RU1836504C - Способ получени борсодержащего углеродного волокна - Google Patents

Abstract

Использование: производство композиционных конструкционных материалов. Сущность изобретени : исходное анионо- обменное волокно обрабатывают раствором кислоты с полиэдрическим борановым анионом, выбранным из группы , B12H2 12, Bi2HnNH 3, B20H2 18, BioHgNH 3. Затем волокно подвергают пиролизу в инертной атмосфере. 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к получению элементосодержащих углеродных волокон и материалов, которые вследствие высоких прочностных характеристик, устойчивости к многим видам коррозии, малого удельного веса используютс  при производстве композиционных конструкционных материалов в ракето- и авиастроении, прочного и легкого спортивного оборудовани , покрытий и фильтров в промышленных процессах, требующих применение высоких температур и давлений.

Целью изобретени   вл етс  упрощение процесса за счет снижени  токсичности реагентов, увеличение выхода волокна после пиролиза, повышение термоокислительной устойчивости получаемых материалов и содержани  бора в волокне.

Согласно изобретению указанна  цель достигаетс  тем, что борсодержащее углеродное волокно получают путем обработки исходного анионообменного волокна раствором кислоты с полиэдрическим борановым анионом, выбранным из группы : ,В12Н2 12, Bi2HiiNH 3, B2oH2 i8. BioHgNH 3, с последующим пиролизом обработанного волокна в инертной атмосфере .

Отличительной особенностью способа  вл етс  использование в качестве источников бора кислот с полиэдрическими борано- выми анионами, которые выгодно отличаютс  низкой токсичностью, максимально высоким процентом бора, при их пиролизе в инертной атмосфере не образуетс  летучих соединений бора. Предлагав00

ос о с  о

4

СО

мые анионы устойчивы в кислой среде, а и Bi2H2 i2 обладают необычной дл  бороводородов устойчивостью к сильным кислотам и щелочам.

Введение бора в состав волокна происхо- дит посредством ионного обмена, что позвол ет достигать высокого процента содержани  бора в полимерном волокне, наиболее равномерного распределени  борсодержащих соединений по объему волокна. Получаемые при этом полимерные ионообменные волокна, насыщенные полиэдрическими бороводородны- ми анионами устойчивы на воздухе и в различных растворител х, что позвол ет в дальнейшем дополнительно вводить бор по- средством их пропитки различными соединени ми . В качестве исходных полимерных волокон могут быть использованы ионообменные волокна, получаемые в результате обработки целлюлозных материалов поли- изоцианатами, бис-{2-хлорэтил)амином и полиаминами . Однако предпочтительнее использовать сополимеры акрилонитрила или целлюлозы с 5-винил 2-метилпириди- ном, т.к. образование прочных св зей меж- ду полиэдрическими бороводородными анионами и NH-группами пиридина способствует достижению высоких степеней насыщени . Насыщение провод т в 1-10% растворах полиборановых кислот в течение 0,5-3 ч. П р и м ё, р 1.

Насыщение и термическую обработку ионообменного волокнистого материала в нужной физической форме (волокно, ткань, нетканый материал) на основе целлюлозы провод т следующим образом. Образец нетканого материала, представл ющего собой привитой сополимер целлюлозы с 5-винил 2-метил пиридином с ОЕ 2 мг-экв/r, массой .1,19 г помещают в 3%-ный раствор (НзОЬВгоЦ Ш на 4 ч, а затем промывают водой до нейтральной реакции. Высушивают при 105°С|до посто нной массы. После проведени  этих операций образец содержит 25,0% анц|на B2oH2 ie. Материал подверга- ют пиролизу в токе аргона до 800°С, Вес твердого статка составл ет 76% от массы исходног&образца. После нагревани  в токе аргон при 1950°С в течение 0,5 ч вес твердогодостатка составл ет 46% от массы исходногй материала и содержит 45,3% бора . По данным ИК и РФА анализов бор со- держитЈ:  в виде карбида бора. О термоок слительной устойчивости получаемых суд т по твердому остатку по- еле их нагревани  на воздухе при 800°С в течение; ч. Данные приведены в таблице. П р и м е р 2.

Насыщение и термическую обработку ионообменного волокнистого материала в

нужной физической форме (волокно, нетканый материал) на основе полиакрилонит- рила провод т следующим образом. Образец нетканого материала со структурной формулой

СН2-СН-СН-СН2

I

H yNH+CI

СНз

-

и ОЕ 2 мк-экв/г массой 0,77 (г) выдерживают в 3% растворе NaOH в течение 5 мин, промывают водой до нейтральной реакции и помещают в 2% раствор (НзО)2ВюНю на 2 часа и снова промывают водой до нейтральной реакции. Высушивают при 100°С до посто нной массы. После проведени  этих операций образец содержит 9% аниона ВюН ю. Образец окисл ют на воздухе при температуре 240°С в течение 4 ч, затем подвергают пиролизу в токе аргона до 800°С. Масса твердого остатка составл ет 60% от массы исходного образца. После отжига в токе аргона при 1950°С в течение 0,5 ч вес твердого остатка составл ет 41% от массы исходного образца, содержание св занного бора в образце составл ет 18,8%. По данным ИК и РФА анализов бор находитс  в виде нитрида бора. О термоокислительной устойчивости получаемых волокон суд т по твердому остатку после их нагревани  на воздухе при 800°С в течение 4 ч. Данные приведены в таблице.

Механические свойства получаемых керамических волокнистых материалов завис т от механических свойств исходных ионообменных волокнистых материалов.

В таблице приведены данные, характеризующие зависимость выхода твердого остатка , содержани  бора в образцах и термоокислительной устойчивости получаемых волокон от вида исходного материала в вводимого аниона.

Таким образом предлагаемый способ позвол ет упростить процесс за счет замены токсичных реагентов нетоксичными, обеспечивает повышение выхода волокна при пиролизе на 11-29%, увеличение термоокислительной устойчивости получаемых волокон в 1,3 раза, а содержание бора в волокне возрастает на 20%. Высокое содержание бора в получаемых борсодержащих углеродных материалах позволит использовать их в качестве нейтронозащит- ных материалов, а также в процессах, требующих применение высоких температур и агрессивной среды. Способ прост в исполнении и не требует применени  дорогосто щего оборудовани .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ получени  борсодержащего углеродного волокна обработкой анионообмен- ного полимерного волокна соединением бора с последующим его пиролизом, отличающийс  тем, что, с целью упрощени 

   процесса за счет снижени  токсичности реагентов , увеличени  выхода волокна после пиролиза, повышени  термоокислительной устойчивости получаемых материалов, в качестве соединени  бора используют кислоту с полиэдрическим борановым анионом, вы- бранным из группы: , Bi2H 12. Bi2HnNH 3, B20H2 18. BioHgNHV