RU2424385C1 - Method of producing carbon fibre and materials based on carbon fibre - Google Patents
Method of producing carbon fibre and materials based on carbon fibre Download PDFInfo
- Publication number
- RU2424385C1 RU2424385C1 RU2010110339/05A RU2010110339A RU2424385C1 RU 2424385 C1 RU2424385 C1 RU 2424385C1 RU 2010110339/05 A RU2010110339/05 A RU 2010110339/05A RU 2010110339 A RU2010110339 A RU 2010110339A RU 2424385 C1 RU2424385 C1 RU 2424385C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- carried out
- materials
- carbonization
- viscose
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title abstract description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title abstract description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 29
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 claims abstract description 26
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000004753 textile Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims description 11
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims description 11
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 11
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 9
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 125000005372 silanol group Chemical group 0.000 claims description 9
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 8
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 6
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 4
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 3
- 238000009656 pre-carbonization Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 abstract 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical group [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 abstract 1
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N dimethyldichlorosilane Chemical compound C[Si](C)(Cl)Cl LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- -1 polymethylsiloxane Polymers 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- YGZSVWMBUCGDCV-UHFFFAOYSA-N chloro(methyl)silane Chemical class C[SiH2]Cl YGZSVWMBUCGDCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- DWZBSOVYCROKJR-UHFFFAOYSA-N 4-(2-methylphenyl)butan-1-ol Chemical compound CC1=CC=CC=C1CCCCO DWZBSOVYCROKJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010082 LiAlH Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 238000011437 continuous method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000032050 esterification Effects 0.000 description 1
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000005055 methyl trichlorosilane Substances 0.000 description 1
- JLUFWMXJHAVVNN-UHFFFAOYSA-N methyltrichlorosilane Chemical compound C[Si](Cl)(Cl)Cl JLUFWMXJHAVVNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 125000000744 organoheteryl group Chemical group 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения углеродных волокнистых материалов, используемых в качестве армирующих наполнителей композиционных материалов, и предназначено для модификации исходных целлюлозных волокнистых материалов.The invention relates to the field of production of carbon fiber materials used as reinforcing fillers of composite materials, and is intended to modify the initial cellulosic fibrous materials.
Известен непрерывный способ получения углеродного волокнистого материала, включающий обработку гидратцеллюлозного волокнистого материала растворами силиконовых смол в органическом растворителе и его последующую карбонизацию и графитизацию в условиях деформации, в котором перед карбонизацией гидратцеллюлозный волокнистый материал подвергают релаксации путем его нагрева до 120-300°С в течение 0,4-2,0 ч и охлаждения до 18-30°С в течение 0,05-0,2 ч, после чего нагрев повторяют в указанном режиме при степени деформации указанного материала 0-(-10)%, карбонизацию проводят при подъеме температуры от 180°С до 600°С, при этом в интервале 300-400°С материал подвергают деформации со степенью (-25)-(+30)%, графитизацию ведут при 900-2800°С при степени деформацииA continuous method for producing carbon fiber material is known, comprising treating hydrated cellulose fibrous material with solutions of silicone resins in an organic solvent and its subsequent carbonization and graphitization under deformation conditions, in which, before carbonization, hydrated cellulose fibrous material is relaxed by heating it to 120-300 ° C for 0 , 4-2.0 h and cooling to 18-30 ° C for 0.05-0.2 h, after which heating is repeated in the specified mode with the degree of deformation of the specified material 0 - (- 10)%, rbonizatsiyu carried out at a temperature rise from 180 ° C to 600 ° C, while in the range 300-400 ° C, the material is subjected to deformation with a degree of (-25) - (+ 30)%, graphitization is carried out at 900-2800 ° C at a degree of deformation
(-10)-(+25)%, а образовавшиеся на стадии карбонизации продукты пиролиза выводят из рабочей зоны с температурой 350-450°С; графитизацию проводят в присутствии карборансодержащих соединений (см. патент РФ №2045472, MПК C01B 31/02, 10.10.1995).(-10) - (+ 25)%, and the pyrolysis products formed at the stage of carbonization are removed from the working zone with a temperature of 350-450 ° С; graphitization is carried out in the presence of carborane-containing compounds (see RF patent No. 2045472, IPC C01B 31/02, 10/10/1995).
Данный способ имеет тот недостаток, что предусматривает пропитку волокнистого материала перед стадией релаксации раствором полиметилсилоксана в ацетоне, являющимся легкоиспаряющимся токсичным веществом.This method has the disadvantage that it impregnates the fibrous material before the relaxation step with a solution of polymethylsiloxane in acetone, which is a volatile toxic substance.
