SU614025A1 - Способ получени графитированных изделий - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к технологии производства конструкционных графитовых материалов , которые используютс  в услови х, требующих повышенной прочности и ударной в зкости , например дл  изготовлени  ниппелей дл  соединени  крупных электродов.

Известен способ получени  графитовых материалов , включающий смешение ко ;позиции на основе углеродсодержаш,его волокна, прокаленного кокса и пека, формование заготовок , последуюш.ие обжиг и графитацию 1. Согласно этому способу упрочнение материала достигаетс  за счет его армировани  углеродными волокнами значительной длины, расположенными в одном и том же направлении.

Такой способ имеет суш.ественные недостатки . Использование углеродных волокон значительной длины, расположенных в строго определенном направлении сильно усложн ет технологию изготовлени  материала и требует применени  специального дорогосто щего оборудовани .

Известен также способ получени  графитированных материалов, включающий смешение непрокаленного нефт ного кокса, каменноугольного пека и штапельного полиакрильного волокна дробление и виброизмельчение полученной массы холодное прессование заготовок

из молотого пресс-пороа ка,их обжиг.: гргсЬит;: цию .

Недостатками такого способа  вл ютс ; возлЮжность получени  графитированиых .ли.;: только на основе непрокаленного кокса, что

существенно ограничивает его применение Б производстве конструкционных графитов,основным сырьем которого  вл етс  прока/теиныГ

- нефт ной кокс; анизотропи  материала; большое обратное расщирение отпрессованных заготонок , вызываемое упругой деформацией волокна и привод щее к повышенному трещинам после прессовани  и обжнг .

Наиболее близким к предлагаемому HSOOIKтению  вл етс  способ полученк  углегр: jчтовых материалов, включающий смешеньо :-Л1

температуре 160-180°С прокаленного несЬт ного кокса в количестве 70-75 вес.%. каменноугольного пека в количестве 20--25 вес./о и углеродного волокна длиной 3-5 CN; в коли честве до 10 вес.%, экструдировампе смесч в

г) стержни их карбонизации и графитации ппн 2800°С 131 .

