Способ получения углеродного волокна

 

Способ получения углеродного волокна. Сущность изобретения: окисленное волокно на основе гомои сополимеров акрилонитрилалермообрабатывают в три стадии в инертной среде с удалением летучих продуктов пиролиза. На первой стадии при 400-450°С под натяжением, обеспечивающим вытяжку волокна на 1-10%, до уменьшения массы окисленного волокна на 13-16%. На второй стадии при 600-630°С под натяжением, обеспечивающим усадку волокна на 1,0-3,5% от длины волокна после первой стадии термообработки, до уменьшения массы волокна после первой стадии на 14,0-15,5%. На третьей стадии - 0,25-2,50 мин при 1100-2500°С под натяжением , обеспечивающим усадку волокна на 1-5% от длины волокна после второй стадии . Характеристики полученного углеродного волокна: прочность 390-480 кгс/мм , модуль упругости 22000-50000 кгс/мм2. Прочность на изгиб эпоксиуглепластика 160- 220 кгс/мм , прочность на сдвиг 4,5.кгс/мм2, модуль упругости 13000-27000 кгс/мм2. 1 табл. со с

С0103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Sl)s О 01 Г 9/22 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В (21) 3043045/05 (22) 02,06.82 (46) 23,05.93. Бюл, ¹ 19 (71) Научно-производственное обьединение

"Химволокно" (72) В,А.Назарова, В,M.Бондаренко, М.Т,Азарова, А.К.Иевлева, О,Ф.Силуянов, А,В,Крымов и Н,В,Тараканова (56) Патент Великобритании N 1531915, кл, С1А, 1978, РЖХИМ, 1981, реферат 6Т 668.

Патент США ¹ 3671192, кл, 23-209,1, 1972. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО

ВОЛОКНА (57) Способ получения углеродного волокна.

Сущность изобретения; окисленное волокно на основе гомо- и сополимеров акрилонитрилатермообрабатывают втри стадии в инертной среде с удалением летучих проИзобретение относится к производству

BblcoKoll рочного высокомодульного углеродного волокна.

Цель изобретения — получение высокопрочного высокрмодульного углеродного волокна.

Таким образом, процесс карбонизации разделяется на несколько температурнь х областей, в каждой из которых создается различное воздействие внешнего силового поля и, следовательно, определенные условия деформации волокна, В результате на каждой стадии формируется структура полупродуктов с различными свойствами. Так, при температурах обработки 400 — 450 и потере массы 13 — 16% от массы окисленного волокна высокоэластическая деформация волокна, составляю„„5IU ÄÄ 1816822 Al дуктов пиролиза. На первой стадии при

400-450 С под натяжением, обеспечивающим вытяжку волокна на 1 — 10%, до уменьшения массы окисленного волокна на

13-16%, На второй стадии при 600 — 630 С под натяжением, обеспечивающим усадку волокна на 1,0 — 3,5% от длины волокна после первой стадии термообработки, до уменьшения массы волокна после первой стадии на 14,0 — 15,5%. На третьей стадии—

0,25-2,50 мин при 1100 — 2500" С под натяжением, обеспечивающим усадку волокна на

1 — 5% от длины волокна после второй стадии. Характеристики полученного углеродного волокна: прочность 390 — 480 кгс/мм, модуль упругости 22000 — 50000 кгс/мм, Прочность на изгиб зпоксиуглепластика 160—

220 кгс/мм, прочность на сдвиг 4,5.кгс/мм, 2 модуль упругости 13000 — 27000 кгс/мм .

1 табл. щая 3,5-4,0%, и реобладает над уп ругой составляющей, равной 1,48 — 1,55%. При температурах 600 — 630 и потере массы 27 — 30% от массы окисленного волокна высокозластическая деформация составляет 0-0,4%, а упругая деформация — 2,3 — 2,9%, Отсутствие высокпзластической деформации в последнем случае свидетельствует о том, что вытягивание волокна возможно только при обработке ниже 6000. Попытка вытянуть обрабатываемое при 600 волокно приводит к резкому снижению прочности углеродного волокна, Кроме того, разделение карбонизации на ряд температурных стадий дает возможность удалить на стадиях, предшествующих конечной термообработке, основную массу реакционноспособнь1х летучих продуктов, в

1816822 основном, углекислого газа и водяных паров, ухудшающих качество волокна при обработках выше 1000О, Благодаря этому возникает возможность сокращения продолжительности стадии конечной термообработки и увеличения производительности процесса карбонизации, i3с:пособе по изобретению получают углеродное волокно с высокими физико-механическими свойствами. Минимальная прочность углеродного волокна, полученного при 1,100 С, составляет 390 кгс/ммг, а микропластика, полученного на основе эпоксидной смолы и этого волокна — 550 кгс/мм . з

Изобретение иллюстрируется нижеследующими примерами и таблицей.