Кроме того, углеродные волокна и материалы на его основе имеют повышенные значения коэффициента вариации по физико-механическим показателям.In addition, carbon fibers and materials based on it have increased values of the coefficient of variation in terms of physical and mechanical properties.
Техническим результатом при использовании заявленного изобретения является получение углеродных волокнистых материалов с высокими физико-механическими показателями при одновременном понижении коэффициента вариации по прочностным характеристикам.The technical result when using the claimed invention is to obtain carbon fiber materials with high physical and mechanical properties while reducing the coefficient of variation in strength characteristics.
Данный технический результат достигается тем, что в способе получения углеродного волокна и материалов на его основе из исходных целлюлозных волокнистых материалов, осуществляемом в непрерывном режиме и включающем пропитку их на стадии предкарбонизации с последующей сушкой, терморелаксацией пропитанных исходных материалов и направлением на стадию карбонизации, при необходимости, на стадию графитизации, пропитку исходных целлюлозных волокнистых материалов осуществляют в водной эмульсии олигомерной смолы с высоким содержанием силанольных групп, соответствующих общей формуле:This technical result is achieved by the fact that in the method of producing carbon fiber and materials based on it from the original cellulosic fibrous materials, carried out in a continuous mode and including impregnating them at the stage of pre-carbonization, followed by drying, thermal relaxation of the impregnated starting materials and sending to the stage of carbonization, if necessary , at the stage of graphitization, the impregnation of the initial cellulosic fibrous materials is carried out in an aqueous emulsion of oligomeric resin with a high content of strength ol groups corresponding to the general formula:
НО{[МеSi(ОН)O][Ме2SiO]m}nН, где:HO {[MeSi (OH) O] [Me 2 SiO] m } n H, where:
Me - метил; m и n - целые или дробные числа:m=1-3, n=3-10 с молекулярной массой от 900 до 2400 и вязкостью в пределах от 520 до 1700 сП, при этом терморелаксацию пропитанных исходных материалов проводят при температуре 160-200°С в течение 0,5-2,0 ч, а карбонизацию заканчивают при температуре 600°С.Me is methyl; m and n are integer or fractional numbers: m = 1-3, n = 3-10 with a molecular weight of 900 to 2400 and a viscosity in the range of 520 to 1700 cP, while the thermal relaxation of the impregnated starting materials is carried out at a temperature of 160-200 ° C for 0.5-2.0 hours, and carbonization is completed at a temperature of 600 ° C.
Для достижения технического результата в качестве исходного целлюлозного волокнистого материала используют вискозные технические нити линейной плотности 195 текс и 390 текс, а их пропитку осуществляют в прядильно-отделочном агрегате при получении вискозных технических нитей, при этом последние перед пропиткой сушат при температуре 120-180°С в течение 10-15 сек; пропитке также подвергают различные текстильные структуры, например сетку, ткани, трикотаж, нетканый материал из вискозных технических нитей.To achieve a technical result, viscose technical filaments of linear density 195 tex and 390 tex are used as the initial cellulosic fibrous material, and they are impregnated in a spinning and finishing unit upon receipt of viscose technical filaments, the latter being dried at a temperature of 120-180 ° C before being impregnated within 10-15 seconds; Various textile structures are also impregnated, for example, mesh, fabrics, knitwear, nonwoven fabric made from viscose technical threads.
Достижение технического результата стало возможным после проведения научно-экспериментальных исследований и производственных испытаний различных кремнийорганических соединений, в результате чего были выбраны наиболее эффективные. Было установлено, что добиться необходимых характеристик углеродных волокон и материалов можно при применении силиконовых смол с высоким содержанием силанольных групп, а именно от 5% до 15%. Такие смолы были выбраны из подкласса гидроксиполи(олиго)метилсилоксанов и синтезированы способом, описанным в кн. Л.М.Хананашвили «Химия и технология элементоорганических мономеров и полимеров», М. Химия, 1998, стр.308-313.The achievement of the technical result became possible after conducting scientific and experimental research and production testing of various organosilicon compounds, as a result of which the most effective were selected. It was found that the necessary characteristics of carbon fibers and materials can be achieved by using silicone resins with a high content of silanol groups, namely from 5% to 15%. Such resins were selected from a subclass of hydroxypoly (oligo) methylsiloxanes and synthesized by the method described in book. L. M. Khananashvili “Chemistry and technology of organoelement monomers and polymers”, M. Chemistry, 1998, pp. 308-313.
