UA56138C2 - Спосіб і пристрій для витягування потоком газу вуглецевих волокон із сольватованої смоли (варіанти) - Google Patents
Спосіб і пристрій для витягування потоком газу вуглецевих волокон із сольватованої смоли (варіанти) Download PDFInfo
- Publication number
- UA56138C2 UA56138C2 UA98010120A UA98010120A UA56138C2 UA 56138 C2 UA56138 C2 UA 56138C2 UA 98010120 A UA98010120 A UA 98010120A UA 98010120 A UA98010120 A UA 98010120A UA 56138 C2 UA56138 C2 UA 56138C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- resin
- capillary
- fibers
- flow
- fiber
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title abstract description 17
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title abstract description 17
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title description 11
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 title 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 126
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 126
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 126
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 15
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 5
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 2
- 239000011295 pitch Substances 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000009987 spinning Methods 0.000 abstract 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 229920006240 drawn fiber Polymers 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000004523 catalytic cracking Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 239000011301 petroleum pitch Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/145—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from pitch or distillation residues
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/127—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by thermal decomposition of hydrocarbon gases or vapours or other carbon-containing compounds in the form of gas or vapour, e.g. carbon monoxide, alcohols
- D01F9/133—Apparatus therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
- Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
Abstract
В даному винаході пропонується формувальна головка для витягування волокна потоком газу, призначена зокрема для витягування сольватованої смоли в волокна, що мають у поперечному перерізі неупорядковану структуру. У винаході також пропонується спосіб витягування потоком газу волокон з сольватованих смол. Крім того, пропонуються витягнені зі смоли волокна з високою внутрішньою енергією міжмолекулярних зв'язків. Вуглецеві волокна мають нерадіальну внутрішню структуру.
Description
Опис винаходу
Даний винахід відноситься до способу і пристрою для витягування потоком газу волокон з сольватованих 9 смол, Одержані відповідно до даного винаходу волокна характеризуються відсутністю поздовжніх і спіральних тріщин.
Найбільш поширені в нинішній час способи і пристрої для витягування волокон потоком газу добре відомі.
Звичайно речовину, що витягують, нагрівають до температури, при якій вона стає рідкою. Цю речовину після цього, як правило, під тиском, подають в формувальну головку. Формувальна головка повинна мати центральну порожнину, в яку подається речовина, яка витягується, і один або декілька капілярних або голчатих отворів.
Речовина, що подається в центральну порожнину головки, потрапляє у витягуючи капіляри і виходить з них у вигляді волокон. На волокно, що вийшло з капіляра, діють витягувальним середовищем, звичайно газом.
Витягувальне середовище витягує або розтягує волокно, збільшуючи його довжину і водночас зменшуючи діаметр. Широка відомість основних способів і пристроїв для витягування волокон потоком газу виключає 72 необхідність в їхньому більш детальному розгляді. Докладний опис таких способів і пристроїв можна знайти в патентах США 3755527, 4526733 і 4818463, що внесені в даний опис як посилання.
До цього часу витягування потоком газу волокон з вуглецевої смоли не одержало широкого розповсюдження.
Однак відомо, що такий спосіб одержання з смоли потоком газу вуглецевих волокон, які витягуються, відрізняється високою продуктивністю, і тому можна припустити, що його реалізація дозволить забезпечити значні економічні вигоди у порівнянні з звичайною методикою одержання волокон з розплаву. Крім того, в інформації, що маємо на сьогодні про витягування потоком газу вуглецевих волокон, відсутні будь-які відомості щодо технології витягування потоком газу волокон з сольватованих смол.
В патенті США 5259947, який внесено в даний опис як посилання, відзначається, що сольватована мезофазна смола має значні переваги у порівнянні із звичайною мезофазною смолою. Однак при витягуванні с 22 волокон з сольватованих смол, які мають унікальні характеристики, виникають нові проблеми. Так, зокрема, (39 сольватована мезофазна смола, яка має унікальні фізичні властивості, передусім сольватована смола, затвердіває значно швидше у порівнянні з несольватованими смолами. Крім того, для сольватованої мезофазної смоли, що витягується з високою швидкістю і має низьку в'язкість, характерно дуже швидке повернення до вихідного молекулярного стану. При реакції повернення до вихідного молекулярного стану, яка проходить дуже со швидко, сольватована смола має дуже нетривалу "пам'ять", тобто розірвані або безупорядковані молекули со смоли або графітові пластинки прагнуть швидко повернутися в упорядкований стан.
