RU2703635C1 - Method of increasing tensile strength of composite material by means of preliminary impregnation of carbon fibers - Google Patents

Method of increasing tensile strength of composite material by means of preliminary impregnation of carbon fibers Download PDF

Info

Publication number
RU2703635C1
RU2703635C1 RU2018147194A RU2018147194A RU2703635C1 RU 2703635 C1 RU2703635 C1 RU 2703635C1 RU 2018147194 A RU2018147194 A RU 2018147194A RU 2018147194 A RU2018147194 A RU 2018147194A RU 2703635 C1 RU2703635 C1 RU 2703635C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
carbon fibers
carbon
carbon fiber
cnt
Prior art date
Application number
RU2018147194A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Валентинович Ромашкин
Николай Сергеевич Стручков
Денис Дмитриевич Левин
Юрий Александрович Поликарпов
Иван Александрович Комаров
Александр Николаевич Калинников
Владимир Александрович Нелюб
Алексей Сергеевич Бородулин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2018147194A priority Critical patent/RU2703635C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2703635C1 publication Critical patent/RU2703635C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/10Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an adhesive surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/008Processes for improving the physical properties of a device
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D201/00Coating compositions based on unspecified macromolecular compounds

Abstract

FIELD: manufacturing technology.
SUBSTANCE: invention relates to production of improved composite structures. To increase tensile strength of the composite material, the carbon fiber surface is modified by carbon nanotubes (CNT). CNT is deposited on carbon fiber surface by carbon fiber impregnation with CNT solution in 2-propanol with CNT concentration in range from 200 to 500 mcg/ml. A hardener is added to the solution: aminoethylpiperazine or pentaethylene hexamine, with concentration from 150 to 250 mcg/ml. Coal fiber is impregnated with solution by complete submersion of modified carbon fibers into solution, which is additionally heated to temperature of 80–85 °C.
EFFECT: higher mechanical strength of composite due to formation of mesh of carbon nanotubes associated with carbon fiber.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам повышения прочностных свойств формируемой копмпозитной структуры за счет улучшения взаимодействия углеволокна и эпоксидной матрицы.The invention relates to methods for increasing the strength properties of the formed composite structure by improving the interaction of carbon fiber and an epoxy matrix.

На сегодня известны следующие способы улучшения механической прочности композитного материала на основе углеволокон с помощью предварительного нанесения углеродных нанотрубок (УНТ), способствующие улучшению межфазного взаимодействия углеволокна и эпоксидной смолы.To date, the following methods are known to improve the mechanical strength of a carbon fiber-based composite material using preliminary deposition of carbon nanotubes (CNTs), which help to improve the interfacial interaction of carbon fiber and epoxy resin.

В патенте US 8871296 В2 [1] описан способ формирования прозрачной проводящей пленки путем аэрозольного распыления суспензий, содержащих нанофиламенты и графеновый материал. В качестве наполнителей первой суспензии могу применяться различные металлические нанопровода, наностержни, нанотрубки металл-оксидные нанопровода и т.д. Кроме того, могут применятся углеродные и другие нанотрубки. В качестве наполнителя второй суспензии могут использоваться графен и различные его производные, такие как оксид графена, восстановленный оксид графена, химически функционализированный графен и т.д. Распыление может производиться различными методами, в частности с помощью сжатого воздуха, электростатическое, методом электроспиннинга, ультразвуковое распыление или их комбинация. Два типа аэрозольных микрокапель могут быть получены отдельно, а затем осаждаться на поверхность подложки последовательно (например, сначала наносятся металлические нанопроволоки, после чего происходит осаждение графена) или одновременно. Тем не менее в этой работе указанный способ не подразумевает контролируемость степени заполнения подложки нанотрубками, кроме того, не предполагается возможность использовать в качестве подложки трехмерные структуры типа макроразмерных волокон. Тогда как в предлагаемом способе обеспечивается возможность контроля степени заполнения поверхности подложки/материала на который производится нанесение углеродными нанотрубками.US 8871296 B2 [1] describes a method for forming a transparent conductive film by aerosol spraying of suspensions containing nanofilaments and graphene material. Various metal nanowires, nanorods, metal-oxide nanotubes, etc. can be used as fillers for the first suspension. In addition, carbon and other nanotubes can be used. Graphene and its various derivatives, such as graphene oxide, reduced graphene oxide, chemically functionalized graphene, etc., can be used as filler of the second suspension. Spraying can be carried out by various methods, in particular using compressed air, electrostatic, electrospinning, ultrasonic spraying, or a combination thereof. Two types of aerosol microdroplets can be obtained separately, and then deposited on the substrate surface sequentially (for example, metal nanowires are first deposited, after which graphene is deposited) or simultaneously. Nevertheless, in this work, this method does not imply a controllability of the degree of filling of the substrate with nanotubes; moreover, it is not intended to use three-dimensional structures such as macro-sized fibers as a substrate. Whereas in the proposed method it is possible to control the degree of filling of the surface of the substrate / material onto which carbon nanotubes are applied.

