RU1772241C - Method for production of carbon textile filler for composite materials - Google Patents

Method for production of carbon textile filler for composite materials

Info

Publication number
RU1772241C
RU1772241C SU904841258A SU4841258A RU1772241C RU 1772241 C RU1772241 C RU 1772241C SU 904841258 A SU904841258 A SU 904841258A SU 4841258 A SU4841258 A SU 4841258A RU 1772241 C RU1772241 C RU 1772241C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
yarn
filler
tow
density
textile
Prior art date
Application number
SU904841258A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Людмила Федоровна Селиванова
Ольга Викторовна Полякова
Алексей Трофимович Каверов
Вячеслав Иванович Фролов
Клара Матвеевна Лалыкина
Вера Александровна Ивашова
Лидия Георгиевна Гаврина
Original Assignee
Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита filed Critical Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита
Priority to SU904841258A priority Critical patent/RU1772241C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1772241C publication Critical patent/RU1772241C/en

Links

Abstract

Использование: изготовление углеродвы- сокомодульных текстильных наполнителей. Сущность изобретени : исходный жгут линейной плотности 850-13300 текс из полиак- рилонитрильных нитей термостабилизируют в кислородсодержащей среде до достижени  его плотности, равной 1350-1380 кг/м3, и штапелируют жгут. Непосредственно после штапелировани  жгута из штапелированных волокон на пневмомехнической пр дильной машине формируют пр жу. Из полученной пр жи формируют текстильное полотно с последующей его высокотемпературной обработкой в инертной среде. 1 табл.Usage: the manufacture of carbonaceous-modular textile fillers. SUMMARY OF THE INVENTION: An initial tow of linear density of 850-13300 tex from polyacrylonitrile filaments is thermostabilized in an oxygen-containing medium until its density of 1350-1380 kg / m3 is reached and the tow is stapled. Immediately after the stapling of the staple fiber tow, the yarn is formed on the rotor spinning machine. A textile web is formed from the obtained yarn followed by its high temperature treatment in an inert medium. 1 tab.

Description

Изобретение относитс  к технологии изготовлени  высокомодульных текстильных наполнителей на основе полиакрило- нитрильных (ПАН) волокон в виде ткани, трикотажа, нетканых материалов,  вл ющихс  армирующими наполнител ми композиционных материалов, и тканей технического назначени .The invention relates to a technology for the manufacture of high-modulus textile fillers based on polyacrylonitrile (PAN) fibers in the form of fabric, knitwear, non-woven materials, which are reinforcing fillers of composite materials, and technical fabrics.

Наиболее близким техническим решением  вл етс  способ получени  наполнител , заключающийс  в термостабилизации исходных ПАН волокон, переработке их в пр жу, формировании из пр жи трикотажного полотна и композиционного материала в виде пакета из в заных дисков с последующей высокотемпературной обработкой композиционного материала.The closest technical solution is the method of producing a filler, which consists in thermostabilization of the initial PAN fibers, processing them into yarn, forming from a yarn a knitted fabric and composite material in the form of a package of knitted disks, followed by high-temperature processing of the composite material.

Однако этот способ имеет следующие недостатки:However, this method has the following disadvantages:

при получении пр жи используют классический многопереходный метод пр дени  с об зательной операцией предварительного аппретировани  термостабилизированного ПАН жгута, поскольку при отсутствии аппретировани  жгута штапелированна  лента не имеет св зности между отдельными волокнами и на технологических переходах классического способа пр дени  (кардочесание, ленточные и ровничные переходы ) наблюдаетс  осыпание штапельков и нарушение целостности ленты, то есть технологические возможности этого способа невысокие;upon receipt of yarn, the classic multi-junction method of yarn is used with the obligatory operation of preliminary sizing of the thermostabilized PAN bundle, since in the absence of sizing of the bundle, the stapled tape is not connected between the individual fibers and on the technological transitions of the classical method of yarn (carding, tape and roving transitions) shedding of staples and violation of the integrity of the tape are observed, i.e. the technological capabilities of this method are not high;

способ получени  пр жи с включением операции трощени  позвол ет получить пр жу ограниченного ассортимента - пр жу линейной плотности 176 текс (88 текс х 2). Данных о возможности получени  пр жи более низкой линейности плотности (более тонкой пр жи) и, следовательно, более высокого качества по этой технологии не приводитс .the method of yarn yarn production including turning on yields yields a limited variety of yarns - linear density yarn 176 tex (88 tex x 2). Data on the possibility of yarns of lower linearity of density (finer yarn) and, therefore, of higher quality by this technology are not given.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества наполнител  и расширение его ассортимента и технологических возможностей способа.The aim of the invention is to improve the quality of the filler and expand its range and technological capabilities of the method.