Способ включает следующие стадии:The method includes the following steps:
1. Частичная этерификация смеси метилхлорсиланов бутиловым спиртом.1. Partial esterification of a mixture of methylchlorosilanes with butyl alcohol.
2. Гидролитическая соконденсация частично этерифицированных метилхлорсиланов.2. Hydrolytic co-condensation of partially esterified methylchlorosilanes.
3. Отгонка растворителя.3. The distillation of the solvent.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
В реактор, снабженный мешалкой, термометром и обратным холодильником, загружают расчетное число метилтрихлорсилана (МТХС), диметилдихлорсилана (ДМДХС) и толуола. При перемешивании в реактор добавляют бутанол при Т≤60°С. Полученный продукт выдерживают в течение 3 часов. После этого реакционную смесь гидролизуют водой при Т≤30°С. Толуольно-бутанольный раствор олигометилсилоксановой смолы промывают водой до нейтральной реакции и отгоняют растворитель под давлением 133Па при 45-50°С.In a reactor equipped with a stirrer, thermometer and reflux condenser, the calculated number of methyltrichlorosilane (MTXC), dimethyldichlorosilane (DMDCS) and toluene is charged. With stirring, butanol is added to the reactor at T 60 60 ° C. The resulting product was incubated for 3 hours. After that, the reaction mixture is hydrolyzed with water at T≤30 ° C. The toluene-butanol solution of the oligomethylsiloxane resin is washed with water until neutral and the solvent is distilled off under a pressure of 133 Pa at 45-50 ° C.
Полученные смолы относятся к категории низковязких олигомеров с гидроксильными группами у атома кремния, которые соответствуют общей химической формуле НО{[МеSi(ОН)O][Ме2SiO]m}nН, где:The resulting resins belong to the category of low-viscosity oligomers with hydroxyl groups at the silicon atom, which correspond to the general chemical formula HO {[MeSi (OH) O] [Me 2 SiO] m } n H, where:
Me - метил; m и n- целые или дробные числа: m=1-3, n=3-10.Me is methyl; m and n are integer or fractional numbers: m = 1-3, n = 3-10.
Наличие в смолах полярных групп и низкая вязкость дают возможность равномерно смачивать вискозные технические нити с хорошей адгезией к их поверхности. Благодаря высокому содержанию силанольных групп при дальнейшей термообработке, по всей вероятности, происходит их взаимодействие, в том числе с гидроксилами вискозного волокна с образованием сшитых структур, химически связанных с волокном в ходе поликонденсационных процессов. По существу эти структуры защищают волокна от нежелательных реакций с продуктами пиролиза.The presence of polar groups in the resins and low viscosity make it possible to uniformly wet viscose technical threads with good adhesion to their surface. Due to the high content of silanol groups during further heat treatment, in all likelihood, their interaction occurs, including with the hydroxyls of viscose fiber with the formation of crosslinked structures chemically bonded to the fiber during polycondensation processes. Essentially, these structures protect the fibers from undesired reactions with pyrolysis products.
Для идентификации смол и определения их химических и физических свойств применяли следующие методы и приборы. Продукты реакции исследовали методом ЯМР-1Н и 29Si спектроскопии на спектрометре Broker АМ-360 с рабочей частотой 360.13 МГц. Содержание силанольных групп в смолах определяли волюметрическим методом на приборе Церивитинова по количеству выделившегося Н2 в результате реакции продукта с LiAlH4. Молекулярную массу смол определяли на гель-хроматографе фирмы «Knauer», стирогелевые колонки «Shоdех» (калибровка по полистиролу). Вязкость продуктов определяли с помощью вискозиметра Брукфильда фирмы «Anton Paar», модель DV-1P.The following methods and devices were used to identify the resins and determine their chemical and physical properties. The reaction products were investigated by 1 H NMR and 29 Si spectroscopy on a Broker AM-360 spectrometer with an operating frequency of 360.13 MHz. The content of silanol groups in the resins was determined by the volumetric method on a Tserivitinov device by the amount of H 2 released as a result of the reaction of the product with LiAlH 4 . The molecular weight of the resins was determined on a Knauer gel chromatograph, Shodex styrene gel columns (polystyrene calibration). The viscosity of the products was determined using a Brookfield viscometer, Anton Paar, model DV-1P.
