RU2330906C1 - Способ получения непрерывного углеродного волокна с высоким модулем упругости - Google Patents
Способ получения непрерывного углеродного волокна с высоким модулем упругости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2330906C1 RU2330906C1 RU2007110120/04A RU2007110120A RU2330906C1 RU 2330906 C1 RU2330906 C1 RU 2330906C1 RU 2007110120/04 A RU2007110120/04 A RU 2007110120/04A RU 2007110120 A RU2007110120 A RU 2007110120A RU 2330906 C1 RU2330906 C1 RU 2330906C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pan
- temperature
- carbon fiber
- hour
- tex
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения углеродного непрерывного волокна с повышенным модулем упругости. На основе комплексных ПАН-нитей линейной плотностью не ниже 50 текс готовят толстый ПАН-жгут линейной плотностью 800 или 1200 текс. Затем его термостабилизируют в изометрических условиях в атмосфере воздуха по следующему ступенчатому режиму: 180°С - 1 час, 200°С - 1 час, 220°С - 1 час, 240°С - 4 часа до плотности 1,43-1,45 г/см3. Далее проводят высокоскоростную термомеханическую обработку полученного ПАН-жгута в изометрических условиях в среде азота при температуре 2200°С в течение примерно 10 с со скоростью подъема температуры 1900-2000 град/мин. Затем углеродный жгут подвергают дополнительной обработке в среде аргона при температуре выше 3000°С. Использование изобретения позволяет на тех же производственных мощностях повысить объемы производства высокомодульного углеродного волокна. 2 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения углеродного непрерывного волокна с повышенным модулем упругости.
Известен способ получения углеродного волокна с повышенным модулем упругости, описанный в Трудах НИИГрафита "Директивный технологический процесс производства жгута углеродного марки ВМН-4", инв. №256, 1987.
Известный способ заключается в том, что процесс проводят в статических условиях с использованием высокотемпературной обработки. Окисленное полиакрилонитрильное волокно в виде пасм длиной до 1800 мм загружают в графитовые тигли, которые помещают в электрические печи сопротивления и подвергают волокно высокотемпературной обработке в диапазоне температур 2800-3000°С.
Недостатком известного способа является то, что волокно по этому способу получают только в дискретном виде.
Известен способ получения высокомодульного углеродного волокна, описанный в патенте ВБР №1295289, кл. С1А, опубл. 1972 г.
Известный способ заключается в том, что окисляют в среде воздуха полиакрилонитрильное волокно до плотности 1,0-1,4 г/см3, затем окисленное волокно карбонизируют при температуре 675-725°С в течение 60-150 с в нейтральной среде, пропитывают 10-15%-ным раствором борной кислоты при температуре пропитки 40-70°С, затем сушат тепловым ударом при 200-300°С и подвергают высокотемпературной обработке в интервале температур 2000-2100°С не менее 20 с и с вытяжкой 0,-1,5%.
В результате получают углеродное волокно с плотностью 1,85-2,05 г/см3 и модулем упругости 435-470 ГПа.
Недостатком известного способа является нестабильность процесса и, соответственно, недостаточная воспроизводимость результатов. Это объясняется тем, что при температуре выше 2000°С летучесть бора увеличивается.
Известен способ получения высокомодульного углеродного волокна, описанный в одноименном патенте РФ №2016147, кл. D01F 9/22, з. 17.10.91, оп. 15.07.94.
Известный способ заключается в том, что предварительно окисленное до плотности 1,36-1,40 г/см3 полиакрилонитрильное волокно карбонизуют в нейтральной среде, пропитывают водным раствором, содержащим 5-10 мас.% борной кислоты и 5-10 мас.% тетраборнокислого натрийгидрата, и сушат термоударом при 150-250°С и ведут высокотемпературную обработку в интервале температур 2050-2150°С.
Недостатком известного способа также является нестабильность процесса и, соответственно, недостаточная воспроизводимость результатов. Это объясняется тем, что при температуре выше 2000°С летучесть бора увеличивается.