В патенте RU 2400462 С1 [2] рассмотрен способ получения нанокомпозита полимер/УНТ с ориентированными углеродными нанотрубками с повышенной устойчивостью к радиационному облучению, механической прочностью, электропроводимостью для космических приложений, а также приложений микросистемной техники. При этом сначала предполагается формирование раствора полимера в первом растворителе, далее обработку ультразвуком раствора с углеродными нанотрубками, смешивание растворенного полимера с раствором УНТ и обработку ультразвуком полученного раствора в течение времени, достаточного для распределения УНТ по всей матрице полимера, нанесение композита на подложку и термообработку, причем обработка ультразвуком раствора полимер/углеродные нанотрубки производится в присутствие переменного магнитного поля, а нанесение нанокомпозита на подложку и его термообработка происходит в присутствии постоянного магнитного поля. Недостатком приведенного способа относительно предлагаемого является необходимость использования дорогостоящих магнитов, что значительно усложняет и удорожает установки, и получаемые изделия в целом. Кроме того, т.к. нанесение полученного нанокомпозита проводится методом центрифугирования это сразу ограничивает номенклатуру используемых подложек, из-за невозможности нанесения какого-либо применения подложек (обрабатываемых) типа волокно.RU 2400462 C1 [2] describes a method for producing a polymer / CNT nanocomposite with oriented carbon nanotubes with increased resistance to radiation exposure, mechanical strength, electrical conductivity for space applications, as well as microsystem technology applications. In this case, it is first assumed to form a polymer solution in the first solvent, then sonicate the solution with carbon nanotubes, mix the dissolved polymer with the CNT solution and sonicate the resulting solution for a time sufficient to distribute the CNTs throughout the polymer matrix, apply the composite to the substrate and heat treatment, moreover, the ultrasonic treatment of the polymer / carbon nanotube solution is carried out in the presence of an alternating magnetic field, and the deposition of the nanocomposite on the substrate and its heat treatment occurs in the presence of a constant magnetic field. The disadvantage of the above method relative to the proposed is the need to use expensive magnets, which greatly complicates and increases the cost of the installation, and the resulting product as a whole. In addition, since application of the obtained nanocomposite is carried out by centrifugation, which immediately limits the range of substrates used, due to the impossibility of applying any type of substrates (processed) like fiber.

В патенте RU 2500695 С1 [3] описан способ повышения механической прочности композита, который включает приготовление наносуспензии путем введения в реактопластичное связующее углеродных нанотрубок при ультразвуковом воздействии с интенсивностью в кавитационной зоне в пределах от 15 до 25 кВт/м2. Причем диспергирование углеродных нанотрубок в связующем осуществляют с одновременной фоторегистрацией изменений интенсивности окраски наносуспензии. При достижении наносуспензией значений интенсивности окрашивания, соответствующих значениям нормированной степени диспергирования в диапазоне от 0,9 до 0,99, ультразвуковое воздействие прекращают. Способ позволяет оптимизировать степень диспергирования углеродных нанотрубок в связующем и сократить время формирования нанокомпозитов, обладающих повышенной прочностью за счет равномерного распределения наночастиц в нанокомпозите. Тем не менее, данный патент не описывает явления, происходящие на границе подложка-матрица (или волокно-матрица) и предложенный метод обеспечивает, по сути, увеличение прочности связующего, но в объеме самого связующего, тогда как прочность на границе подложка (волокно) - связующее не улучшается. Кроме того, не уточнено, используются ли в описанном патенте чистые нанотрубки или функционализированные, поэтому невозможно сказать, улучшается ли прочность на уровне функциональная группа (на нанотрубке) - молекулы связующего.Patent RU 2500695 C1 [3] describes a method for increasing the mechanical strength of a composite, which involves the preparation of nanosuspension by introducing carbon nanotubes into a thermoplastic binder under ultrasonic action with an intensity in the cavitation zone ranging from 15 to 25 kW / m 2 . Moreover, the dispersion of carbon nanotubes in a binder is carried out with simultaneous photographic registration of changes in the color intensity of nanosuspension. When the nanosuspension reaches values of staining intensity corresponding to the values of the normalized degree of dispersion in the range from 0.9 to 0.99, the ultrasonic effect is stopped. The method allows to optimize the degree of dispersion of carbon nanotubes in the binder and to reduce the time of formation of nanocomposites with increased strength due to the uniform distribution of nanoparticles in the nanocomposite. However, this patent does not describe the phenomena occurring at the substrate-matrix (or fiber-matrix) boundary and the proposed method provides, in fact, an increase in the strength of the binder, but in the volume of the binder itself, while the strength at the border of the substrate (fiber) is the binder does not improve. In addition, it is not specified whether pure nanotubes or functionalized nanotubes are used in the described patent; therefore, it is impossible to say whether the strength of the functional group (on the nanotube) —binder molecules — improves.