Пример А. Синтез проводят по указанному выше способу. Берут 149 г МТХС, 232 г ДМДХС, 190 мл толуола, 76 г бутанола и 120 мл воды. Получают 174 г смолы, соответствующей общей формуле, где m=1,8, n=5. М.м. смолы 1170, вязкость 690 сП, содержание силанольных групп 10.91 мас.%.Example A. The synthesis is carried out according to the above method. Take 149 g of MTHS, 232 g of DMDCS, 190 ml of toluene, 76 g of butanol and 120 ml of water. Obtain 174 g of resin corresponding to the General formula, where m = 1.8, n = 5. M.m. resins 1170, viscosity 690 cP, content of silanol groups 10.91 wt.%.
Пример Б. Берут 149 г МТХС, 387 г ДМДХС, 270 мл толуола, 108 мл бутанола и 162 мл воды. Получают 250 г смолы, соответствующей общей формуле, где m=3, n=3,1. М.м. смолы 900, вязкость 520 сП, содержание силанольных групп 9,32 мас.%.Example B. Take 149 g of MTXC, 387 g of DMDCS, 270 ml of toluene, 108 ml of butanol and 162 ml of water. Obtain 250 g of resin corresponding to the General formula, where m = 3, n = 3.1. M.m. resins 900, viscosity 520 cP, content of silanol groups 9.32 wt.%.
Пример В. Берут 149 г МТХС, 374 г ДМДХС, 260 мл толуола, 106 мл бутапола и 158 мл воды. Получают 244 г смолы, соответствующей общей формуле, где m=2,9, n=8,2. М.м. смолы 2400, вязкость 1700 сП, содержание силанольных групп 7 мас.%.Example B. Take 149 g of MTXC, 374 g of DMDCS, 260 ml of toluene, 106 ml of butapol and 158 ml of water. Get 244 g of resin corresponding to the General formula, where m = 2.9, n = 8.2. M.m. resins 2400, viscosity 1700 cP, content of silanol groups 7 wt.%.
Пример Г. Берут 300г МТХС, 258 г ДМДХС, 280 мл толуола, 109 мл бутанола и 180 мл воды. Получают 246 г смолы, соответствующей общей формуле, где m=1, n=10. М.м. смолы 1518, вязкость 1040 сП, содержание силанольных групп 13,4 мас.%.Example G. Take 300 g MTXS, 258 g DMDCS, 280 ml toluene, 109 ml butanol and 180 ml water. Get 246 g of resin corresponding to the General formula, where m = 1, n = 10. M.m. resins 1518, viscosity 1040 cP, content of silanol groups 13.4 wt.%.
На прядильно-отделочном агрегате АВК-06 ИМ в процессе формования вискозной технической нити проводят обработку (пропитку) последней в водной эмульсии олигомерной смолы. Использование водной эмульсии олигомерной смолы для пропитки свежесформованной вискозной технической нити позволяет равномерно нанести требуемое его количество на каждую элементарную нить, что позволяет понизить коэффициент вариации по физико-механическим показателям, в частности по прочностным показателям получаемых углеродных волокнистых материалов различных текстильных структур: нитей, сетки, ткани, трикотажа, нетканого материала.On the spinning and finishing unit AVK-06 IM, in the process of forming a viscose technical thread, the latter is treated (impregnated) in an aqueous emulsion of oligomeric resin. The use of an aqueous emulsion of oligomeric resin for impregnation of a freshly formed viscose technical yarn allows you to evenly apply the required amount on each elementary yarn, which allows to reduce the coefficient of variation in physical and mechanical properties, in particular in terms of strength characteristics of the obtained carbon fiber materials of various textile structures: threads, mesh, fabrics, knitwear, non-woven material.
В качестве исходного целлюлозного волокнистого материала используют вискозные технические нити (ВТН) линейной плотности 195 текс и 390 текс, а также текстильные структуры в виде сетки или ткани, или трикотажа, или нетканого материала, изготовленные из ВТН.As the initial cellulosic fibrous material, viscose technical yarns (VTN) of linear density 195 tex and 390 tex, as well as textile structures in the form of a net or fabric, or knitwear, or non-woven material made from VTN, are used.
Заявленный способ производства углеродных волокнистых материалов осуществляют в непрерывном режиме следующим образом.The claimed method for the production of carbon fiber materials is carried out continuously as follows.
