Способ получения смоляного сырья для изготовления формованных углеродных изделий

 

635883

Рз

15 )0, )

3.1

55 бЭ

3 послсдчощс11 тсрмообработкой и карбопизацпсй. имеют кристалличсску!О структуру атомов углерода, очень близкую к структурс графита. Э!О обеспечивает пол учснпс формованных углеродных изделий с физически vIH свойствами, близк;!мп к cBoIIcòl)III графита, т. е. прежде всего с поьышспной прочностью и эластичностью. Смоляное сырье, получаемое согласно изобретению, имеет содержание углерода 95 — 96 вес. о/О, средний молекулярный вес 400 — 3000 и способно переходить в однородно расплавленное состояние при температуре в интервале

320 — 480 С; вязкость расплава составляет

0,4 — 700 пз. При формовании такого смоляного сырья происходит молекулярная ориентация, которая наряду со стспсныо роста кристаллов уси. lивастся HB послед)10щих стадиях специальной термообработки, придающей пеплавкость, и па стадии карбонизацип, в результате чего получают высокоорие!ггпрованные н эластпчныс формованныс углеродные изделия.

Формуют пз расплава смоляного сырья обычными способами — экструзией. центрифугированием, распылением, отливом и т. п. Обработку, придающую неплавкость после формования, ведут нрп 150 — 200 С в окислительной атмосфере, например озона, кислорода, окиси азота, галогсна, ccpH01 ангидрида пли их смеси. Далее формованное изделие, которому придана неплавкость (волокно, пленка), подвергается прокалнванию в нсокислитсльной атмосфере для карбонизацни. При получении пленок способом отлива расплава на гладкую поверхность стадия обработки, придающей неплавкость, может быть опущена, и отлитый слой расплава сразу подвергается прокаливанию в неокислитсльной атмосфере.

Таким образом, смоляное сырье для изготовления формованных углеродных изделий, получаемое согласно изобретению, обеспечивает изготовление изделий с высокой прочностью, однородным качеством и высоким модулем упругости. Расплав этого сырья имеет вязкость, которая дает возможность осуществлять однородное и тонкое формование волокон и пленок.

Пример 1. Смесь 1 г фенантрена и 10 г критена помещают в стеклянную ампулу с азотом. Лмпула находится в автоклаве, где в течение 3 ч поддерживают температуру

500 — 530 С. При этом смесь в течение 75—

90 мин выдерживают при 480 С. Полученную в результате реакционную смесь отфильтровывают при 420 С в атмосфере азота и фильтрат выдерживают при тех жс условиях 90 мин. Всего смесь выдер)кивают при температуре 420 С в течение 2 ч.

Получают смолянос вещество, имеющее структуру конденсированного полициклического ароматического соединения с 10—

11 ароматическими кольцами; содержание

3:гг!срода в нем 99,5 /о, средний молскулярJ

4 пый вес 450, вязкость расплава при 350 С составляет 200 пз. После охлаждения смол SIHOI О !3сщс(3 13а ПО.!ИрОВ<1 пи с! я повсрхно(.ть сгo попсрс lllol o срезы показала под поляриза ционпы и микроскопом 31очтп полное отс",тствпс HBQTpoппы., 1«cTKoB, что доказывает апизотропшо. Г1олучснпос смоляное вещество используют в качестве сырья для изготовления углеродного волокна как описаНо ниже.

Из расплава полученного смоляного вещества при 350 С прядут экструзией волокна через фпльеры диаметром 0,5 мм.

Полу !а!От волокна диаметром около 17 мк, для!!01! около 50 см. Их подвешивают свободно в печи и обрабатывают в атмосфере воз уха, (одсржащсго 10 об. о/О двуокиси азота, при 150 — 200 С в течение 5 ч, а затем только на воздухе при повышении температуры до 300 С в 1счение 2 и, в результате чс1о волокна становились неплавкими.