Такі властивості сольватованої мезофазної смоли є причиною того, що волокна, які витягуються з неї -- потоком газу, мають в поперечному перетині радіальну структуру. Під поперечним перетином волокна «о розуміється перетин, перпендикулярний осі волокна. У волокнах з такою структурою поперечного перетину часто утворюються поздовжні тріщини, що роблять волокна непридатними для використання в тих або інших о потребах. Як правило, такі волокна мають підвищену теплопровідність і підвищену електропровідність, порівняно низьку міцність на розтягування, понижену спроможність до затверджування і погані в цілому механічні властивості. «
З метою забезпечити високу міцність, низьку теплопровідність і гарну спроможність до затверджування З 70 вуглецевих волокон останні повинні мати в поперечному перетині нерадіальну структуру. Для виробництва таких с волокон необхідно, щоб під час витягування сольватована мезофазна смола перебувала у невпорядкованому
Із» стані. Інакше кажучи, для виробництва з сольватованої смоли волокна необхідної якості необхідно створити умови для того, щоб молекули смоли не мали "коротку пам'ять" або не прагнули природним чином швидко повернутися після витягування волокон в упорядкований стан. Для виробництва волокон з необхідними властивостями в даному винаході пропонується нова конструкція головки, що формує волокна, які, витягуються і-й потоком газу, і новий спосіб одержання вуглецевих волокон, що витягуються потоком газу з сольватованих смол.
Ге») В описі і в формулі даного винаходу використовуються терміни і визначення, значення яких наведені нижче. "Смола" означає речовини, що мають властивості смол, одержувані як побічні продукти в різноманітних - промислових технологічних процесах, наприклад, природний асфальт, нафтовий пек і важке масло, які
Ге) 20 одержують як побічний продукт при крекінгу нафти, і смоли з високим вмістом вуглецю, що одержують з вугілля. "Капіляр" означає ту частину щілинної формувальної головки, що використовується для витягування волокна со потоком газу, в якій речовина, що витягується, зокрема сольватована смола, перетворюється у волокно. Термін "капіляр", що використано в даному описі, містить такі терміни, як "голчатий отвір" або "формуючий голчатий отвір", які часто зустрічаються при описі конструкції кільцевих формувальних головок з витягуванням волокна 29 потоком газу і формувальних головок інших типів.
ГФ) "Нафтовий пек" означає вуглецевий матеріал, що залишався при каталітичному і тепловому крекінгу нафтових дистилятів або нафтових залишків. о "Ізотропічна смола" означає смолу, що містить молекули, які не об'єднані в оптично упорядкований рідкий кристал. 60 "Мезофазна смола" означає смолу, що містить молекули, які мають ароматичну структуру і які в результаті взаємодії асоціюються один з одним і утворюють оптично упорядковані рідкі кристали, які в залежності від температури перебувають в рідинному або твердому стані. Мезофазну смолу часто називають анізотропною смолою. "Сольватована смола" означає смолу, в якій міститься від 5 до 40мас. 95 розчинника. Сольватована смола 65 стає рідкою за температури, більш низької, ніж температура плавлення не розчиненої в розчиннику смоли.
Звичайно температура плинності смоли на 40"С менше температури її плавлення. Звичайні сольватовані смоли є неньютоновими (неплинними) рідинами. "Температура плинності" для сольватованої смоли дорівнює температурі, при якій при охлолоджуванні смоли зі швидкістю 1"С в хвилину від температури, що перевищує її температуру плавлення, в'язкість смоли досягає 6000 пуаз. В тому випадку, коли легше визначити температуру плавлення сольватованої смоли, ця температура завжди буде більш низькою, ніж температура плинності. "Волокна" являють собою довгі ділянки волокна, з яких можна одержувати підлягаючі відповідному використанню вироби. 70 "Волокна смоли" або "волокна вуглецевої смоли" являють собою витягнуті волокна до їх карбонізації або окиснення. "Вуглецеві волокна" являють собою волокна після карбонізації і/або окиснення.
В даному винаході пропонується формувальна головка, яка використовується для витягування волокон потоком газу, призначена, зокрема, для витягування вуглецевих волокон з сольватованих смол. В поперечному /5 перетині отриманих з використанням такої головки волокон видно нерадіально орієнтовані графітові пластинки, які утворюють волокно. Вважається, що при нерадіальному розташуванні графітових пластинок волокно має більш високу енергію внутрішньої молекулярної структури, ніж волокна з поперечним перетином, які мають радіальну структуру.
Типова формувальна головка, що використовуєтья для витягування волокон потоком газу, звичайно має центральну порожнину, яка заповнюється речовиною, що витягується. Однак геометрія такої порожнини може бути найрізноманітнішою, а в деяких випадках головки взагалі не мають такої внутрішньої порожнини. Крім того, головка повинна мати щонайменше один капіляр, в який надходить смола і в якому з неї формується волокно, що виходить з головки. Окрім цього в головці звичайно є спеціальний засіб для витягування (збільшення довжини і зменшення діаметра) волокна, що виходить з капіляра. сч
В даному винаході пропонується використовувана при витягуванні волокон потоком газу формувальна головка, яка спеціально призначена для одержання волокон, що витягуються з сольватованої смоли. Новизна і) головки, що пропонується у винаході, полягає в наявності всередині неї засобу або середовища, яке руйнує структуру потоку сольватованої смоли, що проходить через головку. Такий засіб або середовище, що руйнують структуру потоку смоли, можна помістити або всередину капіляра, або переважно розмістити її на вході в со зо капіляр. Засіб або середовище, що руйнує структуру потоку смоли, збільшує і робить хаотичним відстань, яку повинна пройти смола до остаточного перетворення у волокно. При хаотичному характері руху відбувається і, розупорядкування структури графітових пластинок, в результаті чого одержуване з смоли волокно має в «- поперечному перетині нерадіальну структуру.
