ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ непрерывного получения из гидратцеллюлозы углеродного волокна в виде однонаправленного жгута

Классы МПК:D01F9/00 Химические или аналогичные нити из других веществ; их производство; устройства, специально предназначенные для производства углеродных волокон
D01F9/16 из продуктов растительного происхождения или их производных, например ацетата целлюлозы
D01F9/12 углеродные волокна; устройства, специально предназначенные для их производства
D06M13/432 мочевиной, тиомочевиной или их производными, например биуретом; соединениями с включениями мочевины; дицианамидами; гуанидинами, например дициандиамидами
D06M11/13 галогенидами аммония или элементов первой группы периодической системы
D06M11/56 сульфатами или тиосульфатами элементов кроме третьей группы периодической системы
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Карасев Юрий Васильевич (RU),
Лазарев Михаил Николаевич (RU),
Моторин Сергей Васильевич (RU),
Озолин Александр Александрович (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-03-26
публикация патента:

Изобретение относится к технологии получения из гидратцеллюлозы углеродного волокна и может быть использовано в качестве наполнителей композиционных материалов конструкционного, теплозащитного, антиэлектростатического назначения, а также при производстве углеродных волокнистых адсорбентов, носителей катализаторов, материалов для защиты от электромагнитного излучения, наноструктурированных композитов, фуллеренов, нанотрубок и т.д. Способ включает пропитку раствором антипирена исходного однонаправленного жгута из гидратцеллюлозных волокон с мелкокристаллической ненапряженной структурой с диаметром филамента от 8,5 до 15 мкм при его линейной плотности 0,07÷0,17 текс, сушку, безокислительную стабилизационную карбонизацию и графитизацию. В качестве антипирена используют водный раствор, содержащий 150-200 г/л хлорида аммония и 10-30 г/л мочевины, или водный раствор, содержащий 250-300 г/л сульфата аммония и 20-40 г/л мочевины. Сушку проводят с использованием электрического обогрева при 120-140°С 30-60 мин. Перед карбонизацией жгут обрабатывают в кислородсодержащей атмосфере при 140-180°С в течение 30-90 мин. Многозонную карбонизацию выполняют в токе инертной среды со скоростью 2,5-4,5 м3/час в течение 40-80 мин по 5-10 мин в каждой зоне с усадкой исходного гидратцеллюлозного волокна на 10-30% и температурой от 170-230°С до 690-710°С. В процессе карбонизации осуществляют отбор продуктов пиролиза в зоне наибольшего их выделения за счет небольшого избыточного давления нейтрального газа 120-150 мм вод.ст. с непрерывным окислением в узлах сжигания. Графитизацию осуществляют при 1000-2400°С в среде азота или аргона с содержанием кислорода не более 0,001% со скоростью протяжки 15-50 м/час. Изобретение обеспечивает значительное сокращение длительности процесса, обеспечение значительного снижения влажности полученного углеродного волокна, обеспечение возможности проведения многозонной карбонизации с гарантированным поддержанием равномерной температуры каждой зоны, снижение выделения аморфного углерода как продукта распада смол и предотвращение его осаждения на поверхность изготавливаемого углеродного волокна. 6 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии непрерывного получения из гидратцеллюлозы углеродного волокна в виде однонаправленного жгута и может быть использовано при изготовлении углеродного волокна с заранее заданными свойствами, применяемого в качестве наполнителей композиционных материалов конструкционного, теплозащитного, антиэлектростатического назначения, а также при производстве углеродных волокнистых адсорбентов с регулируемой пористой структурой, в том числе сорбентов нового поколения для медицины, носителя катализаторов, материалов и изделий для защиты от электромагнитного излучения, наноструктурированных композитов, фуллеренов, нанотрубок и т.д.

Известен способ получения ткани из углеродных волокон путем непрерывной карбонизации ткани из целлюлозного волокна, включающий пропитку гидратцеллюлозного волокна антипиренами, сушку пропитанного волокна, безокислительную стабилизационную карбонизацию и графитизацию волокна (см. патент РФ № 2257429, МПК D01F 9/16, 2003 г.).

