Изобретение относится к изготовлению изделий с пористой структурой из углерод углеродных композиционных материалов. The invention relates to the manufacture of articles with a porous structure from carbon-carbon composite materials.
Изделия с пористой структурой используются в качестве электродов в топливных элементах, в качестве разделяющих элементов в процессах микрофильтрации, в качестве основы неорганической мембраны. Products with a porous structure are used as electrodes in fuel cells, as separating elements in microfiltration processes, and as the basis of an inorganic membrane.
Известны способы изготовления изделий с пористой структурой, включающий смешение углеродных или целлюлозных волокон с полимерным связующим, карбонизацию и термообработку [1, 2 и 3]
Их недостатком является использование многократного повторения цикла пропитка связующим карбонизация, что приводит к увеличению продолжительности процесса и удорожанию изделий. Пропитка углеродом из газовой фазы также усложняет процесс, увеличивает его продолжительность и, следовательно, стоимость изделий.Known methods for the manufacture of products with a porous structure, including mixing carbon or cellulose fibers with a polymer binder, carbonization and heat treatment [1, 2 and 3]
Their disadvantage is the use of repeated repetition of the impregnation cycle of the binder carbonization, which leads to an increase in the duration of the process and the cost of products. Impregnation with carbon from the gas phase also complicates the process, increases its duration and, consequently, the cost of products.
Сущность изобретения заключается в том, что заготовку изделия формуют путем нанесения углеродного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, на металлическую оправку, обжимают и термообрабатывают, непрерывно протягивая через печь при 800-850оС, после чего заготовку охлаждают, снимают с оправки и подвергают повторной термообработке, непрерывно протягивая через печь при 800-1500оС.The invention consists in that the preform is molded product by applying a carbon fiber material impregnated with a polymer binder, on a metal mandrel, is crimped and heat treated continuously extending through the oven at 800-850 ° C, after which the billet is cooled, removed from the mandrel and reextracted heat treatment, continuously pulling through the oven at 800-1500 about C.
После нанесения волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, на оправку (дорн) производится механическое обжатие волокнистого материала углеродной или вискозной нитью с целью создания в сборке оправка углеродный материал механического давления, которое не только сохраняется, но и увеличивается при последующей термообработке из-за различий термического расширения оправки и обжимающих нитей. After applying the fibrous material impregnated with a polymeric binder to the mandrel (mandrel), the fibrous material is mechanically crimped with carbon or viscose thread to create mechanical pressure in the mandrel carbon assembly, which not only persists, but also increases during subsequent heat treatment due to differences in heat expansion of the mandrel and crimping threads.
Предложенный способ позволяет упростить технологический процесс, сократить его продолжительность, изготавливать изделия любой длины на установках небольших габаритов, при этом полученные изделия обладают высокой механической прочностью, имеют равномерное распределение пор с преобладающим размером 1-5 мкм. Применение таких изделий позволит повысить эффективность процессов разделения смесей. The proposed method allows to simplify the process, reduce its duration, produce products of any length on small installations, while the resulting products have high mechanical strength, have a uniform pore distribution with a predominant size of 1-5 microns. The use of such products will improve the efficiency of separation processes of mixtures.
П р и м е р. Углеграфитовую ткань марки УУТ-2, пропитанную фенолформальдегидной смолой марки РСФ-3010, наносят на металлический стержень диаметром 13,5 мм, l= 340 мм. Заготовку обжимают и протягивают через печь с температурой 850оС. После этого заготовку охлаждают, снимают с металлического стержня и подвергают повторной термообработке, непрерывно протягивая через печь с температурой 1500оС.PRI me R. Carbon-graphite fabric of the UUT-2 brand impregnated with phenol-formaldehyde resin of the RSF-3010 brand is applied to a metal core with a diameter of 13.5 mm, l = 340 mm. The billet is compressed and pulled through the oven at 850 C. The preform was cooled, removed from the metal bar, and subjected to repeated heat treatment, stretching continuously through an oven at about 1500 C.
Полученное предлагаемым способом изделие длиной 340 мм, диаметром 13,5 мм с толщиной стенки 2,0 мм имеет пористость 45% преобладающий размер пор 1,0-5,0 мкм, прочность на изгиб σизг=30 МПа и может быть использовано как основа для нанесения неорганической мембраны и как разделяющий элемент в процессах микрофильтрации.The product obtained by the proposed method with a length of 340 mm, a diameter of 13.5 mm and a wall thickness of 2.0 mm has a porosity of 45%, the predominant pore size is 1.0-5.0 μm, bending strength σ ar = 30 MPa and can be used as a basis for applying an inorganic membrane and as a separating element in microfiltration processes.