В даному винаході також пропонується вдосконалений спосіб одержання вуглецевих волокон, що ісе) з5 ВИитягуються потоком газу з сольватованих смол. Спосіб, що пропонується в даному винаході, дозволяє ю одержувати волокна з нерадіальною структурою поперечного перетину. Відповідно до запропонованого в даному винаході способу сольватовану смолу нагрівають до температури плинності. Смола подається в формувальну головку, що витягуються потоком газу волокна, і, проходячи через наявний в головці капіляр, виходить з неї у вигляді волокна. На виході з капіляра волокно витягується (подовжується з одночасним « зменшенням діаметра) потоком газу, який діє на нього. Вдосконалення, що лежить в основі даного винаходу, в с полягає в пропусканні сольватованої смоли до остаточного формування її у волокно через засіб або
Й середовище, що руйнує структуру потік смоли. а В даному винаході також пропонується волокно з смоли з розупорядкованою внутрішньою молекулярною структурою або розупорядкованою структурою графітових пластинок, що утворюють волокно, У отриманого
Після карбонізації волокна поперечний перетин буде мати нерадіальну структуру, яку можна побачити при с скануванні волокна на електронному мікроскопі. Нерадіальна структура поперечного перетину волокна є свідоцтвом того, що внутрішнє розташування молекул вуглецевого волокна відповідає високому енергетичному
Ме, рівню. Одержані відповідно до даного винаходу вуглецеві волокна мають підвищену межу міцності на - розтягування, підвищену допустиму деформацію, більш високий модуль суцільності, підвищений модуль 5ор Зрушення, більш легку оброблювальність і більш низьку теплопровідність. о Стислий опис креслень с Фіг.1 -. зображення в даному винаході волокна з нерадіальною структурою поперечного перетину, що витягується потоком газу.
Фіг2 - зображення звичайного волокна з радіальною структурою поперечного перетину, що витягується
ПОТОКОМ газу.
Фіг.3 - зображення маючого повздовжню тріщину звичайного волокна з радіальною структурою поперечного (Ф, перетину, що витягується потоком газу. ка Фіг.4 - поперечний перетин формувальної головки, що використовується для одержання витягуваних потоком газу волокон; всередині головки міститься середовище, що руйнує структуру потоку смоли. 60 Докладний опис винаходу
Запропоновану в даному винаході головку, що призначена для формування витягуваних потоком газу волокон із сольватованих смол, показано на фіг4. Хоча в даному винаході мова конкретно йдеться про формувальний наконечник щілинної формувальної головки, для фахівця в даній галузі техніки очевидно, що винахід можна поширити на кільцеві та на інші формуючі волокну, що витягуються, головкою. На фіг.4 показано 65 вдосконалений згідно з даним винаходом наконечник 10 головки, яка формує витягуване потоком газу волокно.
Наконечник 10 має щонайменше одну центральну порожнину 12, в яку подається сольватована смола.
Порожнина 12 сполучається щонайменше з одним капіляром 14, в якому з смоли формується волокно. Капіляр 14 має перший і другий отвори 16 і 18. Довжина і діаметр капіляра 14 забезпечують формування з сольватованої смоли відповідних волокон. У формуючій волокна головці 10 є також засіб (не показано) для витягування на виході з капіляра 14 волокна, що утворилось з смоли. Крім того, відповідно до даного винаходу в головці є засіб 20, який руйнує структуру потоку смоли, розміщений на шляху руху смоли, яка витягується у волокно.
Руйнуючий структуру потоку смоли засіб 20 переважно виконаний у вигляді сталевого порошку зокрема порошку з нержавіючої сталі з розмірами часток за стандартом США від 60 до 100 меш. Суворо кажучи, склад або конкретне виконання засобу 20 не є предметом даного винаходу, а головним в цьому відношенні є те, щоб /о під час роботи засіб 20 забезпечив такий ступінь розупорядкування графітових пластинок, які містяться в смолі, щоб під час наступного формування волокна молекули смоли залишалися в неупорядкованому стані.
