СПОСОБ ОБРАБОТКИ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА АППРЕТИРУЮЩИМ СОСТАВОМ, СОВМЕСТИМЫМ С ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМИ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫМИ СВЯЗУЮЩИМИ Российский патент 2024 года по МПК D06M101/40 D06M10/02 D06M15/59 D06M23/10 

Область техники

Изобретение относится к способам обработки углеродного волокна высокотемпературными аппретирующими составами и может быть использовано для получения углеродного волокна с улучшенными физико-механическими свойствами и композиционных материалов на его основе, которые могут быть использованы в различных областях промышленности для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию повышенных температур.

Уровень техники

Углеродное волокно (УВ) широко применяется в качестве армирующего материала в композитах. Так как УВ хрупкое, при механическом воздействии, возникающем в ходе технологических процессов, возможны излом и пушение филаментов (RU 2670868, МПК D06M 15/00, D06M 23/10, D06M 101/00, 25.10.2018).

Кроме того, изначально поверхность волокна неполярна, тогда как полимерная матрица композиционного материала обычно проявляет полярный характер. Поэтому прочность межфазных связей между УВ и матрицей является низкой, что препятствует достижению идеальных физико-механических свойств композитов.

Снижения хрупкости УВ и получения высокой прочности адгезионного соединения «волокно-матрица» можно достичь путем специальной поверхностной обработки УВ. Многочисленные методы обработки поверхности УВ, такие, как химическое или электрохимическое окисление, обработка озоном, нанесение полимерного или металлического покрытия и плазменная обработка, используются для увеличения количества поверхностных функциональных групп и межфазной адгезии между УВ и полимерной матрицей (Yao S. S. et al. Recent advances in carbon-fiber-reinforced thermoplastic composites: A review // Composites Part B: Engineering. 2018. V. 142. P.241-250.).

Наиболее технологичным методом поверхностной обработки УВ является метод обработки различными аппретирующими составами. Подбор аппрета основывается на природе полимерной матрицы пропитывающего состава или мономера.

Известен способ аппретирования углеродных волокон с использованием одного или смеси нескольких фталонитрильных мономеров, позволяющий за счет улучшения адгезии аппретированного волокна со связующими получить материал, сохраняющий свои механические свойства при высоких температурах (до 450°С) (RU 2694030, МПК C08J 5/06, C08J 5/24, D06M 13/07, C08L 79/08, C08K 7/02, 08.07.2019).

Известен способ получения аппретированных углеродных волокон, предназначенных для конструкционных полимерных материалов, основанных на аппретировании углеродного волокна путем нанесения аппретирующего состава из раствора с последующей сушкой, отличающийся тем, что аппретирующий состав наносят из раствора с массовой долей 0,4% в органических легколетучих растворителях и проводят ступенчатый подъем температуры с одновременной отгонкой растворителя по режиму: 45°С - 20 мин; 55°С - 20 мин; 65°С - 20 мин; 70°С - 30 мин; 80°С - 30 мин, причем количественное соотношение компонентов соответствует в масс. %: углеродное волокно 97,5; дифенилолпропан 2,46÷2,08; 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол 0,04÷0,42. Изобретение позволяет повысить смачиваемость наполнителя и увеличить взаимодействие между наполнителем и полиэфиримидной матрицей. (RU 2712612, МПК C08J 5/06, 29.01.2020).

Однако при использовании высокотемпературных термопластов для пропитки углеродного волокна возникают сложности с подбором аппретирующего состава. Для полиимидов (ПИ), полиэфиркетона (ПЭЭК) и других высокотемпературных термопластов, функциональные группы, образованные традиционными эпоксисовместимыми аппретирующими составами, не вступают в химическое взаимодействие с этими полимерами и дают низкие значения межфазного сдвига.

Более того, для композитов, образованных полиимидами или ПЭЭК, высокие температуры при производстве или продолжительное использование в условиях высоких температур приводит к деструкции эпоксидной склейки и, следовательно, к ослаблению сцепления волокна с матрицей и образования пустот и расслаивания. Все эти наблюдения подтверждают важность разработок такого аппретирующего состава, который возможно применять в условиях высоких температур для высокотемпературных матриц. С практической точки зрения составы должны быть легки в использовании, нетоксичны и безопасны для окружающей среды.