Однако известный способ при своем использовании имеет следующие недостатки:

- не обеспечивает возможность использования для процессов получения углеродного волокна в качестве исходного материала любого вида гидратцеллюлозного волокна,

- обладает высокой длительностью процесса,

- не всегда обеспечивает возможность получения углеродного волокна с заданными свойствами при максимальном содержании углерода,

- не всегда обеспечивает возможность получения углеродного волокна с заданным удельным электрическим сопротивлением,

- не всегда обеспечивает возможность получения углеродного волокна с высокими прочностными характеристиками при разрыве как элементарного углеродного волокна, так и его жгута в целом,

- не обеспечивает значительное снижение влажности полученного углеродного волокна,

- не обеспечивает возможность проведения многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации с гарантированным поддержанием равномерной температуры каждой зоны,

- не обеспечивает снижение выделения аморфного углерода как продукта распада смол и предотвращение его осаждения на поверхность изготавливаемого углеродного волокна.

Задачей изобретения является разработка способа непрерывного получения из гидратцеллюлозы углеродного волокна в виде однонаправленного жгута.

Техническим результатом является возможность использования для процессов получения углеродного волокна в качестве исходного материала любого вида гидратцеллюлозного волокна, значительное сокращение длительности процесса, обеспечение возможности получения углеродного волокна с заданными свойствами при максимальном содержании углерода, с заданным удельным электрическим сопротивлением, с высокими прочностными характеристиками при разрыве как элементарного углеродного волокна, так и его жгута в целом, обеспечение значительного снижения влажности полученного углеродного волокна, обеспечение возможности проведения многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации с гарантированным поддержанием равномерной температуры каждой зоны, снижение выделения аморфного углерода как продукта распада смол и предотвращение его осаждения на поверхность изготавливаемого углеродного волокна,

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложен способ непрерывного получения из гидратцеллюлозы углеродного волокна в виде однонаправленного жгута, включающий пропитку гидратцеллюлозного волокна антипиренами, сушку пропитанного волокна, безокислительную стабилизационную карбонизацию и графитизацию волокна, при этом в качестве исходного гидратцеллюлозного волокна используют однонаправленный жгут высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна с мелкокристаллической ненапряженной структурой, при этом диаметр филамента исходного гидратцеллюлозного волокна жгута выбран от 8,5 до 15 мкм при его линейной плотности 0,07÷0,17 текс, однонаправленный жгут исходного гидратцеллюлозного волокна пропитывают в качестве антипирена водным раствором хлорида аммония с концентрацией NH 4Cl в количестве 150-200 г/л, содержащим мочевину с концентрацией (NH2)2CO в количестве 10-30 г/л, или водным раствором сульфата аммония с концентрацией (NH4) 2SO4 в количестве 250-300 г/л, содержащим мочевину с концентрацией (NH2)2CO в количестве 20-40 г/л, сушку пропитанного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна проводят с использованием электрического обогрева, т.е. без использования паровых обогревательных сушилок, в интервале температур 120-140°C в течение 30-60 минут, затем перед безокислительной стабилизационной карбонизацией осуществляют предварительную обработку высушенного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна в кислородсодержащей атмосфере при температуре 140-180°C в течение 30-90 минут, затем выполняют в токе инертной среды со скоростью 2,5-4,5 м 3/час в течение 40-80 минут многозонную безокислительную стабилизационную карбонизацию в проходной печи с усадкой исходного гидратцеллюлозного волокна на 10-30%, при этом в первой зоне гидратцеллюлозное волокно термически обрабатывают при температуре 170-230°C в течение 5-10 минут, во второй зоне - при температуре 230-260°C в течение 5-10 минут, в третьей зоне - при температуре 260-290°C в течение 5-10 минут, в четвертой зоне - при температуре 275-320°C в течение 5-10 минут, в пятой зоне - при температуре 330-360°C в течение 5-10 минут, в шестой зоне - при температуре 410-440°C в течение 5-10 минут, в седьмой зоне - при температуре 580-600°C в течение 5-10 минут и в восьмой зоне - при температуре 690-710°C в течение 5-10 минут, при этом в качестве инертной среды проходной печи при проведении многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации используют азот, аргон или природный газ, в процессе многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации жгута пропитанного гидратцеллюлозного волокна осуществляют отбор продуктов пиролиза в зоне наибольшего их выделения за счет небольшого избыточного давления нейтрального газа 120-150 мм вод. ст. и осуществляют их непрерывное доокисление в узлах сжигания, затем выполняют графитизацию карбонизованного волокна при тем-ре 1000-2400°C в среде азота или аргона с содержанием кислорода не более 0,001%, при этом скорость протяжки жгута карбонизованного волокна при графитизации выбрана от 15 до 50 м/час. При этом в качестве исходного высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна с мелкокристаллической ненапряженной структурой однонаправленного жгута используют волокно, например, марки «Лиоцелл» или «Тенцель». При этом однонаправленный жгут исходного высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна перед пропиткой раствором хлорида аммония дополнительно пропитывают 4-5% кремнийорганическим раствором или суспензией, например раствором или суспензией полиметилсилоксана в ацетоне. При этом непрерывное доокисление продуктов пиролиза осуществляют в узлах сжигания при температуре 650-790°C при использовании дополнительной подачи сжатого воздуха со скоростью 0,05-0,6 м3/час. При этом жгут полученного углеродного волокна дополнительно подвергают анодной электрохимической обработке с плотностью тока 0,5-1,0 А/дм2. При этом жгут полученного углеродного волокна дополнительно активируют на воздухе, в среде водяного пара или в среде двуоксида углерода. При этом жгут полученного углеродного волокна дополнительно режут на куски заданной длины.

