Способ получения углеродных волокон Советский патент 1993 года по МПК D01F9/22 

Изобретение относится к получению высокопрочного высокомодульного углеродного волокна (УВ) на основе волокон из полимеров и сополимеров акрилонитрила, а именно к способу непрерывного процесса окисления исходных полиакрилонитриль- ных (ПАН) волокон.

Целью изобретения является повышение модуля упругости и прочности волокон и сокращения времени его обработки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения углеродных волокон на основе полимеров и сополимеров акрилонитрила путем последовательного окисления и карбонизации под натяжением, окисление проводят в две стадии, первую из которых.осуществляют при температуре 170-200°С в течение 30-120 мин и вытяжка волокна на 5-40%, вторую - при температуре 200-300°С в течение 4-8 ч и вытяжка волокна на 4-20%,

П р и м е р 1. ПАН-волокно, полученное формованием раствора гомополимера акрилонитрила в органические ванны, подвергают окислению кислородом воздуха на жестком каркасе в течение б ч. при постепенном подьеме температуры от 150-270°С. Полученное после карбонизации при 1100° У В имеет прочность 175 кг/мм2 и модуль упругости 19000 кг/мм2.

Пример 2. То же волокно, что и в примере 1, окисляют по непрерывному способу с вытяжкой 12%. Полученное после карбонизации при 1100°С УВ имеет прочность 156 кг/мм2 при модуле упругости 18000 кг/мм2.

Пример 3. То же волокно, что и в примере 1. подвергают окислению по предлагаемому способу непрерывного окисления в две стадии: I стадия - 150-190° в течение 2-х ч, вытяжка 0%. II стадия - 200- 270° в течение 4-х ч, вытяжка 0%.

Полученное после карбонизации при 1100°С УВ имеет прочность 173 кг/мм2 и модуль упругости 19000 кг/мм2, т.е. практически не отличается от волокна, полученного периодическим способом окисления на жестком каркасе (см. пример 1).

СП

с

00

--А

о

00

00

Пример 4. То же волокно, что и в примере 1, подвергают окислению по предлагаемому способу в две стадии.

Температурно-временной режим аналогичен приведенному в примере 3. Однако вытяжка волокна на первой стадии процесса составляет 6%. Полученное в этих условиях УВ имеет прочность 192 кг/мм и модуль упругости 25000 кг/мм2 (температура карбонизации 1100°С).

Пример 5. Волокно, полученное формованием раствора сополимера акрило- нитрила с метиактрилатом в органические ванны, окисляют как в примере 1. Получают после карбонизации при 1100° УВ с прочностью 180 кг/мм2 и модулем упругости 19000 кг/мм2.

Пример 6. То же волокно, что и в примере 5, окисляют как в примере 2. Полученное после карбонизации при 1100°УВ имеет прочность 190 кг/мм2 и модуль упругости 19000 кг/мм2.

П р и м е р 7. То же волокно, что и в примере 5, окисляют как в п. 3. Полученное после карбонизации при 1100°СУВ имеет прочность 150 кг/мм2 и модуль упругости 15000 кг/мм2.

Пример 8, То же волокно, что и в примере 5, окисляют как в примере 4. Получают после карбонизации при 1100° УВ с прочностью 192 кг/мм2 и модулем упругости 28000 кг/мм2.

Пример 9. Обработке по предложенному способу подвергают по- лиакрилонитрильное- волокно воднодиметилформамидного способа формования. Первую стадию обработки проводят при температуре 150-190°С в течение 2 ч и вытяжке 6 %. Вторую стадию проводят при температуре 200-270°С в течение 2 ч и вытяжке А %. Прочность полученного после карбонизации при 1500°С составляет 175 кг/мм2 и модуль упругости 25000 кг/мм . То

же волокно, окисленное на жестком каркасе, имеет прочность 140 кг/мм2 и модуль упругости 22000 кг/мм . То же волокно, окисленное по одностадийному непрерывному режиму в течение 6 ч при температурах от 150 до 270°С, имеет прочность 130 кг/мм2 и модуль упругости 19000 кг/мм2.

Пример 10. Полиакрилонитрильное волокно подвергают вытягиванию при окислении на первой стадии при температуре 195°С на 10% и на второй стадии при температуре 230°С на 4 %. Прочность волокна после карбонизации составила 250 кг/мм2 при модуле упругости 29000 кг/мм2.

Пример 11. Волокно подвергают окислению , как и в пункте 10, но вытяжка на второй стадии составляет 10%. Прочность карбонизированного волокна составила 260 кг/мм2 при модуле 3000 кг/мм2.

Пример 12. Волокно подвергают окислению так же, как и в примере 10, но вытяжка на первой стадии составляет 5% и на второй - 20%. Прочность волокна после карбонизации при температуре 1500°С со- 5 ставила 270 кг/мм при модуле упругости 32000 кг/мм2. Следует подчеркнуть, что такое высокое значение модуля упругости достигается обычно карбонизацией при температурах 2400-2500°С.

0

5

0

0

5

0

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я Способ получения углеродных волокон на основе полимеров и сополимеров акри- лонитрила путем последовательного окисления и карбонизации под натяжением, о т- личающийся тем, что, с целью повышения модуля упругости и прочности волокон и сокраа;ения времени его обработки, окисление проводят в две стадии, первую из которых осуа1ествляют при 170 200°С в течение 30-120 мин и вытяжке волокна на 5-40%, вторую - при 200-300°С в течение 4-8 ч и вытяжке волокна на 4-20%,

Сущность изобретения: способ непрерывного пиролиза волокна на основе сополимеров и полимеров акрилонитрила включает последовательное окисление и карбонизацию под натяжением; окисление проводят в две стадии вытягивания: первую из которых осуществляют в течение 30-120 мин при 170-200°С и вытяжке волокна на 5-40%, а вторую - при 200-300°С в течение 4-8 ч и вытяжке на 4-20%.