Obtaining high-strength carbon fiber based on polyphenylene sulfide by ATL method with laser heating

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The method of manufacturing high-strength structural carbon fiber from toupreg based on PPS-214 grade polyphenylene sulfide (Fortron, Germany) and AS4 high-strength carbon fiber (Hexcel, USA) using a promising ATL-technology (Automated Tape Laying) with laser heating is considered. The technology was adapted for the material under study, laboratory models in the form of plates were made, physical and mechanical tests of laboratory samples were carried out. The quality of the binder distribution and the presence of defects were assessed by raster electron microscopy. The influence of the reinforcement, pressing and vacuum heat treatment schemes on improving the mechanical properties of the studied carbon fiber was investigated. It has been found that the samples subjected to vacuum heat treatment have higher mechanical properties due to an increase in the adhesion of the toupreg tapes to each other and the removal of discontinuities formed during the calculation. The value of the ultimate strength at interlayer shear of samples made using a parallel-diagonal scheme increases by 108%, at bending by 370% and by 65% at compression.

By processing the toupregs by the ATL with laser heating and subsequent thermal treatment of the products, it is possible to obtain high-strength structural materials with improved physical and mechanical properties, as well as high repeatability and equality of properties throughout the area of the products, even using complex reinforcement schemes.

About the authors

D. D. Dvoryantsev

National Research Center “Kurchatov Institute” – CRISM “Prometey”

Author for correspondence.
Email: mail@crism.ru
Cand Sc. (Eng) 49 Shpalernaya St, 191015 St Petersburg, Russian Federation

A. S. Sargsyan

National Research Center “Kurchatov Institute” – CRISM “Prometey”

Email: mail@crism.ru
Cand Sc. (Eng) 49 Shpalernaya St, 191015 St Petersburg, Russian Federation

A. V. Anisimov

National Research Center “Kurchatov Institute” – CRISM “Prometey”

Email: mail@crism.ru
Dr Sc. (Eng) 49 Shpalernaya St, 191015 St Petersburg, Russian Federation

I. V. Lishevich

National Research Center “Kurchatov Institute” – CRISM “Prometey”

Email: mail@crism.ru
Cand Sc. (Eng) 49 Shpalernaya St, 191015 St Petersburg, Russian Federation

References

  1. Bataev, A.A., Bataev, V.A., Kompozitsionnye materialy: stroenie, poluchenie, primenenie [Composite materials: structure, preparation, application], Moscow: Logos, 2006.
  2. Bakhareva , V.E., Gorynin , I.V., (Ed.), Sovremennye mashinostroitelnye materialy. Nemetallicheskie materialy [Modern engineering materials Non-metallic materials]: reference book, St Petersburg: Professional, 2014, pp. 79-133.
  3. Mikhailin, Y.A., Termoustoichivye polimery i polimernye materialy [Heat-resistant polymers and polymeric materials], St Petersburg: Professiya, 2006, pp. 326-329.
  4. Ho, K.K.C., Shamsuddin , S.-R., Riaz, S., Lamorinere, S., Wet impregnation as route to unidi-rectional carbon fibre reinforced thermoplastic composites manufacturing, Plastics, Rubber and Composites, 2011, No 2, V. 40, pp. 102-103.
  5. Jens, K., Guglielmo, H., Manufacture of high performance fibre-reinforced thermoplastics by aqueous powder impregnation, Composites Manufacturing, No. 3, 1993, pp. 123-132.
  6. Yan, Y., Developments in fibers for technical nonwovens, Advances in Technical Nonwovens, 2016, pp. 19-96. URL: http/www.sciencedirect.com/article/pii/B9780081005750000024 (reference date 22/02/2022).
  7. Salamov, A.H., Polifenilenpolisulfid: svoistva, poluchenie i primenenie [Polyphenylenepolysulfide: properties, preparation and application], Kronos: estestvennye i tekhnicheskie nauki, 2019, pp. 43-44.
  8. Di Francesco, M., Giddings, P. F., Scott, M., Goodman, E., Dell’Anno, G., Potter, K., Influence of laser power density on the mesostructure of thermoplastic composite preforms manufactured by Automated Fibre Placement, International SAMPE Technical Conference, 2016, pp. 1-13.
  9. Perepelkin , K.E., Armiruyushchie volokna i voloknistye polimernye kompozity [Reinforcing fibers and fibrous polymer composites], St Petersburg: Nauchnye osnovy i tekhnologii, 2009.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».