Известен способ получения углеродных волокнистых материалов, описанный в п. РФ №2017869 "Способ получения углеродных волокнистых материалов", кл. D01F 9/22, з. 19.12.91. оп. 15.08.94.
Известный способ заключается в том, что тканую ленту на основе полиакрилонитрильных нитей с круткой не более 50 м вытягивают на 5-120% при 181-219°С на воздухе, затем проводят окисление в две стадии сначала до плотности 1,22-1,28 г/см3 при деформации 0-(+15)%, затем до плотности 1,34-1,45 г/см3 при деформации (-5)-(+10)%. Окисленный материал затем подвергают двухстадийной карбонизации при конечной температуре 1800°С. Недостатком известного способа является его сложность. Известен способ получения тонких высокопрочных углеродных нитей, описанный в одноименном патенте РФ №2126855, кл. D01F 9/22, з. 09.12.96, оп. 27.02.99.
Известный способ заключается в том, что окисляют при температуре 230-260°С в течение 1,0-1,5 часов и карбонизируют предварительно и окончательно при температуре соответственно 500-700°С и 1200-1800°С полиакрилонитрильные жгутики, состоящие из 4-120 комплексных крученых нитей с углом крутки, не превышающим 2°, в виде лент, которые разделяют, а после разделения каждый из жгутиков дополнительно разделяют на составляющие углеродных нитей с линейной плотностью, в 10-300 раз меньшей линейной плотности жгутиков с последующим их разделением.
Недостаток известного способа заключается в сложности осуществления, требующей неоднократного разделения лент и жгутиков на отдельные нити.
Известен способ получения углеродного волокна, описанный в одноименном п. РФ №2130516, кл. D01F 9/22, з. 10.09.96, оп. 20.05.99.
Известный способ заключается в том, что производят окисление волокна текстильного назначения из сополимера акрилонитрила, содержащего не менее 93 мас.% акрилонитрила, метилакрилат и металлилсульфонат или стиролсульфонат натрия, в воздушной среде сначала при температуре 235-260°С в течение 35-60 мин с вытяжкой 20-30%, затем при 230-260°С в течение 85-40 мин с вытяжкой от 5 до +5% и дальнейшей карбонизацией под натяжением в среде азота при температуре от 350 до 1500°С в течение 10 мин.
Недостаток известного способа заключается в сложности процесса окисления при разных температурах с вытяжкой.
Задачей является повышение производительности способа.
Поставленная задача решается тем, что в способе производства непрерывного углеродного волокна с высоким модулем упругости, включающем подготовку ПАН-жгута на основе комплексных ПАН-нитей, имеющих 100 круток на 1 метр, термостабилизацию ПАН-жгута в изотермических условиях и в аппаратах периодического действия и высокоскоростную термомеханическую обработку в нейтральной среде, согласно изобретению в качестве исходного сырья используют ПАН-нити с линейной плотностью не ниже 50 текс, из них изготавливают толстый ПАН-жгут с линейной плотностью 800/1200 текс, который термостабилизируют в изометрических условиях в атмосфере воздуха по следующему ступенчатому режиму: 180°С - 1 час, 200°С - 1 час, 220°С - 1 час, 240°С - 4 часа до плотности 1,43-1,45 г/см3, затем проводят высокоскоростную термомеханическую обработку термостабилизированного толстого ПАН-жгута в изометрических условиях в среде азота при температуре 2200°С в течение примерно 10 с со скоростью подъема температуры 1900-2000 град/мин, далее углеродный жгут подвергают дополнительной обработке в среде аргона при температуре выше 3000°С.
Использование в качестве исходного сырья ПАН-нитей с линейной плотностью не ниже 50 текс в совокупности с получением из них толстого ПАН-жгута с линейной плотностью 800/1200 текс при последующем ступенчатом режиме его термостабилизации и высокоскоростной термообработке при более низких температурах, исключающих перегрев центральной части комплексной ПАН-нити из-за экзотермических реакций циклизации и окисления, и дополнительной высокотемпературной обработке в среде аргона позволяет на тех же производственных мощностях повысить объемы производства высокомодульного углеродного волокна.