Одним из подходов получения аппретирующего состава, совместимого с высокотемпературными полимерными матрицами, является изготовление водных дисперсий на основе высокотемпературных термопластов.

Известен способ нанесения проклеивающего состава на углеродное волокно и минимизации образования паров растворителя, включающий стадии: объединения полимера со смешивающимся с водой растворителем с получением проклеивающей композиции, при этом указанный полимер растворяется в указанной проклеивающей композиции, и при этом указанный полимер выбран из: простого полиэфирсульфона, полиэфиркетона, бис-А-эпоксида, бис-Б-эпоксида, сложного феноксиэфира, сложного фенольного эфира, сложного винилового эфира, бисмалеимида (BMI), полиимида, полиамидоимида, диглицидилового эфира бис-фенол-А-эпоксида, каучука со структурой ядро/оболочка, антраценового эпоксида, нафталинового эпоксида, новолачного эпоксида, трифункционального эпоксида, тетрафункционального эпоксида и их комбинаций; нанесения проклеивающей композиции на по меньшей мере одно волокно с обеспечением тем самым по меньшей мере частичного покрытия по меньшей мере одного волокна полимером в указанной проклеивающей композиции; коагуляции полимера на указанном по меньшей мере одном волокне; удаления смешивающегося с водой растворителя с указанного по меньшей мере одного волокна; и по меньшей мере частичной сушки волокна после удаления смешивающегося с водой растворителя; причем на стадии по меньшей мере частичной сушки по существу не образуется паров растворителя. Коагуляция полимера и удаление смешивающегося с водой растворителя дополнительно включает нанесение воды на по меньшей мере одно волокно с покрытием. Смешивающийся с водой растворитель выбран из диметилсульфоксида (DMSO),N-метил-2-пирролидона (NMP), диметилформамида (DMF), гексаметилфосфорамида (НМРА), ацетона, метилэтилкетона, бутанона, метилового спирта, этилового спирта, изопропилового спирта, бутилового спирта, дихлорметана, хлороформа, тиоцианата натрия и хлорида цинка, при этом не используют поверхностно-активное вещество (RU 2670868, МПК D06M 15/00, D06M 23/10, D06M 101/00, 25.10.2018).

Описаны водные дисперсии на основе полиэфиримида (ПЭИ) для улучшения границы раздела между углеродными волокнами и термопластичной матрицей (ПЭЭК) (Giraud I. et al. Preparation of aqueous dispersion of thermoplastic sizing agent for carbon fiber by emulsion/solvent evaporation // Applied Surface Science. 2013. V. 266. P. 94-99.).

Известен способ получения полимерных дисперсий на основе полиэфиримида, поликарбоната или комбинации, содержащей по меньшей мере одно из вышеперечисленного, характеризующийся получением раствора полиэфиримида, поликарбоната или их смеси в первом растворителе и объединении полученного раствора с водным раствором, содержащим ПАВ, с последующим удалением первого растворителя и образованием дисперсии, включающей в себя 25-40% масс, полимера, где полимерные частицы имеют средний размер частиц (D₅₀) 5-20 мкм. При этом полиэфиримид обязательно включает в себя алифатический фрагмент, содержащий 2-20 алкильных групп - CH₂-. При этом первый растворитель включает дихлорметан, хлороформ, дихлорэтан или комбинацию, включающую по меньшей мере один из вышеперечисленных, предпочтительно дихлорметан; а также водный растворитель - воду (WO 2017003809, МПК C08J 3/07, C08G 64/12, C08G 73/10, C09D 169/00, C09D 179/08, 05.01.2017).

