RU2475571C1 - Способ получения углеродного волокнистого материала - Google Patents
Способ получения углеродного волокнистого материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2475571C1 RU2475571C1 RU2011142451/05A RU2011142451A RU2475571C1 RU 2475571 C1 RU2475571 C1 RU 2475571C1 RU 2011142451/05 A RU2011142451/05 A RU 2011142451/05A RU 2011142451 A RU2011142451 A RU 2011142451A RU 2475571 C1 RU2475571 C1 RU 2475571C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- heating
- aqueous solution
- ammonium
- heat treatment
- Prior art date
Links
Landscapes
- Treatment Of Fiber Materials (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения углеродного волокнистого материала и может быть использовано в качестве материала для высокотемпературной изоляции, нагревателей, токопроводящих элементов, наполнителей пластмасс, армирующих элементов, изделий медицинского назначения, защитных, сорбционных и других материалов. Способ получения включает пропитку исходного целлюлозного волокна водным раствором, содержащим 6,5% гидроортофосфата аммония, 10,6% хлорида аммония, 2,5% хлорида натрия при 30°С в течение 30 минут с последующим отжимом. Затем с применением источника СВЧ сушат при 95±5°С и термообрабатывают в среде метана до 220°С. Частично карбонизованный материал нагревают в среде азота до 2400°С. Используют источник энергии сверхвысоких частот с выходной мощностью от 1 до 50 КВт и с рабочей частотой 100-300 МГц. Изобретение повышает эффективность способа получения углеродного волокна с повышенным уровнем прочности. 2 пр.
Description
Изобретение относится к технологии получения углеродного волокнистого материала, используемого в качестве материала для высокотемпературной изоляции, нагревателей, токопроводящих элементов, наполнителей пластмасс, армирующих элементов, изделий медицинского назначения, защитных, сорбционных и других материалов.
Известен способ получения углеродного волокнистого материала пропиткой исходного целлюлозного волокна водным раствором катализатора на основе смеси гидроортофосфата и хлорида аммония до содержания его на волокне 15-30 мас.%, сушкой и термообработкой (см., например, описание изобретения к патенту США №3235323, НКИ 8 - 116.2, опубл. 1966).
Недостатком этого способа является неравномерность температурного воздействия на волокно в различных точках обрабатываемого материала и возникновение вследствие этого локального перегрева, что приводит к снижению уровня прочности углеродного волокнистого материала и увеличению нестабильности ряда показателей.
Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ получения углеродного волокнистого материала, включающий пропитку исходного целлюлозного волокна водным раствором каталитических соединений, содержащих хлористый натрий, гидроаммоний фосфат, хлорид аммония, сушку и термообработку с применением источника СВЧ в качестве средства для нагрева, карбонизацию и последующую графитацию (см, например, описание изобретения к патенту РФ №2016146, D01F 9/16, опубл. 15.07.1994).
Недостатком этого способа является неравномерность создаваемого теплового поля в обрабатываемой камере и вследствие этого неравномерность нагрева волокна, а также трудности, связанные с точной установкой требуемой температуры из-за инерционности нагревательных элементов.
Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемым изобретением технического результата.
Технический результат от использования предложенного изобретения - повышение эффективности способа за счет расширения функциональных возможностей без применения дополнительного оборудования, т.е. с использованием одного источника СВЧ с регулируемой мощностью 1-50 кВт, а также повышение уровня прочности полученного углеродного волокнистого материала за счет снижения скорости нагрева, повышения точности при установлении температуры и создания равномерного (безградиентного) теплового поля обрабатываемого материала.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения углеродного волокнистого материала, включающем пропитку исходного целлюлозного волокна водным раствором каталитических соединений, содержащих хлористый натрий, гидроаммоний фосфат, хлорид аммония, сушку и термообработку с применением источника СВЧ в качестве средства для нагрева, карбонизацию и последующую графитацию, целлюлозное волокно пропитывают в водном растворе, содержащем 6,5% гидроортофосфата аммония, 10,6% хлорида аммония и 2,5% хлорида натрия при температуре 30°С в течение 30 минут, отжимают и высушивают при температуре 95±5°С, а сушку и термообработку высушенного целлюлозного волокна проводят в среде метана до температуры 220°С с последующим нагревом частично карбонизованного материала в среде азота до температуры 2400°С.
Предложенный способ отвечает условиям патентоспособности "изобретательский уровень" и "промышленная применимость", поскольку он может быть реализован существующими техническими средствами и соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. он явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение указанного технического результата.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.
Заявляемый способ заключается в следующем. Исходное целлюлозное волокно пропитывают водным раствором соли сильной кислоты и азотсодержащего основания (фосфата, хлорида аммония и др.) или водными растворами, содержащими смеси этих веществ до содержания на волокне до 30%. Пропитанный материал карбонизируют до температуры 240-500°С и подвергают температурной обработке. Указанная задача решается таким образом, что сушку и термообработку производят в присутствии введенного катализатора с применением генератора сверхвысоких частот (СВЧ), а рабочая камера с волокном являются нагрузкой для источника энергии СВЧ.