В патенте СА 2632202 С [4] описан способ улучшения прочности трехмерного композита, способ формирования трехмерно-усиленного многофункционального нанокомпозита и способы их изготовления. Трехмерное усиление предполагает наличие двухмерной ткани, на волокнах которой синтезируются углеродные нанотрубки, направленные почти перпендикулярно к плоскости волокон, составляющих ткань. Нанокомпозит состоит из трехмерного армирования и окружающего материала матрицы. Показано улучшение механических, тепловых и электрических свойств нанокомпозита в поперечном направлении, а также дополненительное улучшение геометрической стабильности при изменении температуры и колебательном демпфировании по сравнению с базовыми композитами, усиленными только двумерным волокном. Варианты конфигурации нанокомпозита при формировании могут такими, чтобы одновременно выполнять несколько функций, таких как одновременное улучшение свойств при тепловой и механической нагрузке или улучшение свойств при механической нагрузке с одновременным контролем состояния повреждений в нанокомпозите. Тем не менее, способ по данному патенту, в частности описывает не нанесение, а синтез углеродных нанотрубок на поверхности SiC предполагает высокие температуры, т.к. в данном случае, проводится методом химического осаждения из газовой фазы, что предполагает температуры синтеза порядка 700-900°С, что весьма существенно ограничивает применение данного способа, т.к. многие материалы не являются настолько термостойкими.Patent CA 2632202 C [4] describes a method for improving the strength of a three-dimensional composite, a method for forming a three-dimensionally enhanced multifunctional nanocomposite, and methods for their manufacture. Three-dimensional amplification implies the presence of a two-dimensional fabric, on the fibers of which carbon nanotubes are synthesized, directed almost perpendicularly to the plane of the fibers that make up the fabric. The nanocomposite consists of three-dimensional reinforcement and the surrounding matrix material. The improvement of the mechanical, thermal, and electrical properties of the nanocomposite in the transverse direction is shown, as well as an additional improvement in geometric stability with temperature and vibrational damping compared to base composites reinforced with only two-dimensional fiber. The configuration options for the nanocomposite during formation can be such as to simultaneously perform several functions, such as simultaneous improvement of properties under thermal and mechanical loading or improvement of properties under mechanical loading while monitoring the state of damage in the nanocomposite. However, the method according to this patent, in particular, describes not deposition, but synthesis of carbon nanotubes on the surface of SiC involves high temperatures, because in this case, it is carried out by chemical vapor deposition, which implies synthesis temperatures of the order of 700-900 ° C, which greatly limits the application of this method, because many materials are not so heat resistant.