Пример 1, Окисленную нить, полученную из комплексной полиакрилонитрильной нити "нитрон" линейной плотности 850 текс, с числом филаментов 5000, обрабатывают в три стадии; сначала при температуре

400 С под натя>кением, обеспечивающим вытяжку на 10%, до потери массы 16о, затем при температуре 600 С под натя>кением, обеспечивающим усадку на 3;5%, до потери массы 15,5 от массы обработанногG при 400 С материала и наконец, при температуре 1 ".00 С с усадкой на 5% и ри продолжительности обработки 2,5 мин. На всех стадиях обработку осущес вляют в инертной среде с удалением летучих продуктов пиролиза.

Прочность полученного углеродного волокна составляет 390 кгс/мм, модуль упру2 гости 22000.кгс/мм, При изготовленил на

2 его основе эпоксиуглепластика прочность при изгибе ".оставляет 160 кгс/мм, проч2 ность при сдвиге — 4,5 кгс/мм, модуль уп2 ругости 13000 кгс/мм . г

П р и M е р 2, Ту же окисленную нить, что и в примере 1, подвергают трехстадийной обработке. сначала при температуре 450 С при вытяжке на 1% до потери массы 13%, затем при температуре 630 С с усадкой на

1 до по ври массы i40 от массы материала, обработанного на первой стадии, и, наконец, при температуре 1350 С с усадкой на в течение 0 5 мин "ермообработку на всех стадиях проводят в инертной среде.

Каждая стадия отделена от соседних, имеет индивидуальный отсос летучих продуктов и снабжена устройством, задающим строго определенное натяжение в зоне термообработки, Полученное углеродное волокно имеет прочность 480 кгс/мм при модуле упруго2 сти 26000 кгс/ммг. Углепластик на основе такого волокна имеет прочность 220 кгс/ммг при модуле упругости 15000 кгс/мм .

Пример 3. То же волокно, что и в примере 1, обрабатывают в инертной среде с удалением летучих продуктов пиролиза в три стадии: сначала при температуре 400 С с вытяжкой на 8% при потере массы 14,5%, далее при температуре 600 С с усадкой на

2,5% и потерей массы 15 от массы материала, обработанного при 400 С, и затем при температуре 2500 Г в течение 0,25 мин с усадкой на 1%, Прочность полученного углеродного волокна составляет 471 кгс/мм, з модуль упругости — 50000 кгс/мм, Углепла2 стик на основе такого волокна имеет прочность при изгибе 210 кгм/MM модуль

2 упругости 27000 кгс/мм .

Ниже в таблице показано влияние изменения величины деформации волокна по стадиям карбонизации на прочностные свойства полученного углеродНого волокна.

При этом температура карбонизации на первой стадии равна 400 С, на второй стадии — 620" С и на третьей стадии 1350 С.

Таким образом, как показывают данные испытаний, способ по изобретению позволяет значительно повысить прочностные свойства углеродного волокна и получить вь|сокопрочное высокомодульное углерод30 ное волокно. Это в свою очередь позволяет повысить прочность углепластиков на основе такого волокна.

Формула изобретения

Способ получения углеродного волокна

35 окислением волокна на основе гомо- и сополимеров акрилонитрила с последующей трехстадийной термообработкой под натяжением в инертной среде с удалением летучих и родуктов пиролиза из зоны термообработки, отличающийся тем, что, с целью получения высокопрочного высокомодульногоо волокна, термообработку осуществляют сначала при постоянной температуре 400 — 450 С под натяжением, обеспечивающим вытя>кку волокна на 1 — 10 QT длины окисленного волокна, до уменьшения массы окисленного волокна на 13-16, а затем при постоянной температуре 600—

630 С под натяжением, обеспечивающим усадку волокна на 1,0-3,5% от длины волокна после первой стадии термообработки, до уменьшения массы волокна после первой стадии на 14 — 15,5о а третью стадию термообработки осуществляют 0,25-2,5 мин при

1 t00-2500 С под натяжением, обеспечивающим усадку волокна на 1 — 5 от длины волокна после второй стадии, 1816822

Составитель Т, Смирнова

Техред М.Моргентал

Корректор С.Шекмар

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1710 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5