Тому як руйнуючий структуру потоку смоли засіб 20 можна використовувати як нескінченно велику кількість засобів і матеріалів та комбінацій з різноманітних засобів і матеріалів. Як приклади подібних засобів і матеріалів, що не обмежують винахід, можна назвати змішувачі, пісок, металевий порошок, перетворювачі 7/5 потоку, сітки, фільтрувальну тканину, волокно (в тому числі вуглецеве волокно), фільтруючі матеріали та їх комбінації. Для роботи з певними смолами руйнуючий структуру потоку засіб 20 виконується у вигляді комбінації перетворювача потоку і металевого порошку.
При певних розмірах і місці розташування засобу 20 може виникнути необхідність у використанні утримуючого засобу (не показано), який виключає можливість засмічення капіляра 14 порошком, з якого 2о складається засіб 20. Як такий утримуючий засіб можна використовувати, наприклад, відповідну деталь, виготовлену з дроту або тканини.
Звичайно під час роботи засіб 20, що руйнує структуру потоку смоли, збільшує довжину шляху, який повинна пройти сольватована смола до утворення з неї волокна. При цьому засіб 20 повинен мати таку глибину, щоб при проходженні через нього смоли орієнтація графітових пластинок, що містяться в смолі, набувала випадкового сч ов характеру безпосередньо перед утворенням волокна. Вважається, що в результаті розу порядкування структури смола, що проходить через засіб 20, перетворюється в структуру яка має високу енергію міжмолекулярних і) зв'язків. Тому в переважному варіанті винаходу руйнуючий структуру потоку смоли засіб 20 розміщують безпосередньо біля капіляра 14. При такому взаємному розташуванні засобу 20 і капіляра смола, що проходить через засіб 20, відразу ж потрапляє в капіляр 14, в результаті чого знижується імовірність того, що молекули со зо смоли знову повернуться в упорядкований стан, при якому одержуване волокно має в поперечному перетині радіальну структуру. і,
Крім того, в переважному варіанті винаходу капіляр повинен мати відносно невелике співвідношення «- довжини до діаметра (1/0). Така форма капіляра дозволяє скоротити час від моменту руйнування структури смоли до моменту утворення з неї волокна. В переважному варіанті смола з неупорядкованою структурою ісе) відразу ж без будь-якої затримки в часі повинна потрапляти в капіляр. Оптимальним є співвідношення І /О, що ю дорівнює приблизно З, однак запропоновані у винаході засіб і пристрій можуть бути успішно здійснені і при інших співвідношеннях І /О в діапазоні від 2 до 10.
В альтернативному варіанті винаходу засіб 20, що руйнує структуру потоку смоли, можна розмістити всередині капіляра 14. Переважно таку схему використовувати в голчатих наконечниках кільцевої формувальної « головки. Для цього можна, наприклад, всередині голчатого наконечника розмістити перетворювач потоку. З в с усього сказаного вище виходить, що в даному винаході пропонується вдосконалена формуюча волокна, що витягуються, головка 10, яка, зокрема призначена для витягування волокон з сольватованих смол. ;» Показана на фіг.4 формувальна головка призначена для здійснення запропонованого в даному винаході способу витягування з смоли потоком газу вуглецевих волокон. Як вже було відзначено вище, сама по собі технологія витягування волокон потоком газу достатньо добре відома і тому немає необхідності ще раз докладно с на ній зупинятися. Тому в даному описі розглянуті тільки ті проблеми, що відносяться до витягування потоком газу волокон з сольватованої смоли.
Ме, Для витягування потоком газу з сольватованої смоли волокна, що має певні фізичні характеристики, - необхідно, щоб впродовж всього процесу формування волокна внутрішня молекулярна структура смоли залишалася неупорядкованою. Вище вже відзначалося, що для сольватованих смол, що витягуються з великою о швидкістю і мають під час витягування низьку в'язкість, характерна дуже швидка зворотна взаємодія молекул, с що їх утворюють. З цієї причини молекули смоли, які, як прийнято вважати, мають форму графітових пластинок, прагнуть швидко повернутися в упорядкований стан, який, як відомо, характеризується найменшою енергією меімолекулярних зв'язків. Саме цим і пояснюється основна мета даного винаходу, в якому пропонується такий
Б спосіб витягування волокон, який під час формування волокна забезпечує збереження неупорядкованого стану молекул або пластинок смоли. (Ф, Відповідно до запропонованого в даному винаході способу сольватовану смолу, яка витягується у волокно, ка нагрівають до необхідної температури, при якій вона стає плинною. Смола, звичайно під тиском, подається в формувальну головку, зокрема, в головку 10. Показана на кресленні головка 10 має центральну порожнину 12, бр наявність якої однак не с принциповою з точки зору способу, що пропонується в даному винаході. На шляху руху смоли, що проходить через головку 10, розміщено руйнуючий структуру потоку смоли засіб 20. Під час проходження смоли через засіб 20 відбувається розупорядкування структури молекул або пластинок смоли. В переважному варіанті смола, що тільки-но вийшла із засобу 20, відразу ж потрапляє у витягувальний капіляр 14, в якому смола перетворюється у волокно. На виході з капіляра волокно піддається витягуванню. Звичайно після 65 Витягування волокно карбонізується і/або графітизується. При необхідності до карбонізації волокно можна стабілізувати шляхом його окиснення.
