Способ получения полиэфиримидного композиционного материала

Изобретение относится к способу получения полиэфиримидного композиционного материала, предназначенного для получения изделий методом 3D-печати. Способ основан на предварительном получении двухкомпонентной полимерной матрицы с последующим введением наполнителя. В качестве полимерной матрицы используется смесь полиэфиримида, углеволокна или стекловолокна, в качестве наполнителя используется поликарбонат. Технический результат - разработка способа получения композиционного материала, предназначенного для аддитивных технологий, позволяющего улучшить прочностные свойства композиционного материала. 2 табл.

 

Изобретение относится к способу получения композиционного материала, предназначенного для получения изделий методом 3D-печати.

Процессы быстрого прототипирования, аддитивного производства или 3D-печати используют для создания трехмерного 3D-объекта.

Из уровня техники известны многочисленные способы получения трехмерных объектов, наиболее распространенными из которых являются селективное лазерное спекание («SLS»), стереолитография («SLA»), струйная печать и экструзионная 3D-печать или FDM (изготовление путем наплавления нити). В качестве матричных полимеров, предназначенных для композиционных материалов, используемых в аддитивных технологиях можно отнести суперконструкционные пластики - полиэфиркетоны (ПЭК), полифениленсульфоны (ПФСн), полиэфиримиды (ПЭИ).

Волокнистые наполнители, такие как углеволокна и стекловолокна, вводятся в полимерный материал, с целью улучшения механических свойств создаваемого материала. Полимерные нити, изготовленные из композиционного материала, включающие в себя в качестве наполнителя углеродные или стекло- волокна, обладают шероховатой, неровной поверхностью. С увеличением количества угле- и стекловолокна увеличиваются шероховатость поверхности и неравномерность диаметра нити, тем самым приводя к образованию ломкости нити, которую трудно обрабатывать и использовать в печати на 3D-принтере. Кроме того, нить с шероховатой поверхностью может привести к остановке двигателя и поступающей нити и привести к образованию пустот или зазоров в напечатанных деталях/объектах. Границы экструдирования, полученные во время печати трехмерного объекта, являются механически слабыми участками детали, таким образом, при использовании деталей в различных областях техники, изготовленных методом 3D-печати, наличие трещин или расслоения в них могут привести к разрушению или выходу из строя объекта, в котором используется данная деталь. В связи с этим, существует необходимость в достижении лучшего смешивания более гладкой и однородной поверхности полимерной нити, используемой в аддитивном производстве, из которой в последующем возможно создание 3D деталей с улучшенными характеристиками.

Патент на изобретение US №4049613 опубликованный 20.09.1977 г. описывает способ получения полиэфиримидных композитов. Полиэфиримидный углеродно-волокнистый композит включает в себя полиэфиримид в количестве от 15 до 60 масс. % и от 40 до 85 масс. % углеродного волокна. Композиционный материал по рассматриваемому изобретению, как утверждают авторы патента, создается путем предварительной обработки углеродных волокон парами азотной кислоты в течение 3 суток. Затем в полученные волокна вводится полиэфиримид, полученная смесь подвергается механическому смешению, тем самым получая композиционный материал.

Основным недостатком предложенного композиционного материала является технологическая сложность его получения.

Предложен «Способ изготовления полимерных композиционных материалов с нанонаполнителями для использования в аддитивном производстве и для улучшения свойств материала» по заявке на изобретение US №20160297935, опубликованный 13.10.2016 г. Изобретение описывает предварительное получение маточной смеси на основе стекловолокон, углеволокон и полиэфиримидной полимерной смолы, с последующим экструзионным смешением полимерного материала, в том числе полиэфиримида с полученной маточной смесью. Как утверждают авторы, способ получения материала по изобретению приводит к однородной и гладкой поверхности полимерной нити, тем самым обеспечивая улучшение свойств печатного материала.

Основным недостатком предложенной полимерной композиции является то, что авторами изобретения недостаточно изучены основные характеристики создаваемого материала, тем самым не давая полной характеристики материала.

Наиболее близким аналогом выступает заявка на изобретение US №20180327552 от 15.11.2018 г. «Способ изготовления полимерных композиционных материалов с нанонаполнителями для использования в аддитивном производстве для улучшения свойств материала». Способ получения композиционного материала по изобретению заключается в предварительном создании маточной смеси. Маточная смесь основана на экструзии двух полимеров, выбранных из перечня, представленных в материалах заявки, к которым относятся полиэфиримид и поликарбонат с углеродными нанотрубками. Затем в полученную маточную смесь вводится волокнистый наполнитель, в частности углеволокно и/или стекловолокно, полученная многокомпонентная смесь так же подвергается экструзии.

