Способ поверхностной модификации углеродных волокнистых материалов Советский патент 1993 года по МПК D01F11/12 

Изобретение 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.

П р и м е р 1. Углеродный жгут линейной плотности 400текс, полученный карбонизацией предварительно окисленной ПАН-нити при 1350°С, непрерывно пропускают через

камеру, в которую в течение 3 мин подают озоновоздушную смесь, содержащую 20 мг озона на 1 л смеси. При этом в камере озонирования создают давление на 50 мм вод.ст. ниже атмосферного за счет принудительного отсоса образующихся летучих продуктов. Из 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/мм2, модуль упругости при изгибе - 13600 кгс/мм2.

00

ON 00

ю со

В 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 , при сдвиге - 5,9 кгс/мм , модулем упругости при изгибе 13500 кгс/мм .

П р и м е р 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 обработке 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. Эпокси- углеплзстик на основе обработанной в этих условиях углеродной ленты имеет прочность при изгибе 160 кгс/мм , прочность при сдвиге - 8,3 кгс/мм2, модуль упругости при изгибе 14400 кгс/мм .

В контрольном опыте указанную углеродную ленту подвергают озонированию в течение 7 мин при этом же содержании озона в смеси, но процесс обработки осуществляют, поддерживая давление в аппарате на 2 мм вод.ст. выше атмосферного. Предел прочности полученного углепластика при изгибе составляет 130 кгс/мм2, при сдвиге - 6,0 кгс/мм2, модуль упругости при изгибе - 14100 кгс/мм2.

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 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 образующихся летучих продуктов.

Из обработанной углеродной ленты из- . готовляютуглепластик, характеризующийся пределом прочности при сдвиге 7,1 кгс/мм , при изгибе - 150 кгс/мм2, модулем упругости 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. Эпоксиуглепластик, изготовленный На основе такого материала; имеет прочность при сдвиге - 5,0 кгс/мм2, при изгибе- 135 кгс/мм , модуль упругости--17000 кгс/мм2.

П р и м е р 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/мм2 предел

5 прочности при сдвиге - 4,7 кгс/мм .

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

0 Углепластик на основе обработанной таким способом углеродной ткани имеет прочность при изгибе - 46 кгс/мм2, предел прочности при сдвиге - 3,3 кгс/мм2.

П р и м е р 5. Углеволокнистый материал

5 в виде трикотажа шириной 550 мм. толщиной 2 мм из нити линейной плотности 90 текс, полученный путем ступенчатого пиролиза исходного трикотажа на основе гидрат- целлюлозной нити с метрическим номером

0 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.

5 ниже атмосферного. Из обработанного таким способом углеволокнистого материала и фенольного связующего (фенолформаль- дегидная смола резольного типа марки 239) получают композиционный материал с

0 прочностью при изгибе - 35 кгс/мм2, при сдвиге - 3,5 кгс/мм2. .

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

5 1 мм вод.ст. выше атмосферного. Композит на основе такого материала имеет прочность при изгибе 20 кгс/мм2, при сдвиге - 2,5 кгс/мм2.

Как следует из примеров, способ по изо0 бретению позволяет существенно повысить эффективность процесса модификации и получить композиционные материалы с улучшенными механическими показателями..

5 Формула изобретения

Способ поверхностной модификации углеродных волокнистых материалов обработкой их в аппарате озоновоздушной смеськх отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процес51816823 6

са, обработку осуществляют при концентра-зующихся летучих продуктов до величины

ции озона 0,2-3,0 об.% 3-30 мин в условияхостаточного давления на 1-50 мм вод.ст ни1

принудительного отсоса из аппарата обра-же атмосферного.

Использование: в производстве высокопрочных высокомодульных углеволокни- стых 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 ре- зольной 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