RU2520982C1 - Method of carbonisation of viscose fibrous materials in process of obtaining carbon fibres - Google Patents
Method of carbonisation of viscose fibrous materials in process of obtaining carbon fibres Download PDFInfo
- Publication number
- RU2520982C1 RU2520982C1 RU2012143341/05A RU2012143341A RU2520982C1 RU 2520982 C1 RU2520982 C1 RU 2520982C1 RU 2012143341/05 A RU2012143341/05 A RU 2012143341/05A RU 2012143341 A RU2012143341 A RU 2012143341A RU 2520982 C1 RU2520982 C1 RU 2520982C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- heating
- zone
- zones
- carbonization
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Description
Предполагаемое изобретение относится к химической технологии, в частности, к процессам термической обработки углеродсодержащих волокнистых изделий в виде нитей, жгутов, лент, тканей и т.п. Из вискозных волокон получают карбонизированные волокнистые материалы, применяемые в качестве полуфабрикатов для получения графитированных волокнистых материалов, используемых в качестве наполнителей композиционных материалов различного назначения; электродов электрических производств; гибких электронагревателей; фильтров агрессивных газов, жидкостей и расплавов, при нормальных и высоких температурах; высокотемпературной теплоизоляции термического оборудования; в изделиях спортивного и медицинского назначения и др.The alleged invention relates to chemical technology, in particular, to heat treatment processes for carbon-containing fibrous products in the form of threads, bundles, ribbons, fabrics, etc. Carbonized fibrous materials are obtained from viscose fibers, which are used as semi-finished products for the production of graphitized fibrous materials, used as fillers of composite materials for various purposes; electrodes of electrical industries; flexible electric heaters; filters of aggressive gases, liquids and melts, at normal and high temperatures; high temperature thermal insulation of thermal equipment; in sports and medical products, etc.
Известен способ получения углеродных волокнистых материалов из вискозных волокон, который включает пропитку вискозного материала водным раствором химических соединений, катализирующих процесс пиролиза, непрерывную или прерывистую термическую обработку при карбонизации до температуры 1200°С и последующую графитацию до 3000°С в инертной среде. [1]A known method of producing carbon fiber materials from viscose fibers, which includes impregnating viscose material with an aqueous solution of chemical compounds catalyzing the pyrolysis process, continuous or intermittent heat treatment during carbonization to a temperature of 1200 ° C and subsequent graphitization to 3000 ° C in an inert medium. [one]
Недостатки известного способа получения углеродных волокон проявляются в низкой интенсивности процесса термохимического превращения вискозных волокон в углеродные волокна, нагреве при карбонизации до высоких температур с невысокими скоростями, в проведении карбонизации в таких условиях, что выделяющиеся продукты пиролиза на всех этапах нагревания волокна взаимодействуют с карбонизируемым материалом, температура которого отличается от температуры летучих продуктов. В результате значительно ухудшаются свойства и снижаются производительность процесса получения углеродных волокнистых материалов.The disadvantages of the known method for producing carbon fibers are manifested in the low intensity of the process of thermochemical conversion of viscose fibers to carbon fibers, heating during carbonization to high temperatures at low speeds, in carrying out carbonization under such conditions that the released pyrolysis products at all stages of the heating of the fiber interact with the carbonized material, whose temperature is different from the temperature of volatile products. As a result, the properties are significantly deteriorated and the productivity of the process for producing carbon fiber materials is reduced.
Известен способ получения углеродных волокнистых материалов из вискозных волокон, предварительно подвергнутых релаксационной обработке и содержащих катализатор пиролиза, путем карбонизации в несколько этапов, начальный этап из которых осуществляют при температуре от 250°C до 350°C с повышением температуры от 10°C/мин до 60°C/мин, промежуточный этап от 350°C до 500°C - с более низкой скоростью нагрева от 2°C/мин до 10°C/мин и заключительный этап при температуре от 500°C до 750°C с вновь повышенной скоростью от 5°С/мин до 40°С/мин с последующей высокотемпературной обработкой (графитацией) до (1000-1200)°С. [2]A known method of producing carbon fiber materials from viscose fibers, previously subjected to relaxation processing and containing a pyrolysis catalyst, by carbonization in several stages, the initial stage of which is carried out at a temperature of from 250 ° C to 350 ° C with increasing temperature from 10 ° C / min to 60 ° C / min, an intermediate stage from 350 ° C to 500 ° C - with a lower heating rate from 2 ° C / min to 10 ° C / min and a final stage at a temperature of 500 ° C to 750 ° C with a newly raised speeds from 5 ° C / min to 40 ° C / min followed by high temperature round processing (graphitization) up to (1000-1200) ° С. [2]
Данный способ использован в качестве прототипа, так как наиболее близок предлагаемому техническому решению по существенным признакам.This method is used as a prototype, as it is closest to the proposed technical solution for essential features.