Вискозную техническую нить, получаемую на прядильно-отделочном агрегате АВК-06 ИМ, после операций второй отмывки и последующего отжима подвергают сушке при температуре 120-180°С в течение 10-15 секунд. Высушенная таким образом вискозная техническая нить поступает в авиважную ванну агрегата АВК-06 ИМ, заполненную пропитывающей водной эмульсией олигомерной смолы с высоким содержанием (от 5% до 15%) силанольных групп, соответствующей общей формуле:The viscose technical yarn obtained on the AVK-06 IM spinning and finishing unit, after the second washing and subsequent spinning operations, is dried at a temperature of 120-180 ° C for 10-15 seconds. The viscose technical thread thus dried enters the AVK-06 IM aggregate bath, filled with an impregnating water emulsion of an oligomeric resin with a high content (from 5% to 15%) of silanol groups, corresponding to the general formula:
НО{[МеSi(ОН)O][Ме2SiO]m}nН, где:HO {[MeSi (OH) O] [Me 2 SiO] m } n H, where:
Me - метил; m и n - целые или дробные числа: m=1-3, n=3-10 с молекулярной массой от 900 до 2400 и вязкостью в пределах от 520 до 1700 сП. После пропитки осуществляют удаление влаги из ВТН на сушильных барабанах прядильно-отделочного агрегата при температуре 105-120°С и приемку нитей на двухфланцевые катушки. Пропитанные в водной эмульсии олигомерной смолы ВТН перерабатывают в текстильные материалы различных структур: сетки, ткани, трикотаж, нетканый материал. Вискозные текстильные материалы подвергают терморелаксации при температуре 160-200°С в течение 0,5-2,0 ч, а стадию карбонизации заканчивают при температуре 600°С, графитизацию проводят при температуре ≥2200°С.Me is methyl; m and n are integer or fractional numbers: m = 1-3, n = 3-10 with a molecular weight of 900 to 2400 and a viscosity in the range of 520 to 1700 cP. After impregnation, moisture is removed from the VTN on the drying drums of the spinning and finishing unit at a temperature of 105-120 ° C and the yarn is received on two-flange coils. The VTN impregnated in an aqueous emulsion of oligomeric resin is processed into textile materials of various structures: nets, fabrics, knitwear, non-woven material. Viscose textile materials are subjected to thermal relaxation at a temperature of 160-200 ° C for 0.5-2.0 hours, and the carbonization step is completed at a temperature of 600 ° C, graphitization is carried out at a temperature of ≥2200 ° C.
Заявленный способ иллюстрируется примерами.The claimed method is illustrated by examples.
Пример 1. Вискозную техническую нить линейной плотности 195 текс и 390 текс, получаемую на прядильно-отделочном агрегате АВК-06 ИМ, на последней стадии - отделке ВТН - процесса формования пропитывают в 10%-ной водной эмульсии олигомерной смолы, полученной в примере А. Перед пропиткой ВТН сушат при t=120°C в течение 15 сек. Пропитанные ВТН подвергают терморелаксации в течение 1,5 часов при температуре 180°С, карбонизации в атмосфере азота при конечной температуре 600°С и графитизации при температуре 2300°С.Example 1. Viscose technical thread with a linear density of 195 tex and 390 tex, obtained on a spinning and finishing unit AVK-06 IM, at the last stage - finishing VTN - the molding process is impregnated in a 10% aqueous emulsion of the oligomeric resin obtained in example A. Before impregnation, BTN is dried at t = 120 ° C for 15 sec. The impregnated VTNs are subjected to thermal relaxation for 1.5 hours at a temperature of 180 ° C, carbonization in a nitrogen atmosphere at a final temperature of 600 ° C, and graphitization at a temperature of 2300 ° C.
Полученные углеродные нити имеют следующие характеристики:The resulting carbon filaments have the following characteristics:
Пример 2. Вискозную ткань саржевого переплетения, полученную из ВТП линейной плотности 195 текс и 390 текс, высушенной при t=180°C в течение 10 сек и пропитанной в 10%-ной водной эмульсии олигомерной смолы, полученной в примере Б, на прядильно-отделочном агрегате АВК-06 ИМ, подвергают терморелаксации в течение 0,5 часа при температуре 200°С, затем карбонизации в атмосфере азота с конечной температурой 600°С и графитизации при температуре 2250°С.Example 2. Viscose twill fabric obtained from an ETP with a linear density of 195 tex and 390 tex, dried at t = 180 ° C for 10 seconds and impregnated in a 10% aqueous emulsion of the oligomeric resin obtained in example B on a spinning dope The AVK-06 IM finishing unit is subjected to thermal relaxation for 0.5 hours at a temperature of 200 ° C, then carbonization in a nitrogen atmosphere with a final temperature of 600 ° C and graphitization at a temperature of 2250 ° C.