В патенте JP 2007070593A [5], который может считаться прототипом, описан способ модификации препрега, состоящий из пропитки волокнистого тела, полученного путем удвоения многожильных нитей в одном направлении или волоконного тела, полученного путем переплетения многожильных нитей в виде основных нитей и утонченных нитей со смолой матрицы, при этом в препреге на поверхности филаментов наносят углеродные нанотрубки в дисперсном состоянии. В предлагаемом к патентовании изобретении отличие от протопипа заключается в том, что добавление отвердителя с амино-группами в раствор УНТ способствует полному покрытию их поверхности, при этом, последующая пропитка раствором углеволокон происходит при дополнительной термической обработке раствора до температуры 80-85°С, способствующая лучшему связыванию УНТ с углеволокном. Также, существенно отличаются концентрации УНТ и молекул отвердителя в приготавливаемом растворе, что в конечном итоге способствует уменьшению затрат на обработку материала углеволокон.JP 2007070593A [5], which can be considered a prototype, describes a method for modifying a prepreg consisting of impregnating a fibrous body obtained by doubling multicore yarns in one direction or a fiber body obtained by interlacing multicore yarns in the form of warp yarns and fine yarns with resin matrices, while in the prepreg on the surface of the filaments are applied carbon nanotubes in a dispersed state. In the invention proposed for patenting, the difference from protopip lies in the fact that the addition of a hardener with amino groups in a CNT solution contributes to the complete coating of their surface, while subsequent impregnation with a solution of carbon fibers occurs with additional heat treatment of the solution to a temperature of 80-85 ° C, which better binding of carbon nanotubes. Also, the concentrations of CNTs and hardener molecules in the prepared solution differ significantly, which ultimately helps to reduce the cost of processing carbon fiber material.

Особенностями способов повышения механической прочности в приведенных выше патентах [1-5] является использование тех или иных наноразмерных материалов, которые в большей части работ диспергируются в объеме связующего, что, хотя и ведет к улучшению прочности всего композита, однако не решает проблему повышения адгезии связующего к поверхности углеволокна в случае необходимости формирования композитов на основе углеволокон.The features of the methods for increasing the mechanical strength in the above patents [1-5] are the use of certain nanoscale materials, which are dispersed in the bulk of the binder in most of the works, which, although it leads to an improvement in the strength of the entire composite, does not solve the problem of increasing the adhesion of the binder to the surface of the carbon fiber, if necessary, the formation of composites based on carbon fibers.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение механической прочности композита за счет формирования сетки углеродных нанотрубок на поверхности углеволокна. Для увеличения механической прочности формируемого композита к раствору углеродных нанотрубок также добавляется отвердитель, что, за счет взаимодействия с присутствующими в отвердителе аминогруппами, которые могут химически взаимодействовать с эпокси-группами в эпоксидной смоле - связующем, что в итоге ведет к повышению прочности всего композита.The technical task of the invention is to increase the mechanical strength of the composite due to the formation of a grid of carbon nanotubes on the surface of the carbon fiber. To increase the mechanical strength of the composite being formed, a hardener is also added to the solution of carbon nanotubes, which, due to interaction with the amino groups present in the hardener, which can chemically interact with epoxy groups in the epoxy resin, a binder, which ultimately leads to an increase in the strength of the entire composite.

Техническим результатом является разработка способа повышения механической прочности композита за счет формирования сетки углеродных нанотрубок связанной с углеволокном и окруженных молекулами отвердителя, химически взаимодействующего с молекулами связующего.The technical result is the development of a method for increasing the mechanical strength of a composite by forming a network of carbon nanotubes connected with carbon fiber and surrounded by hardener molecules, chemically interacting with the binder molecules.

Концентрация УНТ в растворе подобрана исходя из необходимости покрытия сеткой разориентированных УНТ поверхности углеволокна, при этом обеспечив приемлемую однородность. Увеличением концентрации УНТ в растворе, выше предложенной в изобретении, ведет к увеличению нестабильности системы в целом. Нижний предел концентрации определен как минимально возможная концентраци для формирования сетки УНТ методом пропитки углеволокон, снижение концентрации приводит к формированию областей полностью свободных от УНТ.The concentration of CNTs in the solution was selected based on the need to cover the surface of carbon fiber with a grid of misoriented CNTs, while ensuring acceptable uniformity. An increase in the concentration of CNTs in a solution higher than that proposed in the invention leads to an increase in the instability of the system as a whole. The lower concentration limit is defined as the lowest possible concentration for the formation of a CNT network by the method of impregnation of carbon fibers; a decrease in the concentration leads to the formation of regions completely free of CNTs.

Добавление молекул отвердителя с амино-группами к раствору УНТ необходимо для покрытия УНТ молекулами отвердителя в растворе. Диапазон концентраций в описываемом изобретении выбран с учетом эффективного полного взаимодействия всех УНТ с молекулами отвердителя, без нахождения молекул отвердителя в свободной форме. Выбор молекул отвердителя аминоэтилпиперазин, пентаэтиленгексамин, имеющих амино-группы объясняется перспективой улучшения связи амино-групп с эпокси-группами эпоксидной смолы.The addition of hardener molecules with amino groups to the CNT solution is necessary for coating the CNT with hardener molecules in the solution. The concentration range in the described invention is selected taking into account the effective full interaction of all CNTs with hardener molecules, without hardener molecules being in free form. The choice of hardener molecules of aminoethyl piperazine, pentaethylene hexamine having amino groups is explained by the prospect of improving the bond of amino groups with epoxy groups of epoxy resin.