Способу по прототипу свойственны недостатки, характерные для описанного выше аналога: летучие продукты, выделяющиеся на всех стадиях карбонизации взаимодействуют с карбонизируемым материалом на всем протяжении процесса, причем низкотемпературные летучие контактируют с материалом в высокотемпературной зоне, высокотемпературные летучие взаимодействуют с материалом в низкотемпературной зоне. В результате такого взаимодействия, как в первом, так и во втором случае, происходит снижение свойств получаемого материала. Кроме того, на стадиях карбонизации интервалы температур нагревания материала очень большие: на первом этапе - до 250-350°С, на втором - от 350°С до 500°С, на третьем - от 500°С до 750°С. При нагреве в столь широком температурном интервале, особенно на первой стадии, протекает одновременно большое количество параллельных и последовательных реакций пиролиза и конденсации с выделением большого количества летучих и тепла.The prototype method has disadvantages characteristic of the analogue described above: volatile products released at all stages of carbonization interact with the carbonizable material throughout the process, with low-temperature volatiles contacting the material in the high-temperature zone, high-temperature volatiles interacting with the material in the low-temperature zone. As a result of this interaction, both in the first and in the second case, the properties of the resulting material are reduced. In addition, at the stages of carbonization, the temperature ranges for heating the material are very large: at the first stage, up to 250-350 ° С, at the second, from 350 ° С to 500 ° С, and at the third, from 500 ° С to 750 ° С. When heated in such a wide temperature range, especially in the first stage, a large number of parallel and sequential pyrolysis and condensation reactions occur simultaneously with the release of a large amount of volatiles and heat.
Проведение карбонизации в таких условиях отрицательно влияет на формирование свойств получаемого карбонизованного и графитированного углеродного волокна. Достижение приемлемых прочностных характеристик готового углеродного волокна возможно, лишь уменьшая скорость нагрева исходного материала при карбонизации, что и рекомендуется в прототипе. Это значительно удлиняет процесс.Carrying out carbonization under such conditions adversely affects the formation of the properties of the resulting carbonized and graphitized carbon fiber. The achievement of acceptable strength characteristics of the finished carbon fiber is possible only by reducing the heating rate of the starting material during carbonization, which is recommended in the prototype. This significantly lengthens the process.
Кроме того, карбонизация в условиях неограниченного взаимодействия летучих продуктов пиролиза с карбонизируемым материалом снижает интенсивность формирования свойств последнего, что вынужденно приводит к увеличению температуры карбонизации до 750°С. После графитации полученного таким способом карбонизированного полуфабриката, может быть получено графитированное углеродное волокно с приемлемыми прочностными свойствами. Однако увеличение температуры обработки при карбонизации значительно усложняет процесс карбонизации и его аппаратурное оформление, увеличивает длительность процесса.In addition, carbonization under conditions of unlimited interaction of volatile pyrolysis products with carbonized material reduces the intensity of formation of the properties of the latter, which forcedly leads to an increase in carbonization temperature to 750 ° C. After graphitization of the carbonized semifinished product obtained in this way, graphitized carbon fiber with acceptable strength properties can be obtained. However, an increase in the processing temperature during carbonization significantly complicates the carbonization process and its instrumentation, and increases the duration of the process.
