Способ получения пористых углеродных изделий

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()738994

Союз Советсккк

Соцквпмстическик

Республкк (6! ) Дополнительное к авт. свкд-ву— (51)М. Кл. (22) Занвлено08,04.76 (2! )2344477/23-26 с присоединением заявки ¹С Ol 6 31/02

Государственный комитет

СССР (23) П ркоритет

Опубликовано 05.06.80. Бюллетекь Ж 2» ло делам изобретений и открытий (53) УДК 661.666.. 1(088.8) Дата опубликования описания 10.06,80

r . *

l.

Л. С. Малей, Т. А. Кириллова, В. А. Дербенев и М. Д. Малей (72) Авторы

- изобретения ! (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ

УГЛЕРОДНЫХ. ИЗДЕЛИЙ.,! .-,;.:....,2

Изобретение относится к химической следует отнести также повышенные затратехнологии, касается способов изготов- ты энергии при термообработке заготовок

JIBHHH углеродистых материалов с высо- вследствие большой продолжительности кой пористостью и может быть использо-- процесса. вано в химическом машиностроении, а Известен способ получения пористого также в электродной и электротехничес- углеподного материала, включающий подкой промышленности., . готовку текучего литейного шликера на

Известен способ изготовления порис- основе жидкой дисперсионной фазы, сметых углеродных изделий, который вклю- шением предварительно равномерно дисперчает смешение углеродного наполнителя, гированной органической связки, жидкого IO например смеси сажи и кокса, со связую- порофора и диспергированного агента, щим-фенолформапьдегидной смолой и пе- отливку от шликера заготовок, их отвержком, формование полученной смеси и по- дение до самонесущего состояния, уИалеследуюшую карбонизацию заготовок до ние из заготовок жидкой дисперсионной

1000оС и выше в течение 240-300 ч fl) фазы и последующую термообработку нх

Образование пор. в углеродном мате- до высоких температур f2). риале при реализации этого. способа про-. Недостатки данного способа - сложисходит за счет выделения летучих ве- .. ность аппаратурного оформления процесса, шеств,образующихся при коксовании свя- большая трудоемкость технологических зующего. Полученный углеродный мате-, операций и низкая производительность риал обладает низкими прочностными труда. характеристиками, так как большая часть Наиболее известным является способ связующего выделяется. в виде летучих поаучения пористых углеродньпс изделийэ веществ. К недостаткам этого способа . включающий введение порообразователя—

3 . 738904 4 хлористого аммония (45-70 вес.ч.) в углеродсодержаший . наполнитель — нефгя« ной кокс и сажу при смещении, добавление связующего — каменноугольного пека ° ! ffpII смешении, прессование из смеси зага товок и последующий их обжиг до 1000- .

1200ОС в течение 440 ч 13). По этому способу получают иэделия с высокой пористостью (65-.-73%), прочность иэделий недостаточно высока и энергозатраты на их изготовление велики (за счет низкой скорости нагрева при обжиге).

Целью настоящего изобретения являются повышение прочностных характеристик

" "йбрйс"гого у1леродного матерйала и снижение энергозатрат на его изготовление.

Указанная цель достигается тем, что предложенный способ включает пропитку волокнистого материала на основе целлюлозы водным раствором хлористого аммония до привеса 10-25 вес.% резку его на отрезки длиной 10 -30мм, добавление

"связующего -каменноугольного пека при . смешении, прессование из смеси заготовок и последующий обжиг (со "скоростью

50-100 град/час).

В качестве углеродсодержвшего наполнителя используют волокнистый материал на основе целлюлозы и вводят порообразователь пропиткой волокнистого ма герйвйа водньм раствором хлористого аммония до привеса 10-25 вес.% причем перед добавлением связующего волокнистьй материал разрезают на отрезки длиной 10-30 мм и обжиг заготовок прово" " Nie eо-скоростью подъема температуры

50-100 град/ч.

