PL98161B1 - Sposob wytwarzania wlokien karbonizowanych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia wlókien karbonizowanych z wlókien poliakry- lonitrylowych.W znanych sposobach wytwarzania wlókien kar¬ bonizowanych, proces przeksztalcenia wlóknistych 5 polimerów o zawartosci wegla powyzej 90% ma charakter ciagly i przebiega poprzez stadium wstepnej obróbki cieplnej w temperaturze 220— —300°C i stadium wysokotemperaturowej obróbki do 1000, 1500 lub250ODC. 10 Zachowanie wlóknistej struktury w materiale skarbonizowanym zalezy przede wszystkim od do¬ boru parametrów i wlasciwego sposobu prowa¬ dzenia wstepnej obróbki cieplnej. Dotychczas pro¬ ces prowadzi sie w temperaturze 220°C, w czasie 15 od 1 godziny (opis patentowy francuski nr 1539 755) do 44 godzin (opis patentowy francuski nr 1 501286), pod naprezeniem (opis patentowy St. Zjedn. Amer. nr 3 412 062) lub nawiniete na rame, jak w opisie patentowym brytyjskim nr 20 1 110 791, w atmosferze powietrza lub pary wod¬ nej, jak w opisie patentowym francuskim nr 1 502 253.Proces karbonizacji bywa na ogól niewiele zróznicowany i przebiega najczesciej w atmosferze 25 gazu obojetnego, jak argon,' azot lub rzadziej re¬ dukcyjnego, jak wodór.Stwierdzono, ze wymienione sposoby maja wa¬ dy, uniemozliwiajace przeprowadzenie procesu utleniania niektórych wlóknistych polimerów akry- 30 lonitrylowych np. typu „Anilana". Wlókna te wprowadzane bezposrednio do temperatury 220 DC ulegaja bardzo gwaltownym zmianom, wskutek ezego ich struktura wlóknista ulega zniszczeniu.Wlókna sklejaja sie, miekna i kurcza intensyw¬ nie, mimo stosowanego obciazenia. Miejscami zry¬ waja sie, a nawet ulegaja skoksowaniu.Wskutek bardzo gwaltownego przebiegu procesu, polaczonego z czesciowym rozkladem wlókien, wy¬ dziela sie duza ilosc trujacych gazów, co grozi szczególnym niebezpieczenstwem przy duzym wy¬ pelnieniu komory grzewczej wlóknami. Opisane zjawiska mozna wyeliminowac poprzez obnizenie temperatury utleniania.Z uwagi na to, ze w niskich temperaturach cal¬ kowite utlenianie wlókien trwa bardzo dlugo, ce¬ lowe jest zastosowanie stopniowego wzrostu tem¬ peratury, lecz w scisle okreslonym rezimie oraz odpowiedniego czasu przetrzymania w temperatu¬ rze maksymalnej. Niekorzystnie na proces wytwa¬ rzania wlókien wplywa równiez zbyt szybki wzrost temperatury oraz nierównomierny rozklad tempe¬ ratur w komorze grzewczej.Zgodnie z wynalazkiem proces ma charakter pe¬ riodyczny, a wstepna obróbke utleniajaca prowa¬ dzi sie pod naprezeniem, w atmosferze powietrza, w temperaturach 150—220°C, przy czym szybkosc wzrostu temperatury do 150°C jest dowolna, na¬ tomiast calkowity czas wzrostu temperatury od 150 do 220°C wynosi 28—48 godzin, w tym czas 9816198161 przetrzymywania w temperaturze koncowej ksztal¬ tuje siew granicach 6—12 godzin. Wlókna utle¬ nione poddaje sie procesowi karbonizacji w atmo¬ sferze ochronnej gazu obojetnego lub redukcyjne¬ go, maksymalnie do temperatury 2500°C.Zastosowanie ciaglej wymiany*powietrza w fazie utleniania wplywa korzystnie na stopien utlenia¬ nia wlókien, a z kolei od zawartosci tlenu we wlóknach zaleza ich wlasnosci wytrzymalosciowe.Sposób zgodny z wynalazkiem eliminuje jakie¬ kolwiek omówione juz wyzej niebezpieczenstwa, a dodatkowo stwierdzono, ze przetrzymanie