Задача, для решения которой создано предполагаемое изобретение, заключается в устранение недостатков способов по аналогу и прототипу, повышении интенсивности процесса и качества получаемых углеродных волокнистых материалов. Цель достигается тем, что при карбонизации вискозных волокнистых материалов в процессе получения углеродных волокон путем тепловой обработки при непрерывном транспортировании через зоны нагрева камеры карбонизации вискозных волокнистых материалов, подвергнутых предварительной релаксационной обработке и содержащих на поверхности и в пористой системе катализатор пиролиза, при изменяемой скорости многостадийно-возрастающего нагрева и последующей графитации, в соответствии с предлагаемым техническим решением, карбонизацию до температуры 320-360°С проводят в тепло- и газоизолированных одна от другой в не менее, чем трех зонах нагрева, удаляя летучие продукты пиролиза непосредственно из зон их образования в тепло- и газоизолированную от внешней среды зону эвакуации, расположенную над зонами нагрева и сообщающаяся с зонами нагрева через перфорированную стенку, а из зоны эвакуации летучие продукты удаляются естественной конвекцией через обогреваемый выходной патрубок летучих, транспортируют карбонизируемый материал через зоны нагрева под наклоном снизу в верх, увеличивая температуру нагрева в направлении транспортирования, начиная с температуры 160-200°С в первой зоне нагрева, на 40-60°С в каждой последующей зоне нагрева по сравнению с предыдущей, температуру в зону эвакуации летучих устанавливают на 5-15°С выше температур соответствующих зон нагрева, а температуру выходного патрубка 5-15°С выше максимальной температуры карбонизации.The problem for which the alleged invention was created is to eliminate the disadvantages of the methods of the analogue and prototype, to increase the intensity of the process and the quality of the resulting carbon fiber materials. The goal is achieved by the fact that during the carbonization of viscose fiber materials in the process of producing carbon fibers by heat treatment during continuous transportation through the heating zone of the carbonization chamber of viscose fiber materials subjected to preliminary relaxation processing and containing a pyrolysis catalyst on the surface and in the porous system, at a variable speed, the multistage incremental heating and subsequent graphitization, in accordance with the proposed technical solution, carbonization to a pace Rural 320-360 ° C are carried out in heat- and gas-insulated from one another in no less than three heating zones, removing volatile pyrolysis products directly from the zones of their formation in the heat- and gas-insulated from the external environment evacuation zone located above the heating zones and communicating with heating zones through a perforated wall, and volatile products are removed from the evacuation zone by natural convection through a heated outlet pipe of volatile, carbonized material is transported through heating zones at an angle from bottom to top, increasing When the heating temperature in the transport direction, starting from a temperature of 160-200 ° С in the first heating zone, is 40-60 ° С in each subsequent heating zone compared to the previous one, the temperature in the volatile evacuation zone is set at 5-15 ° С higher than the temperatures corresponding heating zones, and the temperature of the outlet pipe 5-15 ° C above the maximum carbonization temperature.
На фигуре 1 представлена установка для карбонизации вискозных волокнистых материалов (по заявке на патент №2012129694 от 13/07/2012 года) в процессе получения углеродных волокон по предполагаемому способу продольный разрез, на фигуре 2 - разрез А-А фигуры 1. Установка представляет собой электропечь с несколькими зонами нагрева 1, отделенных друг от друга теплоизоляционными прокладками 2. В прокладки 2 могут быть помещены средства охлаждения для снижения температуры перемещаемого над ними материала, что увеличивает эффективность теплообмена между карбонизируемым материалом и средой. Верхняя стенка 3 зон нагрева выполнена перфорированной, через отверстия 4 которой удаляются из реакционной зоны нагрева выделяющиеся летучие продукты пиролиза. Реакционные зоны 1 разделены гибкими перегородками 5, газоизолирующие зоны нагрева одну от другой. Над зонами нагрева 1 размещена зона эвакуации летучих продуктов 6, а над зоной максимальной температуры карбонизации встроен патрубок удаления летучих продуктов. Зоны нагрева и зона эвакуации летучих расположены в установке под углом к горизонтальной плоскости. Подача карбонизируемого материала 7 осуществляется снизу через затвор 8 и транспортируется вверх через зоны нагрева к выходному отверстию, снабженным затвором 9. Обогрев зон нагрева производят электронагревательными элементами 10.The figure 1 shows the installation for the carbonization of viscose fiber materials (according to patent application No. 2012129694 dated 13/07/2012) in the process of producing carbon fibers according to the proposed method, a longitudinal section, in figure 2 - section AA of figure 1. The installation is an electric furnace with several heating zones 1 separated by heat-insulating
Физико-химическая сущность процессов, протекающих при карбонизации вискозных волокон, состоит в том, что состав и давление газообразных продуктов пиролиза оказывают влияние на скорость процесса термического разложения твердого вещества. Это влияние тем более усиливается, когда эти газообразные продукты пиролиза (т.е. летучие продукты) принимают участие в реакциях или взаимодействуют с образующимся продуктом (углеродистым волокном). Кроме того, давление и состав газообразных летучих над пиролизуемым веществом приводят к изменению теплопередачи между средой и веществом [3, 4], а взаимодействие газообразных продуктов пиролиза с карбонизируемым волокном отрицательно влияет на прочности получаемого волокна.The physicochemical nature of the processes occurring during the carbonization of viscose fibers consists in the fact that the composition and pressure of the gaseous pyrolysis products affect the rate of thermal decomposition of a solid. This effect is all the more enhanced when these gaseous pyrolysis products (i.e. volatile products) take part in the reactions or interact with the resulting product (carbon fiber). In addition, the pressure and composition of gaseous volatiles over a pyrolyzable substance lead to a change in heat transfer between the medium and the substance [3, 4], and the interaction of gaseous pyrolysis products with a carbonizable fiber adversely affects the strength of the resulting fiber.