Сочетание роли хлористого аммония . как порообразователя с ролью катализатора термообработки волокнистого наполнителя позволяет повысить выход твердого остатка;-а введение его в виде водного раствора обеспечивает более равномерное распределение порообразэвателя по всему объему материала. Применение в качестве наполнителя вискозного волокна позволяет знвчйтально повысить прочность углеродного материала, не снижая его пористости. Содержание порообразователя в количестве 10-25% от васа наполнителя дает возможность регулировать пористость материала. в достаточно широком диапазоне и обеспечивает максимальный выхбд твердого остатка иэ волокнистого наполчитепя при термообработке. Повышение содержания порообраэователя выше указанных предалов приводит к интенсивному росту объема и размера пор и значительному снижению прочностных характеристик материала. При содержании хлористого аммония в наполнителе менее 10,вес.% уменьшается пористость материала и выход твердого остатка из наполнителя при термообработке, что также снижает прочность материала.

Перед смешением со связующим пропитанное волокно разрезщот нв отрезки

1p длиной 10-30 мм. Увеличение длины от-. резков свыше 30 мм усложняет операцию смешения наполнитепя со связующим, полученная смесь оказывается неоднородной по составу и свойствам, что снижает стабильность .характеристик готового матери >ла. Использование отрезков волокна

15 длиной, менее 10 мм приводит к комкованию массы при смешении, образующиеся ввтоподобные комки плохо формируются

20 и термообработку полученных из такой смеси заготовок приходится проводить при пониженных скоростях нагрева.

В зависимости от требований, предьявляемых к свойствам готового мате25 риала, термообработку отформованных эагоФовок проводят со скоростью подъема температуры 50-100 С/ч. При нагреае заготовок свыше 100оC/÷ снижается прочность материала за счет поЗО ниженного выхода твердого остатка из связующего. Кроме того, в процессе термообработки, из-за большого перепада температуры в материале, образуются трещины. При скорости нагрева менее

50 С/ч возрастают энергоэатраты и умен>ьшается пористость материала, так как часть пор закрывается за счет твердого продукта, образующегося при вторичном пиролизе летучих углеводородов.

4О Пример 1. Вискозное кордное волокно % 5,45 пропитывают раствором хлористого аммония с плотностью

1,075 г/сьРпри 40 С. Пропитанное волокно высушивают при 140оС 2 мин, 45 (привес хлористого аммония после сушки составляет 10-20 вес,%). Затем волокно разрезают на .отрезки длиной

10-30 мм. Разрезанное волокно смешивают в смесителе с 7. -образными ло- . пастями с каменноугольным среднетемпературным пеком с температурой размягчения 68 С в соотношении 2:1 в течение 2:ч. Полученную смесь прессуют в блоки размером 42х42х15 мм при

55 удельном давлении прессования 1800 кгс/см я и температуре окружающей среды. Отфор моввнййе заготовки обжигают (термообрабатъюают) в инвертной среде до

1300 С при скорости подъема темперао

5 7380 туры,ЮоС/ч. Охлаждение заготовок также проводят в инертной среде 1-3 ч.

Пример 2. Заго говки материала изготовленные по щ имеру 1, термообрабатывают до 1300 С при скорости подъема температуры 100 С/ч, охлаж- о дают в инертной среде 1-3 ч.

Пример 3. Заготовки материала, изготовленные по примеру 1, обжигают до 1300 С со скоростью подъема тем- 16 пературы 50 С/ч в инертной среде, а затем охлаждают 1-3 ч.

Пример 4. Заготовки материала, изготовленные по примеру 1, обжигают до 1300оС при скорости подъема тем- 15 пературы 110 С/ч и охлаждают в инертной среде 1-3 ч. После термообработки

60% заготовок имели трещины.