Способ осуществляется следующим образом. В качестве исходного гидратцеллюлозного волокна используют однонаправленный жгут высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна с мелкокристаллической ненапряженной структурой, например, марки «Лиоцелл» или «Тенцель», с диаметром филамента исходного гидратцеллюлозного волокна жгута от 8,5 до 15 мкм при его линейной плотности 0,07-0,17 текс. Однонаправленный жгут исходного гидратцеллюлозного волокна пропитывают в качестве антипирена водным раствором хлорида аммония с концентрацией NH4Cl в количестве 150-200 г/л, содержащим мочевину с концентрацией (NH2)2CO в количестве 10-30 г/л, или водным раствором сульфата аммония с концентрацией (NH4)2SO4 в количестве 250-300 г/л, содержащим мочевину с концентрацией (NH2) 2CO в количестве 20-40 г/л. При этом однонаправленный жгут исходного высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна перед пропиткой раствором хлорида аммония дополнительно пропитывают 4-5% кремнийорганическим раствором или суспензией, например раствором или суспензией полиметилсилоксана в ацетоне. Сушку пропитанного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна проводят с использованием электрического обогрева, т.е. без использования паровых обогревательных сушилок, в интервале температур 120-140°C в течение 30-60 минут. Затем перед безокислительной стабилизационной карбонизацией осуществляют предварительную обработку высушенного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна в кислородсодержащей атмосфере при температуре 140-180°C в течение 30-90 минут. Выполняют в токе инертной среды со скоростью 2,5-4,5 м3/час в течение 40-80 минут многозонную безокислительную стабилизационную карбонизацию в проходной печи с усадкой исходного гидратцеллюлозного волокна на 10-30% с использованием в качестве инертной среды проходной печи при проведении многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации азота, аргона или природного газа. В первой зоне гидратцеллюлозное волокно термически обрабатывают при температуре 170-230°C в течение 5-10 минут, во второй зоне - при температуре 230-260°C в течение 5-10 минут, в третьей зоне - при температуре 260-290°C в течение 5-10 минут, в четвертой зоне - при температуре 275-320°C в течение 5-10 минут, в пятой зоне - при температуре 330-360°C в течение 5-10 минут, в шестой зоне - при температуре 410-440°C в течение 5-10 минут, в седьмой зоне - при температуре 580-600°C в течение 5-10 минут и в восьмой зоне - при температуре 690-710°C в течение 5-10 минут. В процессе многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации жгута пропитанного гидратцеллюлозного волокна осуществляют отбор продуктов пиролиза в зоне наибольшего их выделения за счет небольшого избыточного давления нейтрального газа 120-150 мм вод.ст. и осуществляют их непрерывное доокисление в узлах сжигания при температуре 650-790°C при использовании дополнительной подачи сжатого воздуха со скоростью 0,05-0,6 м 3/час. Графитизацию карбонизованного волокна проводят при температуре 1000-2400°C в среде азота или аргона с содержанием кислорода не более 0,001%, при этом скорость протяжки жгута карбонизованного волокна при графитизации выбрана от 15 до 50 м/час. Жгут полученного углеродного волокна дополнительно подвергают анодной электрохимической обработке с плотностью тока 0,5-1,0 А/дм2. Жгут полученного углеродного волокна дополнительно активируют на воздухе, в среде водяного пара или в среде двуоксида углерода. Жгут полученного углеродного волокна дополнительно режут на куски заданной длины.