В качестве источников СВЧ энергии используются СВЧ генераторы мощностью 1-5 КВт с рабочей частотой 2450 МГц и мощностью 1-50 КВт с рабочей частотой 915 МГц. Выбор типа генератора и его мощность определяют размерами рабочей камеры и количеством помещаемого материала в камеру.
Обеспечение равномерного СВЧ нагрева и установления требуемой температуры нагрева обеспечивают преимуществами, которые СВЧ нагрев имеет по сравнению с традиционными источниками:
- тепловая безинерционность, т.е. возможность практически мгновенного включения и выключения теплового воздействия на обрабатываемый материал, что приводит к высокой точности регулировки процесса нагрева и его воспроизводимости;
- возможность равномерного нагрева при соответствующем подводе энергии в камеру, т.к. нагрев полем СВЧ происходит одновременно во всех точках обрабатываемого материала, чего невозможно достичь традиционными методами;
- высокий КПД преобразования СВЧ энергии в тепловую (теоретически близок к 100%) при соответствующей конструкции камеры;
- возможность избирательного нагрева отдельных составляющих многокомпонентных смесей (нагревают составляющие, имеющие высокое значение tg д);
- возможность саморегулирующего нагрева при сушке материалов, у которых tg д пропорционален влажности: высушенные области перестают нагреваться, а там, где сохранилась повышенная влажность, нагрев продолжают.
Способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Целлюлозное волокно круглого сечения, полученное по кордному способу с применением модификатора и ориентационной вытяжки прочностью 36-38 гс/текс, линейной плотности 192 текс, подвергают текстильной переработке в ткань 2/2 саржевого переплетения и используют в качестве исходного образца для получения волокнистого материала. Образец вискозной ткани пропитывают в водном растворе, содержащем 6,5% гидроортофосфата аммония, 10,6% хлорида аммония и 2,5% хлорида натрия при температуре 30°С в течение 30 минут, отжимают на плюсовке и высушивают традиционном способом при температуре 95±5°С. Высушенную ткань подвергают термической обработке до температуры 220°С в среде метана, используя СВЧ-генератор мощностью 1 КВт с рабочей частотой 2450 МГц, после чего полученный частично карбонизованный материал нагревают до температуры 2400°С в среде азота. Получают мягкую графитированную ткань.
Проведенные исследования показали, что при получении заявленного углеродного волокнистого материала предел прочности при разрыве на 5 см ширины ткани составил не менее 60 кгс по основе и не менее 25 кгс по утку, что примерно на 12% выше аналогичных показателей материала, полученного по традиционной технологии.
Пример 2. Целлюлозное волокно перерабатывают по примеру 1, изменяя только мощность генератора на стадии карбонизации: 1500 Вт; 2000 Вт; 2500 Вт; 3000 Вт; 3500 Вт; 4000 Вт; 4500 Вт; 5000 Вт.
Таким образом, применение предложенного способа обеспечивает повышение уровня прочности полученного углеродного волокнистого материала за счет снижения скорости нагрева, повышения точности при установлении температуры и создания равномерного (безградиентного) теплового поля обрабатываемого материала.
Claims (1)
- Способ получения углеродного волокнистого материала, включающий пропитку исходного целлюлозного волокна водным раствором каталитических соединений, содержащих хлористый натрий, гидроаммоний фосфат, хлорид аммония, сушку и термообработку с применением источника СВЧ в качестве средства для нагрева, карбонизацию и последующую графитацию, отличающийся тем, что целлюлозное волокно пропитывают в водном растворе, содержащем 6,5% гидроортофосфата аммония, 10,6% хлорида аммония и 2,5% хлорида натрия при температуре 30°С в течение 30 мин, отжимают и высушивают при температуре 95±5°С, а термообработку высушенного целлюлозного волокна проводят в среде метана до температуры 220°С с последующим нагревом частично карбонизованного материала в среде азота до температуры 2400°С.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011142451/05A RU2475571C1 (ru) | 2011-10-21 | 2011-10-21 | Способ получения углеродного волокнистого материала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011142451/05A RU2475571C1 (ru) | 2011-10-21 | 2011-10-21 | Способ получения углеродного волокнистого материала |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2475571C1 true RU2475571C1 (ru) | 2013-02-20 |
Family
ID=49121002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011142451/05A RU2475571C1 (ru) | 2011-10-21 | 2011-10-21 | Способ получения углеродного волокнистого материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2475571C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556100C1 (ru) * | 2014-01-13 | 2015-07-10 | ОАО "Каменскволокно" | Способ повышения физико-механических характеристик арамидных нитей, содержащих 5(6)-амино-2(п-аминофенил)-бензимидазол |