Недостатками известных способов являются, во-первых, использование при получении аппретов термически нестойких компонентов - большого количества ПАВ, термически нестойких полимеров или полимеров, содержащих алифатические фрагменты, которые не подходят для обработки волокна, в дальнейшем используемого при получении композиционных материалов на основе суперконструкционных полимеров для использования в высокотемпературных процессах, так как в этом случае начинается термическое разложение аппрета, которое может сопровождаться выделением газообразных продуктов термического распада, что будет приводить к дефектам, пустотам и полостям в конечном композите и, как следствие, снижению его прочности. Во-вторых, водные суспензии органических веществ с малыми размерами частиц (D₅₀ меньше или равный 20 мкм), имеют тенденцию к агломерированию с течением времени за счет межмолекулярного воздействия нехимической природы с образованием крупноразмерной фракции (D₅₀ более 100 мкм), что приводит к нарушению равномерности аппретирования углеродного волокна и ухудшению его технологических характеристик. В-третьих, использование суспензий на основе полиэфиримидов без дополнительных компонентов часто приводит к получению чрезмерно мягкого волокна, которое легко повреждается и рвется даже при высоких концентрациях аппретирующих составов.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема, на решение которой направлено данное изобретение, - создание способа обработки углеродного волокна аппретирующим составом, совместимым с высокотемпературными термопластичными связующими, который может быть использован для получения углеродного волокна с улучшенными физико-механическими свойствами и композиционных материалов на его основе, которые могут быть использованы в различных областях промышленности для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию повышенных температур.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении прочности адгезионного соединения «волокно-матрица» и улучшение технологических характеристик волокна за счет использования эффективного аппретирующего состава на основе смеси полиэфиримида и полиамидокислоты, компоненты которого имеют высокое сродство к суперконструкционным термопластам, повышающим прочность адгезии между углеродным волокном и суперконструкционной высокотемпературной полимерной матрицей, а также использованием непрерывного воздействия ультразвуком в процессе нанесения аппретирующего состава на углеродное волокно.

Технический результат достигается за счет способа обработки углеродного волокна аппретирующим составом, совместимым с высокотемпературными термопластичными связующими, включающего получение аппретирующего состава путем подготовки растворов полиэфиримида в хлороформе в массовом соотношении 1:(4-6) и полиамидокислоты в хлороформе в массовом соотношении 1:(13-20), объединение раствора, используя механический гомогенизатор, в течение 25-30 мин, прибавляя к раствору 0,35-0,40 мас. % пеногасителя и 0,85-1,30 мас. % смеси анионного и неионогенного ПАВ в соотношении (8-11):1, добавление воды в массовом соотношении «полиэфиримид: вода», равном 1:(10-13), перенос в ультразвуковой гомогенизатор, в котором выдерживают в течение 11-15 мин, варьируя высокочастотную мощность следующей последовательностью: не менее 5 мин при 160 Вт, охлаждением до 20°С, паузой не менее 5 мин., повторной обработкой при 240 Вт не менее 1 мин, остановкой не менее 2 мин, обработкой в течении 1 мин при 320 Вт и 2 мин обработкой при 40 Вт, затем перенос в круглодонную колбу, с отгонкой хлороформа на вакуумно-роторном испарителе при давлении 500-530 мБар и температуре 38-40°С, с последующем разбавлением полученной суспензии водой до необходимой концентрации, и аппретировании углеродного волокна полученной суспензией непрерывно воздействуя на аппрет и обрабатываемое волокно ультразвуком, при этом раствор полиамидокислоты готовят, растворяя эквимолярные количества не содержащего алифатические фрагменты диангидрида ароматической карбоновой кислоты и ароматического диамина в хлороформе и выдерживая полученный раствор полиамидокислоты не менее 8 часов.

Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что:

- повышается равномерность распределения аппрета на углеродном волокне;

- повышается адгезия на границе раздела фаз углеродное волокно/полимерное связующее;

- повышается технологичность обработанного углеродного волокна, что облегчает его дальнейшую переработку.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1. Показано распределение размеров частиц в аппретирующей суспензии и снимки СЭМ волокна, аппретированного суспензией из Примера 1 без обработки УЗ (сверху) и с обработкой УЗ (снизу) в процессе аппретирования

На фиг. 2. Показано распределение размеров частиц в аппретирующей суспензии и снимки СЭМ волокна, аппретированного суспензией из Примера 2 без обработки УЗ (сверху) и с обработкой УЗ (снизу) в процессе аппретирования

Осуществление и примеры реализации

Ниже приведен пример конкретного выполнения устройства, который не ограничивает варианты его исполнения.

