Способ поверхностной модификации углеродных волокнистых материалов

 

Использование: в производстве высокопрочных высокомодульных углеволокнистых материалов с повышенной адгезией к полимерному связующему при получении из них углепластиков. Сущность изобретения: углеродный волокнистый материал (УВМ) обрабатывают в аппарате озоновоздушной смесью с концентрацией озона 0,2- 3,0 об, % мин. Летучие продукты непрерывно отсасывают из аппарата до величины остаточного давления на 1-50 мм водт.ст. ниже атмосферного. Характеристики полученного продукта: эпоксиуглепластик на основе углеродного жгута линейной плотности 400 текс, полученного карбонизацией ПАН волокна, при объемном его содержании Б углепластике 60-64% имеет прочность при изгибе 225 кгс/мм , при сдвиге 9,0 кгс/мм , модуль упругости при изгибе 13600 кг/мм в сравнении с контрольными показателями: 175, 5,9 и 13500 кгс/мм соответственно . Композиционный материал на основе УВМ в виде трикотажа шириной 550 мм, толщиной 2 мм из нити линейной плотности 90 текс, полученной карбонизацией гидратцеллюлозного волокна и резольной фенолформальдегидной смолы, имеет прочность при изгибе 35 кгс/мм и при сдвиге 3,5 кгс/мм в сравнении с контрольными показателями 20 и 2,5 кгс/мм2 соответственно. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sf)s D 01 F 11/12

ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ flAT Е НТН ОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ л ч и 0О

0 (21) 3058061/05 (22) 13.01.83 (46) 23.05.93, Бюл. N 19 (71) Научно-производственное объединение иХим волокно" (72) И.Л,Кумок, Л,Л.Ширяева, M.Т,Азарова, В,Я.Варшавский и M.Å.Êàçàêîâ (56) Патент Великобритании ¹ 1341161, кл. С1А, опублик, 1973 r, Патент CLLIA N 3723607, кл. 423 — 447, 1973.

Авторское свидетельство СССР

N 100112, кл. D 01 F 9/22, 1976, (54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ МОДИФИКАЦИИ УГЛЕРОДНbIX ВОЛОКНИСТЫХ

МАТЕРИАЛОВ (57) Использование: в производстве высокои рочн ых высокомодул ьных углеволокнистых материалов с повышенной адгезией к полимерному связующему при получении иэ них углепластиков, Сущность изобретения, углеродный волокнистый материал (УВМ) обрабатывают в аппарате озоновозИзобретение относится к технологии производства высокопрочных высокомодульных углеволокнистых материалов (УВМ) с повышенной адгезией к полимерному связующему при получении из них углепластиков.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса.

Пример 1. Углеродный жгут линейной плотности 400текс, полученный карбонизацией предварительно окисленной ПАН-нити при 1350 С, непрерывно пропускают через

„„Я3„„1816823 А1 душной смесью с концентрацией озона 0,2—

3,0 об,% 3-30 мин. Летучие продукты непрерывно отсасывают из аппарата до величины остато (Hoco давления на 1 — 50 MM водт,ст. ниже атмосферного. Характеристики пол ученного продукта: эпоксиуглепластик на основе углеродного жгута линейной плотности 400 текс, полученного карбонизацией

ПАН волокна, при обьемном его содержании в углепластике 60-64% имеет прочность при изгибе 225 кгс/мм, при сдвиге

9,0 кгс/мм, модуль упругости при изгибе

13600 кг/мм в сравнении с контрольными показателями: 175, 5,9 и 13500 кгс/мм соответственно. Композиционный материал на основе УВМ в виде трикотажа шириной

550 мм, толщиной 2 мм иэ нити линейной плотности 90 текс, полученной карбонизацией гидратцеллюлоэного волокна и реэольной фенолформальдегидной смолы, имеет прочность при изгибе 35 кгс/мм и при сдвиге 3,5 кгс/мм в сравнении с контрольными показателями 20 и 2,5 кгс/мм соответственно.

00 камеру, в которую в течение 3 мин подают оэоновоздушную смесь, содержащую 20 мг озона на 1 л смеси, При этом в камере озонирования создают давление на 50 мм аод,ст. ниже атмосферного аа счет принуди- д и тельного отсоса образующихся летучих про- в дуктое. Иа полученного углеродного (. волокна изготовляют эпоксиуглепластик с объемным содержанием УВ 60-64%, имеющий следующие характеристики: предел прочности при изгибе — 225 кгс/мм, при сдвиге — 9,0 кгм/мм, модуль упругости при

2 изгибе — 13600 xrc/мм2, \

1816823

B контрольном опыте указанный исходный углеродный жгут подвергают озонированию в тех же условиях, но процесс проводят при избыточном давлении в камере на 5 мм вод,ст, выше атмосферного, Эпоксиуглепластик на основе УВ, обработанного в таких же условиях характеризуется прочностью при изгибе — 175 кгс/мм, г при сдвиге — 5,9 кгс/мм, модулем упругости г при изгибе 13500 кгс/ммг, 10