Затем пх по,!всргалп карбонизации в атмосфере азота при постепенном повышении температуры со скоростью 5 C/ìèí до

1000 С, а затем при скорости 10 — 20 С, мин

<о 2800 С. В рсзульгатс получили углеродпые волокна, рснтгсноструктур! ый анализ которы.; пока:3ал такую степе!;,, молскулярIIol! ориентации, гго 80 /р плоскости кондснл р(инниных колен, находились в пределах

8 — 10 град от осевого направ ICIIHH волокон.

Модуль упругости волокон составил около

2200 т/см". Во,токна, г10лученпые из смоля-!!о!о сырья согласно прототипу, имели модуль 3 пругостп около 450 т/см .

Пример 2. Смесь 5 г фенантрена, 20 г бензопирен« и 1 г хлористого алюминия нагревают в автоклаве при 250 †2 С в течение 3 ч в атмосфере азота. После этого реакционную смесь промывают соляной кислотой, а затем отмывают водой от c;Ipдов хлористого алюминия. Получают смоляное вещество, показывающее при 340—

350 С р IIIHouep»o расплавленное состояние с вязкостью 150 пз. После охлаждения смоляного вещества набл1одают под поляризацпош1ым микроскопом отполированную поверхность среза. Наблюдения показали, что изотроппыс участки почти полностью отсутствуют, что свидетельствовало о высокой степени анизотропип полученного вещества.

Данные анализа показали, что это смесь соединений конденсированной полициклической структуры из 9 — 12 колец в среднем.

Из расплава полученного вещества формуют волокна диаметром около 19 мк аналогично примеру 1. Волокна так)ке обладают молекулярной ориентацией в аксиальном направлении, Обрабатыва1от сформовапчые волокна аналогично примеру 1.

В готовых углеродных волокнах степень молекулярной ориентации соответствует тому, что около 83 /о плоскости конденсированных колец имеет отклонение от аксиальпого направления волокон + 10 град.

635883

Составитель Т. Винникова

Редактор Л. Герасимова Техред A. Камышникова Корректор г1. Федорова

Заказ 2070/14 Изд. № 768 Тираж 638 Подписное

НПО осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Модуль эластичности полученных волокон составил около 2300 т/см .

Пример 3. Кристаллический тетрабензо- (а, с, h, j) -феназин, плавящийся при

485 С, обрабатывают в автоклаве в атмосфере азота при температуре 580 †5 С в течение 1 ч. Получают черное глянцевое смоляное вещество с температурой плавления 300 — 310 С; вязкость его расплава при

350 С составляет около 50 пз. Содержание углерода в полученном смоляном продукте

96%, его средний молекулярный вес 410.

На полированной поверхности среза вещества после охлаждения под поляризационным микроскопом изотропных участков не 15 обнаружено.

Из расплава этого вещества аналогично примеру 1 прядут волокна при 350 — 370 С; полученные волокна диаметром около 15 мк обрабатывают для придания неплавкости и 20 карбонизации аналогично примеру 1. Готовые углеродные волокна имеют модуль упругости 3200 т/см .

Из расплава того же смоляного вещества на силикатной подложке формуют пленку 25 толщиной 5 — 15 мк, которую затем обрабатывают в атмосфере аргона при повышении температуры со скоростью 1 — 2 С/мин до 1000 С, после чего температуру повышают при скорости 5 — 20 С/мпн до 2800 С.

Получают высокогибкую углеродпую пленку с высокой степенью молекулярной ориентации.

Таким образом, изобретение позволяет получить смоляное сырье, обеспечивающее повышение модуля упругости полученных из него формованных углеродных изделий.

Формула изобретения

Способ получения смоляного сырья для изготовления формованных углеродных изделий термообработкой конденсированных полициклических соединений в атмосфере азота, отличающийся тем, что, с целью повышения модуля упругости изделий, тсрмообработке в течение 1 — 3 ч при

500 — 590 С или в присутствии 4% от веса реакционной смеси xëîðèñòîãо ал1оминия при 250 — 270 С подвергают полицикличсское соединение, выбранное из группы тетрабензо-(а, с, h, j)-феназин, смесь фенантрена с критеном в соотношении 1: 10 соответственно, смесь фенантрена с бензопир .ном в соотношении 1: 4 соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 1465030, кл, С Olb, опублик. 1967.