Сущность предлагаемого способа обработки углеродного волокна аппретирующим составом, совместимым с высокотемпературными термопластичными связующими заключается в том, что вначале получают аппретирующий состав путем подготовки растворов полиэфиримида (ПЭИ) в хлороформе в массовом соотношении 1:(4-6) и полиамидокислоты (ПАК) в хлороформе в массовом соотношении 1:(13-20). Раствор полиамидокислоты готовят, растворяя эквимолярные количества не содержащего алифатические фрагменты диангидрида ароматической карбоновой кислоты и ароматического диамина в хлороформе и выдерживая полученный раствор полиамидокислоты не менее 8 часов. Концентрация растворов выбирается таким образом, чтобы обеспечить растворимость компонентов в минимально возможном количестве хлороформа (в том числе и после объединения растворов) для минимизации использования органического растворителя. Затем объединяют растворы, используя механический гомогенизатор, смесь гомогенизируют в течение 25-30 мин, прибавляя к раствору 0,35-0,40 мас. % пеногасителя и 0,85-1,30 мас. % смеси анионного и неионогенного ПАВ в соотношении (8-11):1. Выбранный диапазон концентрации ПАВ и пеногасителя, с одной стороны, обеспечивает эффективную стабилизацию суспензии, с другой - сохраняется достаточно низкая концентрация ПАВ, благодаря чему при последующем использовании аппретированного волокна в высокотемпературных процессах не происходит заметного выброса газообразных продуктов разложения ПАВ. Ниже указанных концентраций наблюдается нестабильность аппретирующей суспензии, сопровождающаяся оседанием частиц. Затем к смеси прибавляют воду в массовом соотношении «полиэфиримид: вода», равном 1:(10-13). Выбранное количество воды обеспечивает полное осаждение частиц ПЭИ и ПАК из раствора в хлороформе в суспензию, точное количество определяется химической природой ПАК. Затем переносят в ультразвуковой гомогенизатор, где выдерживают в течение 11-15 мин, варьируя высокочастотную мощность при этом необходимы паузы между обработками, что бы суспензия не перегревалась, затем смесь переносят в круглодонную колбу, отгоняют хлороформ на вакуумно-роторном испарителе при давлении 500-530 мБар и температуре 38-40°С, после чего разбавляют полученную суспензию водой до необходимой концентрации, затем полученной суспензией аппретируют углеродное волокно, при этом непрерывно воздействуя на аппрет и обрабатываемое волокно ультразвуком.

Подход к созданию аппретирующего состава заключается в приготовлении водной суспензии смеси полимеров, которая имеет высокое сродство к ПЭЭК и другим суперконструкционным полимерам и, кроме того, отличающегося достаточной термостойкостью. В связи с этим, вначале получают аппретирующий состав путем подготовки растворов полиэфиримида в хлороформе в массовом соотношении 1:(4-6) и полиамидокислоты в хлороформе в массовом соотношении 1:(13-20). Раствор полиамидокислоты готовят, растворяя эквимолярные количества не содержащего алифатические фрагменты диангидрида ароматической карбоновой кислоты и ароматического диамина в хлороформе и выдерживая полученный раствор полиамидокислоты не менее 8 часов. Диангидрид ароматической карбоновой кислоты может быть выбран из списка, но не ограничивается им: пиромеллитовый диангидрид, диангидрид 3-фенилбензол-1,2,4,5-тетракарбоновой кислоты, диангидрид дифенил-3,3',4,4'-тетракарбоновой кислоты, диангидрид 3,3'4,4'-бензофенонтетракарбоновой кислоты, диангидрид нафталин-2,3,6,7-тетракарбоновой кислоты, диангидрид дифенилоксид-3,3',4,4'-тетракарбоновой кислоты. При этом ароматический диамин может быть выбран из списка, но не ограничивается им: 4'-диаминодифенил (бензидин), 4,4' оксидианилин, 4,4'-сульфодианилин, 4,4' диаминодифенилментан, 1,4-фенилендиамин.

