60°C - 10 min; 65°C - 20 min, and the quantitative ratio of the components corresponds to wt. %: Углеродное волокноCarbon fiber 96 ÷ 9896 ÷ 98 ЭППЭEPPE 4 ÷ 24 ÷ 2
2. Углеволоконный полиэфирэфиркетонный композит, предназначенный в качестве конструкционного полимерного материала, используемого для производства изделий специального назначения в аддитивных технологиях, содержащий полимерную матрицу на основе полиэфирэфиркетона и аппретированного углеродного волокна, отличающийся тем, что используется аппретированное углеродное волокно, полученное способом по п. 1, причем количественное соотношение компонентов в полиэфирэфиркетонном композите соответствует в мас. %:2. Carbon fiber polyetheretherketone composite, intended as a structural polymer material used for the production of special-purpose products in additive technologies, containing a polymer matrix based on polyetheretherketone and coated carbon fiber, characterized in that coated carbon fiber is used, obtained by the method according to claim 1, wherein the quantitative ratio of the components in the polyetheretherketone composite corresponds to wt. %: ПолиэфирэфиркетонPolyetheretherketone 8080 Аппретированное углеродное волокноFinished carbon fiber 2020
RU2022119177A 2022-07-13 Method for obtaining finished carbon fibres and composites based on them RU2802447C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802447C1 true RU2802447C1 (en) 2023-08-29

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3041887B1 (en) * 2013-11-21 2019-03-20 EMS-Patent AG Carbon fiber reinforced plastic moldings
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
RU2744893C1 (en) * 2020-03-18 2021-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Polymer carbon fiber composition and method for its production
RU2770097C1 (en) * 2021-04-01 2022-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Polyphenylene sulphide compositions with finished glass fibres and method for production thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3041887B1 (en) * 2013-11-21 2019-03-20 EMS-Patent AG Carbon fiber reinforced plastic moldings
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
RU2744893C1 (en) * 2020-03-18 2021-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Polymer carbon fiber composition and method for its production
RU2770097C1 (en) * 2021-04-01 2022-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Polyphenylene sulphide compositions with finished glass fibres and method for production thereof

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
RU2802447C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and composites based on them
RU2811385C1 (en) Method for producing finished carbon fibers and polymer composites based on them
RU2712612C1 (en) Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon
RU2811393C1 (en) Method for producing sizing carbon fibers and polyether ether ketone compositions
RU2752625C1 (en) Polymer composite material based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production
RU2811391C1 (en) Method for producing coated carbon fibers and polyether ether ketone compositions
RU2811395C1 (en) Method for obtaining finished carbon fiber and polyetheretherketone composite material
RU2811422C1 (en) Method for obtaining finished carbon fiber and polyether ether ketone composite
RU2802624C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and polyether ether ketone composite materials based on them
RU2835691C1 (en) Method of producing coated carbon fibres and polyetheretherketone composition
RU2798166C1 (en) Method for obtaining treated carbon fibres and polyether ether ketone compositions based on them
RU2793913C1 (en) Dressed carbon fiber and polyesteretherketone composite based on it
RU2793890C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it
RU2850275C1 (en) Method of producing glazed carbon fibres and a polymer composition with polyether ether ketone
RU2793864C1 (en) Carbon fibre polyesteretherketone composite and method for its production
RU2793888C1 (en) Polymer composite material based on polyetheretherketone and carbon fiber and a method for its production
RU2752627C1 (en) Polymer composite based on polyesteresterketone and carbon fiber and a method for its production
RU2847493C2 (en) Method of producing glazed carbon fibres and polymer composite with polyetheretherketone
RU2803746C2 (en) Method for obtaining dressed carbon fibers and polymer composite
RU2769396C1 (en) Method of producing finishing agent, finished polyester-ether-ketone composite and method for production thereof
RU2816456C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2816425C1 (en) Method for obtaining sized carbon fibre and polymer composite based on it
RU2743995C1 (en) Polymer composite based on carbon fiber-reinforced polyetheretherketone and method for its production