Задача при разработке настоящего технического решения свелась к уменьшению эффекта саморазогрева карбонизируемого волокна, которое происходит в результате выделения тепла при протекании экзотермических реакций пиролиза, нормализации процесса удаления летучих продуктов, сокращения до минимума длительности их взаимодействия с карбонизируемым волокном. Решение этой задачи при проведении карбонизации по предлагаемому способу позволило, во-первых, на основании экспериментальных работ снизить максимальную температуру карбонизации до (320-360)°С, получая при этом карбонизованное волокно, позволяющее проводить графитацию до высоких температур с получением углеродных волокон повышенной прочности. Этому способствует технологический прием, когда карбонизацию до температуры (320-360)°С проводят, транспортируя карбонизуемый материал через зоны нагрева снизу вверх, увеличивая температуру нагрева в направлении транспортирования начиная с температуры (160-200)°С на (40-60)°С на каждой последующей стадии - зоне нагрева по сравнению с предыдущей. Таким образом, весь комплекс реакций карбонизации разбит на отдельные температурные стадии, не столь сильно отличающиеся друг от друга по температурам, в которых последовательно протекают характерные для данных температур реакции, а выделяющиеся продукты пиролиза не смешиваются между собой и не взаимодействуют с материалом, находящимся в других температурных стадиях-зонах. Это важно при осуществлении данного принципа карбонизации. Зоны нагрева теплоизолированы друг от друга для устранения как кондуктивного перетекания тепла от одной зоны к другой, так и конвективной теплопередачи за счет проникновения летучих продуктов из одной зоны нагрева в другую. Перетекание летучих продуктов между зонами нагрева оказывает более отрицательное влияние на процесс карбонизации, чем вызываемая ими конвективная теплопередача, за счет взаимодействия с карбонизируемым материалом при температурах, отличающихся от температур выделения летучих. Поэтому зоны нагрева должны быть газоизолированы одна от другой.The task in the development of this technical solution was to reduce the effect of self-heating of the carbonized fiber, which occurs as a result of heat generation during exothermic pyrolysis reactions, normalization of the process of removing volatile products, and minimizing the duration of their interaction with the carbonized fiber. The solution to this problem during the carbonization of the proposed method allowed, firstly, on the basis of experimental work to reduce the maximum carbonization temperature to (320-360) ° C, while obtaining carbonized fiber, allowing graphitization to high temperatures with obtaining carbon fibers of high strength . This is facilitated by the technological method when carbonization to a temperature of (320-360) ° C is carried out by transporting the carbonizable material through the heating zones from the bottom up, increasing the heating temperature in the transport direction starting from the temperature of (160-200) ° C by (40-60) ° C at each subsequent stage - the heating zone compared to the previous one. Thus, the whole complex of carbonization reactions is divided into separate temperature stages, which do not differ so much from each other in temperature, in which the reactions characteristic of the given temperatures sequentially occur, and the released pyrolysis products do not mix with each other and do not interact with material located in other temperature stages-zones. This is important when implementing this carbonization principle. The heating zones are thermally insulated from each other to eliminate both conductive heat transfer from one zone to another, and convective heat transfer due to the penetration of volatile products from one heating zone to another. The flow of volatile products between the heating zones has a more negative effect on the carbonization process than the convective heat transfer caused by them, due to the interaction with the carbonized material at temperatures different from the temperatures of the emission of volatile. Therefore, the heating zone must be gas insulated from one another.
Нагревание вискозного волокна до температуры (160-200)°С в первой зоне нагрева определено экспериментально. Не столь высокий уровень нагрева устанавливается по двум причинам: во-первых, проведение карбонизации по предлагаемому способу снижает температуру начала заметного пиролиза волокна; во-вторых, карбонизируемый материал должен быть термически подготовлен к основному пиролизу, который протекает во второй и третьей зонах нагрева.The heating of viscose fiber to a temperature of (160-200) ° C in the first heating zone was determined experimentally. A not so high level of heating is established for two reasons: firstly, carrying out carbonization by the proposed method reduces the temperature of the onset of noticeable fiber pyrolysis; secondly, the carbonizable material must be thermally prepared for the main pyrolysis, which occurs in the second and third heating zones.