Выбранный за основу метод пропитки углеволокон способствует лучшему нанесению модифицирующих волокон УНТ с молекулами отвердителя за счет взаимодействия максимальновозможной площади поверхности с модифицирующим раствором. При этом дополнительна термическая обработка модифицирующего углеволокна раствора, в процессе пропитки, до температуры 80-85°С позволяет увеличить взаимодействие с углеволокном. Температурный диапазон в описываемом изобретении выбран с учетом температуры кипения подобранного в качестве растворителя - 2-пропанола, температура кипения которого составляет 94°С. При этом температура дополнительной обработки не должна превышать температуру кипения используемых в растворе растворителей, что может негативно сказаться на осаждении УНТ на поверхность углеволокна, в том числе в силу испарения растворителя из объема и, как следствие, изменения итоговой окнцентрации УНТ. Изобретение иллюстрируется графическими материалами:The carbon fiber impregnation method chosen as the basis contributes to the best deposition of modifying CNT fibers with hardener molecules due to the interaction of the maximum possible surface area with the modifying solution. In this case, additional heat treatment of the carbon fiber-modifying solution, in the process of impregnation, to a temperature of 80-85 ° C allows you to increase the interaction with carbon fiber. The temperature range in the described invention is selected taking into account the boiling point of 2-propanol selected as a solvent, the boiling point of which is 94 ° C. In this case, the temperature of the additional processing should not exceed the boiling point of the solvents used in the solution, which can adversely affect the deposition of CNTs on the surface of carbon fiber, including due to the evaporation of the solvent from the volume and, as a result, the change in the final concentration of CNTs. The invention is illustrated by graphic materials:

На Фиг. 1 представлен результат осуществления изобретения по примеру, в котором углеволокно модифицировано разориентированной сеткой углеродных нанотрубок, нанесено пропиткой углеволокна.In FIG. 1 shows the result of carrying out the invention according to an example in which the carbon fiber is modified by a misoriented network of carbon nanotubes, applied by impregnation of carbon fiber.

Пример конкретного исполненияConcrete example

Способ повышения прочности на разрыв композитного материала на основе углеволокон с эпоксидной матрицей обеспечивается предварительной пропиткой углеволокон раствором с углеродными нанотрубками и молекулами отвердителя с аминогруппами.A method of increasing the tensile strength of a composite material based on carbon fibers with an epoxy matrix is provided by pre-impregnating the carbon fibers with a solution of carbon nanotubes and hardener molecules with amino groups.

Подготовка раствора для пропитки осуществляется путем приготовления смеси УНТ в 2-пропаноле с концентрацией УНТ 200 мкг/мл. Раствор дополнительно обрабатывается в ультразвуковой ванне в течение 5 минут при параметрах ультразвука 47 кГц.The solution for impregnation is prepared by preparing a mixture of CNTs in 2-propanol with a concentration of CNTs of 200 μg / ml. The solution is additionally processed in an ultrasonic bath for 5 minutes with ultrasound parameters of 47 kHz.

Затем к раствору УНТ добавляется отвердитель аминоэтилпиперазин, с концентрацией 150 мкг/мл.Then, a hardener aminoethylpiperazine, with a concentration of 150 μg / ml, is added to the CNT solution.

Смешивание основных компонентов раствора осуществляется простым перемешиванием либо взбалтыванием в течение 1-3 минут.Mixing the main components of the solution is carried out by simple stirring or shaking for 1-3 minutes.

Пропитка углеволокон приготовленным раствором осуществляют путем полного погружения модифицируемых углеволокон в раствор, который дополнительно подогревается до температуры 80-85°С. Пропитка осуществляется в течение 25 минут.The carbon fibers are impregnated with the prepared solution by completely immersing the modified carbon fibers in a solution that is additionally heated to a temperature of 80-85 ° C. Impregnation is carried out for 25 minutes.

