Получение препрега методом пропитки водной суспензией термопластичного полимера

Представлен метод получения лент термопластичного препрега на основе однонаправленного углеродного волокна с низким модулем упругости марки UMT42S-3K-EP методом пропитки из водной суспензии полимера. Исследован гранулометрический состав исходных мелкодисперсных компонентов и их смесей после стадии измельчения и смешения, а также изучена их структура методом РЭМ-микроскопии и РСМА-анализа. На основании теории взаимодействия частиц на поверхности твердое вещество – жидкость были приготовлены образцы суспензий на основе полиэфирэфиркетона (PEEK), стабилизированного анион- и катионактивными поверхностно-активными веществами (ПАВ). Для реализации технологии пропитки углеродного волокна полимерной суспензией с постоянным поддержанием взвеси полимера разработан лабораторный узел УПС-5-50-2Л и внедрен в установку для пропитки ТМА-600. Полученные лабораторные образцы термопластичных лент исследованы методами СЭМ-микроскопии и РСМА-анализа, а также определено соотношение полимер – армирующий материал.

Показано, что применение ПАВ позволяет значительно снизить гидрофобность PEEK для его стабилизации в водном растворе. Разработанный узел пропитки в составе линии ТМА-600 позволяет реализовывать технологию получения тонких однонаправленных лент препрега с содержанием полимера в волокне до 46,8%. Установлено, что концентрации катионактивного ПАВ до 2 мас.% достаточно для обеспечения смачиваемости поверхности PEEK.

1. Бэйдер Э. Я., Петрова Г. Н. Термопластичные связующие для полимерных композиционных материалов // Труды ВИАМ. – 2015. – С. 40–49.

2. Ноздрина Л. В., Короткова В. И., Бейдер Э. Я. Термопластичные полимеры для конструкционных материалов. Обзор // Технология. Сер. «Конструкции из композиционных материалов». – 1991. – № 1. – С. 3–10.

3. Перов Б. В. Термопласты, наполненные волокнами // Термопласты конструкционного назначения / Под ред. Е. Б. Тростянской. – М.: Химия, 1975. – С. 187–216.

4. Термопласты конструкционного назначения / Под ред. Е. Б. Тростянской. – М.: Химия, 1975. – 240 с.

5. Бахарева В. Е. Современные машиностроительные материалы. Неметаллические материалы. Справочник / Под ред. И. В. Горынина. – СПб.: НПО «Профессионал», 2014. – С. 79–133.

6. Зеленский Э. С., Куперман А. М., Лебедева О. В. Армированные пластики на основе термопластичных связующих // Технология. Сер. «Конструкции из композиционных материалов». – 1991. – № 1. – С. 10–21.

7. Дворянцев Д. Д., Саргсян А. С., Анисимов А. В., Лишевич И. В. Получение высокопрочного углепластика на основе полифениленсульфида с помощью метода ATL с лазерным нагревом // Вопросы материаловедения. – 2023. – Т. 114, № 2. – С. 125–135.

8. Ho K. K. C., Shamsuddin S.-R., Riaz S., Lamorinere S. Wet impregnation as route to unidirectional carbon fibre reinforced thermoplastic composites manufacturing // Plastics, Rubber and Composites. – 2011. – N 2, V. 40. – P. 102–103.

9. Мэттьюз Ф., Ролингс Р. Композиционные материалы. Механика и технология / Пер. с англ. – М.: Техносфера, 2004. – 408 с.

10. Кобыхно И. А. Получение и применение новых многоуровневых термопластичных композиционных материалов с углеродными наночастицами // Автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. – СПб., 2022. – 20 с.

11. Киркин Б. С., Кузнецова К.Р., Петрова Г. Н., Сорокин А. Е. Сравнительный анализ свойств полиэфирэфиркетонов отечественного и зарубежного производства // Труды ВИАМ. – 2018. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-5-34-43

12. Zhang, H. Y., Yua n, L. L., Hong, W. J., Ya n g, S. Y., Improved Melt Processabilities of Thermosetting Polyimide Matrix Resins for High Temperature // Polymers. – 2022. – V.14, N 965.

13. Kung H. K. Effects of Surface Roughness on High-temperature Oxidation of Carbon-fiber-reinforced Polyimide Composites // Journal of Composite Materials. – 2005. – V. 39, Is.18. – P. 1677–1687.

14. Ma Y., Yan C., X u H., Liu D., Shi P., Zhu Y., Liu J. Enhanced interfacial рowder spray impregnated thermoplastic tows by pultrusion // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. – 1996. – V. 27. – P. 567–574.