Х8 х| ЮX8 x | YU

Ю YU

Это достигаетс  тем, что в способе получени  углеродного текстильного наполнител  композиционного материала, заключающемс  в термостабилизации исходного жгута полиак- рилонитрильных в кислородсодержащей среде , их штапелировании, формировании из штапелированных волокон пр жи и формировании из пр жи текстильного полотна с последующей его высокотемпературной обработкой в инертной среде, в качестве исходного жгута используют жгут линейной плотности 850-13300 текс, термостабилизацию жгута провод т до достижени  его плотности, равной 1350-1380 кг/м3, а формирование пр жи из шталелироваиных волокон осуществл ют на пневмомеханической пр дильной машине непосредственно после штапелировани  нитей жгута.This is achieved in that in a method for producing a carbon textile filler of a composite material, which consists in thermostabilization of an initial polyacrylonitrile tow in an oxygen-containing medium, their stapling, the formation of yarn from stapled fibers and the formation of a textile web from yarn, followed by its high-temperature inert processing , as a source tow, a tow of linear density 850-13300 tex is used, the tow is thermally stabilized until its density is 1350-1 380 kg / m3, and the formation of yarn from stale fiber fibers is carried out on a rotor spinning machine immediately after the stapling of the strands.

При термостабилизации ПАН волокна происходит преобразование линейной структуры ПАН а циклическую, характерную дл  термостабилизированного ПАН. При этом пикнометрическа  плотность материала измен етс  от 1200 кг/м3 (дл  исходного ПАН волокна) до 1400-1450 кг/м3 (дл  волокна , прошедшего полный процесс термостабилизации ). Этот процесс сопровождаетс  уменьшением физико-механических свойств (разрывна  нагрузка, удлинение, эластические свойства, характерные дл  исходного ПАН волокна) и, естественно, при этом ухудшаетс  способность к текстильной переработке .When the PAN fiber is thermally stabilized, the linear structure of the PAN is transformed into a cyclic one, which is characteristic of the thermostabilized PAN. In this case, the pycnometric density of the material varies from 1200 kg / m3 (for the initial PAN fiber) to 1400-1450 kg / m3 (for the fiber that has undergone a complete thermal stabilization process). This process is accompanied by a decrease in physicomechanical properties (breaking load, elongation, elastic properties characteristic of the initial PAN fiber) and, naturally, the textile processing ability is deteriorated.

Необходимость получени  термостабилизированного ПАН жгута с пикнометриче- ской плотностью 1350-1380 кг/м обусловлено следующим:The need to obtain a thermostabilized PAN tow with a pycnometric density of 1350-1380 kg / m is due to the following:

-недоокисленный ПАН жгут {пикнометрическа  плотность ниже 1350 кг/м3) прекрасно перерабатываетс  в пр жу, так как волокно еще обладает достаточно высокими эластическими свойствами, в св зи с тем, что зациклизованные фрагменты не образовались во всем о-бъеме волокна и частично сохран етс  линейна  структура полимера. Из такой пр жи можно получить ткань с высокими физико-механическими характеристиками , но при последующей высокотемпературной обработке 1400-2000°С она сгорает, так как не получена необходима  структура волокна, способна  выдержать высокую температуру (пример 4 табл.);- undeoxidized PAN bundle (pycnometric density below 1350 kg / m3) is perfectly processed into yarn, since the fiber still has sufficiently high elastic properties, due to the fact that the cyclic fragments did not form in the entire volume of the fiber and partially retained linear polymer structure. From such yarn it is possible to obtain a fabric with high physical and mechanical characteristics, but with subsequent high-temperature processing of 1400-2000 ° C, it burns up, since the necessary fiber structure is not obtained, able to withstand high temperature (Example 4 of the table);

-ПАН жгут с пикнометрической плотностью выше 1380 кг/м3, дл  которого характерно наличие большого количества зациклизованных фрагментов (что подтверждаетс  методом электронного парамагнитного резонанса), обладает повышенными жесткостью и хрупкостью и низкими разрывными характеристиками. Переработка в-PAN harness with a pycnometric density higher than 1380 kg / m3, which is characterized by the presence of a large number of cyclic fragments (as confirmed by the electron paramagnetic resonance method), has increased stiffness and brittleness and low tensile characteristics. Processing in

пр жу при этом затрудн етс , а полученные образцы пр жи имеют низкие прочностные показатели, что делает невозможным переработку ее в текстильные структуры (примерthe yarn is difficult, and the obtained yarn samples have low strength properties, which makes it impossible to process it into textile structures (example

5 табл.).5 tab.).