Полученная углеродная ткань имеет следующие характеристики:The resulting carbon fabric has the following characteristics:
Пример 3. Вискозный трикотажный материал, связанный из ВТН, высушенной при t=180°C в течение 15 сек и пропитанной в 10%-ной водной эмульсии олигомерной смолы, полученной в примере В, подвергают терморелаксации на воздухе в течение 2,0 часов при температуре 160°С, а затем подвергают карбонизации в азоте при конечной температуре 600°С и графитизации при температуре 2300°С.Example 3. Viscose knitted material bonded from BTN, dried at t = 180 ° C for 15 seconds and impregnated in a 10% aqueous emulsion of the oligomeric resin obtained in Example B, is subjected to thermal relaxation in air for 2.0 hours at temperature of 160 ° C, and then subjected to carbonization in nitrogen at a final temperature of 600 ° C and graphitization at a temperature of 2300 ° C.
Полученный углеродный трикотажный материал имеет следующие показатели:The resulting carbon knit material has the following indicators:
Пример 4. Вискозный нетканый материал, полученный из ВТН по примеру 1, высушенной при t=120°С в течение 15 сек и пропитанной в 10%-ной водной эмульсии олигомерной смолы, полученной в примере А, подвергают терморелаксации на воздухе в течение 1,0 часа при температуре 175°С, затем карбонизации в среде азота при конечной температуре 600°С и графитизации при температуре 2200°С.Example 4. Viscose non-woven material obtained from BTN in example 1, dried at t = 120 ° C for 15 seconds and impregnated in a 10% aqueous emulsion of the oligomeric resin obtained in example A, is subjected to thermal relaxation in air for 1, 0 hours at a temperature of 175 ° C, then carbonization in a nitrogen medium at a final temperature of 600 ° C and graphitization at a temperature of 2200 ° C.
Полученный нетканый углеродный материал имеет следующие характеристики:The resulting non-woven carbon material has the following characteristics:
Пример 5. Сетку вискозную техническую, имеющую 6-ниточное просвечивающее переплетение, изготовленную из ВТН линейной плотности 195 текс, пропитывают в 13%-ной водной эмульсии на основе олигомерной смолы, полученной в примере Г, на установке пропитки текстильных материалов. Перед пропиткой ВТН сушили при t=120°C в течение 10 сек. Далее пропитанный сетчатый вискозный материал подвергают терморелаксации в течение 0,5 часа при температуре 200°С, затем карбонизации в среде азота при конечной температуре 600°С и активации водяным паром при конечной температуре 900°С.Example 5. Technical viscose mesh having a 6-thread translucent weave made of BTN of 195 tex linear density is impregnated in a 13% aqueous emulsion based on the oligomeric resin obtained in Example D using a textile impregnation plant. Before impregnation, BTN was dried at t = 120 ° C for 10 sec. Next, the impregnated mesh viscose material is subjected to thermal relaxation for 0.5 hours at a temperature of 200 ° C, then carbonization in nitrogen at a final temperature of 600 ° C and activation with water vapor at a final temperature of 900 ° C.
Полученный активированный углеродный материал имеет следующие характеристики:The resulting activated carbon material has the following characteristics:
Пример 6. Материал нетканый иглопробивной, изготовленный их ВТН линейной плотности 195 текс и 390 текс, высушенной при t=120°C в течение 15 сек, пропитывают в 10%-ной водной эмульсии на основе олигомерной смолы, полученной в примере Г, на установке пропитки вискозных текстильных материалов. Пропитанный вискозный нетканый материал подвергают терморелаксации при температуре 170°С в течение 1,0 часа, затем карбонизации при конечной температуре 600°С и графитизации при температуре 2250°С.Example 6. The needle-punched non-woven material made of their VTN with a linear density of 195 tex and 390 tex, dried at t = 120 ° C for 15 seconds, is impregnated in a 10% aqueous emulsion based on the oligomer resin obtained in Example D using the installation impregnation of viscose textile materials. The impregnated viscose non-woven material is subjected to thermal relaxation at a temperature of 170 ° C for 1.0 hour, then carbonization at a final temperature of 600 ° C and graphitization at a temperature of 2250 ° C.
Полученный углеродный нетканый материал имеет следующие характеристики:The resulting carbon nonwoven material has the following characteristics:
Пример 7. Вискозный трикотажный материал, изготовленный из ВТН линейной плотности 390 текс, обрабатывают, как в примере 6. Далее пропитанный трикотажный материал подвергают терморелаксации при температуре 160°С в течение 2 часов, затем карбонизации при температуре 600°С и графитизации при температуре 2200°С.Example 7. Viscose knitted material made from VTN with a linear density of 390 tex is treated as in Example 6. Next, the impregnated knitted material is thermally relaxed at a temperature of 160 ° C for 2 hours, then carbonized at a temperature of 600 ° C and graphitized at a temperature of 2200 ° C.
