ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2005 года по МПК C08L61/10 C08K5/00 C08L61/10 C08L61/14 C08K5/00 C08K5/17 C08K5/3467 

Описание патента на изобретение RU2246509C2

Изобретение относится к области производства полимерного материала, который может быть использован для изготовления пористых углеродных изделий конструкционного назначения.

Известны полимерные композиции (ПК) для пористых углеродных изделий на основе карбонизуемых природных или синтетических полимеров, содержащие различные углеродные наполнители, а также порообразователи. Заготовки, сформованные из таких ПК, при нагревании в защитной от окисления среде превращаются в пористые углеродные изделия. (С.М. Кац. Высокотемпературные теплоизоляционные материалы. М., Металлургия. 1981. С.206-215).

Известна полимерная композиция для пористых углеродных изделий на основе расплавленного каменноугольного пека и терморасширенного графита, взятых в количествах, соответственно, 80-92 и 8-20 мас.%, из которой получают пористые углеродные (обожженные) изделия с кажущейся плотностью 1,2 г/см3 и пределом прочности при сжатии 23-25 МПа, что соответствует удельной прочности при сжатии 19-21 МПа/(г/см3). (Патент РФ №2134656, БИ №23, 20.08.99. Состав и способ изготовления шихты для изготовления углеродного материала. С 01 В 31/02).

Недостатком известного решения является относительно низкая удельная прочность получаемых пористых углеродных изделий и сложная технология изготовления, требующая применения механической обработки заготовок.

Наиболее близкой по технической сущности является полимерная композиция для пористых углеродных изделий на основе пульвербакелита и наполнителя, в качестве которого применяют искусственный графит в виде порошков узких фракций в количестве 80-85 мас.%. (Г.М. Бутырин. Высокопористые углеродные материалы. М., Химия, 1976. С.103-114).

Предварительно просеянные через сито исходные компоненты смешивают в барабане в течение 6 ч, из смеси прессуют заготовки изостатическим способом при температуре 140-160°С, которые затем подвергают термообработке для карбонизации пульвербакелита. Пористые углеродные изделия делают из термообработанных заготовок механическим путем, свойства которых приведены в таблице.

Недостатком известной композиции является относительно низкая удельная прочность получаемых пористых углеродных изделий, что ограничивает возможность их применения в условиях повышенных нагрузок.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение удельной прочности изделий из пористого углерода.

Данный технический результат достигается тем, что полимерная композиция для пористых углеродных изделий на основе пульвербакелита, включающая наполнитель, в качестве наполнителя содержит отвержденную фенолоформальдегидную смолу и комплекс ванадия общей формулы VО(С36Н49О5N2), образующийся при извлечении ванадия из сбросных технологических растворов переработки передельных шлаков черной металлургии и представляющий собой порошок продукта взаимодействия метаванадата и бисаминофенолоформальдегидного олигомера, и дополнительно содержит смазку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пульвербакелит 36-43,8

Отвержденная фенолоформальдегидная смола 36-43,8

Комплекс ванадия 10-25

Смазка 2,4-3,0

Пульвербакелит является стандартным связующим, представляющим собой тонкоизмельченную механическую смесь новолачной смолы СФ-011 с уротропином, выпускаемым промышленностью по ТУ 6-5-1370-90 “Связующее фенольное порошкообразное”.

Отвержденная фенолоформальдегидная смола представляет собой стандартный твердый неплавкий порошок густо сетчатого пространственно сшитого полимера, который получают в промышленности путем нагревания или резольной смолы, или смеси новолачной смолы с отвердителем (уротропином, параформом) с последующим измельчением.

Комплекс ванадия общей формулы VO(С36H49O5N2) является продуктом взаимодействия метаванадата и бисаминофенолоформальдегидного олигомера. Комплекс ванадия образуется при извлечении ванадия из сбросных технологических растворов переработки передельных шлаков черной металлургии и представляет собой порошок, в котором ванадий находится в стабилизированном лигандной оболочкой наноразмерном состоянии. (Букин В.И., Смирнова А.Г., Резник А.М. Экстракция ванадия (V) азотсодержащими олигомерами. // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. 2000, №3, с.16-22.