Важнейп1им 1 едостатком способа  вл етс  повыщенный брак по трещинам после прессовани  и обжига заготовок, вызываемый , упругим расширением волокна в тс и- .i;iготовок . Целью изобретени   вл етс  снижение брака изделий из-за растрескивани  за счет улучшени  адгезии волокна с коксом и повышени  текучести композиции, а также повышение прочности графитированных изделий. Указанна  цель достигаетс  за счет того, что углеродсодержаш,ее воло но (карбонизованное или графитированное полиакрилнитрильное длиной 40-400 мм) вакуумируют (до 630-720 мм рт.ст.); пропитывают (при 180- 220°С и давлении 5-6 атм) расплавленным пеком, вз тым в количестве 30-50% от его веса в композиции; смешивают пропитанное волокно с прокаленным коксом и пеком, формуют заготовки из полученной композиции и затем обжигают и графитируют заготовки. Отличие способа заключаетс  в том, что углеродсодержащее волокно вакуумируют и про питывают расплавленным пеком, вз тым в количестве 30-50% от его веса в композиции. Дополнительное отличие заключаетс  в том, что углеродсодержащее волокно вакуумируют до 630-720 мм рт.ст. и пропитывают расплавленным пеком при 180-220°С и давлении 5- 6 атм.; в качестве углеродсодержащего волокна используют карбонизованное или графитированное Полиакрилнитрильное волокно длиной 40-400 мм. Предварительное вакуумирование углеродсодержащего волокна и пропитка его расплавленным пеком в количестве 30-50% от его веса в композиции обеспечивает достаточно полное проникновение пека внутрь жгута волокна и покрытие наружных и внутренних монофиламентов пленкой пека, что улучшает адгезию волокна и кокса и текучесть композиции . В результате этого значительно снижаютс  упругие напр жени  волокна, содержащегос  в заготовках, и тем самым обратное их расширение, благодар  чему существенно уменьшаетс  брак заготовок из-за растрескивани  и увеличиваетс  прочность графитированного материала. Вакуум ниже 630 мм рт.ст. не обеспечивает полного удалени  воздуха из пр дей волокна, что приводит к неполной его пропитке пеком. Повышение вакуума более 720 мм рт.ст. неделесообразно , так как не дает существенного повыщени  степени пропитки волокна. При температуре ниже 180°С расплавленный пек имеет высокую в зкость, ухудщающую его проникновение в пр ди волокна, а при температуре более 220°С начинаетс  испарение легких фракций пека. Давление в автоклаве ниже 5 атм не обеспечивает полной пропитки волокна, а выше 6 атм уже не оказывает вли ни  на степень его пропитки. При смешении пресс-массы наибольша  ее однородность достигаетс  если длина волокна не менее 40 мм. В то же врем  пропитке в автоклаве удобнее всего подвергать жгуты волокна , длина которых не превышает 400 мм. Поэтому длина полиакрилнитрильнЫх волокон, подвергаемых смешению с коксом и пеком, должна содержатьс  в пределах 40-400 мм. Пример 1. Полиакрилнитрильное волокно, карбонизованное при 2400°С, в количестве 10% от веса композиции, подвергают пропитке в автоклаве каменноугольным пеком. В работе примен ли пек каменноугольный электродный, среднетемпературный, марки «А, соответствуюш ,ий требовани м ГОСТ 10200-73. Температура разм гчени  65-70°С. Содержание свободного углерода не более 20%, зольность - не более 0,9%, влажность - не более 0,5%. Пропитку осуществл ют по следующей технологии: волокно в виде пучка волокон длиной 300-400 мм помещают в автоклав, где создают вакуум 630 мм рт.ст. В автоклаве поднимают температуру до 260-300°С, после чего подают расплавленный каменноугольный пек при температуре 160-225°С под давлением 5,5-6,0 атм. В этих услови х волокно выдерживают в течение 3 час. Количество пека в полученных микрокомпозици х составл ет 32% от общего веса содержани  пека в материале. Пропитанное волокно разрезают на отрезки длиной 50-60 мм. В качестве наполнител  используют прокаленный нефт ной пиролизный кокс марки КНДС, соответствующий требовани м ГОСТ 3278-62. Истинный удельнь1Й вес кокса (в результате прокалки в течение 5 час при 1300°С) составл ет 2,04-2,08 г/см. Влажность кокса - не более 3,0%, зольность - не более 0,3%. Содержание серы составл ет 0,4%. Выход летучих равен 7%. Шихту из прокаленного кокса (90% от веса композиции) фракций: -1,2 -f 0,8 мм - 9,8%; -0,8 + 0,5 мм - 15,8%; -0,5 + 0,3 мм - 12,0%; -0,3 -f 0,15 мм - 28,0%; -0,15 + 0,9мм17 ,5%; -0,09-16,9% ввод т в смесительную машину и перемешиваетс  в течение 20 мин при одновременном нагревании до температуры 60-80 °С (давление атмосферное, газова  среда - воздух). Затем в машину ввод т волокно , пропитанное пеком, и перемешивают массу в течение 15 мин, после чего ввод т остальную часть пекового св зующего (70% от веса пека) и производ т смешение всей массы в течение 15 мин. Общее содержание пекового св зующего в массе составл ет 23% от веса прокаленного кокса-наполнител . Прессование массы провод т в глухую матрицу при 60-70°С по следующему режиму: давление прессовани  поднимают до 1430 кг/см в течение 30 сек и резко снижают в течение 3-х раз, не снима  пуансона с заготовки. Затем при давлении 1430 кг/см дают выдержку в течение 3 мин. Заготовки диаметром 80 мм и длиной 100 мм имеют плотность 1,70-1,75 г/см, а после обжига в течение 380 час, до 1200°С и графитации при 2400°С плотность материала составила от 1,63 до 1,65 г/см. Дл  сравнени  провод т опыт, аналогичный предложенному способу, но без предварительного вакуумировани  и пропитки волокна расплавленным пеком (по прототипу). В результате термообработки объемные изменени  дл  материала с добавками пропитанного пеком волокна составили 0,5-0,8% в то врем  как дл  аналогичного материала с добавками непропитанного волокна, измене