Это приводит к достижению заявленного технического результата -повышению прочности адгезионного соединения «волокно-матрица» и улучшение технологических характеристик волокна.

Для равномерного распределения компонентов смеси в аппретирующем составе ее гомогенизируют в механическом гомогенизаторе в течение 20-30 мин, прибавляя к раствору 0,35-0,40 мас. % пеногасителя и 0,85-1,30 мас. % смеси анионного и неионогенного ПАВ в соотношении (8-11):1. Затем прибавляют воду в массовом соотношении «полиэфиримид: вода», равном 1:(10-13). Для повышения однородности смеси, ее переносят в ультразвуковой гомогенизатор, где выдерживают в течение 11-15 мин, варьируя высокочастотную мощность.

Затем смесь переносят в круглодонную колбу и отгоняют хлороформ на вакуумно-роторном испарителе при давлении 500-530 мБар и температуре 38-40°С. Полученный продукт может быть разбавлен водой до достижения нужной концентрации аппретирующего агента. Применение полученного продукта для аппретирования углеродного волокна приводит к достижению заявленного технического результата - повышению прочности адгезионного соединения «волокно-матрица» и улучшение технологических характеристик волокна.

Полученный аппрет переносят в пропиточную ванну, снабженную У3-диспергатором и ведут пропитку при непрерывной обработке ультразвуком на низкой или средней мощности. Применение предложенной технологии позволяет избежать образования агломератов частиц суспензии и появления крупноразмерной фракции, что приводит к достижению заявленного технического результата - повышению прочности адгезионного соединения «волокно-матрица» и улучшение технологических характеристик волокна.

Примеры осуществления

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1. 38,5 г коммерчески доступного полиэфиримида (Ultem-1000) растворяли в 175 г хлороформа. 4,9 г (24,5 ммоль) 4,4'-оксидианилина растворяли в 175 г хлороформа и прибавляли 5,3 г (24,5 ммоль) пиромеллитового диангидрида, выдерживали полученный раствор в течении 8 часов. Объединяли полученные растворы при воздействии механического гомогенизатора WiseTis Homogenizer HG-15A со скоростью 5000 об/мин. Гомогенизировали полученную смесь в течение 30 мин, прибавляя к ней 1,6 г пеногасителя ПЕНТА-4604, а также смесь ПАВ: 4,10 г анионогенного и 0,46 г неионогенного ПАВ. После прибавления ПАВ, продолжая гомогенизацию, по каплям (4-5 капель в секунду) прибавляли к смеси 500 г воды. После прибавления воды меняли механический гомогенизатор на ультразвуковой диспергатор Bandelin UW 3400 и обрабатывали смесь в течение 5 мин (ВЧ мощность 160 Вт), охлаждая при помощи водяной бани до 20°С. Далее прерывали обработку на 5 мин и, затем, обрабатывали повторно в течение 1 мин (ВЧ мощность 240 Вт), затем снова останавливали обработку на 2 мин, обрабатывали повторно в течение 1 мин при ВЧ мощности 320 Вт и 2 мин при ВЧ мощности 40 Вт. Полученную эмульсию переносили в круглодонную колбу и отгоняли хлороформ на вакуумно-роторном испарителе при давлении 500 мБар и температуре водяной бани 40°С. К полученной суспензии Ultem-1000 в воде при гомогенизации прибавляли воду до достижения нужной концентрации аппретирующего агента.