w niz¬ szych temperaturach powoduje wydluzenie wló¬ kien.Wlókna, otrzymane wedlug wynalazku, sa giet¬ kie, maja czarny blyszczacy kolor; ich srednica wynosi 8—13 mm, zawartosc wegla przekracza 90°/o, a zawartosc popiolu ksztaltuje sie w grani¬ cach 0,1—2,5%. Powyzsze dane zaleza od konco¬ wej temperatury obróbki. Równiez od koncowej temperatury obróbki zalezy stopien uporzadkowa¬ nia struktury krystalograficznej oraz wielkosc po¬ szczególnych krystalitów.Wlókna znajduja zastosowanie jako wypelniacz wzmacniajacy dla róznego typu tworzyw np. lami¬ natów. Materialy te z kolei stosuje sie w lotnic¬ twie lub przy budowie aparatury chemicznej.Przyklad. Wlókna ciagle typu „Anilana" w wiazce o grubosci 450 000 den, wytrzymalosci wló¬ kien elementarnych 3,65 G/TeX, wydluzeniu 46% przeciaga sie w pasmach o dlugosci okolo 13 m przez kolejne walki grafitowe. Jeden koniec pa¬ sma umocowany jest na stale, drugi obciazony cie¬ zarem okolo 20 kg. W ten sposób wlókna znajduja sie w stanie naprezonym i pod obciazeniem. Na¬ stepnie wlókna poddaje sie dzialaniu okreslonego rezimu temperaturowego.Poczawszy od temperatury 150°C czas przetrzy¬ mywania w fazieutleniania, w kolejnych tempe¬ raturach zwiekszonych o 10°C wynosi 6 godzin.Poszczególne pulapy temperatur osiaga sie skoko¬ wo.W zakresie temperatur 150°C do 170°C rozpo¬ czyna sie bardzo powolny proces utleniania, obser- 40 wowany zmiana barwy wlókien z bialej na zólta.Równoczesnie wlókna ulegaja stopniowemu wy¬ dluzeniu. Poczawszy od 170°C do 190°C proces przebiega intensywniej — nastepuje dalsza zmiana barwy wlókien.W temperaturze 190°C wlókna osiagaja barwe glebokiego brazu. Do tego momentu nie obserwuje sie kurczenia wlókien w kierunku osi. Istotne jest, aby wlókna w calej masie posiadaly jednolity sto¬ pien utlenienia, gdyz przy dalszym wzroscie tem¬ peratury niedotlenione wlókna moga ulec zbyt gwaltownej przemianie w zakresie temperatur 200—220°C.Wzrost temperatury od 190—220°C przebiega w czasie 12 godzin, a szesciogodzinne przetrzymanie w koncowej temperaturze jest wystarczajace dla otrzymania produktu calkowicie utlenionego w spo¬ sób jednorodny.W koncowej fazie utleniania wlókna nieco sie kurcza, jednak dzieki znacznemu wyciagnieciu w poczatkowej fazie procesu, dlugosc ich nie zmniej¬ sza sie. Utlenione wlókna uwalnia sie od obcia¬ zen i poddaje procesowi karbonizacji badz w sta¬ nie luznym, badz pod naprezeniem. PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania wlókien karbonizowanych z wlókien poliakrylonitrylowych, polegajacy na wstepnej obróbce utleniajacej, prowadzonej pod naprezeniem w atmosferze powietrza i nastepnie karbonizacji w atmosferze ochronnej gazu obojet¬ nego lub redukcyjnego, maksymalnie do tempe¬ ratury 2500°C, znamienny tym, ze proces prowadzi sie w sposób periodyczny, a wstepna obróbke utle¬ niajaca prowadzi sie w temperaturze 150—220°C, przy czym szybkosc wzrostu temperatury do 150DC jest dowolna, natomiast calkowity czas wzrostu od 150 do 220°C wynosi 28^8 godzin, w tym czas przetrzymywania w temperaturze koncowej ksztal¬ tuje sie w granicach 6—12 godzin.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze utlenianie prowadzi sie z zastosowaniem ciaglej wymiany powietrza. W.Z.Graf. Z-d L-ca zam. 2687/Da-79. A4. 100+15. Cena 45 zl PL