Как утверждают авторы изобретения, благодаря представленному способу, создаваемая полимерная нить не обладает шероховатостью, однако не проиллюстрированы снимки получаемой нити и не представлены основные характеристики созданного композиционного материала.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения полиэфиримидного композиционного материала, предназначенного для создания полимерной нити, используемой в аддитивных технологиях, с улучшенными прочностными характеристиками.

Поставленная задача достигается путем получения композиционного материала, основанным на предварительном экструзионном смешении полиэфиримида (ПЭИ), углеволокна (УВ) или стекловолокна (СВ) с последующим его экструзионным взаимодействием с гранулами поликарбоната (ПК), при количественном соотношении масс. %:

1. Полимерная матрица (ПМ):

ПЭИ 60-75%,

УВ или СВ 25-40%,

2. Композиционный материал:

ПМ 80-85%,

ПК 15-20%.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами.

Пример 1-6 (предлагаемые).

В смеситель, нагретый до 45°С, при режимах оборота 1500 об/мин. загружают 60-75 масс. % ПЭИ и наполнителя на основе углеволокна или стекловолокна в количестве 25-40%. Из полученной смеси путем экструдирования получают гранулы полимерной матрицы. Полученные гранулы полимерной матрицы смешивают с использованием лабораторного высокоскоростного смесителя с гранулами ПК в количестве 15-20% и перерабатываются в зонах двухшнекового экструдера I, II, III, при температурных режимах 200°С, 300°С, 330°С соответственно. Количественные и качественные соотношения компонентов полимерной смеси в масс. % представлены в таблице 1.

Композиции готовят и испытывают аналогично примеру.

Использование компонентов вне заявляемых количеств или их смесей приводит к ухудшению характеристик композиционного материала.

В таблице 2 представлены прочностные характеристики полимерного материала. Все испытания проводятся соответственно ГОСТ и по стандартам ISO.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа получения композиционного материала, предназначенного для аддитивных технологий, позволяющего улучшить свойства создаваемого материала.

Способ получения полиэфиримидного композиционного материала, предназначенного для получения изделий методом 3D-печати, заключающийся в предварительном смешении в смесителе полиэфиримида и наполнителя на основе углеволокна или стекловолокна, отличающийся тем, что из полученной смеси путем экструдирования получают гранулы полимерной матрицы, содержащей 60-75 мас. % полиэфиримида и 25-40 мас. % углеволокна или стекловолокна, затем 80-85 мас. % полимерной матрицы смешивают с 15-20 мас. % гранулами поликарбоната и перерабатывают для получения композиционного материала в зонах двухшнекового экструдера I, II, III, при температурных режимах 200°С, 300°С, 330°С соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к композиции связующего, предназначенной для изготовления полимерного композиционного материала (ПКМ) или препрегов для ПКМ, к вариантам способа получения композиции связующего, к способу отверждения композиции связующего, к полимерному композиционному материалу и способу его получения.

Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов (ПКМ), а именно к аппретированию углеродных волокон, предназначенных для получения материалов, которые могут быть использованы в химической, нефтяной и металлургической промышленности, авиатехнике для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию повышенных температур.

Изобретение относится к способу обработки полиимида, используемого для таких продуктов как волокна, пленки, листы, блоки и другие конфигурации. Обработку осуществляют посредством временного увеличения подвижности цепей полиимида в течение цикла отверждения полиимида после инициирования отверждения полиимида и до завершения цикла отверждения.

Изобретение относится к теплостойкому связующему для полимерной оснастки из полимерных композиционных материалов, которое может быть использовано в изделиях авиакосмической техники.