Пример 2. 50 г товарного полиэфиримида (Ultem-1000) растворяли в 300 г хлороформа. 2,1 г (19,4 ммоль) и 1,4-фенилендиамина растворяют в 150 г хлороформа и прибавляли 6,0 г (19,4 ммоль) диангидрида дифенилоксид-3,3',4,4'-тетракарбоновой кислоты, выдерживали полученный раствор в течении 16 часов. Объединяли полученные растворы при воздействии механического гомогенизатора WiseTis Homogenizer HG-15A со скоростью 5000 об/мин. Гомогенизировали смесь в течение 20 мин, прибавляя к ней 2,2 г пеногасителя ПЕНТА-4604, а также смесь ПАВ: 4,0 г анионогенного и 0,4 г неионогенного ПАВ. После прибавления ПАВ, продолжая гомогенизацию, по каплям (4-5 капель в секунду) прибавляли к смеси 500 г воды. После прибавления воды меняли механический гомогенизатор на ультразвуковой диспергатор Bandelin UW 3400 и обрабатывали смесь в течение 5 мин (ВЧ мощность 160 Вт), охлаждая при помощи водяной бани до 20°С. Далее прерывали обработку на 5 мин и, затем, обрабатывали повторно в течение 1 мин (ВЧ мощность 240 Вт), затем снова останавливали обработку на 2 мин, обрабатывали повторно в течение 1 мин при ВЧ мощности 320 Вт и 2 мин при ВЧ мощности 40 Вт. Полученную эмульсию переносили в круглодонную колбу и отгоняли хлороформ на вакуумно-роторном испарителе при давлении 530 мБар и температуре водяной бани 40°С. К полученной суспензии Ultem-1000 в воде при гомогенизации прибавляли воду до достижения нужной концентрации аппретирующего агента.

Пример 3. Полученные в Примерах 1 и 2 аппретирующие составы изучали на стабильность гранулометрического состава в присутствии ультразвукового воздействия и без обработки ультразвуком и, затем применяли для поверхностной обработки углеродного волокна без применения и с применением ультразвукового воздействия в процессе пропитки для выяснения воздействия ультразвуковой обработки на технологические свойства волокна.

На фиг.1 и 2 представлены профили распределения размеров частиц в аппретирующих композициях из Примера 1 и Примера 2 соответственно, а также приведены снимки, полученные с поверхности аппретированного волокна при помощи метода сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Хорошо видно, что без обработки ультразвуком (УЗ) средний размер частиц D₅₀ отличается на порядок в случае суспензии из Примера 1 и на 2 порядка - в случае суспензии из Примера 2 по сравнению с результатами, полученными при применении У3-обработки. Снимки СЭМ наглядно демонстрируют, что проведение аппретирования без использования УЗ приводит к образованию неоднородного слоя аппрета на поверхности волокна, включая появление крупных, сопоставимых с диаметром филамента, частиц аппрета. Такие частицы будут приводить к неоднородности свойств при получении композитного материала, а также могут стать причиной обрыва волокна в процессе изготовления композита или изделия на его основе.

Использование У3-обработки в процессе аппретирования приводит к достижению заявленного технического результата - повышению прочности адгезионного соединения «волокно-матрица» и улучшение технологических характеристик волокна.

Пример 4. Полученные в Примерах 1 и 2 аппретирующие составы применяли для поверхностной обработки углеродного волокна в целях повышения прочности адгезионного соединения «волокно-матрица» и улучшения технологических характеристик волокна.

Исследование адгезионной прочности на границе раздела волокно - полимерная матрица, выполненное методом pull-out показало, что локальная межфазная прочность (IFSS) при сдвиге составила 74,4 МПа при обработке волокна составом из Примера 1 и 89,0 МПа при обработке волокна составом из Примера 2. Измеренные значения локальной межфазной прочности при сдвиге для неаппретированного волокна и волокна со стандартным эпоксисовместимым аппретом составили 61,4 МПа и 55,6 МПа соответственно. Таким образом видно, что прирост IFSS в случае состава из Примера 1 составил 21,1% и 33,8% по сравнению с неаппретированным волокном и волокном со стандартным аппретом соответственно. В случае состава из Примера 2 увеличение прочности на границе раздела составило 45% и 60% соответственно для неаппретированного волокна и волокна со стандартным аппретом.

Таким образом, вышеизложенное описание свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение, при его осуществлении, предназначено для обработки углеродного волокна высокотемпературными аппретирующими составами и может быть использовано для получения углеродного волокна с улучшенными физико-механическими свойствами и композиционных материалов на его основе, которые могут быть использованы в различных областях промышленности для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию повышенных температур.

- для заявленного способа, в том виде как оно охарактеризовано в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемых заявителем поставленного технического результата - повышения прочности адгезионного соединения «волокно-матрица» и повышение технологичности аппретированного углеродного волокна.