Среди существенных признаков, характеризующих предложенный способ непрерывного получения из гидратцеллюлозы углеродного волокна в виде однонаправленного жгута, отличительными являются:

- использование в качестве исходного гидратцеллюлозного волокна однонаправленного жгута высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна с мелкокристаллической ненапряженной структурой,

- выбор диаметра филамента исходного гидратцеллюлозного волокна жгута от 8,5 до 15 мкм при его линейной плотности 0,07-0,17 текс,

- пропитка однонаправленного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна в качестве антипирена водным раствором хлорида аммония с концентрацией NH4Cl в количестве 150-200 г/л, содержащим мочевину с концентрацией (NH2)2CO в количестве 10-30 г/л, или водным раствором сульфата аммония с концентрацией (NH4)2SO4 в количестве 250-300 г/л, содержащим мочевину с концентрацией (NH2) 2CO в количестве 20-40 г/л,

- проведение сушки пропитанного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна с использованием электрического обогрева, т.е. без использования паровых обогревательных сушилок, в интервале температур 120-140°C в течение 30-60 минут,

- осуществление перед безокислительной стабилизационной карбонизацией предварительной обработки высушенного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна в кислородсодержащей атмосфере при температуре 140-180°C в течение 30-90 минут,

- выполнение в токе инертной среды со скоростью 2,5-4,5 м3/час в течение 40-80 минут многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации в проходной печи с усадкой исходного гидратцеллюлозного волокна на 10-30%, при этом в первой зоне гидратцеллюлозное волокно термически обрабатывают при температуре 170-230°C в течение 5-10 минут, во второй зоне - при температуре 230-260°C в течение 5-10 минут, в третьей зоне - при температуре 260-290°C в течение 5-10 минут, в четвертой зоне - при температуре 275-320°C в течение 5-10 минут, в пятой зоне - при температуре 330-360°C в течение 5-10 минут, в шестой зоне - при температуре 410-440°C в течение 5-10 минут, в седьмой зоне - при температуре 580-600°C в течение 5-10 минут и в восьмой зоне - при температуре 690-710°C в течение 5-10 минут,

- использование в качестве инертной среды проходной печи при проведении многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации азота, аргона или природного газа,

- осуществление в процессе многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации жгута пропитанного гидратцеллюлозного волокна отбора продуктов пиролиза в зоне наибольшего их выделения за счет небольшого избыточного давления нейтрального газа 120-150 мм вод.ст. и осуществление непрерывного доокисления продуктов пиролиза в узлах сжигания,

- выполнение графитизации карбонизованного волокна при температуре 1000-2400°C в среде азота или аргона с содержанием кислорода не более 0,001%,

