Углеродная крученая нить и способ ее получения

 

Использование: производство углеродных волокнистых материалов на основе гидратцеллюлозных волокон, которые могут быть использованы в различных областях техники в качестве армирующих наполнителей композиционных материалов для изготовления текстильных структур - тканей, трикотажа, шнуров и т. п. , а также в качестве электропроводящих элементов. Сущность изобретения: углеродная крученая нить на основе вискозных нитей выполнена из 3 - 18 комплексных нитей линейной плотности 192 или 380 текс, каждая из которых имеет крутку 60 - 120 кр/м, линейную плотность 100 - 600 текс, относительную разрывную нагрузку до 60 гс/текс, прочность в петле не менее 50% от разрывной нагрузки разрывное удлинение 0,8 - 1,5% , модуль упругости не более 5000 кгс/мм² , удельную электропроводность 0,0038 - 0,0078 Ом^-1м^-1. Нить получают путем карбонизации вискозной ленты, содержащей в основе вискозные крученые нити линейной плотности 760 - 3420 текс, состоящие из комплексных нитей номинальной линейной плотности 192 или 380 текс, скрученных по крайней мере в 4 сложения в направлениях S и Z с круткой 60 - 200 кр/м. В качестве утка используют вискозную комплексную нить линейной плотности 192 и 380 текс. После термообработки при 2400 - 2800С ленты обрабатывают аппретом и разделяют на нити. 2 н. и 1 з. п. ф - лы.

Изобретение касается углеродных волокнистых материалов на основе гидратцеллюлозных волокон и способу их получения, которые используются в различных областях техники в качестве армирующих наполнителей композиционных материалов, для изготовления текстильных структур-тканей, трикотажа, шнуров и т. д. , а также в качестве электропроводящих элементов.

Наиболе близким техническим решением является графитированная крученая нить линейной плотности 30-36 текс с круткой 60 кр/м (Thornel 50, Thornel 75) на основе гидратцеллюлозных волокон (ГЦВ) линейной плотности 550-690 текс, состоящая из двух стренг, обладающая прочностью 200 кгс/мм², модулем упругости (40-50)˙10³ кг/мм², удлинением 0,6% , диаметром 6,0-6,6, содержащая 99,9% углерода (патент США N 3503708, кл. 23-209.2). Способ получения такой нити включает ступенчатый нагрев ГЦВ до 2800^оС под нагрузкой.

Вследствие высокого модуля и низкого удлинения нити ее текстильная переработка особенно при изготовлении многослойных тканых структур, трикотажа, шнуров крайне затруднена, так как сопровождается обрывами элементарных нитей и выделением углеродной волокнистой пыли.

Улучшить текстильную переработку углеродной нити можно несколькими способами: нанесением на нее аппретов, снижением модуля упругости и созданием такой текстильной структуры комплексных нитей, которая обеспечивала бы им высокие текстильные характеристики: изгибоустойчивость, износостойкость, коэффициент жесткости.

Целью изобретения является повышение способности углеродной крученой нити к текстильным переработкам.

Поставленная цель достигается тем, что углеродная крученая нить выполнена из 3-18 комплексных нитей линейной плотности 192 или 380 текс, каждая из которых имеет крутку 60-120 кр/м и характеризуется линейной плотностью 100-600 текс, относительной разрывной нагрузкой до 60 кгс/текс, при этом прочность в петле не менее 50% от разрывной нагрузки, разрывным удлинением 0,8-1,5% , удельной электропроводностью 0,0038-0,0078 Ом^-1 м^-1.

Углеродная нить имеет на поверхности 0,2-10 мас. % аппретирующей позиции.

В способе получения углеродной крученой нити путем карбонизации и высокотемпературной обработки до 2400-2800^оС вискозных нитей, карбонизации подвергают вискозные ленты, содержащие в основе вискозные крученые нити линейной плотности 760-3420 текс, состоящие из вискозных комплексных нитей линейной плотности 192 или 380 текс, скрученных в 4, 6, 9, 12, 18 сложений в направлениях Z и S с круткой 60-200 кр/м, при этом в качестве утка используют вискозную комплексную нить линейной плотности 192 и 380 текс, а после термообработки ленты аппретом их разделяют на нити.

Полученная таким образом крученая нить обладает изгибоустойчивостью, характеризуемой числом двойных изгибов до обрыва 163000-300000 циклов. Элементарная нить характеризуется следующими показателями: диаметр 3-4 μ, плотность 1,45 г/см³, прочность 150-200 кг/мм², модуль упругости (3-5) ˙10³ кг/мм².

Изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами.

П р и м е р 1. Вискозную комплексную нить линейной плотности 192 текс с круткой 60 кр/м в S навправлении скручивают в два сложения с круткой 120 кр/м в Z направлении. Затем эту нить повергают крутке 120 кр/м в S направлении в три сложения. Полученную таким образом вискозную комплексную нить суммарной линейной плотности 1200 текс и используют в качестве основы однонаправленной ленты, в утке прокладывают вискозную нить линейной плотности 192 текс или 192 текс в два сложения с круткой 120 кр/м. Ленту подвергают карбонизации при 200-600^оС и ступенчатому нагреву, а затем высокотемпературной обработке при 2400^оС, аппретированию композицией на основе пипириленкарбоксилатного латекса с последующим разделением на нити.