Изобретение относится к способам обработки углеродного волокна высокотемпературными аппретирующими составами и может быть использовано для получения углеродного волокна с улучшенными физико-механическими свойствами и композиционных материалов на его основе, которые могут быть использованы в различных областях промышленности для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию повышенных температур. Применение предлагаемого изобретения обеспечивает следующий технический результат: повышение прочности адгезионного соединения волокно-матрица и улучшение технологических характеристик волокна. Предложен способ обработки углеродного волокна аппретирующим составом, совместимым с высокотемпературными термопластичными связующими, включающий получение аппретирующего состава путем подготовки растворов полиэфиримида в хлороформе в массовом соотношении 1:(4-6) и полиамидокислоты в хлороформе в массовом соотношении 1:(13-20), объединение раствора, используя механический гомогенизатор, в течение 25-30 мин, прибавляя к раствору 0,35-0,40 мас.% пеногасителя и 0,85-1,30 мас.% смеси анионного и неионогенного ПАВ в массовом соотношении (8-11):1, добавление воды в массовом соотношении полиэфиримид : вода, равном 1:(10-13), перенос в ультразвуковой гомогенизатор, в котором выдерживают в течение 11-15 мин, варьируя высокочастотную мощность следующей последовательностью: не менее 5 мин при 160 Вт, охлаждением до 20°С, паузой не менее 5 мин, повторной обработкой при 240 Вт не менее 1 мин, остановкой не менее 2 мин, обработкой в течение 1 мин при 320 Вт и 2 мин обработкой при 40 Вт, затем перенос в круглодонную колбу, с отгонкой хлороформа на вакуумно-роторном испарителе при давлении 500-530 мбар и температуре 38-40°С, с последующим разбавлением полученной суспензии водой до необходимой концентрации, и аппретирование углеродного волокна полученной суспензией, непрерывно воздействуя на аппрет и обрабатываемое волокно ультразвуком, при этом раствор полиамидокислоты готовят, растворяя эквимолярные количества не содержащего алифатические фрагменты диангидрида ароматической карбоновой кислоты и ароматического диамина в хлороформе и выдерживая полученный раствор полиамидокислоты не менее 8 часов. Технический результат: повышение прочности адгезионного соединения волокно-матрица и улучшение технологических характеристик волокна. 2 ил., 4 пр.

Способ обработки углеродного волокна аппретирующим составом, совместимым с высокотемпературными термопластичными связующими, характеризующийся тем, что получают аппретирующий состав путем подготовки растворов полиэфиримида в хлороформе в массовом соотношении 1:(4-6) и полиамидокислоты в хлороформе в массовом соотношении 1:(13-20), объединением раствора, используя механический гомогенизатор, в течение 25-30 мин, прибавляя к раствору 0,35-0,40 мас.% пеногасителя и 0,85-1,30 мас.% смеси анионного и неионогенного ПАВ в массовом соотношении (8-11):1, добавлением воды в массовом соотношении полиэфиримид : вода, равном 1:(10-13), переносом в ультразвуковой гомогенизатор, в котором выдерживают в течение 11-15 мин, варьируя высокочастотную мощность следующей последовательностью: не менее 5 мин при 160 Вт, охлаждением до 20°С, паузой не менее 5 мин, повторной обработкой при 240 Вт не менее 1 мин, остановкой не менее 2 мин, обработкой в течение 1 мин при 320 Вт и 2 мин обработкой при 40 Вт, затем переносом в круглодонную колбу, с отгонкой хлороформа на вакуумно-роторном испарителе при давлении 500-530 мбар и температуре 38-40°С, с последующим разбавлением полученной суспензии водой до необходимой концентрации, и аппретированием углеродного волокна полученной суспензией, непрерывно воздействуя на аппрет и обрабатываемое волокно ультразвуком, при этом раствор полиамидокислоты готовят, растворяя эквимолярные количества не содержащего алифатические фрагменты диангидрида ароматической карбоновой кислоты и ароматического диамина в хлороформе и выдерживая полученный раствор полиамидокислоты не менее 8 часов.