Отклонение от режима

Пример 6 Прицер 7 Пример8

Предлагаемый спосрб

Изв ест ннь способ

Показатели ример 1 Пример 2 Пример 3

Удельный расход энергии, квт.ч/кг 4,4-5,5 2,7-3 5 2,7-3 2 3,0-3,8 2,7-3 5 2,7-3 5 2,7-3,5

Пористость,% 65-75 52-65 55-70 45-50 42-57 30-40 65-70

Предел прочности при сжатии кгс/см

150-215 340-410 290-370 380-450 240-415 240-350 170-250 ю

Предел прочности при из гибе, кгс/ем 80-140 260-290210-240 270-350 170-260 170-220 90-165 жению поуистости материала, а с другойк снижению прочностньк характеристик и браку, т.е. образованию трещин при термообработке и формовании.Формула изобретения

1. Способ получения пористы угльродных изделий, включающий введение порообразоватвпя — хлористого аммония в углеродсодержащий наполнитель, добавление связующего - каменноугольного

Как видно из таблицы, материал, изготовленный по предлагаемому способу по пористости не уступает материалу изготовленному по известному способу, но значительно превосходит последний по прочностным .характеристикам. Энергозатраты в предложенном способе на изготовление материала в 1,4-1,8 раза меньше, чем в известном. Нарушение режимных параметров (примеры 6-8) с одной стороны приводит к резкому сниПример 5. Волокно подготовлен- 20 ное пд примеру 1 разрезают на отрезки длиной 5-10 мм и обрабатывают по схеме примера 1. При смешении волокна и пека. образовываются ватоподобные ком° . ки. Полученная смесь плохо формуется,, 2$ заготовки имеют микротрешины, которые увеличиваются при термообработке..6

Пример 6. Волокно, подготовленное по примеру 1, разрезают на от- резки Ш иной более 30 мм и обрабатывают ло примеру 1 .

Пример 7. Вискозное кордное волокно Ж 5,45 пропитывают раствором хлористого аммония с плотностью 1,04 г/сьев при 40 . Пропитанное волокно высушивают при 140 С в течение 2 мин, привес волокна после сушки составляет

7-10%. Высушенное волокно обрабатывают по примеру 1.

Пример8. Вискозное кордное волокно% 5,45 пропитывают раствором хлористого аммония с плотностью 1,09г/см при 80оС. Пропитанное волокно вйсу- шивают при 140 С в течение 2 мин, . -. привес волокна после сушки составляет

25-30%. Высушенное волокно обрабатывают по примеру 1.

В таблице приведены результаты испытаний материалов,. полученных по предлагаемому способу, согласно примерам

1-3 и 6-8 (для режимов, выходящих за, предложенные пределы), а также Мегериала, полученного по известному спосоI бу

7 7М М4

8 пека при смешении, прессование из сме- связующего волокнистый материал раъ ,.си заготовок и последукнций их обжг6, резают на отрезки дпиной10-30м „0 отличаюшийс ятем, что, с KHr aeAyT со скоростью 50-100 град/„ас целью повышения прочности изделий и снижения энергозатрат, в качестве. угле- Источники информации, родсодержашего наполнителя используют принятые во внимание при экспертизе волокнистый материал на основе целлю- 1. Патент США М 3219731, лозы и вводят порообразователь, пропит- кл- 264-29, опубл. 23. 11.65 г. кой волокнистого материала водным раст- 2. Патент США № 3859421, " вором хлористого аммония до привеса е. кл.. С 01 0 31/02 (423-445), 10-2.5 вес.%., опубп. 07.01.75 r

3. Авторское свидетельство СССР

2. Способ по п. 1, р т л и ч а ю- ¹ 321078, кл. С 01 B 31/04, ut и.й с я тем, что перед добавлением заявл. 30.12.68 r. (прототип).

Составитель Т. Ильинская

Редактор С. Тараненко Техред О. Андрейко Корректор H. Стен

Заказ 3061/10 Тираж 565 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4