- при этом скорость протяжки жгута карбонизованного волокна при графитизации выбрана от 15 до 50 м/час,

- использование в качестве исходного высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна с мелкокристаллической ненапряженной структурой однонаправленного жгута волокна, например, марки «Лиоцелл» или «Тенцель»,

- выполнение перед основной пропиткой однонаправленного жгута исходного высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна раствором хлорида аммония дополнительной пропитки однонаправленного жгута исходного высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна 4-5% кремнийорганическим раствором или суспензией, например раствором или суспензией полиметилсилоксана в ацетоне,

- осуществление непрерывного доокисления продуктов пиролиза в узлах сжигания при температуре 650-790°C при использовании дополнительной подачи сжатого воздуха со скоростью 0,05-0,6 м3/час,

- выполнение дополнительной анодной электрохимической обработки с плотностью тока 0,5-1,0 А/дм2 жгута полученного углеродного волокна,

- дополнительное активирование на воздухе, в среде водяного пара или в среде двуоксида углерода жгута полученного углеродного волокна,

- выполнение резки жгута полученного углеродного волокна на куски заданной длины.

Экспериментальные, а затем и производственные исследования предложенного способа непрерывного получения из гидратцеллюлозы углеродного волокна в виде однонаправленного жгута показали его высокую эффективность. С использованием всех существенных признаков предложенного технического решения достигнута возможность использования для процессов получения углеродного волокна в качестве исходного материала любого вида гидратцеллюлозного волокна, достигнуто значительное сокращение длительности процесса, обеспечена возможность получения углеродного волокна с заданными свойствами при максимальном содержании углерода, а также с заданным удельным электрическим сопротивлением, с высокими прочностными характеристиками при разрыве как элементарного углеродного волокна, так и его жгута в целом. При этом было одновременно установлено, что с использованием предложенного способа обеспечено значительное снижение влажности полученного углеродного волокна, обеспечена возможность проведения многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации с гарантированным поддержанием равномерной температуры каждой зоны, снижено выделение аморфного углерода как продукта распада смол и предотвращение его осаждения на поверхность изготавливаемого углеродного волокна,

Реализация предложенного способа непрерывного получения из гидратцеллюлозы углеродного волокна в виде однонаправленного жгута иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В качестве исходного гидратцеллюлозного волокна использовали однонаправленный жгут высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна с мелкокристаллической ненапряженной структурой марки «Лиоцелл» с диаметром филамента исходного гидратцеллюлозного волокна жгута 12 мкм при его линейной плотности 0,12 текс. Однонаправленный жгут исходного гидратцеллюлозного волокна пропитали 5% кремнийорганическим раствором полиметилсилоксана в ацетоне. Затем жгут пропитали в качестве антипирена водным раствором хлорида аммония с концентрацией NH4Cl в количестве 200 г/л, содержащим мочевину с концентрацией (NH 2)2CO в количестве 20 г/л. Сушку пропитанного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна провели с использованием электрического обогрева, т.е. без использования паровых обогревательных сушилок, при температуре 130°C в течение 45 минут. Затем перед безокислительной стабилизационной карбонизацией осуществили предварительную обработку высушенного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна в кислородсодержащей атмосфере при температуре 180°C в течение 30 минут. Выполнили в токе инертной среды со скоростью 2,5 м3/час в течение 80 минут многозонную безокислительную стабилизационную карбонизацию в проходной печи с усадкой исходного гидратцеллюлозного волокна на 30% с использованием в качестве инертной среды проходной печи азота при проведении многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации. В первой зоне гидратцеллюлозное волокно термически обработали при температуре 170°C в течение 10 минут, во второй зоне - при температуре 230°C в течение 10 минут, в третьей зоне - при температуре 260°C в течение 10 минут, в четвертой зоне - при температуре 275°C в течение 10 минут, в пятой зоне - при температуре 330°C в течение 10 минут, в шестой зоне - при температуре 410°C в течение 10 минут, в седьмой зоне - при температуре 580°C в течение 10 минут и в восьмой зоне - при температуре 690°C в течение 10 минут. В процессе многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации жгута пропитанного гидратцеллюлозного волокна осуществили отбор продуктов пиролиза в зоне наибольшего их выделения за счет небольшого избыточного давления нейтрального газа 150 мм вод. ст. и непрерывное доокисление в узлах сжигания при температуре 790°C при использовании дополнительной подачи сжатого воздуха со скоростью 0,6 м3/час. Графитизацию карбонизованного волокна проводили при температуре 2400°C в среде азота с содержанием кислорода не более 0,001%, при скорости протяжки жгута карбонизованного волокна при графитизации 50 м/час. Жгут полученного углеродного волокна дополнительно подвергли анодной электрохимической обработке с плотностью тока 0,5 А/дм 2, затем дополнительно активировали в среде двуоксида углерода. Жгут полученного углеродного волокна может быть рарезан на куски заданной длины.