В переважному варіанті даного винаходу руйнуючий потік смоли засіб 20 розміщено настільки близько до капіляра 14, що формування волокна відбувається раніше, ніж молекули смоли встигнуть повернутися в упорядкований стан, при якому волокно має радіальну структуру поперечного перетину. Переважно руйнуючий
Структуру потоку смоли засіб 20 розмістити безпосередньо біля капіляра 14, зменшивши тим самим час від моменту розупорядкування молекулярної структури смоли до моменту формування волокна. Оскільки скорочення часу між розупорядкуванням смоли і перетворенням її у волокно має важливе значення, в винаході також пропонується розмістити руйнуючий структуру потоку засіб 20 безпосередньо всередині капіляра 14.
Необхідно підкреслити, що довжина руйнуючого молекулярну структуру потоку смоли засобу 20 може 7/0 Змінюватися в залежності від умов процесу і фізичних властивостей смоли. По суті, основним чинником, що визначає довжину руйнуючого молекулярну структуру потоку смоли середовища 20, є необхідність одержання волокон з нерадіальною структурою поперечного перетину.
Одержувані способом, який пропонується в даному винаході, вуглецеві волокна мають показаний на фіг. 1 поперечний перетин з нерадіальною внутрішньою молекулярною структурою. На відміну від цього у вуглецевих /5 Волокон, що виготовляються за звичайною технологією, внутрішня молекулярна структура поперечного перетину носить радіальний характер, як показно на фіг.2. У волокнах з радіальною структурою поперечного перетину, показаної на фіг.2, часто утворюються поздовжні тріщини, зображені на фіг.3. Крім того, для таких волокон характерно утворення спіральних тріщин, які проходять згори донизу навколо волокна і роблять волокно в цьому відношенні схожим на стрижень зі спіральною смугою або витягнену конфету з гвинтовим забарвленням.
В даному винаході пропонується нове вуглецеве волокно, одержане з сольватованої смоли. Сканування волокон на електронному мікроскопі показало, що запропоновані в даному винаході вуглецеві волокна мають показаний на фіг.1 поперечний перетин з нерадіальною структурою. Цим запропоноване волокно принципово відрізняється від відомих волокон, які мають показаний на фіг.2 поперечний перетин з радіальною структурою. В таких волокнах часто виникають показані на фіг.З3 тріщини, через які волокна в цілому ряді випадків стають сч г практично непридатними для використання.
Нерадіальна структура поперечного перетину нових волокон зумовлена тим, що у порівнянні зі звичайними і) волокнами з радіальною структурою поперечного перетину ці волокна мають більш високу енергію внутрішніх міжмолекулярних зв'язків. Завдяки нерадіальній структурі поперечного перетину нові волокна, які витягуються потоком газу, мають у порівнянні з вуглецевими волокнами з радіальною структурою поперечного перетину со зо більшу міцність на розтягування, більшу допустиму деформацію, більший модуль суцільності, більший модуль зрушення, краще піддаються обробці і мають більш низьку теплопроводність. Поперечний перетин волокон і, переважно повинен бути симетричним відносно центру волокна, тобто круглим. Однак звичайно волокна, які «- одержуються способом, що пропонується у винаході, і відомими способами, мають у поперечному перетині форму еліпса із співвідношенням головних осей від 1 : 1 до 1 :4 або навіть більше. ре)
Нижче в таблиці наведені дані, які підтверджують, що волокна з нерадіальною структурою поперечного ю перетину мають більш високу міцність на розтягування у порівнянні з волокнами, в яких через радіальну структуру поперечною перетину утворюються тріщини. « о - с ї» 1 с
Ф
2Модуль визначено при навантаженні, яке дорівнює 15-2595 від повної шкали (ЕІ) за методикою АЗТМ 0-3379. -
Волокна, відомості про які наведені в таблиці 1, були одержані з сольватованої мезофазної смоли
Мамі витягуванням потоком газу з використанням формувальної головки, що має капіляр із співвідношенням довжини (Че до діаметра Г/О, дорівнюючим 4 (довжина 0.015 дюйма, діаметр 0.00375 дюйму). Волокна 1 - З були одержані способом, який запропонований в даному винаході, а волокна 4 - 5 були одержані без застосування руйнуючого структуру потоку смоли засобу. У цілому волокна 1 - З не мали тріщин, а їх поперечний перетин мав форму, показану на фіг.1. Волокна 4 - 5 мали тріщини, показані на фіг.3, а їх поперечний перетин мав форму, показану на фіг.2. Наявність тріщин і згинань є причиною того, що волокна 4 - 5 мають істотно меншу межу міцності на о розтягування, ніж волокна 1 - 3. ко На підставі всього викладеного вище або при практичному здійсненні винаходу фахівець в даній галузі може відшукати й інші можливі варіанти конкретного здійснення даного винаходу. Слід підкреслити, що опис тільки бо ілюструє даний винахід, а його суть і обсяг характеризує наведена нижче формула винаходу.