Изобретение относится к области получения композиционных материалов с применением нанотехнологии. Описан способ получения полиимидного композиционного материала, наполненного наноструктурированным карбидом кремния с модифицированной поверхностью, осуществляемый реакцией конденсации диангидридов ароматических поликарбоновых кислот и 4,4'-оксидианилина в токе инертного газа в среде полярного органического растворителя (выбранном из группы: N-метилпирролидон, NN-диметилацетамид) в присутствии модифицированного наноструктурированного карбида кремния, полученного из немодифицированного наноструктурированного карбида кремния, предварительно окисленного на воздухе при температуре от 700 до 1200°С в течение 5-20 минут и охлажденного до комнатной температуры в вакууме или токе инертного газа, суспендированного в сухом органическом растворителе (выбранном из группы: N-метилпирролидон, NN-диметилацетамид) под воздействием ультразвука с частотой 20 кГц в течение 20-40 минут, который в виде суспензии, содержащей 20-40 мас.% карбида кремния от веса получаемого композита при 80-100°С, перемешивается с 3-аминопропилтриэтоксисиланом, вводимым в количестве, соответствующем весовому соотношению силана к карбиду кремния, равному 1:(5-10), в течение 40-60 минут, после чего суспендированный модифицированный карбид кремния отфильтровывают и перемешивается с 4,4'-оксидианилином в сухом органическом растворителе (выбранном из группы: N-метилпирролидон, NN-диметилацетамид) под воздействием ультразвука с частотой 20 кГц в токе инертного газа в течение 20-40 минут, охлаждается до 5-10°С, к образовавшейся реакционной массе порционно при перемешивании добавляется эквимолярное по отношению к 4,4'-оксидианилину количество диангидрида ароматической поликарбоновой кислоты, и образовавшаяся реакционная масса подвергается воздействию ультразвука с частотой 20 кГц в течение 15-25 минут, затем перемешивается при 20-25°С в течение 5-9 часов, затем образовавшееся полимерное соединение помещается в термостойкую емкость и сушится при ступенчатом нагреве по следующей схеме: от 50 до 65°С в течение 2-3 часов, от 90 до 115°С в течение 3-4 часов, от 150 до 250°С в течение 2-3 часов, от 280 до 300°С в течение 0,5-1 часов, с последующим вакуумным охлаждением или охлаждением в токе инертного газа.

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, конкретно к полиимидным связующим для термостойких композиционных материалов и связующему на ее основе.

Изобретение относится к блок-сополиимиду, к вариантам способа его получения, к асимметричной цельной мембране или асимметричной цельной плоской мембране, к модулям на основе такой мембраны, а также к способу разделения газов и устройству для разделения газов.

Изобретение касается технологии получения нанокомпозитов на основе наноструктурированного карбида бора с полиимидной матрицей. Предложен способ получения полиимидного композитного материала, армированного наноструктурированным карбидом бора, осуществляемый реакцией конденсации диангидридов ароматических поликарбоновых кислот и ароматических диаминов в присутствии наноструктурированного карбида бора, который в виде суспензии в сухом органическом растворителе, содержащей 2-60 мас.% карбида бора от веса получаемого композита, перемешивается под воздействием ультразвука в токе инертного газа с органическим диамином, охлаждается до 10-25°С, после чего к образовавшейся реакционной массе порционно при перемешивании добавляется диангидрид ароматической поликарбоновой кислоты, вводимый в эквимолярном количестве по отношению к органическому диамину, и бензойная кислота, вводимая в количестве, соответствующем молярному соотношению бензойной кислоты по отношению к диангидриду ароматической поликарбоновой кислоты, равному 1:(0,1-2), после чего образовавшаяся реакционная масса подвергается воздействию ультразвука при 30-40°С в течение 10-30 мин, затем перемешивается при 60-85°С в течение 3-8 ч и затем при 170-200°С в течение 12-22 ч с одновременной отгонкой образующейся воды, после чего полученная дисперсия выливается в этиловый спирт или раствор этилового спирта в воде, фильтруется и сушится при нагреве от 70 до 90°С в течение 3-8 ч в вакууме с последующим вакуумным охлаждением или охлаждением в токе инертного газа.

Изобретение относится к области получения композитных материалов с применением нанотехнологии, а именно касается технологии получения нанокомпозитов на основе наноструктурированного карбида кремния и углеродного волокна с полиимидной матрицей, которые могут быть применены в различных областях техники, в частности при изготовлении конструкционных материалов, используемых в ракетостроении, в авиационной и космической отрасли.

Изобретение относится к отверждаемой полимерной композиции, предназначенной для получения композита, и композиционному материалу. Отверждаемая полимерная композиция содержит следующие компоненты: (A) компонент, представляющий собой предшественник термореактивной бисмалеимидной смолы, полученный в результате реакции малеинового ангидрида и диамина, выбранного из толуолдиаминов, метилендианилинов, 1,3- и 1,4-фенилендиаминов, диаминодифенилизопропилиденов, диаминодифенилкетонов, диаминодифенилоксидов, диаминодифенилсульфидов и C2-20 алкилендиаминов; (B) арилсульфонсодержащий бисмалеимидный компонент и (C) полиарилсульфоновый термопластичный агент, повышающий сопротивление разрушению, который не содержит малеимидных боковых и/или концевых групп.
Изобретение относится к окрашивающим веществам, создающим эффект чешуек на пластмассах. .

