Способ изготовления изделий пористой структуры из углерод- углеродных композиционных материалов

 

Изобретение относится к изготовлению изделий из углерод-углеродного композиционного материала, обладающих высокой пористостью, предназначенных для использования в процессах разделения смесей. Сущность изобретения: способ изготовления изделий состоит в том, что углеродный волокнистый материал, пропитанный полимерным связующим, наносят на металлическую оправку, обжимают и подвергают термообработке, непрерывно протягивая заготовку через печь при 800-850°С. Затем заготовку охлаждают, снимают с оправки и повторно термообрабатывают, протягивая ее через печь с температурой 800-1500°С. Предлагаемый способ обеспечивает изготовление тонкостенных изделий с высокой пористостью, равномерным распределением пор, высокой механической прочностью.

Изобретение относится к изготовлению изделий с пористой структурой из углерод углеродных композиционных материалов.

Изделия с пористой структурой используются в качестве электродов в топливных элементах, в качестве разделяющих элементов в процессах микрофильтрации, в качестве основы неорганической мембраны.

Известны способы изготовления изделий с пористой структурой, включающий смешение углеродных или целлюлозных волокон с полимерным связующим, карбонизацию и термообработку [1, 2 и 3] Их недостатком является использование многократного повторения цикла пропитка связующим карбонизация, что приводит к увеличению продолжительности процесса и удорожанию изделий. Пропитка углеродом из газовой фазы также усложняет процесс, увеличивает его продолжительность и, следовательно, стоимость изделий.

Сущность изобретения заключается в том, что заготовку изделия формуют путем нанесения углеродного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, на металлическую оправку, обжимают и термообрабатывают, непрерывно протягивая через печь при 800-850^оС, после чего заготовку охлаждают, снимают с оправки и подвергают повторной термообработке, непрерывно протягивая через печь при 800-1500^оС.

После нанесения волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, на оправку (дорн) производится механическое обжатие волокнистого материала углеродной или вискозной нитью с целью создания в сборке оправка углеродный материал механического давления, которое не только сохраняется, но и увеличивается при последующей термообработке из-за различий термического расширения оправки и обжимающих нитей.

Предложенный способ позволяет упростить технологический процесс, сократить его продолжительность, изготавливать изделия любой длины на установках небольших габаритов, при этом полученные изделия обладают высокой механической прочностью, имеют равномерное распределение пор с преобладающим размером 1-5 мкм. Применение таких изделий позволит повысить эффективность процессов разделения смесей.

П р и м е р. Углеграфитовую ткань марки УУТ-2, пропитанную фенолформальдегидной смолой марки РСФ-3010, наносят на металлический стержень диаметром 13,5 мм, l= 340 мм. Заготовку обжимают и протягивают через печь с температурой 850^оС. После этого заготовку охлаждают, снимают с металлического стержня и подвергают повторной термообработке, непрерывно протягивая через печь с температурой 1500^оС.

Полученное предлагаемым способом изделие длиной 340 мм, диаметром 13,5 мм с толщиной стенки 2,0 мм имеет пористость 45% преобладающий размер пор 1,0-5,0 мкм, прочность на изгиб σ_изг=30 МПа и может быть использовано как основа для нанесения неорганической мембраны и как разделяющий элемент в процессах микрофильтрации.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ ИЗ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий формование заготовки нанесением углеродного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, на металлическую оправку и термообработку, отличающийся тем, что сформованную заготовку обжимают и термообрабатывают при непрерывной протяжке через печь с температурой 800 850^oС, после чего охлаждают, снимают с оправки и подвергают повторной термообработке при непрерывной протяжке через печь с температурой 800 1500^oС.