Claims (21)
- Формула винаходу65 1. Формувальна головка для витягування волокон потоком газу принаймні з одним капіляром для формування волокна, що має перший і другий відкриті кінці, яка відрізняється тим, що всередині капіляра розташовано засіб для руйнування структури потоку.
- 2. Формувальна головка за п. 1, яка відрізняється тим, що засіб для руйнування структури потоку вибрано з групи, яка включає змішувачі, пісок, металевий порошок, перетворювачі потоку, сітку, тканину, волокна, фільтруюче середовище і їхні комбінації.
- 3. Формувальна головка за п. 1, яка відрізняється тим, що являє собою щілинну або кільцеву головку.
- 4. Формувальна головка за п. 1, яка відрізняється тим, що відношення довжини капіляра до його діаметра (І/0)) складає від 2 до 10.
- 5. Формувальна головка за п. 1, яка відрізняється тим, що відношення І/О капіляра дорівнює приблизно 3. 70
- 6. Формувальна головка для витягування потоком газу волокон з сольватованої смоли, в якій є принаймні один капіляр для формування волокна, що має перший і другий відкриті кінці, а також засіб для руйнування структури потоку, розташований усередині капіляра.
- 7. Формувальна головка за п. 6, яка відрізняється тим, що засіб для руйнування структури потоку вибрано з групи, що включає змішувачі, пісок, металевий порошок, перетворювачі потоку, сітку, тканину, волокна, 7/5 Ффільтруюче середовище і їхні комбінації.
- 8. Формувальна головка за п. 6, яка відрізняється тим, що являє собою щілинну або кільцеву головку.
- 9. Формувальна головка за п. б, яка відрізняється тим, що відношення (1/0) довжини капіляра до його діаметра лежить у межах від 2 до 10.
- 10. Формувальна головка за п. 6, яка відрізняється тим, що відношення І /О капіляра дорівнює приблизно 3.
- 11. Спосіб витягування потоком газу смоли, яка витягується, що включає нагрівання витягуваної смоли до температури, достатньої для того, щоб смола стала рідкою, подачу смоли в формувальну головку, в якій витягується потоком газу волокно і яка має принаймні один капіляр, в якому знаходиться засіб для руйнування структури потоку, проходження смоли через капіляр з утворенням з неї волокна.
- 12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що витягувана смола являє собою сольватовану смолу. сч
- 13. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що витягувана смола являє собою сольватовану мезофазну о смолу.
- 14. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що засіб для руйнування структури потоку вибрано з групи, яка включає змішувачі, пісок, металевий порошок, перетворювачі потоку, сітку, тканину, волокна, фільтруюче середовище і їхні комбінації. со зо
- 15. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що в ньому також здійснюється карбонізація смоли.
- 16. Спосіб витягування потоком газу сольватованої смоли, що включає нагрівання сольватованої смоли до о температури, достатньої для того, щоб смола стала рідкою, подачу смоли в формувальну головку, в якій «- витягується потоком газу волокно і яка має принаймні один капіляр, проходження смоли через капіляр з утворенням з неї волокна, який відрізняється тим, що включає проходження смоли через засіб, який руйнує ісе) з5 структуру потоку і який знаходиться всередині головки. ю
- 17. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що смола проходить Через засіб, який руйнує структуру потоку тоді, коли вона проходить через капіляр.
- 18. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що смола після її виходу з середовища, що руйнує структуру потоку, потрапляє безпосередньо в капіляр. «
- 19. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що сольватована смола являє собою сольватовану мезофазну з с смолу. .
- 20. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що засіб для руйнування структури потоку вибрано з групи, яка и?» включає змішувачі, пісок, металевий порошок, перетворювачі потоку, сітку, тканину, волокна, фільтруюче середовище і їхні комбінації.
