Способ получения углеродных волокнистых материалов

 

со)оз сОВГтских сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (sl)s 0 01 F 9/22

ГО6УДАРСТВЕННОЕ ПАТЕН ГНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСА!-! ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 1566130/05 (22) 08.06,73 (46) 23.05.93, Бюл. N 19 (71) Научно- производственное объединение иХимволокнои (72) B.M.ÁOIIäàðåíêo, Н.Ф.Коннова, Л,Г.Шевякова, М,Т.Азарова и А.А.Конкин (56) Патент Великобритании N. 1 66333, кл, С1А, 1972.

Патент Франции N 2069071, кл, С 01 В, 1 971.

Патент Франции N. 2076203, кл, С 01 В, 1970.

Патент Великобритании N. 1196599, кл. В 5 В, 1970.

Изобретение касается способа получения высокопрочных высокомодульных углеродных материалов (УМ) на основе волокон из полимеров и сополимеров акрилонитриrla, Цель изобретения — улучшение технологичности процесса получения и повышение физико-механических свойств углеволокнистых материалов, Цель достигается тем, что перед окислением прогревать волокно при снижении температуры от 180 — 230 С до 150 — 190 С

15 — 60 мин. Затем проводят окисление воздухом при 190 — 300 С и карбонизацию в инертной среде при 1100-1800 С.

При прогреве ПАН-волокон при постоянной температуре ниже начала экзоэффекта происходит сдвиг экзоэффекта в область более низких температур, Из них следует, что при прогреве ПАН-волокна на воздухе при температуре заведомо более низкой (например 200 С), чем температура начала экзоэффекта исходного волокна (например

„„SU „„1816820 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ

ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Сущность изобретения: волокнистый материал на основе полимера и сополимера акрилонитрила выдерживают при снижении температуры от 180 — 230 С до 150 -190 С

15-60 мин, Затем подвергают окислению воздухом при 190 — 300 С и карбонизуют в инертной среде при 1100 — 1800 С, 1 табл.

225"С), наблюдается снижение экзоэффекта у прогретых волокон (например до 188 С при прогреве в течение 10 ч, Изобретение позволяет снизить экэоэффект на 25 — 40 С и тем самым проводить окисление ПАН-волокон в более выгодных

° и температурных условиях с получением при 00 последующей карбонизации высокоп рочных высокомодульных УМ. Это особенно ( важно при одновременном окислении боль- QQ шой массы ПАН-волокна. К)

Способ иллюстрируется следующими примерами и таблицей, П О и м е р 1 (сревнителеныи). Волокно ). » на основе сополимера акрилонитрила и д метилакрилата, сформованное в воднодиметилформамидную ванну, NM-ЗО, температура начала экзоэффекта которого равняется 226 С, наматывают на рамку и помещают в печь окисления при температуре на 10 С ниже температуры начала экзоэффекта исходйого волокна (т.е, 215 С).

Затем температуру печи поднимают до

1816820

hLhL и/и

Свойства YB

Режим окисления модуль

Юнга кг/мм плотность, г/см прочность кг/мм диаметр, мк

18,000

18.000

1,600

170

7,4

Подъем температуры от 215 до

270 в течение 5 ч /пример 1 /

Снижение температуры печи от

223 до 190 С за 0,5 ч и подъем до

270 С за 5 ч /пример 2/

Снижение температуры печи от

223 до 190 С за 60 мин и подъем до 270 С за 5 ч /пример 3/

Снижение температуры печи от

223 до 190 С за 60 мин, подъем до 230 С за 60 мин и выдерживание при этой температуре 6 ч

/п име 4/

1,606

260

6,38

20,000

1,670

270

6,40

20,000

280

6,2

270" С за 5 часов. Окисленное волокно черного цвета, мягкое, эластичное, не горит, После карбонизации при 1100 С в течение

15 мин получают углеоодное волокно с прочностью 170 кг/мм и модулем Юнга

18000 кгlмм .

Пример 2. Волокно на основе сополимера акрилонитрила и метилакрилата, сформовайное в воднодиметилформамидную ванну, Мм-ЗО, температура начала экзоэффекта которого равняется 226 С, наматывают на рамку и помещают в печь окисления с температурой 223 С, после чего температуру снижают до 190 С в течение

30 мин, Температура начала экзоэффекта прогретого волокна составляет 195 С. Далее волокно окисляют на воздухе при равномерном подъеме температуры от 190 до

270 С в течение 5 ч. Окисленное волокно черного цвега, мягкое, эластичное и не горит, Волокно карбонизуют в инертной атмосфере при температуре 1100 С в течение

15 мин. Получено углеродное волокно с прочностью 260 кг/мм .и модулем Юнга

18,000 кг/мм, Пример 3. Исходное волокно и все операции, аналогичные примеру 1, кроме того, что снижение температуры от 223 до

190 осуществляют в течение 60 мин. Температура йачала экзоэффекта волокна по. сле прогрева — 190 С. После карбониза ии волокно имеет прочность 270 С кг/мм и модуль Юнга 20,000 кг!мм2.

Пример 4, Волокно на основе сополимера акрилонитрила и метилакрилата (воднодиметилформамидного способа формования) наматывают на рамку, помещают в печь с температурой 223 С и прогревают по следующему режиму: снижение температуры до 190 С в течение 60 мин, подъем до

230 в течение 60 мин и выдерживание при этой температуре в течение 6 ч. Полученное окисленное волокно черного цвета, мягкое, эластичное и не горит, После карбонизации при 1100 С в течение 15 мин получают угле, родное волокно с прочностью 280 кгlмм и модулем Юнга 20,000 кг/мм, Пример 5. Ленту шириной 200 мм из

"0 сополимера акрилонитрила и метилакрилата непрерывно пропускают через печь окисления с четырьмя зонами, На входе первой эоны температуру поддерживают 220 путем подачи горячего воздуха: Во второй зоне температуру снижают до 1800. Время прохождения через I и П зону 40 мин,затем ленту в течение 5 ч пропускают в III u IV з3о0нHы, в которых температуру равномерно поднимают от 180 до 270" С. Полученную окис20 ленную ленту подвергают карбонизации в инертной атмосфере при температуре

1800 С, Углеродное волокно имеет прочность

280 кг/мм и модуль Юнга 26,000 кг/мм, Свойства волокон, полученных по пред 25 лагаемому способу, представлены в таблице.

Формула изобретения.

Способ получения углеродных волокнистых материалов на основе полимеров и со30 полимеров акрилонитрила путем окисления воздухом при 190-300 С и последующей карбонизации в инертной атмосфере при

100-1800 С. отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и модуля уп- . ругости волокна, а также улучшения технологичности процесса, волокно перед окислением выдерживают при снижении температуры от 180 — 230 до 150-190 С в течение 15-60 мин, 40

1816820

Продолжение таблицы

Составитель

Техред М.Моргентал

Корректор С.Шекмар .

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1710 Тираж : Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5