Углеволокна с пропиткой удаляются из раствора. Удаление остаточного растворителя осуществляется посредством термической обработки поверхности при температуре 100°С, в течение 10 мин, например с помощью ИК нагревателя. При этом углеволокна следует располагать в подвешенном состоянии, для нивелирования эффекта деформирования модифицированной поверхности углеволокна.Impregnated carbon fibers are removed from the solution. Removal of residual solvent is carried out by heat treatment of the surface at a temperature of 100 ° C, for 10 min, for example using an infrared heater. At the same time, the carbon fibers should be placed in a suspended state to level the effect of deformation of the modified surface of the carbon fiber.

Способ позволяет формировать на поверхности углеволокон разориентированную сетку УНТ с молекулами отвердителя (фото на Фиг. 1).The method allows to form on the surface of carbon fibers a disoriented network of CNTs with hardener molecules (photo in Fig. 1).

Источники информацииInformation sources

1. Патент США US 8871296 В2.1. US patent US 8871296 B2.

2. Патент России RU 2400462 С12. Patent of Russia RU 2400462 C1

3. Патент России RU 2500695 С13. Patent of Russia RU 2500695 C1

4. Патент СА 2632202 С4. Patent CA 2632202 C

5. Патент Японии JP 2007070593 A (прототип)5. Japan patent JP 2007070593 A (prototype)

Claims (1)

Способ повышения прочности на разрыв композитного материала на основе углеволокон с эпоксидной матрицей с помощью предварительной модификации поверхности углеволокон углеродными нанотрубками (УНТ), которые наносятся на поверхность углеволокна с помощью пропитки углеволокон раствором, содержащим УНТ в растворителе 2-пропанол с концентрацией УНТ в диапазоне от 200 до 500 мкг/мл, способствующим улучшению межфазного взаимодействия углеволокна и эпоксидной матрицы, отличающийся тем, что в раствор УНТ в 2-пропаноле дополнительно добавляют молекулы отвердителя, содержащего амино-группы, выбранного из аминоэтилпиперазина и пентаэтиленгексамина, с концентрацией, которая находится в диапазоне от 150 мкг/мл до 250 мкг/мл, причем пропитку углеволокон раствором осуществляют путем полного погружения модифицируемых углеволокон в раствор, который дополнительно подогревают до температуры 80-85°С.A method of increasing the tensile strength of a composite material based on carbon fibers with an epoxy matrix by preliminary modifying the surface of carbon fibers with carbon nanotubes (CNTs), which are applied to the surface of carbon fibers by impregnating carbon fibers with a solution containing CNTs in a solvent of 2-propanol with a concentration of CNTs in the range of 200 up to 500 μg / ml, which improves the interfacial interaction of carbon fiber and epoxy matrix, characterized in that in the solution of CNTs in 2-propanol, mo the hardener nuclei containing an amino group selected from aminoethylpiperazine and pentaethylenehexamine, with a concentration in the range of 150 μg / ml to 250 μg / ml, and the carbon fibers are impregnated with a solution by completely immersing the modified carbon fibers in a solution that is further heated to a temperature 80-85 ° C.
RU2018147194A 2018-12-28 2018-12-28 Method of increasing tensile strength of composite material by means of preliminary impregnation of carbon fibers RU2703635C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147194A RU2703635C1 (en) 2018-12-28 2018-12-28 Method of increasing tensile strength of composite material by means of preliminary impregnation of carbon fibers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147194A RU2703635C1 (en) 2018-12-28 2018-12-28 Method of increasing tensile strength of composite material by means of preliminary impregnation of carbon fibers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2703635C1 true RU2703635C1 (en) 2019-10-21

Family

ID=68318229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018147194A RU2703635C1 (en) 2018-12-28 2018-12-28 Method of increasing tensile strength of composite material by means of preliminary impregnation of carbon fibers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2703635C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2743566C1 (en) * 2019-12-31 2021-02-19 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Method for increasing tensile strength of fiber composits by means of preliminary modification of carbon fibers with carbon nanotubes and molecules containing amino groups
RU2743565C1 (en) * 2019-12-31 2021-02-19 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Method for increasing the tensile strength of fibrous composites by strengthening the matrix-filler interface of carbon fibers with functionalized carbon nanotubes
RU2746103C1 (en) * 2020-07-10 2021-04-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Composite material with oriented carbon nanotubes