Увеличение температуры нагрева в каждой последующей зоне на (40-60)°С установлено опытным путем. Целью проведенных опытов было уменьшение количества параллельно протекающих реакций в отдельной зоне нагрева, что уменьшает выделение летучих продуктов, предотвращает наложение реакций и устраняет возникновение термокатализа пиролиза в целом. Температура 40°С - это минимальная температура, увеличения нагрева на которую способствует развитию более высокотемпературных реакций. При увеличении температуры нагревания в следующей зоне более, чем на 60°С, возникает большое количество параллельно протекающих реакций, и эффект разделения пиролиза на последовательное протекание реакции снижается.An increase in the heating temperature in each subsequent zone by (40-60) ° C was established experimentally. The purpose of the experiments was to reduce the number of parallel reactions in a separate heating zone, which reduces the release of volatile products, prevents the imposition of reactions and eliminates the occurrence of pyrolysis thermocatalysis in general. A temperature of 40 ° C is the minimum temperature, the increase in heating to which contributes to the development of higher-temperature reactions. With an increase in the heating temperature in the next zone by more than 60 ° C, a large number of parallel reactions occur, and the effect of the separation of pyrolysis into the successive reaction decreases.
Удаление летучих продуктов пиролиза непосредственно происходит в тепло- и газоизолированную от внешней среды зону эвакуации, расположенную над зонами нагрева карбонизации, сообщающуюся с зонами нагрева через перфорированную стенку, а удаление летучих из зоны эвакуации естественной конвекцией проводят через обогреваемый выходной патрубок летучих. Такие действия направлены на реализацию принципа селективности и нормализации удаления из реакционной зоны летучих продуктов пиролиза, сокращение длительности их взаимодействия с карбонизируемым материалом, повышение эффективности теплоотвода и стабилизацию тепловых условий для протекания реакций пиролиза в каждой из зон нагрева. Под селективным удалением понимается удаление летучих из локального места, в котором они выделились из реагирующей волоконной системы, не перемешиваясь с летучими, выделившихся в других местах реакционной зоны. Это обеспечивается «фильтрацией» летучих через отверстия перфорации в стенке, отделяющей зоны нагрева от зоны эвакуации. Такое направленное движение летучих осуществляется под действием разности температур и давления в зоне нагрева карбонизации и в зоне эвакуации, то есть обеспечиваются условия для конвективного переноса газообразных летучих продуктов из зоны нагрева в зону эвакуации, затем наружу через обогреваемый выходной патрубок. Этому дополнительно способствует наклон зон, что увеличивает вертикальную составляющую движения летучих продуктов и устраняет возможность образования застойных газовых зон в зоне эвакуации, в которых собираются летучие и увеличивается их конденсация и каплепадение конденсата.The removal of volatile pyrolysis products directly takes place in the evacuation zone, which is heat- and gas-insulated from the external environment, located above the carbonization heating zones, communicating with the heating zones through a perforated wall, and the removal of volatiles from the evacuation zone by natural convection is carried out through the volatile exhaust outlet pipe. Such actions are aimed at implementing the principle of selectivity and normalizing the removal of volatile pyrolysis products from the reaction zone, reducing the duration of their interaction with the carbonizable material, increasing the heat removal efficiency and stabilizing the thermal conditions for pyrolysis reactions in each of the heating zones. By selective removal is meant the removal of volatiles from the local place in which they are separated from the reacting fiber system without mixing with volatiles released elsewhere in the reaction zone. This is ensured by the "filtration" of volatiles through the perforation holes in the wall separating the heating zone from the evacuation zone. Such directed movement of volatiles is carried out under the influence of a temperature and pressure difference in the carbonization heating zone and in the evacuation zone, i.e., conditions are provided for the convective transfer of gaseous volatile products from the heating zone to the evacuation zone, then out through the heated outlet pipe. This is additionally facilitated by the slope of the zones, which increases the vertical component of the movement of volatile products and eliminates the possibility of the formation of stagnant gas zones in the evacuation zone, in which volatiles are collected and their condensation and condensate dropping increase.