Интервал пикнометрической плотности термостабилизированного ПАН жгута 1350-1380 кг/м3, обеспечивающий возможность получени  качественной пр жи,The range of the pycnometric density of the thermostabilized PAN tow of 1350-1380 kg / m3, providing the possibility of obtaining high-quality yarn,

0 пригодной дл  дальнейшей текстильной переработки на стандартном текстильном оборудовании, и позвол ющей осуществл ть последующую высокотемпературную обработку текстильного наполнител , выбран0 suitable for further textile processing on standard textile equipment, and allowing subsequent high-temperature processing of textile filler,

5 экспериментально.5 experimentally.

При этом расшир ютс  технологические возможности способа-достаточно высокие эластичные свойства термостабилизированного жгута позвол ют перерабатывать получен0 ную из него пр жу на автоматизированных ткацких и трикотажных машинах, получа  наполнители в широком ассортименте (ткани различного переплетени  и трикотаж различной структуры при различной толщи5 не наполнител , если использовать при его изготовлении пр жу различной линейной плотности: 50 текс (25 текс х 2) и выше.At the same time, the technological capabilities of the method are expanded — the sufficiently high elastic properties of the thermostabilized tow allow to process yarn obtained from it on automated weaving and knitting machines, producing fillers in a wide assortment (fabrics of various weaving and knitwear of various structures with different thicknesses5 are not filler, if to use yarn of different linear density in its manufacture: 50 tex (25 tex x 2) and higher.

В предлагаемом способе получени  углеродного текстильного наполнител  ис0 пользуетс  пр жа, получаема  пневмомеханическим (однопереходным) способом пр дени . Однопереходный способ позвол ет вырабатывать пр жу из волокон, отличающихс  повышенной хрупкостью и электризуемостью,The proposed method for producing a carbon textile filler uses yarn obtained by the pneumomechanical (single junction) method of spinning. The single-junction method allows the production of yarn from fibers characterized by increased fragility and electrification.

5 без дополнительной обработки аппретирующими компонентами, и плохо выдерживающих многочисленные технологические переходы, характерные дл  традиционных, классических систем пр дени . Превращение5 without additional treatment with sizing components, and poorly withstanding the numerous technological transitions characteristic of traditional, classic spinning systems. Turning

0 термостабилизированного ПАН жгута в пр жу осуществл етс  путем штапелировани  неодновременным разрывом элементарных волокон жгута за счет сверхвысокой выт жки с созданием дискретного потока волокон0 thermostabilized PAN bundle in yarn is carried out by stapling with non-simultaneous rupture of elementary fibers of the bundle due to ultra-high stretching with the creation of a discrete stream of fibers

5 и формированием из него пр жи с использованием пневмомеханической пр дильной камеры. Устройство штапелировани  и пневмомеханическа  пр дильна  камера объединены в один блок.5 and forming a yarn therefrom using a pneumomechanical spinning chamber. The staple device and the pneumomechanical spinning chamber are combined into one unit.

0Применение пневмомеханического способа пр дени  позвол ет получить пр жу, отличающуюс  наличием сердечника с меньшей плотностью упаковки волокон и обвивочного сло  с большим числом воло5 кон, чем пр жа кольцевого пр дени . В результате уменьшаетс  коэффициент распр мленности волокон и повышаетс  ворсистость пр жи.Using the pneumomechanical spinning method yields a yarn characterized by a core with a lower fiber packing density and an entwining layer with a greater number of fibers than the ring spinning yarn. As a result, the fiber straightness coefficient decreases and the hairiness of the yarn increases.

Использование такой пр жи позвол ет унизить массу наполнител , его толщину,The use of such yarn allows to reduce the mass of the filler, its thickness,

увеличить застилистость, что уменьшает воздухопроницаемость при сохранении, в основном, физико-механических показателей . Это способствует повышению качества текстильного наполнител  и расширению области его использовани .increase stiffness, which reduces air permeability while maintaining mainly physical and mechanical properties. This contributes to improving the quality of the textile filler and expanding the scope of its use.

