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

Изобретение относится к способам пол- чения высокопрочных высокомодульных глеродных волокон (УВ) на основе полиак- илонитрильных (ПАН) волокон, в частности процессу предварительной термообработ- (Ы ПАН на воздухе,

Целью изобретения является разработка способа, позволяющего улучшить физи- со-механические показатели волокна проводя стадию окисления таким образом, тобы температура обработки в течение все- |о процесса была равной или выше темпера- |уры стеклования обрабатываемого Материала предпочтительно на 5-20°С.

Сущность изобретения состоит в способе проведения тепловой или другой обра- Оотки, при котором нарастающую ((следствие химического превращения жесткость полимерной системы уменьшают со- фтветственным увеличением температуры Обработки, не допуская разрушения мате- фиала. Мерой жесткости полимерной системы принимают его температуру стеклования.

Таким образом температурно-времен- ный режим процессов, идущих с образованием сшивок или с циклизацией полимерных макромолекул, поддерживают так, чтобы температура обработки на всех этапах превращения превышала температуру стеклования вновь образующегося материала.

На чертеже приведена зависимость температуры стеклования от времени прогрева ПАН волокон на воздухе при постоянной температуре.

Зависимость температуры стеклования ЛАН-волокна от времени прогрева при постоянной температуре.

Из приведенных на чертеже данных следует, что все температурно-временные режимы, лежащие в области над кривой, должны приводить к получению материалов с худшими свойствами по сравнению с из00

со VJ о

00

делиями, полученными по температурно- временным режимам, отвечающим области под кривой температура стеклования - время.

Исходя из данных чертежа, следует ожидать разрушения материала, например, при времени окисления превышающем 6 часов и температуре 230°С.

По изменению плотности окисленного материала в зависимости от температуры и времени окисления, плотность волокна при прогреве более 6 ч при температуре 230°С начинает снижаться, что свидетельствует о начале разрушения, т.е. об образовании трещин и пустот.

Зависимость плотности окисленного волокна от температуры и времени прогрева при разных температурах 1-210, 2-220, 3-230 и 4-240°С.

Очевидно, что углеродное волокно, пол- ученное из волокна, окисленного при температуре ниже температуры стеклования, имеет пониженные прочностные характеристики вследствие увеличенного числа дефектов.

Аналогичные явления разрушения структуры волокна и снижения его прочности могут наблюдаться и в случае других полимеров, в процессе обработки которых происходит химическая сшивка или цикли- зация макромолекул, т.е. осуществляется переход к более жесткой системе.

По-видимому, предложенный способ может быть использован и при проведении процессов обработки других полимеров и волокон, например, жесткоцепных полиамидов, полиимидов и т.п.

Представленные примеры иллюстрируют предложенный способ при получении уг- леродных волокон на основе гомо- и сополимеров акрилонитрила.

Пример 1. ПАН-волокно подвергают окислению в течение 6 ч при температуре 230°С. После окисления плотность волокна составляет 1,54 г/см3, температура стеклования 230°С. После карбонизации прочность волокна равняется 376 кг/мм при модуле упругости 26000 кг/мм2.

В случае же окисления волокна в течение 9 ч при температуре 230°С, т.е. еще 3 ч после достижения температуры стеклования, плотность волокна после окисления составляет 1,46 г/см3, а прочность после карбонизации падает до 200 кг/мм2.

Пример 2. ПАН-волокно окисляют по следующему режиму: 2 ч при 2.10°С + 3 ч при 220°С и 1 ч при 230°С и 20 мин при 270°С. Температура стеклования образцов в процессе соответственно 205, 210, 215 и 250°С. (Всегда меньше, чем температура обработки). Прочность углеродного волокна, полученного из волокна, окисленного по указанному режиму, 250 кг/мм2. Модуль упругости 25000 кг/мм2.

Формула изобретения

Способ получения углеродных волокон на основе гомо- и сополимеров полиакрило- нитрила путем окисления и карбонизации исходных волокон, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности углеродных волокон, окисление проводят при температуре, равной или выше температуры стеклования окисленных полиакрилонит- рильных волокон на 5-20°С.

Изобретение относится к способам получения высокопрочных высокомодульных углеродных волокон на основе полиакрило- нитрильных волокон, в частности к процессу предварительной термообработки ПАВ на воздухе. Сущнрсть изобретения: волокна на основегомо- и сополимеров полиакрилонит- рила окисляют при температуре, равной или выше температуры стеклования окисленных акрилонитрильных волокон на 5-20°С и последующей карбонизацией. 1 ил.