Технический результат - увеличение объема производства волокна.
Заявляемый способ может найти широкое применение в электродной промышленности, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявляемый способ получения непрерывного углеродного волокна с высоким модулем упругости заключается в следующем.
На основе комплексных ПАН-нитей линейной плотностью не ниже 50 текс готовят толстый ПАН-жгут линейной плотностью 800 или 1200 текс, затем его термостабилизируют в изометрических условиях в атмосфере воздуха по следующему ступенчатому режиму: 180°С - 1 час, 200°С - 1 час, 220°С - 1 час, 240°С - 4 часа до плотности 1,43-1,45 г/см3. Далее проводят высокоскоростную термомеханическую обработку термостабилизированного толстого ПАН-жгута в изометрических условиях в среде азота при температуре 2200°С в течение примерно 10 с со скоростью подъема температуры 1900-2000 град/мин. Затем углеродный жгут подвергают дополнительной обработке в среде аргона при температуре выше 3000°С.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.
Вместо ПАН-нити с линейной плотностью 33,3 текс в качестве исходного сырья берут комплексную ПАН-нить с линейной плотностью не ниже 50 текс, имеющую 100 круток на 1 метр, полученную пропусканием через фильеры с числом отверстий 500 вместо ранее применявшихся фильер с числом отверстий 300, что увеличивает объем производства исходного сырья в 1,5 раза. Путем 16 или 24 сложений исходной ПАН-нити получают толстый ПАН-жгут с линейной плотностью 800 или 1200 текс. Этот толстый ПАН-жгут термостабилизируют в изометрических условиях в атмосфере воздуха по следующему ступенчатому режиму: 180°С - 1 час, 200°С - 1 час, 220°С - 1 час, 240°С - 4 часа до плотности 1,43-1,45 г/см3. Затем проводят проводят высокоскоростную термомеханическую обработку термостабилизированного толстого ПАН-жгута в изометрических условиях в среде азота при температуре 2200°С в течение примерно 10 с со скоростью подъема температуры 1900-2000 град/мин. Затем углеродный жгут подвергают дополнительной обработке в среде аргона при температуре выше 3000°С в течение 2-5 с.
Ниже в примерах 1 и 2 приведены результаты переработки ПАН-нити по известному способу и по заявляемому способу с физико-механическими показателями и процентом выхода годного углеродного волокна.
Пример 1 (прототип). Результаты переработки ПАН-нити 33,3 текс общим весом 12848 килограммов в жгут с модулем упругости более 450 ГПа на ОАО «ЧЭЗ».
Пример 2. Результаты переработки ПАН-нити 50 текс общим весом 2692 килограмма в углеродный жгут с модулем упругости более 450 ГПа на ОАО «ЧЭЗ».