Полимерную композицию и изделия из ПК готовят известными приемами, принятыми в производстве фенопластов и изделий из них.

Пористые углеродные изделия получают путем карбонизации изделий из ПК известным способом.

Применение предлагаемых наполнителей обеспечивает получение равномерно сшитой структуры фенолоформальдегидной смолы во всем объеме прессованных изделий, благодаря чему при карбонизации формируется мелкопористая однородная структура углерода с размером пор 2-5 мкм. Наноразмерные частицы комплекса ванадия при этом превращаются в наноразмерные частицы карбида ванадия, объемно упрочняющие пористый углерод, что позволяет повысить удельную прочность при сжатии пористого углерода в 1,2-2,3 раза по сравнению с прототипом.

Пример 1. 45,4 г пульвербакелита, 45,4 г отвержденной фенолоформальдегидной смолы, полученной из резольной смолы, 6,7г комплекса ванадия и 2,5 г стеарата цинка загружают в шаровую мельницу, смешивают 30 мин, смесь вальцуют при 130-140°С, измельчают, просеивают через сито №1. Из полученного пресс-порошка прессуют изделия методом компрессионного прессования при 160°С в течение 10 мин при давлении 10 МПа.

Отпрессованные изделия из ПК нагревают с целью карбонизации. Свойства полученного пористого углерода приведены в таблице.

Примеры 2-7 выполняют, как описано выше, с тем отличием, что составы ПК берут в количествах, указанных в таблице.

Полимерные наполнители в сочетании с пульвербакелитом при термообработке обеспечивают формирование в изделиях структуры неграфитирующегося углерода, что в случае применения при высоких температурах исключает изменение структуры углерода и нежелательное изменение механических и теплофизических свойств изделий.

Конгруэнтная усадка при термообработке изделий из предлагаемой полимерной композиции, несмотря на ее более высокую величину, по сравнению с прототипом, позволяет формовать изделия сложной конфигурации и исключить механическую обработку благодаря возможности применения метода компрессионного прессования взамен изостатического.

Таким образом, предлагаемая полимерная композиция позволяет получать пористые углеродные изделия с повышенной в 1,2-2,3 раза удельной прочностью при сжатии, обладающие устойчивой структурой при длительной работе в условиях повышенных температур, по более экономичной технологии по сравнению с прототипом.