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007070593A (en) * 2005-08-12 2007-03-22 Gsi Creos Corp Prepreg, method for producing the same, carbon fiber and fiber body
RU2324597C2 (en) * 2002-09-12 2008-05-20 Снекма Пропюльсьон Солид Method of part manufacturing out of heat resistant composite material, method of manufacturing fiber structure, fibre structure manufactured by this method, and composite structure that contains this structure
RU2609915C2 (en) * 2011-09-14 2017-02-07 Уильям Марш Райс Юниверсити Solvent-based methods for production of graphene nanoribbons
WO2017078990A1 (en) * 2015-11-03 2017-05-11 Dow Global Technologies Llc Polyurethane foam for noise and vibration absorption

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2324597C2 (en) * 2002-09-12 2008-05-20 Снекма Пропюльсьон Солид Method of part manufacturing out of heat resistant composite material, method of manufacturing fiber structure, fibre structure manufactured by this method, and composite structure that contains this structure
JP2007070593A (en) * 2005-08-12 2007-03-22 Gsi Creos Corp Prepreg, method for producing the same, carbon fiber and fiber body
RU2609915C2 (en) * 2011-09-14 2017-02-07 Уильям Марш Райс Юниверсити Solvent-based methods for production of graphene nanoribbons
WO2017078990A1 (en) * 2015-11-03 2017-05-11 Dow Global Technologies Llc Polyurethane foam for noise and vibration absorption

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2743566C1 (en) * 2019-12-31 2021-02-19 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Method for increasing tensile strength of fiber composits by means of preliminary modification of carbon fibers with carbon nanotubes and molecules containing amino groups
RU2743565C1 (en) * 2019-12-31 2021-02-19 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Method for increasing the tensile strength of fibrous composites by strengthening the matrix-filler interface of carbon fibers with functionalized carbon nanotubes
RU2746103C1 (en) * 2020-07-10 2021-04-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Composite material with oriented carbon nanotubes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2703635C1 (en) Method of increasing tensile strength of composite material by means of preliminary impregnation of carbon fibers
Yang et al. Building nanoporous metal–organic frameworks “armor” on fibers for high-performance composite materials
Tamrakar et al. Tailoring interfacial properties by controlling carbon nanotube coating thickness on glass fibers using electrophoretic deposition
Karger-Kocsis et al. Recent advances in fiber/matrix interphase engineering for polymer composites
US8574677B2 (en) Layer-by-layer fabrication method of sprayed nanopaper
Haji et al. Improved microwave shielding behavior of carbon nanotube-coated PET fabric using plasma technology
Jäger et al. Nano-enhanced interface in carbon fibre polymer composite using halloysite nanotubes
Jin et al. Superior and versatile interface transition layer with a sandwich-like multiscale rigid-soft dual-locked structure for high performance composites
JP2006507412A (en) COMPOSITE MATERIAL, ITS MANUFACTURING METHOD AND USE THEREOF
Shateri-Khalilabad et al. One-pot sonochemical synthesis of superhydrophobic organic–inorganic hybrid coatings on cotton cellulose
Bilisik et al. Carbon nanotubes in carbon/epoxy multiscale textile preform composites: A review
Ma et al. Bioinspired composites reinforced with ordered steel fibers produced via a magnetically assisted 3D printing process
RU2468918C1 (en) Composite reinforced material and method of its production
Abeywardena et al. Fabrication of water-repellent polyester textile via dip-coating of in-situ surface-modified superhydrophobic calcium carbonate from dolomite
Avilés et al. Deposition of carbon nanotubes on fibers
KR20140090259A (en) Nanosilica containing polycyanate ester compositions
RU2743566C1 (en) Method for increasing tensile strength of fiber composits by means of preliminary modification of carbon fibers with carbon nanotubes and molecules containing amino groups
Puliyalil et al. Recent advances in the methods for designing superhydrophobic surfaces
JP6695797B2 (en) Method for producing multi-scale composite material arranged in nanostructure
WO2013011256A1 (en) Method for manufacturing a nanocomposite material
Park et al. Role of polymerized micelles on the calcium carbonate mineralization of nanofibers
RU2743565C1 (en) Method for increasing the tensile strength of fibrous composites by strengthening the matrix-filler interface of carbon fibers with functionalized carbon nanotubes
Zhao et al. Cellulose micro-dissolution by N-methylmorpholine N-oxide as a facile route for magnetic functional cotton textiles
JP3820575B2 (en) Method for coating carbon nanotubes on natural fibers
Mishra et al. Nanoparticles and textile technology

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20200706

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201229