Дл  получени  пр жи в качестве сырь  используетс  ПАН жгутлинейной плотности 850-13300 текс. Жгут с линейной плотностью ниже 850 текс использовать нецелесо- образно с точки зрени  экономики производства. Также нецелесообразно при конкретном пневмомеханическом способе пр дени  применение в качестве сырь  ПАН жгута большей (от за вленной) линей- ной плотности, так как он будет обладать значительной неравномерностью физико- механических показателей, что обусловлено неравномерностью прогрева толстого жгута на стадии термостабилизации. Свой- ства пр жи и соответственно текстильного наполнител  наход тс  в пр мой зависимости от физико-механических показателей термостабилизированного ПАН жгута.To produce yarn, PAN of a bundle density of 850-13300 tex was used as raw material. A tow with a linear density below 850 tex is inappropriate to use from the point of view of the economy of production. It is also impractical for a specific pneumomechanical method to use as a raw material PAN tourniquet of a higher (determined) linear density, since it will have significant non-uniformity of physicomechanical parameters, which is due to the uneven heating of the thick tourniquet at the stage of thermal stabilization. The properties of the yarn and, accordingly, the textile filler are directly dependent on the physicomechanical parameters of the thermostabilized PAN tow.

Пример. ПАН жгут линейной плот- ности 850 текс (ТУ 6-12-5757604-9-89) подвергают термостабилизации в кислородсодержащей атмосфере при температуре 220°С до получени  пикнометрической плотности волокна 1370 . Жгут перера- батывают в одиночную пр жу линейной плотности 25 текс и более пневмомеханическим способом пр дени . Дл  уравновешивани  структуры одиночна  пр жа складываетс  в два конца при совместном подкручивании в сторону, противоположную первоначальной крутке, до получени  пр жи линейной плотности 50 текс и более. Физико-механические показатели приведены в таблице. Из пр жи вырабатывают ткань полотн ного переплетени  и подвергают ее высокотемпературной обработке при температуре выше 2000°С в инертной атмосфере. Физико-механические показатели ткани приведены в таблице, пример 1. Example. A PAN tow of linear density 850 tex (TU 6-12-5757604-9-89) is thermally stabilized in an oxygen-containing atmosphere at a temperature of 220 ° C until a pycnometric fiber density of 1370 is obtained. The tourniquet is processed into a single yarn of linear density 25 tex and more in a pneumomechanical way. To balance the structure, a single yarn is folded in two ends when twisted together in the opposite direction to the initial twist, until a yarn of linear density of 50 tex or more is obtained. Physico-mechanical indicators are given in the table. The weave fabric is made from yarn and subjected to high-temperature processing at temperatures above 2000 ° C in an inert atmosphere. Physico-mechanical properties of the tissue are shown in the table, example 1.

В таблице примеры 2, 3, 6, приведены свойства пр жи и текстильных наполнителей (ткань различного переплетени , трикотаж ), полученных из ПАН термостабилизи- рованных жгутов на основе исходного сырь  разной линейной плотности от 1700 до 13300 текс. Данные о вли нии степени термостабилизации ПАН волокна (различна  величина пикнометрической плотности 1330 кг/м3 и 1410 кг/м3) на возможность получени  пр жи и текстильного наполнител  - примеры 4 и 5 описаны выше.The table of Examples 2, 3, 6 shows the properties of yarns and textile fillers (fabrics of various weaving, knitwear) obtained from PAN of heat-stabilized tows based on feedstock of different linear densities from 1700 to 13300 tex. Data on the influence of the degree of thermal stabilization of PAN fiber (different pycnometric densities of 1330 kg / m3 and 1410 kg / m3) on the possibility of yarns and textile fillers - examples 4 and 5 are described above.

Анализ приведенных данных в таблице показывает, что использование при получении пр жи термостабилизированного ПАН жгута с пикнометрической плотностью волокна ниже или выше за вл емых в формуле не позвол ет получить углеродный волокнистый наполнитель.An analysis of the data in the table shows that the use of a thermostabilized PAN tow when yarn is prepared with a pycnometric fiber density lower or higher than those stated in the formula does not allow obtaining a carbon fiber filler.

