CS273869B1 - Method of fibres' surface treatment for composite materials with polymer matrix - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu povrchové úpravy vláken s tepelnou odolností nad 300 °C, určených pro přípravu kompozitních materiálů s polymerní matricí.

Vlákna v kompozitních materiálech většinou příznivě ovlivňují jejich mechanické vlastnosti. Problémem je ovšem vytvoření takové přechodové fáze mezi matricí a vláknem, která by unadňovala přípravu kompozitu a popřípadě i zvyšovala odpor proti vzniku a růstu trhlin při mechanickém namáháni hotového kompozitu. Z tohoto důvodu se vlákna pro kompozitní materiály povrchově upravují různými způsoby.

Známý je například způsob povrchové úpravy vláken roztoky různých polymerů v závislosti na druhu vlákna a matrice. Nevýhodou tohoto způsobu je přítomnost rozpouštědel, která se musí po impregnaci vlákna odstraňovat - tím vznikají pochopitelně problémy, především ekologické.

Jiný způsob je založen na impregnaci vláken taveninami polymerů. Zde je problémem skutečnost, že používané polymery mají zpravidla vysoké teploty tání a vysoké viskozity, což se potom projevuje ve snížení produktivity práce a teplotně stabilizačním omezení.

Známý je také -způsob povrchové úpravy vláken práškovými polymery, u kterého je ale značným problémem dosažení potřebné adheze mezí částicemi práškového polymeru a vláknem při únosných výrobních rychlostech.

Další možností je potom použití dvousložkových reaktivních systémů, které je ale omezeno pouze na některé druhy laminátů, zejména termoreaktivního typu.

Výše uvedené nedostatky a omezení doposud známých způsobů povrchové úpravy vláken do značné míry odstraňuje způsob povrchové úpravy vláken pro kompozitní materiály podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že vlákno se předehřeje a potom se uvede do kontaktu s lehce tavitelným polymerním činidlem v tuhém skupenství, zejména ve formě prášku nebo kompaktního bloku, které se teplem obsaženým ve vlákně roztaví a vytvoří na povrchu vlákna tenkou vrstvu. Tavitelným činidlem je polymerní látka, která smáčí vlákno, současně je afinní vůči polymerní matrici a má teplotu tání o 20 až BO °C nižší, než je teplota tání polymerní matrice kompozitu.

Kontakt předehřátého vlákna s tavitelným polymerním činidlem je možno uskutečnit například průchodem vlákna přes zasypávací zónu, kde je prášek polymerního činidla na vlákno volně nasypáván, přičemž přebytek prášku, který neulpí na vlákně se odebírá a přivádí zpět na vstup zasypávací zóny. Jinou možností je vedení předehřátého vlákna fluidní zónou, kde je prášek polymerního činidla udržován ve vznosu a ulpívá na povrchu vlákna. Kontakt je možno realizovat také průvlakem vlákna kompaktním blokem polymerního činidla.

Tloušťku vrstvy tavitelného činidla na vlákně je možno regulovat délkou kontaktu vlákna s činidlem, rychlostí odtahu a teplotou předehřevu vlákna. Po nanesení vrstvy se vlákno chladí a je možné jej dále zpracovávat. Může se zpracovávat ve větších (i nekonečných) délkách, sekat na střiž a podobně.

Hlavní výhodou způsobu povrchové úpravy vláken podle vynálezu je především jeho jednoduchost a univerzálnost. Lze jej použít například při úpravě vláken skleněných, aramidových, uhlíkových i jiných pro matrice na bázi polypropylénu, polyamidu, polykarbonátu, polyimidu, polyesterů atd. při tom se získá upravené vlákno, které je po ochlazení nelepivé a dobře se s nim manipuluje. Při novém ohřevu se potom vrstva povrchové úpravy stane lepivou, což umožňuje ve srovnání s doposud známými způsoby snazší akceptování materiálu polymerní matrice a snížení spotřeby energie při přípravě směsi.

K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží následující praktický příklad povrchové úpravy skleněných vláken pro polymerní kompozit s polypropylénovou matricí. Jako tavitelné činidlo se v tomto případě používá intenzívně odbouraný polypropylén, charakterizovaný teplotou tání 80 až 150 °C, který může být popřípadě chemicky modifikován dalšími látkami - například maleinanhydridem. Skleněná vlákna, pramence nebo nitě se předehřejí na teplotu 160 až 200 °C, potom se uvedou do kontaktu s výše specifikovaným intenzívně odCS 273869 Bl bouraným polypropylénem ve formě prášku. Prášek se při tom volně sype na předehřáté vlákno v zasypávací zóně. Přebytek prášku, který neulpí na vláknu, se odebírá a přivádí se zpět na Vstup zasypávací zóny. Polypropylén se na vlákně roztaví a vytvoří na jeho povrchu tenkou vrstvu, která po ochlazení není lepivá a umožňuje snadnou další manipulaci s povrchově upraveným vláknem - například navíjení na cívky, sekání na střiž, skaní, atd. Upravené vlákno se dobře snáší s polypropylénovou matricí a dává kompozity výborných vlastností .

Claims (6)

1. Způsob povrchové úpravy vláken s tepelnou odolností nad 300 °C pro kompozitní materiály s polymerní matricí, vyznačující se tím, že vlákno se předehřeje a potom se uvede do kontaktu s lehce tavitelným polymernim činidlem, které smáčí vlákno, současně je afinní vůči polymerní matrici a má teplotu tání o 20 až 80 °C nižší, než je teplota tání polymerní matrice, v tuhém skupenství, zejména ve formě prášku nebo kompaktního bloku, potom se vlákno se vzniklou tenkou vrstvou polymerního činidla na povrchu ochladí.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že ke kontaktu předehřátého vlákna s tavitelným polymernim činidlem dochází průchodem vlákna přes zasypávací zónu, kde je prášek polymerního činidla na vlákno volně nasypáván, přičemž přebytek prášku, který neulpí na vlákně se odebírá a přivádí zpět na vstup zasypávací zóny.

3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že ke kontaktu předehřátého vlákna s tavitelným polymernim činidlem dochází průchodem vlákna přes fluidní zónu, kde je prášek polymerního činidla udržován ve vznosu a ulpívá na povrchu vlákna.

4. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že ke kontaktu předhřátého vlákna s tavitelným polymernim činidlem dochází průvlakem vlákna kompaktním blokem polymerního činidla.

5. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že nízkotavitelným polymernim činidlem je intenzívně odbouraný polypropylén, charakterizovaný teplotou tání 80 až 150 °C, popřípadě dále chemicky modifikovaný.

6. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že vlákno se po vytvoření povrchové vrstvy tavitelného činidla seká ná střiž.