PL164228B1 - Sposób obróbki termicznej włóknistych materiałów celulozowych - Google Patents

Abstract

1. Sposób obróbki termicznej włóknistych materiałów celulozowych w procesie otrzymywania włókniny węglowej, w którym wielowarstwowy materiał włóknisty ogrzewa się według określonego reżimu w określonych warunkach temperaturowych w atmosferze wydzielających się par i gazów poreakcyjnych, znamienny tym, że między warstwy materiału włóknistego wprowadza się równolegle względem nich przekładki z giętkiego materiału o dużym przewodnictwie cieplnym i perforowanej powierzchni oraz szerokości większej niż szerokość warstw włókniny, po czym do przestrzeni wewnętrznych doprowadza się ciepło do temperatury 540 K z prędkością nie większą niż od 1 - 3 K/min, a do temperatury 1280 K z prędkością od 1- 10 K/min, po czym otrzymaną włókninę węglową schładza się w temperaturze pokojowej w atmosferze beztlenowej.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki termicznej włóknistych materiałów celulozowych w procesie otrzymywania włókniny węglowej.

W czasie otrzymywania włókniny węglowej z materiałów celulozowych proces zwęglania włóknin prowadzi się w zakresie temperatur do 1780 K między innymi w atmosferze wydzielających się par i gazów poreakcyjnych przy czym ogrzewanie prowadzi się według określonego reżimu - z przyrostem temperatur nie większym niż 1 K/min. Istotnym jest, by w trakcie procesu grzania ciepło doprowadzane było równomiernie do całej objętości włókniny, a następnie - w czasie reakcji egzotermicznej również równomiernie odprowadzane tak, by otrzymana włóknina miała jednakowe właściwości fizykochemiczne takie jak struktura kapilarna, zawartość części lotnych, reaktywność w odniesieniu do pary wodnej.

Z tych względów w praktyce przemysłowej odstąpiono od zwęglania włóknin w wielowarstwowych pakietach lub zwojach. Z uwagi bowiem na to, że materiał włóknisty jest dobrym izolatorem ciepła włóknina zawarta w pakiecie lub zwoju ogrzewa się nierównomiernie na całej objętości w jednostce czasu. Podczas, gdy zewnętrzne warstwy ogrzane są do temperatury 620 K,to wewnątrz pakietu temperatura nie przekracza 370 K. Ponadto włóknina ogrzewana powyżej 453 K ulega destrukcji termicznej to jest reakcjom degradacji o sumarycznym efekcie cieplnym endotermicznym - co przy nierównomiernym dogrzaniu pakietu lub zwoju prowadzi do niejednorodności struktury włókien. Aby przeciwdziałać tym niekorzystnym skutkom procesów karbonizacji poddaje się włókninę w postaci cienkiej warstwy. Sposób ten jednak jest nieekonomiczny. Nie pozwala bowiem wykorzystać w pełni zdolności produkcyjnej urządzeń, wymaga stosowania urządzeń o dużych gabarytach, a ponadto jest czasochłonny.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu obróbki termicznej wielowarstwowego materiału włóknistego, który zapewni uzyskiwanie jednorodnej włókniny węglowej w całej objętości.

Zgodnie z wynalazkiem między warstwy materiału włóknistego wprowadza się, równolegle względem nich, przekładki z giętkiego materiału o dużym przewodnictwie cieplnym i perforowanej powierzchni oraz szerokości większej niż szerokość warstw włókniny. Korzystnie jest, gdy grubość poszczególnych warstw materiału włóknistego nie przekracza 10 mm, a brzegi przekładek są prostopadle zagięte. Do tak przygotowanych przestrzeni wewnętrznych doprowadza się ciepło do temperatury 540 K z prędkością 1-3 K/min, a do temperatury 1280 K z

164 228 prędkością od 1 do 10 K/min. Otrzymaną włókninę węglową schładza się w temperaturze pokojowej w atmosferze beztlenowej.

Sposób według wynalazku zapewnia nie tylko równomierne ale i szybkie doprowadzenie ciepła na całej objętośCi włókniny podczas reakcji endotermicznych, a także szybsze jego odprowadzenie podczas reakcji egzotermicznych.

W przypadku obróbki termicznej materiałów organicznych zawierających powyżej 17% tlenu w cząsteczce po rozpoczęciu procesu termicznej destrukcji przyspieszony zostaje proces przenikania wydzielania się ciepła reakcji egzotermicznych na zewnątrz zwoju lub pakietu co zapobiega nadmiernemu przyrostowi temperatury w wewnętrznych warstwach. Perforowana powierzchnia podkładek według wynalazku umożliwia dyfuzję na zewnątrz zwoju wydzielających się par i gazów. Tworzące się składniki smoliste procesu w kontakcie z odpowiednio dobranym materiałem przekładek ulegają wtórnej destrukcji termicznej z wydzielaniem tlenków węgla, metanu, wodoru, węgla pirolitycznego. Wydzielające się gazowe produkty destrukcji wtórnej podwyższają ogólną kaloryczność gazów popirolitycznych obniżając tym samym ilość uciążliwych odpadów ciekłych procesu.

Wynalazek opisany jest szczegółowo w poniższych przykładach.

Przykład I. Na wstęgę włókniny celulozowej o grubości 7 mm nałożono perforowaną folię aluminiową o grubości 0,1 mm, przy czym jej brzegi wystawały o 5 mm poza warstwę włókniny. Z tak przygotowanego surowca uformowano zwój, który poddano ogrzewaniu w reaktorze w atmosferze wydzielających się par i gazów poreakcyjnych do temperatury 540 K z prędkością 3 K/min a w przedziale temperatur 500 - 900 K z prędkością 5 K/min. Otrzymaną włókninę schłodzono do temperatury pokojowej w atmosferze dwutlenku węgla.

Przykładu. Warstwy włókniny celulozowej o grubości 9 mm ułożono naprzemiennie z warstwami siatki miedzianej o szerokości większej od szerokości wstęgi włókniny i brzegach zagiętych prostopadle ku górze. Tak przygotowany pakiet umieszczono w reaktorze i ogrzano w atmosferze azotu oczyszczonego z tlenu do temperatury 1280 K z prędkością 3 K/min. Otrzymaną włókninę węglową schłodzono do temperatury pokojowej w atmosferze beztlenowej.

Przykład III. Włókninę celulozową zaimpregnowano wstępnie chlorkiem amonu po czym jej warstwy o grubości 10 mm przełożono folią perforowaną, której brzegi wystawały poza obrzeże pakietu i były zagięte prostopadle ku dołowi. Pakiet poddano grzaniu, jak w przykładzie I.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób obróbki termicznej włóknistych materiałów celulozowych w procesie otrzymywania włókniny węglowej, w którym wielowarstwowy materiał włóknisty ogrzewa się według określonego reżimu w określonych warunkach temperaturowych w atmosferze wydzielających się par i gazów poreakcyjnych, znamienny tym, że między warstwy materiału włóknistego wprowadza się równolegle względem nich przekładki z giętkiego materiału o dużym przewodnictwie cieplnym i perforowanej powierzchni oraz szerokości większej niż szerokość warstw włókniny, po czym do przestrzeni wewnętrznych doprowadza się ciepło do temperatury 540 K z prędkością nie większą niż od 1 - 3 K/min, a do temperatury 1280 K z prędkością od 1 - 10 K/min, po czym otrzymaną włókninę węglową schładza się w temperaturze pokojowej w atmosferze beztlenowej.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że grubość warstw materiału włóknistego jest nie większa niż 10 mm.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że brzegi przekładek są prostopadle zagięte.