Получен жгут углеродного волокна с линейной плотностью 0,42 текс при содержании углерода 98%. Удельное объемное электрическое сопротивление углеродного волокна составляет 29 Ом/см при разрывной нагрузке 1,8 ГПа как элементарного углеродного волокна, так и его жгута в целом. Длительность процесса сокращена на 26%, обеспечено значительное снижение влажности полученного углеродного волокна до 1,8%. Обеспечена возможность проведения многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации с гарантированным поддержанием равномерной температуры каждой зоны, снижено выделение аморфного углерода как продукта распада смол и предотвращено его осаждение на поверхность изготавливаемого углеродного волокна.

Пример 2. В качестве исходного гидратцеллюлозного волокна использовали однонаправленный жгут высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна с мелкокристаллической ненапряженной структурой марки «Тенцель» с диаметром филамента исходного гидратцеллюлозного волокна жгута 8,5 мкм при его линейной плотности 0,07 текс. Однонаправленный жгут исходного гидратцеллюлозного волокна пропитали 4% кремнийорганической суспензией полиметилсилоксана в ацетоне. Затем жгут пропитали в качестве антипирена водным раствором хлорида аммония с концентрацией NH 4Cl в количестве 150 г/л, содержащим мочевину с концентрацией (NH2)2CO в количестве 30 г/л. Сушку пропитанного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна провели с использованием электрического обогрева, т.е. без использования паровых обогревательных сушилок, при температуре 120°C в течение 60 минут. Затем перед безокислительной стабилизационной карбонизацией осуществили предварительную обработку высушенного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна в кислородсодержащей атмосфере при температуре 140°C в течение 90 минут. Выполнили в токе инертной среды со скоростью 3,5 м3/час в течение 60 минут многозонную безокислительную стабилизационную карбонизацию в проходной печи с усадкой исходного гидратцеллюлозного волокна на 20% с использованием в качестве инертной среды проходной печи аргона при проведении многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации. В первой зоне гидратцеллюлозное волокно термически обработали при температуре 230°C в течение 5 минут, во второй зоне - при температуре 260°C в течение 5 минут, в третьей зоне - при температуре 290°C в течение 5 минут, в четвертой зоне - при температуре 320°C в течение 5 минут, в пятой зоне - при температуре 360°C в течение 5 минут, в шестой зоне - при температуре 440°C в течение 5 минут, в седьмой зоне - при температуре 600°C в течение 5 минут и в восьмой зоне - при температуре 710°C в течение 5 минут. В процессе многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации жгута пропитанного гидратцеллюлозного волокна осуществили отбор продуктов пиролиза в зоне наибольшего их выделения за счет небольшого избыточного давления нейтрального газа 120 мм вод. ст. и непрерывное доокисление в узлах сжигания при температуре 790°C при использовании дополнительной подачи сжатого воздуха со скоростью 0,3 м3/час. Графитизацию карбонизованного волокна проводили при температуре 1000°C в среде аргона с содержанием кислорода не более 0,001%, при скорости протяжки жгута карбонизованного волокна при графитизации 15 м/час. Жгут полученного углеродного волокна дополнительно подвергли анодной электрохимической обработке с плотностью тока 1,0 А/дм 3, затем дополнительно активировали в среде водяного пара. Жгут полученного углеродного волокна может быть разрезан на куски заданной длины.