Следующий отличительный признак, усиливающий рассмотренные эффекты от реализации настоящего технического предложения - установление температуры в зоне эвакуации летучих на (5-15)°С выше температуры соответствующих зон нагрева и температуры выходного патрубка летучих на (5-15)°С выше максимальной температуры нагрева. Эти действия обеспечивают создание неоднородностей по плотности в отдельных местах газовой среды. При местном увеличении температуры плотность газа уменьшается и более нагретый газ перемещается наверх под действием архимедовых сил в поле силы тяжести сплошной газовой среды, а его место занимает более охлажденный газ. Это определяет вертикальное перемещение летучих в зоне эвакуации, которое ускоряется за счет увеличения температуры зон нагрева по мере из возвышения одной над другой. Повышение температуры выходного патрубка летучих по сравнению с максимальной температурой нагрева при карбонизации способствует повышению скорости перемещения летучих в зоне эвакуации.The next distinctive feature that enhances the considered effects from the implementation of this technical proposal is the establishment of the temperature in the volatile evacuation zone at (5-15) ° C above the temperature of the corresponding heating zones and the temperature of the volatile exhaust pipe at (5-15) ° C above the maximum heating temperature. These actions ensure the creation of inhomogeneities in density in certain places of the gas medium. With a local increase in temperature, the density of the gas decreases and the warmer gas moves upward under the action of Archimedean forces in the field of gravity of a continuous gas medium, and a more cooled gas takes its place. This determines the vertical movement of volatiles in the evacuation zone, which is accelerated by increasing the temperature of the heating zones as one rises above one another. An increase in the temperature of the outlet pipe of volatiles in comparison with the maximum heating temperature during carbonization contributes to an increase in the speed of movement of volatiles in the evacuation zone.
Температурный интервал (5-15)°С, на который повышают температуру в участке зоны эвакуации летучих, находящимся непосредственно над соответствующей зоной нагрева, определили так же экспериментальным путем. Установление температуры нагрева на этом участке более чем на 15°С, нецелесообразно, так как это приводит к повышению температуры в зоне нагрева и изменению в ней режима карбонизации.The temperature range (5-15) ° C, by which the temperature is increased in the area of the volatile evacuation zone located directly above the corresponding heating zone, was also determined experimentally. Setting the heating temperature in this section by more than 15 ° C is impractical, since this leads to an increase in temperature in the heating zone and a change in the carbonization mode in it.
Увеличение температуры менее, чем на 5°С, сильно уменьшает эффект конвективности при удалении летучих продуктов.An increase in temperature of less than 5 ° C greatly reduces the effect of convectivity when removing volatile products.
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
Текстильную ленту саржевого переплетения 2/2 толщиной 1,1 мм из вискозной нити линейной плотности 192 текс, подвергнутую релаксационной обработке и содержащей на поверхности и в пористой системе катализатор пиролиза, подшивают к текстильной ленте-протяжке из термостойкого волокна, например, стеклянного или базальтового волокна. Карбонизацию проводят в описанной выше установке. При открытых уплотнительных затворах 8 и 9 установки протягивают ленту-протяжку через зоны нагрева 1 и заправляют в транспортирующий механизм на выходе карбонизируемого материла из установки карбонизации.A 2/2 textile twill weave tape, 1.1 mm thick, made from viscose thread of linear density 192 tex, subjected to relaxation processing and containing a pyrolysis catalyst on the surface and in the porous system, is sewn to a textile tape made of heat-resistant fiber, for example, glass or basalt fiber . Carbonization is carried out in the installation described above. With the
Закрывают уплотнительные затворы 8 и 9 на входе и выходе установки, включают электронагреватели зон нагрева, зоны эвакуации и выходного патрубка удаления летучих: впервой зоне ленту нагревают до 200°С, во второй - до 260°С, в третье - до 320°С; соответственно температуру в зоне эвакуации летучих над первой зоной нагрева устанавливают 215°С, над второй зоной - 275°С, над третьей зоной и температуру выходного патрубка устанавливаю равной 335°С.
Нагрев зоны эвакуации летучих осуществляют при помощи верхнего комплекта нагревателей (фиг.1), который может быть установлен на различном расстоянии от реакционной зоны 1.The heating of the zone of evacuation of volatiles is carried out using the upper set of heaters (figure 1), which can be installed at different distances from the reaction zone 1.