Claims (1)
- Способ получения непрерывного углеродного волокна с высоким модулем упругости, включающий подготовку ПАН-жгута на основе комплексных ПАН-нитей, имеющих 100 круток на 1 м, термостабилизацию ПАН-жгута в изотермических условиях и в аппаратах периодического действия и высокоскоростную термомеханическую обработку в нейтральной среде, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют ПАН-нити с линейной плотностью не ниже 50 текс, из них изготавливают толстый ПАН-жгут с линейной плотностью 800/1200 текс, который термостабилизируют в изометрических условиях в атмосфере воздуха по следующему ступенчатому режиму: 180°С - 1 ч, 200°С - 1 ч, 220°С - 1 ч, 240°С - 4 ч до плотности 1,43-1,45 г/см3, затем проводят высокоскоростную термомеханическую обработку термостабилизированного толстого ПАН-жгута в изометрических условиях в среде азота при температуре 2200°С в течение примерно 10 с со скоростью подъема температуры 1900-2000 град/мин, далее углеродный жгут подвергают дополнительной обработке в среде аргона при температуре выше 3000°С.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007110120/04A RU2330906C1 (ru) | 2007-03-19 | 2007-03-19 | Способ получения непрерывного углеродного волокна с высоким модулем упругости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007110120/04A RU2330906C1 (ru) | 2007-03-19 | 2007-03-19 | Способ получения непрерывного углеродного волокна с высоким модулем упругости |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2330906C1 true RU2330906C1 (ru) | 2008-08-10 |
Family
ID=39746403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007110120/04A RU2330906C1 (ru) | 2007-03-19 | 2007-03-19 | Способ получения непрерывного углеродного волокна с высоким модулем упругости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2330906C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534779C1 (ru) * | 2013-05-13 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна" | Способ окислительной стабилизации волокон из полиакрилонитрила, наполненных углеродными нанотрубками |
RU2535797C1 (ru) * | 2013-04-25 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна" | Способ окислительной стабилизации волокон из полиакрилонитрила, наполненных углеродными наночастицами |
RU2741008C1 (ru) * | 2020-09-09 | 2021-01-22 | Акционерное общество «НПК «Химпроминжиниринг» | Способ мониторинга процесса термостабилизации ПАН-прекурсора в процессе получения углеродного волокна и устройство для его осуществления |
-
2007
- 2007-03-19 RU RU2007110120/04A patent/RU2330906C1/ru active IP Right Revival
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2535797C1 (ru) * | 2013-04-25 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна" | Способ окислительной стабилизации волокон из полиакрилонитрила, наполненных углеродными наночастицами |
RU2534779C1 (ru) * | 2013-05-13 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна" | Способ окислительной стабилизации волокон из полиакрилонитрила, наполненных углеродными нанотрубками |
RU2741008C1 (ru) * | 2020-09-09 | 2021-01-22 | Акционерное общество «НПК «Химпроминжиниринг» | Способ мониторинга процесса термостабилизации ПАН-прекурсора в процессе получения углеродного волокна и устройство для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2233616B1 (en) | Processes for producing flameproof fiber and carbon fiber | |
WO2016068034A1 (ja) | 炭素繊維束およびその製造方法 | |
JP6950526B2 (ja) | 炭素繊維束およびその製造方法 | |
JP2011162898A (ja) | 炭素繊維前駆体繊維及びそれを用いた炭素繊維の製造方法 | |
RU2330906C1 (ru) | Способ получения непрерывного углеродного волокна с высоким модулем упругости | |
CN103451945B (zh) | 一种高性能聚丙烯腈基碳纤维的制备方法 | |
Ko et al. | The influence of cobaltous chloride modification on physical properties and microstructure of modified PAN fiber during carbonization | |
CN101560701B (zh) | 一种高强度炭纤维的制备方法 | |
JP4662450B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
JP5907321B1 (ja) | 炭素繊維束およびその製造方法 | |
CN111945251A (zh) | 超高强度中等模量聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法 | |
JP2008163537A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
Zhang et al. | Manufacture of carbon fibers from polyacrylonitrile precursors treated with CoSO4 | |
CN103668561B (zh) | 一种通过控制预氧化纤维结构制备高性能碳纤维的方法 | |
RU2400577C9 (ru) | Способ получения высокомодульного волокна из среднепрочных углеродных волокон | |
JP4271019B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
US3533741A (en) | Process for the production of filamentary carbon | |
JP5811529B2 (ja) | 炭素繊維束の製造方法 | |
JP4565978B2 (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
JP2004197278A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
JPH02264011A (ja) | 黒鉛繊維製造用アクリル系繊維 | |
CN108221087B (zh) | 一种硅系纳米纤维补强剂的制备方法 | |
CN101880923B (zh) | 一种提高碳纤维抗拉强度的方法 | |
Wangxi et al. | Comparative study on preparing carbon fibers based on PAN precursors with different comonomers | |
KR960005971B1 (ko) | 탄소섬유 제조방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090320 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110320 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120810 |