Похожие патенты RU2246509C2

название год авторы номер документа
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2004
  • Симонов-Емельянов Игорь Дмитриевич
  • Шембель Нелли Леонидовна
  • Стромнова Татьяна Алексеевна
  • Люмпанова Алена Юрьевна
RU2270212C1
СВЯЗУЮЩЕЕ 2002
  • Симонов-Емельянов И.Д.
  • Шембель Н.Л.
  • Урбонайте Виктория
RU2216556C1
Способ получения изделий сложной формы на основе углеродных синтактных пеноматериалов и установка для осуществления способа 2017
  • Галимов Энгель Рафикович
  • Тукбаев Эрнст Ерусланович
  • Самойлов Владимир Маркович
  • Данилов Егор Анатольевич
  • Бородулин Алексей Сергеевич
  • Орлов Максим Андреевич
  • Клабуков Михаил Александрович
  • Галимова Назиря Яхиевна
RU2665775C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2000
  • Богачев Е.А.
  • Цыпкин М.А.
  • Порембский В.И.
  • Фатеев В.Н.
RU2179161C1
КЛЕЙ 2012
  • Проценко Анатолий Константинович
  • Дворянчиков Юрий Михайлович
  • Чеблакова Елена Геннадьевна
  • Мостовой Геннадий Ефимович
  • Бучнев Леонид Михайлович
  • Самойлов Владимир Маркович
  • Липкина Надежда Викторовна
  • Вербец Дмитрий Борисович
  • Конюшенков Андрей Алексеевич
  • Норин Сергей Владимирович
  • Тимощук Елена Игоревна
  • Юдина Татьяна Викторовна
  • Малинина Юлия Алексеевна
  • Трофимова Наталья Николаевна
  • Стариченко Наталья Сергеевна
RU2508306C2
Керамическая суспензия для 3D-печати и способ получения сложнопрофильных карбидокремниевых изделий на основе реакционно-связанного карбида кремния с применением 3D-печати 2021
  • Пономарева Дарья Владимировна
  • Тимощук Елена Игоревна
  • Ляпин Ильнур Ибрагимович
  • Васильева Екатерина Владимировна
  • Зейналова Сакина Зульфуевна
RU2781232C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТО-АРМИРОВАННОГО УГЛЕРОД-КАРБИДОКРЕМНИЕВОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2006
  • Кулик Виктор Иванович
  • Нилов Алексей Сергеевич
  • Загашвили Юрий Владимирович
  • Кулик Алексей Викторович
  • Рамм Марк Спиридонович
RU2337083C2
Антифрикционная композиция и способ её получения 2020
  • Черненко Дмитрий Николаевич
  • Черненко Николай Михайлович
  • Щербакова Татьяна Сергеевна
  • Грудина Иван Геннадьевич
  • Назаров Александр Иванович
  • Солдатов Михаил Михайлович
RU2751337C1
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ 1993
  • Шембель Н.Л.
  • Симонов-Емельянов И.Д.
  • Кулезнев В.Н.
  • Афонин М.М.
  • Зайцев В.И.
RU2087499C1
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2010
  • Симонов-Емельянов Игорь Дмитриевич
  • Шембель Нелли Леонидовна
  • Петров Андрей Валерьевич
  • Глебычева Оксана Вячеславовна
RU2428442C1

Реферат патента 2005 года ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к области производства полимерного материала, который может быть использован для изготовления пористых углеродных изделий конструкционного назначения, при этом в качестве наполнителя композиция содержит отвержденную фенолоформальдегидную смолу и комплекс ванадия общей формулы VO(С36Н49O5N2), образующийся при извлечении ванадия из сбросных технологических растворов переработки передельных шлаков черной металлургии и представляющий собой порошок продукта взаимодействия метаванадата и бисаминофенолоформальдегидного олигомера, и дополнительно содержит смазку при следующем соотношении компонентов, мас.%: пульвербакелит 36-43,8, отвержденная феноло-формальдегидная смола 36-43,8, комплекс ванадия 10-25, смазка 2,4-3,0. Технический результат - повышение удельной прочности изделий из пористого углерода. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 246 509 C2

Полимерная композиция для пористых углеродных изделий на основе пульвербакелита, включающая наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя композиция содержит отвержденную фенолоформальдегидную смолу и комплекс ванадия общей формулы VO(С36Н49O5N2), образующийся при извлечении ванадия из сбросных технологических растворов переработки передельных шлаков черной металлургии и представляющий собой порошок продукта взаимодействия метаванадата и бисаминофенолоформальдегидного олигомера, и дополнительно содержит смазку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пульвербакелит 36-43,8

Отвержденная феноло-

формальдегидная смола 36-43,8

Комплекс ванадия 10-25

Смазка 2,4-3,0

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2246509C2

БУТЫРИН Г.М
Высокопористые углеродные материалы
- М.: Химия, 1976, с.103-104
Справочник по пластическим массам
Под ред
В.М.КАТАЕВА
- М.: Химия, 1975, т.2
Способ изготовления электрических сопротивлений посредством осаждения слоя проводника на поверхности изолятора 1921
  • Андреев Н.Н.
  • Ландсберг Г.С.
SU19A1
БУКИН В.И
и др
Экстракция ванадия азотсодержащими соединениями
Известия ВУЗОВ
Цветная металлургия
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1

RU 2 246 509 C2

Авторы

Симонов-Емельянов И.Д.

Шембель Н.Л.

Урбонайте Виктория

Букин В.И.

Даты

2005-02-20Публикация

2003-02-21Подача