RU2645208C2 (ru) * | 2015-10-27 | 2018-02-16 | Открытое акционерное общество "Инновационный научно-производственный центр текстильной и легкой промышленности" (ОАО "ИНПЦ ТЛП") | Устройство для получения углеродных волокнистых материалов |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB895479A (en) * | 1959-05-21 | 1962-05-02 | Heberlein & Co Ag | Improvements in or relating to cellulosic material |
US3235323A (en) * | 1960-04-14 | 1966-02-15 | Minnesota Mining & Mfg | Heat-resistant black fibers and fabrics derived from rayon |
US4197282A (en) * | 1977-05-25 | 1980-04-08 | The British Petroleum Company Limited | Manufacture of carbon fibres |
RU2000360C1 (ru) * | 1992-01-22 | 1993-09-07 | Марк Евгеньевич Казаков | Способ получени тканого активированного углеродного волокнистого материала и тканый активированный углеродный волокнистый материал |
RU2016146C1 (ru) * | 1991-07-16 | 1994-07-15 | Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита | Способ получения углеродного волокнистого материала |
WO2010075952A1 (de) * | 2008-12-15 | 2010-07-08 | Linn High Therm Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum rückgewinnen von kohlenstofffasern und/oder aktivkohlepartikeln |
-
2011
- 2011-10-21 RU RU2011142451/05A patent/RU2475571C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB895479A (en) * | 1959-05-21 | 1962-05-02 | Heberlein & Co Ag | Improvements in or relating to cellulosic material |
US3235323A (en) * | 1960-04-14 | 1966-02-15 | Minnesota Mining & Mfg | Heat-resistant black fibers and fabrics derived from rayon |
US4197282A (en) * | 1977-05-25 | 1980-04-08 | The British Petroleum Company Limited | Manufacture of carbon fibres |
RU2016146C1 (ru) * | 1991-07-16 | 1994-07-15 | Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита | Способ получения углеродного волокнистого материала |
RU2000360C1 (ru) * | 1992-01-22 | 1993-09-07 | Марк Евгеньевич Казаков | Способ получени тканого активированного углеродного волокнистого материала и тканый активированный углеродный волокнистый материал |
WO2010075952A1 (de) * | 2008-12-15 | 2010-07-08 | Linn High Therm Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum rückgewinnen von kohlenstofffasern und/oder aktivkohlepartikeln |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556100C1 (ru) * | 2014-01-13 | 2015-07-10 | ОАО "Каменскволокно" | Способ повышения физико-механических характеристик арамидных нитей, содержащих 5(6)-амино-2(п-аминофенил)-бензимидазол |
RU2645208C2 (ru) * | 2015-10-27 | 2018-02-16 | Открытое акционерное общество "Инновационный научно-производственный центр текстильной и легкой промышленности" (ОАО "ИНПЦ ТЛП") | Устройство для получения углеродных волокнистых материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102587066B (zh) | 粘胶基石墨化碳纤维毡生产工艺 | |
JP3216682U (ja) | 繊維予備酸化設備 | |
CN101421448B (zh) | 用于连续制造碳纤维的方法 | |
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 | |
JP5604516B2 (ja) | 炭素含有繊維を安定させるための方法、及び炭素繊維を生成するための方法 | |
CN107532341A (zh) | 碳纤维及碳纤维的制造方法 | |
RU2475571C1 (ru) | Способ получения углеродного волокнистого материала | |
KR101327972B1 (ko) | 방사선 조사 및 열처리로 안정화된 탄소나노섬유의 제조방법 및 이에 따라 제조된 탄소나노섬유 | |
KR101755267B1 (ko) | 전자선 조사에 의해 가교화된 폴리아크릴로니트릴 섬유를 이용한 탄소 섬유 및 그 제조 방법 | |
JP6667568B2 (ja) | 酸化繊維の製造方法及び酸化繊維 | |
RU2016146C1 (ru) | Способ получения углеродного волокнистого материала | |
KR101219721B1 (ko) | 연속식 하이브리드 탄소섬유 제조방법 | |
RU2671709C1 (ru) | Способ получения углеродных волокнистых материалов из гидратцеллюлозных волокон | |
JP6667567B2 (ja) | 繊維予備酸化設備 | |
RU2740139C1 (ru) | Способ получения углеродных волокнистых материалов из гидратцеллюлозных волокон | |
JP3216683U (ja) | 酸化繊維の構造 | |
RU2555468C2 (ru) | Способ термической обработки углеродосодержащих волокнистых материалов | |
RU2670884C1 (ru) | Способ получения углеродного нетканого волокнистого материала | |
RU2669273C2 (ru) | Способ получения лиоцельного гидратцеллюлозного прекурсора углеродного волокнистого материала | |
CN110219095A (zh) | 一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布及其制备方法 | |
RU2645208C2 (ru) | Устройство для получения углеродных волокнистых материалов | |
RU2556100C1 (ru) | Способ повышения физико-механических характеристик арамидных нитей, содержащих 5(6)-амино-2(п-аминофенил)-бензимидазол | |
JPH0735614B2 (ja) | 高黒鉛化炭素繊維の製造方法 | |
CN107895653B (zh) | 微波制备香烟过滤嘴/石墨烯复合材料的方法及其用途 | |
CN108149483A (zh) | 碳化纤维制造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131022 |