Изобретение относится к разработке рецептуры резиновой смеси для производства пористых подошвенных резин и пористых морозостойких амортизирующих материалов. .

Изобретение относится к резиновой промышленности и может применяться в производстве многослойных резинотканевых конструкций. .

Изобретение относится к твердым композициям, содержащим сополимеры с маленькими первичными частицами в сыпучей форме. Композиция в форме частиц, твердая при 20°С в качестве модификатора ударной вязкости, содержащая по меньшей мере один сополимер на основе по меньшей мере следующих сомономеров от а) до d): a) от 30 до 85% масс., в пересчете на общее количество всех сомономерных единиц, сопряженного диена, b) от 5 до 55% масс., в пересчете на общее количество всех сомономерных единиц, α,β-ненасыщенного нитрила, c) от 0,5 до 5% масс., в пересчете на общее количество всех сомономерных единиц по меньшей мере одного полифункционального (мет)акрилата из многоатомных спиртов с 2-10 атомами углерода, и d) от 1 до 10% масс., в пересчете на общее количество всех сомономерных единиц, по меньшей мере одного функционализированного сомономера, выбранного из группы, состоящей из (мет)акрилатов с гидроксильными функциональными группами, (мет)акриламидов, (мет)акриловой кислоты и их смесей, которые после распылительной сушки имеют средний диаметр первичных частиц от 5 до 500 нм, отличается тем, что композиции имеют сыпучесть согласно стандарту ENDIN 6186:1998 (диаметр воронки 15 мм) не более чем 33 с.
Изобретение относится к способу получения водной суспензии, включающей частицы сополимера, и к водной суспензии, получаемой этим способом. Способ приготовления водной суспензии включает частицы сополимера, суспендированные в ней, и стадии приготовления.

Изобретение относится к промышленным и техническим тканям, применяемым в производстве бумаги и связанным с ним процессом, производству нетканых продуктов, и касается конкретно композиций полимерного компонента для изготовления компонентов промышленной ткани, способу получения их и к компоненту промышленной ткани.

Изобретение относится к области природных полимерных материалов, в частности к биологии и медицине, и может быть использовано для получения раствора фиброина шелка для формования волокон при помощи электроспиннинга.

Изобретение относится к порошкообразной смеси, используемой в различных областях, включая составы для нанесения покрытий. Порошкообразная смесь содержит, мас.%: 20-90 одного или нескольких органических пероксидов в виде порошка и 10-80 сульфата бария со средним размером частиц (d50) в диапазоне 0,5-3 микрон.

Изобретение относится к полимерному компаунду для получения изделий, включающему смесь, содержащую 80-95 мас.% термопластика, обладающего средней температурой плавления (Tm) 105-185°С, и 5-20 мас.% иономера бутильного каучука, диспергированного в матрице из термопластика, в пересчете на суммарную массу смеси, причем термопластик содержит полиолефины, поливинильные соединения, полистирольные соединения, полиакрилонитрильные соединения, полиакрильные соединения, полиамиды, полиуретаны, сложные полиэфиры, полисилоксаны, поливинилхлориды и полистиролы.
Изобретение относится к полимерной композиции для получения изделий, содержащей, по меньшей мере, один полимер и, по меньшей мере, одну добавку основного типа, причем, по меньшей мере, одна добавка основного типа имеет значение pH, равное или составляющее менее чем 13 и равное или составляющее более чем 7 при измерении в водном растворе 1 мас.% при 20°C, причем, по меньшей мере, одна добавка основного типа выбрана из группы, состоящей из оксидов щелочноземельных металлов, гидроксидов щелочноземельных металлов, MgCO3, ZnO и Al2O3 основного типа, и причем, по меньшей мере, один полимер выбран из группы, состоящей из сложных эфиров полисахаридов.

Изобретение относится к способу непрерывного получения гранулированной расплавленной полиолефиновой композиции, содержащей бимодальный или мультимодальный полиолефин и одну или несколько присадок.

Изобретение относится к способу получения полиэфиримидного композиционного материала, предназначенного для получения изделий методом 3D-печати. Способ основан на предварительном получении двухкомпонентной полимерной матрицы с последующим введением наполнителя. В качестве полимерной матрицы используется смесь полиэфиримида, углеволокна или стекловолокна, в качестве наполнителя используется поликарбонат. Технический результат - разработка способа получения композиционного материала, предназначенного для аддитивных технологий, позволяющего улучшить прочностные свойства композиционного материала. 2 табл.

Наверх