Включают подачу инертного газа через соответствующие штуцеры в уплотнительные затворы. По достижении заданной температуры включают транспортирующий механизм со скоростью транспортирования 20 м/ч, при которой длительность процесса карбонизации составляет 11 минут. Транспортирование карбонизируемой вискозной ленты проводят снизу вверх. Летучие продукты пиролиза проходят из зон нагрева в зону эвакуации через перфорированную стенку, из зоны эвакуации проходят через выходной патрубок. На выходе летучие продукты могут дожигаться в пламени соответствующей горелки или самовоспламенением. Продукты сгорания летучих удаляются вытяжной вентиляцией. Полученная карбонизированная лента обладает хорошей гибкостью, несминаемостью и имеет прочность при разрыве 85 кгс/5 см ширины. Полученную ленту подвергают графитации в инертной среде при температуре 2350°С. Углеродные нити из графитированной ленты имеют предел прочности 1800 кгс/нить.Turn on the supply of inert gas through the corresponding fittings to the sealing gates. Upon reaching the set temperature, the transport mechanism is switched on with a transport speed of 20 m / h, at which the duration of the carbonization process is 11 minutes. Transportation carbonized viscose tape is carried out from the bottom up. Volatile pyrolysis products pass from the heating zones to the evacuation zone through a perforated wall, and from the evacuation zone pass through the outlet pipe. At the exit, volatile products may be burned in the flame of the respective burner or self-igniting. Volatile combustion products are removed by exhaust ventilation. The resulting carbonized tape has good flexibility, crease resistance and has a tensile strength of 85 kgf / 5 cm width. The resulting tape is subjected to graphitization in an inert medium at a temperature of 2350 ° C. Carbon threads from graphite tape have a tensile strength of 1800 kgf / thread.
Для сравнения вискозную ленту карбонизировали по известному способу прототипа.For comparison, the viscose tape was carbonized according to the known method of the prototype.
Кроме того, вискозную ленту карбонизировали по предлагаемому способу по режимам 2, 3, 4.In addition, the viscose tape was carbonized by the proposed method according to
В таблице представлены режимы карбонизации и свойства полученных карбонизованных и графитированных лент.The table shows the carbonization modes and properties of the obtained carbonized and graphitized ribbons.
По данным, представленным в таблице, видно, использование настоящего технического предложения позволяет в 3-6 раз увеличить производительность процесса карбонизации и увеличить прочность карбонизованных и графитированных углеродных волокнистых изделий.According to the data presented in the table, it can be seen that the use of this technical proposal allows to increase the productivity of the carbonization process by 3-6 times and increase the strength of carbonized and graphitized carbon fiber products.
Использованная литература.References.
1 Патент RU 2258773 D01F 9/16 опубликован 20.08.2005 г. бюл. №23. Способ получения углеродного волокнистого материала [Аналог]1 Patent RU 2258773
2 Патент RU 2257429 D01F 9/16 опубликован 27.07.2005 г. бюл. №21. Способ получения ткани из углеродных волокон путем непрерывной карбонизации ткани из целлюлозных волокон. [Прототип]2 Patent RU 2257429
3 Андреева И.Н., Палков С.П. Механизм начальной стадии термического разложения целлюлозных волокон. - ВКН.: Новые химические волокна технического назначения, под ред. B.C. Смирнова, К.Е. Перепелкина и Л.И. Фридмана Л., Изд-во «Химия», 1973, с.55-603 Andreeva I.N., Palkov S.P. The mechanism of the initial stage of thermal decomposition of cellulose fibers. - VKN .: New chemical fibers for technical use, ed. B.C. Smirnova, K.E. Perepelkina and L.I. Fridman L., Chemistry Publishing House, 1973, p. 55-60
4 Болдырев В.В. Методы изучения кинетики термического разложения твердых веществ. Томск, Изд-во Томского университета, 1958.4 Boldyrev V.V. Methods for studying the kinetics of thermal decomposition of solids. Tomsk, Tomsk University Press, 1958.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012143341/05A RU2520982C1 (en) | 2012-10-10 | 2012-10-10 | Method of carbonisation of viscose fibrous materials in process of obtaining carbon fibres |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012143341/05A RU2520982C1 (en) | 2012-10-10 | 2012-10-10 | Method of carbonisation of viscose fibrous materials in process of obtaining carbon fibres |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2520982C1 true RU2520982C1 (en) | 2014-06-27 |
Family
ID=51218070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012143341/05A RU2520982C1 (en) | 2012-10-10 | 2012-10-10 | Method of carbonisation of viscose fibrous materials in process of obtaining carbon fibres |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2520982C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2670884C1 (en) * | 2017-12-28 | 2018-10-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Method of producing carbon nonwoven fibrous material |