- 21. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що засіб, який руйнує структуру потоку, являє собою металевий с порошок. (22) - о 50 ІЧ е) Ф) іме) 60 б5
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US47831895A | 1995-06-07 | 1995-06-07 | |
PCT/US1996/003152 WO1996041044A1 (en) | 1995-06-07 | 1996-03-08 | Spinning carbon fibers from solvated pitches |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA56138C2 true UA56138C2 (uk) | 2003-05-15 |
Family
ID=23899438
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UA98010120A UA56138C2 (uk) | 1995-06-07 | 1996-08-03 | Спосіб і пристрій для витягування потоком газу вуглецевих волокон із сольватованої смоли (варіанти) |
Country Status (22)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5766523A (uk) |
EP (1) | EP0840813B1 (uk) |
JP (1) | JPH11506172A (uk) |
KR (1) | KR19990008201A (uk) |
CN (1) | CN1071384C (uk) |
AT (1) | ATE225874T1 (uk) |
AU (1) | AU709649B2 (uk) |
BR (1) | BR9609163A (uk) |
CA (1) | CA2218513A1 (uk) |
DE (1) | DE69624247T2 (uk) |
ES (1) | ES2181877T3 (uk) |
FI (1) | FI974433A (uk) |
IN (1) | IN188903B (uk) |
MX (1) | MX9709134A (uk) |
MY (1) | MY132194A (uk) |
NO (1) | NO310832B1 (uk) |
PT (1) | PT840813E (uk) |
RU (1) | RU2160225C2 (uk) |
TW (1) | TW381126B (uk) |
UA (1) | UA56138C2 (uk) |
WO (1) | WO1996041044A1 (uk) |
ZA (1) | ZA963415B (uk) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2736550B1 (fr) * | 1995-07-14 | 1998-07-24 | Sandoz Sa | Composition pharmaceutique sous la forme d'une dispersion solide comprenant un macrolide et un vehicule |
US20020163107A1 (en) * | 2001-05-01 | 2002-11-07 | Rodgers John A. | Using counter-bore and capillary geometry to control mesophase pitch-based carbon fiber filament micro and macro structure |
US6682672B1 (en) | 2002-06-28 | 2004-01-27 | Hercules Incorporated | Process for making polymeric fiber |
US7537824B2 (en) * | 2002-10-24 | 2009-05-26 | Borgwarner, Inc. | Wet friction material with pitch carbon fiber |
EP1734164A1 (en) * | 2004-03-22 | 2006-12-20 | Kureha Corporation | Spun isotropic pitch-based carbon fiber yarn, composite yarn and woven fabric made by using the same; and processes for the production of them |
US8021744B2 (en) | 2004-06-18 | 2011-09-20 | Borgwarner Inc. | Fully fibrous structure friction material |
US7429418B2 (en) | 2004-07-26 | 2008-09-30 | Borgwarner, Inc. | Porous friction material comprising nanoparticles of friction modifying material |
US8603614B2 (en) | 2004-07-26 | 2013-12-10 | Borgwarner Inc. | Porous friction material with nanoparticles of friction modifying material |
US7806975B2 (en) | 2005-04-26 | 2010-10-05 | Borgwarner Inc. | Friction material |
KR20080064890A (ko) | 2005-11-02 | 2008-07-09 | 보르그워너 인코퍼레이티드 | 탄소 마찰재 |
DE102006012052A1 (de) * | 2006-03-08 | 2007-09-13 | Lüder GERKING | Spinnvorrichtung zur Erzeugung feiner Fäden durch Spleißen |
DE102008013907B4 (de) | 2008-03-12 | 2016-03-10 | Borgwarner Inc. | Reibschlüssig arbeitende Vorrichtung mit mindestens einer Reiblamelle |
DE102009030506A1 (de) | 2008-06-30 | 2009-12-31 | Borgwarner Inc., Auburn Hills | Reibungsmaterialien |
WO2015160706A1 (en) | 2014-04-14 | 2015-10-22 | University Of Maryland, College Park Office Of Technology Commercialization | Solution blow spun polymer fibers, polymer blends therefor and methods of use thereof |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4504454A (en) * | 1983-03-28 | 1985-03-12 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process of spinning pitch-based carbon fibers |
DE3584693D1 (de) * | 1984-06-26 | 1992-01-02 | Mitsubishi Chem Ind | Verfahren zur herstellung von kohlenstoffasern des pechtyps. |
US4861653A (en) * | 1987-09-02 | 1989-08-29 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Pitch carbon fibers and batts |
US5259947A (en) * | 1990-12-21 | 1993-11-09 | Conoco Inc. | Solvated mesophase pitches |
-
1996
- 1996-03-08 CN CN96194578A patent/CN1071384C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1996-03-08 CA CA002218513A patent/CA2218513A1/en not_active Abandoned
- 1996-03-08 MX MX9709134A patent/MX9709134A/es not_active IP Right Cessation