Пример 2. Углеволокнистый материал в виде ленты шириной 260 мм, полученный карбонизацией при 1500 С предварительно окисленной ПАН-нити линейной плотности

33,3 текс, подвергают поверхностной обра- "5 ботке озоновоздушной смесью 7 мин при содержании озона 60 мг на 1 л смеси. В ходе озонирования в проходном аппарате создают давление на 1 мм вод.ст, ниже атмосферного за счет принудительного отсоса образующихся летучих продуктов. Эпоксиуглепластик на основе обработанной в этих условиях углеродной ленты имеет прочность при изгибе 160 кгс/мм, прочность при г сдвиге — 8,3 кгс/мм модуль упругости при г иЗгибе 14400 кгс/MM .

В контрольном опыте указанную углеродную ленту подвергают озонированию в течение 7 мин при этом же содержании озона в смеси, но процесс обработки осущест- 30 вляют, поддерживая давление в аппарате на 2 мм вод.ст. выше атмосферного. Предел прочности полученного углепластика при изгибе составляет 130 кгс/мм, при сдвиге— г

6,0 кгс/мм, модуль упругости при изгибе—

14100 кгс/мм .

П р и м е.р 3. Углеволокнистый материал в виде ленты шириной 600 мм, полученный термообработкой при 1900 С предварительно окисленной ПАН-нити линейной 40 плотности 33,3 текс, обрабатывают 15 мин озоновоздушной смесью с содержанием озона 40 мг на 1 л смеси и давлении в аппарате на 10 мм рт.ст, ниже атмосферного за счет принудительного отсоса образующих- 45 ся летучих продуктов.

Из обработанной углеродной ленты из. готовляют углепластик, характеризующийся пределом прочности при сдвиге 7,1 кгс/мм, г при изгибе — 150 кгс/мм, модулем упруго- -"0 г сти при изгибе — 17200 кгс/мм .

В контрольном опыте исходную углеродную ленту озонируют в тех же условиях, что и в основном примере 3, но в аппарате создают давление, равное атмосферному. 5

Эпоксиуглепластик, изготовленный на основе такого материала, имеет прочность при сдвиге — 5,0 xrc/ìì, при изгибе — 135 кгс/мм, г г модуль упругости — 17000 кгс/мм . г

Пример 4, Углеродную ткань шириной

500 мм, толщиной 0,6 мм из 800 нитей, линейной плотности 90 текс, полученную высокотемпературной обработкой при 2200 С предварительно карбонизованной ткани на основе гидратцеллюлозной нити с метрическим номером 5,2 в четыре сложения. подвергают поверхностной обработке озоновоздушной смесью 20 мин при содержании озона 10 мг на литр смеси, В аппарате озонирования создают давление на 20 мм вод.ст. ниже атмосферного. Эпоксиуглепластик на основе такого материала имеет прочность при изгибе 71 кгс/мм предел прочности при сдвиге — 4,7 кгс/мм, 1

В контрольном опыте углеродную ткань обрабатывают в тех же условиях, но при избыточном давлении в камере озонирования на 20 мм вод,ст. выше атмосферного.

Углепластик на основе обработанной таким способом углеродной ткани имеет прочность при изгибе — 46 кгс/мм, предел прочног сти при сдвиге — 3,3 кгс/мм, г

Пример 5, Углеволокнистый материал в виде трикотажа шириной 550 мм, толщиной 2 мм из нити линейной плотности 90 текс, полученный путем ступенчатого пиролиза исходного трикотажа на основе гидратцеллюлозной нити с метрическим номером

5,2 с окончательной высокотемпературной обработкой при 2400 С, обрабатывают 30 мин озоновоздушной смесью с содержанием озона 5 мг на литр смеси. При этом в аппарате создают давление на 3 мм вод.ст. ниже атмосферного. Из обработанного таким способом углеволокнистого материала и фенольного связующего (фенолформальдегидная смола резольного типа марки 239) получают композиционный материал с прочностью при изгибе - 35 кгс/мм, при г сдвиге — 3,5 кгс/мм .. г

Контрольный образец углеродного трикотажа обрабатывают в тех же условиях, но при давлении в камере озонирования на

1 мм вод,ст. выше атмосферного. Композит на основе такого материала имеет прочность при изгибе 20 кгс/мм, при сдвиге— г

2,5 кгс/ммг.

Как следует из примеров, способ по изобретению позволяет существенно повысить эффективность процесса модификации и получить композиционные материалы с улучшенными механическими показателями.

Формула изобретения

Способ поверхностной модификации углеродных волокнистых материалов обработкой их в аппарате озоновоздушной смесью. отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процес1816823

Составитель Т. Смирнова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С,{декмар

Редактор

Заказ 1710 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина. 101 са. обработку осуществляют при концентра- зующихся летучих продуктов до величинь ции озона 0,2-3,0 об. 3-30 мин в условиях остаточного давления на 1-50 мм вод.ст нипринудительного отсоса из аппарата обра- же атмосферного.