Полученная крученая углеродная нить содержит 99,9% углерода, 0,3% аппрета, обладает разрывной нагрузкой 50 гс/текс, прочностью в узле 35 гс/текс, удлинением 0,8% , число двойных изгибов до разрыва 169900 циклов и электропроводностью 0,0038 Ом^-1 м^-1, линейная плотность такой нити 200 текс.

П р и м е р 2. Вискозную техническую нить линейной плотности 380 текс с круткой 60 кр/м в S направлении скручивают в три сложения с круткой 120 кр/м в Z направлении, затем еще в три сложения с круткой 80 кр/м в S направлении. Полученную таким образом нить с результирующей линейной плотностью 3420 текс используют в качестве основы ленты. В качестве утка используют вискозную техническую нить линейной плотности 380 текс с круткой 60 кр/м.

Вискозную ленту подвергают термообработке, как в примере 1, аппретируют водной эмульсией пипириленнитрилкарбоксилатного латекса и разделяют на нити.

Углеродные крученые нити содержат 99,9% углерода, 0,5% аппрета и обладают следующими характеристиками: линейная плотность 600 текс, разрывная нагрузка 45 гс/текс, разрывная нагрузка в петле 30 гс/текс, число двойных изгибов до разрыва 300000 циклов, электропроводность 0,0077 Ом^-1 м^-1, удлинение 1,2% .

П р и м е р 3. Вискозную техническую нить линейной плотности 192 текс с круткой 60 кр/м в S направлении подвергают крутке 180 кр/м в Z направлении в два сложения и затем эту нить скручивают в два сложения с круткой 140 кр/м в S направлении. Полученную нить с результирующей линейной плотностью 1760 текс используют в качестве основы ленты, в утке которой прокладывают нить линейной плотности 192 текс.

Ленту подвергают карбонизации и высокотемпературной обработке, как в примере 1, аппретируют пипириленнитрилкарбоксилатным латексом и разделяют на нити.

Углеродная крученая нить содержит 99,9% углерода, 0,8% аппрета и обладает следующими характеристиками: линейная плотность 100 текс, крутка 160 кр/м, разрывная нагрузка 50 гс/текс, разрывная нагрузка в петле 30 гс/текс, разрывное удлинение 1,5% , число двойных изгибов до разрыва 300000 циклов, электропроводность 0,0078 Ом^-1 м^-1.

П р и м е р 4. Вискозную техническую нить линейной плотности 192 текс с круткой 60 кр/м в S направлении скручивают в два сложения с круткой 100 кр/м в Z направлении. Затем эту нить подвергают крутке 120 кр/м в S направлении в три сложения. Полученную таким образом вискозную комплексную нить суммарной линейной плотности 1200 текс используют в качестве основы однонаправленной ленты, в утке прокладывают вискозную нить линейной плотности 192 текс в два сложения с круткой 100 кр/м. Ленту подвергают карбонизации при 200-600^оС и ступенчатому нагреву, а затем высокотемпературной оработке при 1500^оС, аппретированрю композицией по примеру N 1 с последующим разделением на нити.

Полученная крученая углеродная нить содержит 99,9% углерода, 0,3% аппрета, обладает разрывной нагрузкой 60 гс/текс, прочностью в узле 40 гс/текс, удлинением 0,8% , числом двойных изгибов до разрыва 200000 циклов, электропроводимостью 0,0045 Ом^-1 м^-1.

Углеродная крученая нить, полученная согласно предложенному техническому решению, обладает высокими текстильными и пошивочными свойствами, успешно применяется как для изготовления текстильных материалов (ткани, трикотаж, шнуры), так и в качестве швейных нитей для сшивания изделий сложных форм ручным и механизированным способами. (56) Патент США 3503708, кл. 29-209.2, 1970.

Формула изобретения

1. Углеродная крученая нить на основе вискозных нитей, отличающаяся тем, что она выполнена из 3 - 18 комплексных нитей линейной плотности 192 или 380 текс с круткой 60 - 120 кр/м каждая, при этом она имеет линейную плотность 100 - 600 текс, относительную разрывную нагрузку, не превышающую 60 гс/текс, прочность в петле составляет по меньшей мере 50% от разрывной нагрузки, разрывное удлинение 0,8 - 1,5% , удельную электропроводность 0,0038 - 0,0078 ом^-1м^-1.

2. Нить по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит на поверхности 0,2 - 10 мас. % аппретирующей композиции.

3. Способ получения углеродной крученой нити путем карбонизации и высокотемпературной обработки до 2400 - 2800^oС вискозных нитей, отличающийся тем, что вискозные нити обрабатывают в ленте, основу которой составляют крученые нити линейной плотности 760 - 3420 текс из вискозных комплексных нитей номинальной линейной плотности 192 или 380 текс, скрученных по меньшей мере в 4 сложения в направлениях S и Z с круткой 60 - 200 кр/м, а уток составляет вискозная комплексная нить линейной плотности 192 или 380 текс, при этом после термообработки ленту дополнительно обрабатывают аппретом и разделяют на нити.