| RU2698744C1 (en) * | 2018-11-15 | 2019-08-29 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Method of producing activated carbon fabric |
| RU2718749C2 (en) * | 2015-06-11 | 2020-04-14 | Стора Энсо Ойй | Fibre and method for production thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2257429C2 (en) * | 1999-12-06 | 2005-07-27 | Снекма Моторс | Method of manufacturing fabric from carbon fibers by way of continuous carbonization of cellulose fiber cloth |
| RU2258773C2 (en) * | 1999-12-06 | 2005-08-20 | Снекма Пропюльсьон Солид | Carbonaceous fibrous material manufacture process |
| JP2007070742A (en) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Toray Ind Inc | Method and machine for producing carbon fiber |
| RU2384657C2 (en) * | 2008-04-11 | 2010-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПЕНТА-91" ООО "ПЕНТА-91" | Method for obtaining carbon fibre and materials on its basis |
| RU2459893C1 (en) * | 2011-03-18 | 2012-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО НПЦ "УВИКОМ") | Method of producing carbon fibrous material |
-
2012
- 2012-10-10 RU RU2012143341/05A patent/RU2520982C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2257429C2 (en) * | 1999-12-06 | 2005-07-27 | Снекма Моторс | Method of manufacturing fabric from carbon fibers by way of continuous carbonization of cellulose fiber cloth |
| RU2258773C2 (en) * | 1999-12-06 | 2005-08-20 | Снекма Пропюльсьон Солид | Carbonaceous fibrous material manufacture process |
| JP2007070742A (en) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Toray Ind Inc | Method and machine for producing carbon fiber |
| RU2384657C2 (en) * | 2008-04-11 | 2010-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПЕНТА-91" ООО "ПЕНТА-91" | Method for obtaining carbon fibre and materials on its basis |
| RU2459893C1 (en) * | 2011-03-18 | 2012-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО НПЦ "УВИКОМ") | Method of producing carbon fibrous material |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2718749C2 (en) * | 2015-06-11 | 2020-04-14 | Стора Энсо Ойй | Fibre and method for production thereof |
| US10626523B2 (en) | 2015-06-11 | 2020-04-21 | Stora Enso Oyj | Fiber and a process for the manufacture thereof |
| RU2670884C1 (en) * | 2017-12-28 | 2018-10-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Method of producing carbon nonwoven fibrous material |
| RU2698744C1 (en) * | 2018-11-15 | 2019-08-29 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Method of producing activated carbon fabric |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101558432B1 (en) | Device for manufacturing recycled carbon fibers, and method for manufacturing recycled carbon fibers | |
| RU2520982C1 (en) | Method of carbonisation of viscose fibrous materials in process of obtaining carbon fibres | |
| AU2010251846A1 (en) | Method of converting pyrolyzable organic materials to biocarbon | |
| CN110799797B (en) | Furnace with a heat exchanger | |
| MX2018007988A (en) | Method of producing carbon fibers from multipurpose commercial fibers. | |
| CN104611785B (en) | Low-temperature carbonization furnace | |
| CN202247061U (en) | Initiative top-down air-blowing type oxidization furnace | |
| US5925591A (en) | Process for the production of hollow carbon fiber membranes | |
| CN211522400U (en) | Microwave heating carbon fiber precursor annealing-pre-oxidation treatment equipment | |
| JP2008063169A (en) | Method for producing carbonized product and decomposed product | |
| JP2024083379A (en) | Furnace | |
| KR101219721B1 (en) | Continuous Hybrid Carbon Fiber Production Method | |
| US9862890B2 (en) | Apparatus and method for pyrolyzing coal with wide particle size distribution | |
| BR102017021185B1 (en) | METHOD OF ENERGY REUSE OF CARBONIZING GASES FOR CONTINUOUS PRODUCTION OF CHARCOAL, SYSTEM AND REACTOR FOR CONTINUOUS PRODUCTION OF CHARCOAL FOR CONTINUOUS PRODUCTION OF CHARCOAL | |
| RU2555468C2 (en) | Heat treatment of fibrous carbon-bearing materials | |
| RU2705971C1 (en) | Method of producing carbon graphitized fibrous materials | |
| JPS58156026A (en) | Preparation of carbon fiber | |
| US11976386B2 (en) | Method of stabilizing precursor fiber for preparing carbon fiber and method of preparing carbon fiber using the same | |
| CN106744917A (en) | A kind of superhigh temperature graphitizing furnace | |
| CN105780195A (en) | Carbon fiber making technology | |
| US7790136B2 (en) | Method for preparing porous fabrics | |
| RU2506356C1 (en) | Installation of carbonisation of fibre viscose materials for obtaining composite carbon filaments | |
| CN210826466U (en) | Device for improving uniformity of temperature field of pre-oxidation furnace | |
| RU2698744C1 (en) | Method of producing activated carbon fabric | |
| CN221797364U (en) | Novel device for preparing high-purity coal by coal carbonization mode |