Использование предлагаемого способа позвол ет повысить качество текстильного наполнител  (снизить толщину и массу наполнител ), расширить ассортимент за счет варьировани  толщины наполнител , вида переплетени  и структуры соответственно дл  тканых и трикотажных наполнителей; расширить технологические возможности способа.Using the proposed method allows to improve the quality of the textile filler (to reduce the thickness and weight of the filler), to expand the range by varying the thickness of the filler, the type of weave and structure, respectively, for woven and knitted fillers; expand the technological capabilities of the method.

Claims (1)

Формула изобретени The claims Способ получени  углеродного текстильного наполнител  композиционного материала, заключающийс  в термостабилизации исходного жгута полиакрилонит- рильных нитей в кислородсодержащей среде, их штапелировании, формировании из штапелированных волокон пр жи и формировании из пр жи текстильного полотна с последующей его высокотемпературной обработкой в инертной среде, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества наполнител  и расширени  егоас- соримента и технологических возможностей способа, в качестве исходного жгута используют жгут линейной плотности 850- 13300 текс, термостабилизацию жгута провод т до достижени  его плотности, равной 1350-1380 кг/м , а формирование из штапелированных волокон пр жи осуществл ют на пневмомеханической пр дильной машине и непосредственно после штапелирова- ни  нитей жгута.A method for producing a carbon textile filler of a composite material, which consists in thermostabilization of an initial tow of polyacrylonitrile filaments in an oxygen-containing medium, their stapling, the formation of yarn from stapled fibers and the formation of a textile web from yarn, followed by its high-temperature processing in an inert medium, characterized in that , in order to improve the quality of the filler and expand its assortment and technological capabilities of the method, using a strand of linear density 850–13300 tex is pressed, the tow is thermally stabilized until its density is 1350–1380 kg / m, and yarn is formed from stapled fibers on a rotor spinning machine and immediately after stapling the strands. Я--- предел прочности при изгибе нити о пластике, ЕЙ - модуль упругости при изгибе нити пластике; Эр- предел прочности при раст жении;I is the tensile strength in bending of a thread about plastic, EY is the elastic modulus in bending of a thread in plastic; Er is the tensile strength; Наполнитель получен на автоматизированном станке.The filler is obtained on an automated machine.
SU904841258A 1990-06-19 1990-06-19 Method for production of carbon textile filler for composite materials RU1772241C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904841258A RU1772241C (en) 1990-06-19 1990-06-19 Method for production of carbon textile filler for composite materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904841258A RU1772241C (en) 1990-06-19 1990-06-19 Method for production of carbon textile filler for composite materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1772241C true RU1772241C (en) 1992-10-30

Family

ID=21522022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904841258A RU1772241C (en) 1990-06-19 1990-06-19 Method for production of carbon textile filler for composite materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1772241C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент Англии № 1587516, кл. D 04 В 1/14.опублик. 1981. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2210774A (en) Fibers from ethylene polymers
US5688594A (en) Hybrid yarn
RU2394949C2 (en) Procedure for production of carbon fibre structures by carbonisation of cellulose precursor
KR890000129B1 (en) Carbonaceous fibers with spring-like reversible deflection and method of manufacture
US4059950A (en) Multifilament yarn having novel configuration and a method for producing the same
US5792555A (en) Hybrid yarn and permanent deformation capable textile material produced therefrom, its production and use
US4825635A (en) Carbon fiber yarn
US3818082A (en) Process for the production of carbonaceous tapes
US6109016A (en) Low-shrinkage hybrid yarns production thereof and use thereof
US4242862A (en) Multifilament yarn having novel configuration and a method for producing the same
RU1772241C (en) Method for production of carbon textile filler for composite materials
US4118225A (en) Method for producing fibrous steel matts
JP4547754B2 (en) Pitch-based carbon fiber fabric
US4237108A (en) Process for producing carbon fabric
KR101727297B1 (en) Method for Manufacturing Circular Knit Using Slub Yarn
RU1838472C (en) Crimped fiber from aromatic polyamide, fibrous structure and method of their production
US5622660A (en) Process for producing carbon fiber fabrics
RU2040609C1 (en) Knitted fabric
US3926228A (en) Carbonaceous tapes
KR20180097123A (en) The double covering carbon multi yarns and woven fabric products made of them by rapier loom
EP0383614B1 (en) Process for producing carbon fiber fabrics
US3663173A (en) Process for producing carbonized fibrous products
JPH04222246A (en) Production of multiple interlaced yarn
RU2031993C1 (en) Commercial-grade cloth
RU2099450C1 (en) Yarn for weaves and knitwear, method of manufacturing thereof, and fabric and knitted cloth