Полученный графитированный углеродный материал имеет следующие характеристики:The obtained graphitized carbon material has the following characteristics:
Пример 8. Вискозную ткань саржевого переплетения, изготовленную из ВТП линейной плотности 195 текс и 390 текс, пропитывают в водной эмульсии по примеру 6. Затем проводят терморелаксацию при температуре 180°С в течение 1,5 часа и далее карбонизацию при конечной температуре 600°С и активацию водяным паром при конечной температуре 900°С.Example 8. Viscose twill fabric made from an ETP with a linear density of 195 tex and 390 tex is impregnated in an aqueous emulsion according to Example 6. Then, thermal relaxation is carried out at a temperature of 180 ° C for 1.5 hours and then carbonization at a final temperature of 600 ° C and steam activation at a final temperature of 900 ° C.
Полученная активированная углеродная ткань имеет следующие характеристики:The resulting activated carbon fabric has the following characteristics:
Claims (4)
НО{[МеSi(ОН)O][Ме2SiO]m}nН, где Me - метил; m и n- целые или дробные числа: m=1-3, n=3-10, с молекулярной массой от 900 до 2400 и вязкостью в пределах от 520 до 1700 сП, при этом терморелаксацию пропитанных материалов проводят при температуре 160-200°С в течение 0,5-2,0 ч, а карбонизацию заканчивают при температуре 600°С.1. The method of producing carbon fiber and materials based on it from the original cellulosic fibrous materials, carried out in continuous mode and comprising impregnating them at the stage of pre-carbonization, followed by drying, thermal relaxation of the impregnated starting materials and sending to the stage of carbonization, if necessary, to the stage of graphitization, characterized in that the impregnation of the original cellulosic fibrous materials is carried out in an aqueous emulsion of an oligomeric resin with a high content of silanol groups corresponding to general formula:
HO {[MeSi (OH) O] [Me 2 SiO] m } n H, where Me is methyl; m and n are integer or fractional numbers: m = 1-3, n = 3-10, with a molecular weight of 900 to 2400 and a viscosity in the range of 520 to 1700 cP, while the thermal relaxation of the impregnated materials is carried out at a temperature of 160-200 ° C for 0.5-2.0 hours, and carbonization is completed at a temperature of 600 ° C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010110339/05A RU2424385C1 (en) | 2010-03-19 | 2010-03-19 | Method of producing carbon fibre and materials based on carbon fibre |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010110339/05A RU2424385C1 (en) | 2010-03-19 | 2010-03-19 | Method of producing carbon fibre and materials based on carbon fibre |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2424385C1 true RU2424385C1 (en) | 2011-07-20 |
Family
ID=44752575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010110339/05A RU2424385C1 (en) | 2010-03-19 | 2010-03-19 | Method of producing carbon fibre and materials based on carbon fibre |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2424385C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2490378C1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО НПЦ "УВИКОМ") | Method of producing carbon fiber material |
| EA022544B1 (en) * | 2012-04-26 | 2016-01-29 | Открытое Акционерное Общество "Светлогорскхимволокно" | Method for obtaining carbon fibrous materials from hydrated cellulose fibres |
| RU2577578C1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО НПЦ "УВИКОМ") | Method for making carbon fiber material |
| RU2605973C1 (en) * | 2012-11-27 | 2017-01-10 | Нэшнл Инститьют Оф Эдванст Индастриал Сайенс Энд Текнолоджи | Fibre precursor for carbon fibres, carbon fibre and method of producing carbon fibre |
| RU2670884C1 (en) * | 2017-12-28 | 2018-10-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Method of producing carbon nonwoven fibrous material |
| RU2671709C1 (en) * | 2017-11-24 | 2018-11-06 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Method of obtaining carbon fibrous materials from hydrate cellulose fibers |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3053775A (en) * | 1959-11-12 | 1962-09-11 | Carbon Wool Corp | Method for carbonizing fibers |
| RU2045472C1 (en) * | 1992-09-04 | 1995-10-10 | Казаков Марк Евгеньевич | Method for production of carbon fibrous material |
| RU2231583C1 (en) * | 2002-11-05 | 2004-06-27 | Республиканское Унитарное Предприятие "Светлогорское Производственное Объединение "Химволокно" | Method of manufacturing carbonaceous fibrous material |
| RU2256013C2 (en) * | 1999-12-06 | 2005-07-10 | Снекма Пропюльсьон Солид | Carbonization of cellulose fibrous materials in presence of organosilicon compound |
