Способ аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика

 

Сущность изобретения: способ аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика включает смещение с водой блоксополимера, состоящего из звеньев бисметакрилоило ксидиэтиленгликольфосфата и бисметакрилоилокситри этиленгликольфталата при воздействии ультразвукового излучения при частоте 15 - 44 кГц и длительности воздействия от 5 до 14 мин, пропитку углеродного наполнителя с последующей сушкой и полимеризацией. Предлагаемый способ позволяет получить экологически чистый аппрет, улучшить условия труда и исключить пожароопасность производства. 1 табл.

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, в частности к аппретированию углеродных наполнителей с целью повышения прочности и перерабатываемости углеродных волокон, а также улучшения совместимости последних со связующими и повышения физико-механических характеристик композиционных материалов.

Известен целый ряд способов аппретирования углеродных волокон с использованием различных полимеров и олигомеров (1). В некоторых случаях для аппретирования используют мономеры, способные заполнять поры и микротрещины волокна (2). Аппретирование осуществляется путем пропускания углеродного наполнителя через раствор аппретирующего состава. Однако не все аппреты отвечают предъявляемым требованиям, а именно растворяются в воде, обеспечивают хорошую смачиваемость углеродного наполнителя, образуя нелипкую пленку, обеспечивающую сохранность элементарных волокон и жгутов в процессе их переработки, снижают напряжение в зоне контакта связующее углеродный наполнитель, не снижая при этом тепло- и водостойкость композиционного материала.

Некоторые трудности возникают при выборе аппрета под полисульфоновую матрицу, имеющую высокую вязкость расплава, при отсутствии активных реакционноспособных групп.

Наиболее полно предъявляемым требованиям отвечает аппрет на основе блок-сополимера, состоящего из звеньев бисметакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокситриэтиленгликольфталата при соотношении указанных звеньев от 65:35 до 85:15, наносимый на углеродное волокно из раствора и ацетона (3).

Согласно ближайшему аналогу в полимерном композиционном материале углеродные волокна дополнительно содержат на поверхности от 3 до 5 (от массы волокна) аппретирующего состава из сополимера бисметакрилоилоксиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокситриэтиленгликольфталата при соотношении указанных звеньев от 65:35 до 85:15, наносимый из раствора в ацетоне.

Основным недостатком такого аппрета является наличие ацетона, ухудшающего условия работы и повышающего пожароопасность и токсичность производства.

Техническим результатом изобретения является изготовления экологически чистого аппрета, улучшение условий труда и исключение пожароопасности производства за счет использования воды в качестве растворителя.

Технический результат достигается тем, что в способе аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика, включающее смещение растворителя блок-сополимера, состоящего из звеньев бисметакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокситриэтиленгликольфталата, пропитку углеродного наполнителя с последующей сушкой для удаления растворителя и полимеризацией пленки аппрета на волокне, смешение осуществляют в воде с одновременным воздействием ультразвукового излучения при частоте от 15 до 44 кГц и длительности воздействия от 5 до 15 мин.

П р и м е р 1. Углеродные волокна, содержащие на поверхности 3,0% (от массы волокна) аппретирующего слоя из сополимера бисметакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокситриэтиленгликольфталата при соотношении звеньев 75: 25 соответственно получали пропиткой углеродных волокон водной эмульсией блок-сополимера, приготовленной с применением ультразвукового диспергатора с последующей полимеризацией пленки аппрета на поверхности волокна. Свойства углеродных волокон приведены в таблице.

Из приведенных данных следует, что использование ультразвукового излучения при изготовлении аппрета позволяет исключить применение органических растворителей при аппретировании углеродных волокон, при этом снижается токсичность и пожароопасность, значительно улучшаются условия труда, изготовленный при ультразвуковом воздействии аппрет стабилен при хранении, обеспечивает необходимую сохранность волокна при переработке. Воздействие ультразвукового излучения способствует получению аппрета в виде эмульсии с малым размером частиц блок-сополимера, соизмеримыми с размерами пор и микродефектов углеродного волокна в процессе аппретирования, увеличивая при этом прочность самого углеродного волокна и прочность композиционных материалов на основе аппретированных волокон и различных связующих.

Формула изобретения

СПОСОБ АППРЕТИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИСУЛЬФОНОВОГО УГЛЕПЛАСТИКА, включающий смешение с растворителем блок-сополимера, состоящего из звеньев бисметакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокситриэтиленгликольфталата, пропитку углеродного наполнителя с последующей сушкой для удаления растворителя и полимеризации пленки аппрета на волокне, отличающийся тем, что смешение осуществляют в воде с одновременным воздействием ультразвукового излучения при частоте 15 - 44 кГц и длительности воздействия 5 - 14 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1