- 1996-03-08 JP JP9500439A patent/JPH11506172A/ja active Pending
- 1996-03-08 DE DE69624247T patent/DE69624247T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-03-08 AU AU51868/96A patent/AU709649B2/en not_active Ceased
- 1996-03-08 ES ES96908716T patent/ES2181877T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1996-03-08 KR KR1019970707726A patent/KR19990008201A/ko not_active Application Discontinuation
- 1996-03-08 RU RU98100304/12A patent/RU2160225C2/ru not_active IP Right Cessation
- 1996-03-08 AT AT96908716T patent/ATE225874T1/de not_active IP Right Cessation
- 1996-03-08 EP EP96908716A patent/EP0840813B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-03-08 PT PT96908716T patent/PT840813E/pt unknown
- 1996-03-08 WO PCT/US1996/003152 patent/WO1996041044A1/en not_active Application Discontinuation
- 1996-04-23 IN IN738CA1996 patent/IN188903B/en unknown
- 1996-04-30 ZA ZA9603415A patent/ZA963415B/xx unknown
- 1996-05-10 TW TW085105551A patent/TW381126B/zh not_active IP Right Cessation
- 1996-06-06 MY MYPI96002238A patent/MY132194A/en unknown
- 1996-08-03 UA UA98010120A patent/UA56138C2/uk unknown
- 1996-12-05 BR BR9609163A patent/BR9609163A/pt not_active Application Discontinuation
-
1997
- 1997-01-27 US US08/791,443 patent/US5766523A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-12-05 FI FI974433A patent/FI974433A/fi not_active IP Right Cessation
- 1997-12-05 NO NO19975697A patent/NO310832B1/no not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ATE225874T1 (de) | 2002-10-15 |
EP0840813A4 (en) | 1998-10-07 |
US5766523A (en) | 1998-06-16 |
NO975697L (no) | 1998-02-03 |
CA2218513A1 (en) | 1996-12-19 |
EP0840813B1 (en) | 2002-10-09 |
MX9709134A (es) | 1998-03-31 |
IN188903B (uk) | 2002-11-16 |
CN1071384C (zh) | 2001-09-19 |
JPH11506172A (ja) | 1999-06-02 |
CN1187224A (zh) | 1998-07-08 |
EP0840813A1 (en) | 1998-05-13 |
AU709649B2 (en) | 1999-09-02 |
WO1996041044A1 (en) | 1996-12-19 |
FI974433A0 (fi) | 1997-12-05 |
ZA963415B (en) | 1997-10-30 |
DE69624247D1 (de) | 2002-11-14 |
BR9609163A (pt) | 1999-05-18 |
AU5186896A (en) | 1996-12-30 |
TW381126B (en) | 2000-02-01 |
NO310832B1 (no) | 2001-09-03 |
PT840813E (pt) | 2003-02-28 |
MY132194A (en) | 2007-09-28 |
ES2181877T3 (es) | 2003-03-01 |
KR19990008201A (ko) | 1999-01-25 |
DE69624247T2 (de) | 2003-09-11 |
FI974433A (fi) | 1997-12-05 |
RU2160225C2 (ru) | 2000-12-10 |
NO975697D0 (no) | 1997-12-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
UA56138C2 (uk) | Спосіб і пристрій для витягування потоком газу вуглецевих волокон із сольватованої смоли (варіанти) | |
US4504454A (en) | Process of spinning pitch-based carbon fibers | |
US4818612A (en) | Process for the production of pitch-type carbon fibers | |
RU98100304A (ru) | Способ и устройство для вытягивания потоком газа углеродных волокон из сольватированный смолы | |
EP0263358A2 (en) | Nozzle for melt spinning of pitch and method for spinning pitch | |
NL8202305A (nl) | Werkwijze ter vervaardiging van koolstofvezels uit petroleumpek. | |
US5547363A (en) | Nozzle for spinning pitch-based carbon fibers | |
US20020163107A1 (en) | Using counter-bore and capillary geometry to control mesophase pitch-based carbon fiber filament micro and macro structure | |
US4859381A (en) | Process for preparing pitch-type carbon fibers | |
JPH026621A (ja) | ピッチ系炭素繊維製造用の多孔紡糸ノズル | |
JPH07116643B2 (ja) | 炭素繊維の製造法 | |
US4859382A (en) | Process for preparing carbon fibers elliptical in section | |
JJ et al. | An evaluation of naphthalene-based mesophase as a carbon fiber precursor | |
JPS61215692A (ja) | 高性能炭素繊維用に好適なメソフエ−ズピツチ及びその製造方法 | |
JPS62170527A (ja) | ピツチ系炭素繊維の製造方法 | |
JPH01210494A (ja) | メソ相ピッチの精製方法 | |
JPS60104527A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
JP2003049327A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
JPH0742025A (ja) | ピッチ系高圧縮強度炭素繊維の製造方法 | |
JPS59116421A (ja) | ピツチ系炭素繊維の製造方法 | |
JPH0510475U (ja) | 炭素繊維用紡糸ノズル | |
Fathollahi et al. | THE FORMATION OF+ 27t DISCLINATION ARRAYS DURING FLOW OF MESOPHASE PITCH THROUGH A SCREEN MESH | |
JPH02229219A (ja) | メソフェーズピッチ系炭素繊維の製造方法及び紡糸ノズル | |
JPH01282347A (ja) | メソフェーズピッチ繊維およびその製造法 | |
DE3145993A1 (de) | Graphitelektrode fuer lichtbogenoefen |