| RU2384657C2 (en) * | 2008-04-11 | 2010-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПЕНТА-91" ООО "ПЕНТА-91" | Method for obtaining carbon fibre and materials on its basis |
-
2010
- 2010-03-19 RU RU2010110339/05A patent/RU2424385C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3053775A (en) * | 1959-11-12 | 1962-09-11 | Carbon Wool Corp | Method for carbonizing fibers |
| RU2045472C1 (en) * | 1992-09-04 | 1995-10-10 | Казаков Марк Евгеньевич | Method for production of carbon fibrous material |
| RU2256013C2 (en) * | 1999-12-06 | 2005-07-10 | Снекма Пропюльсьон Солид | Carbonization of cellulose fibrous materials in presence of organosilicon compound |
| RU2231583C1 (en) * | 2002-11-05 | 2004-06-27 | Республиканское Унитарное Предприятие "Светлогорское Производственное Объединение "Химволокно" | Method of manufacturing carbonaceous fibrous material |
| RU2384657C2 (en) * | 2008-04-11 | 2010-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПЕНТА-91" ООО "ПЕНТА-91" | Method for obtaining carbon fibre and materials on its basis |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2490378C1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО НПЦ "УВИКОМ") | Method of producing carbon fiber material |
| EA022544B1 (en) * | 2012-04-26 | 2016-01-29 | Открытое Акционерное Общество "Светлогорскхимволокно" | Method for obtaining carbon fibrous materials from hydrated cellulose fibres |
| RU2605973C1 (en) * | 2012-11-27 | 2017-01-10 | Нэшнл Инститьют Оф Эдванст Индастриал Сайенс Энд Текнолоджи | Fibre precursor for carbon fibres, carbon fibre and method of producing carbon fibre |
| US9777408B2 (en) | 2012-11-27 | 2017-10-03 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Precursor fiber for carbon fibers, carbon fiber, and method for producing carbon fiber |
| RU2577578C1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО НПЦ "УВИКОМ") | Method for making carbon fiber material |
| RU2671709C1 (en) * | 2017-11-24 | 2018-11-06 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Method of obtaining carbon fibrous materials from hydrate cellulose fibers |
| RU2670884C1 (en) * | 2017-12-28 | 2018-10-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Method of producing carbon nonwoven fibrous material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2424385C1 (en) | Method of producing carbon fibre and materials based on carbon fibre | |
| Parre et al. | Investigation of chemical, thermal and morphological properties of untreated and NaOH treated banana fiber | |
| Chen | Activated carbon fiber and textiles | |
| JP3929073B2 (en) | Preparation method of regenerated cellulose filament | |
| KR101138291B1 (en) | Method for manufacturing Lyocell based carbon fiber and Lyocell based carbon fabric | |
| RU2394949C2 (en) | Procedure for production of carbon fibre structures by carbonisation of cellulose precursor | |
| JP6470750B2 (en) | Activated carbon fiber and method for producing the same | |
| TW200728531A (en) | Carbon fiber, method of producing polyacrylonitrile precursor fiber used for producing carbon fiber, and method of producing carbon fiber | |
| JP4392432B2 (en) | Method for producing carbonized fabric | |
| RU2045472C1 (en) | Method for production of carbon fibrous material | |
| RU2459893C1 (en) | Method of producing carbon fibrous material | |
| RU2490378C1 (en) | Method of producing carbon fiber material | |
| RU2256013C2 (en) | Carbonization of cellulose fibrous materials in presence of organosilicon compound | |
| JP4190411B2 (en) | Anti-pilling polyester fiber | |
| RU2384657C2 (en) | Method for obtaining carbon fibre and materials on its basis | |
| RU2577578C1 (en) | Method for making carbon fiber material | |
| Xue | Effect of microwave irradiation on the physical properties and structures of cotton fabric | |
| JP4808351B2 (en) | Carbonization treatment of cellulosic fibrous materials in the presence of organosilicon compounds | |
| RU2670884C1 (en) | Method of producing carbon nonwoven fibrous material | |
| RU2741012C1 (en) | Method of producing carbon fiber and based materials | |
| KR102256253B1 (en) | low melting polyester complex fiber having soft touch and preparation method of the same | |
| EA022544B1 (en) | Method for obtaining carbon fibrous materials from hydrated cellulose fibres | |
| Vinod et al. | Study on influence of curing temperature on tensile properties of jute and hemp reinforced hybrid polymer composites | |
| Wangxi et al. | Comparative study on preparing carbon fibers based on PAN precursors with different comonomers | |
| JPH07180735A (en) | Brake sliding part |