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ непрерывного получения из гидратцеллюлозы углеродного волокна в виде однонаправленного жгута, включающий пропитку гидратцеллюлозного волокна антипиренами, сушку пропитанного волокна, безокислительную стабилизационную карбонизацию и графитизацию волокна, отличающийся тем, что в качестве исходного гидратцеллюлозного волокна используют однонаправленный жгут высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна с мелкокристаллической ненапряженной структурой, при этом диаметр филамента исходного гидратцеллюлозного волокна жгута выбран от 8,5 до 15 мкм при его линейной плотности 0,07-0,17 текс, однонаправленный жгут исходного гидратцеллюлозного волокна пропитывают в качестве антипирена водным раствором хлорида аммония с концентрацией NH4Cl в количестве 150-200 г/л, содержащим мочевину с концентрацией (NH2)2CO в количестве 10-30 г/л, или водным раствором сульфата аммония с концентрацией (NH4)2SO4 в количестве 250-300 г/л, содержащим мочевину с концентрацией (NH2) 2CO в количестве 20-40 г/л, сушку пропитанного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна проводят при температуре 120-140°С в течение 30-60 мин, затем перед безокислительной стабилизационной карбонизацией осуществляют предварительную обработку высушенного жгута исходного гидратцеллюлозного волокна в кислородсодержащей атмосфере при температуре 140-180°С в течение 30-90 мин, затем выполняют в токе инертной среды со скоростью 2,5-4,5 м 3/час в течение 40-80 мин многозонную безокислительную стабилизационную карбонизацию в проходной печи с усадкой исходного гидратцеллюлозного волокна на 10-30%, при этом в первой зоне гидратцеллюлозное волокно термически обрабатывают при температуре 170-230°С в течение 5-10 мин, во второй зоне - при температуре 230-260°С в течение 5-10 мин, в третьей зоне - при температуре 260-290°С в течение 5-10 мин, в четвертой зоне - при температуре 275-320°С в течение 5-10 мин, в пятой зоне - при температуре 330-360°С в течение 5-10 мин, в шестой зоне - при температуре 410-440°С в течение 5-10 мин, в седьмой зоне - при температуре 580-600°С в течение 5-10 мин и в восьмой зоне - при температуре 690-710°С в течение 5-10 мин, при этом в качестве инертной среды проходной печи при проведении многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации используют азот, аргон или природный газ, в процессе многозонной безокислительной стабилизационной карбонизации жгута пропитанного гидратцеллюлозного волокна осуществляют отбор продуктов пиролиза в зоне наибольшего их выделения за счет небольшого избыточного давления нейтрального газа 120-150 мм вод.ст. и осуществляют их непрерывное до окисление в узлах сжигания, затем выполняют графитацию карбонизованного волокна при температуре 1000-2400°С в среде азота или аргона с содержанием кислорода не более 0,001%, при этом скорость протяжки жгута карбонизованного волокна при графитации выбрана от 15 до 50 м/ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходного высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна с мелкокристаллической ненапряженной структурой однонаправленного жгута используют волокно, например, марки «Лиоцелл» или «Тенцель».

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что однонаправленный жгут исходного высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна перед пропиткой раствором хлорида аммония дополнительно пропитывают 4-5% кремнийорганическим раствором или суспензией, например раствором или суспензией полиметилсилоксана в ацетоне.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что непрерывное доокисление продуктов пиролиза осуществляют в узлах сжигания при температуре 650-790°С, при этом используют дополнительную подачу сжатого воздуха со скоростью 0,05-0,6 м3/ч.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что жгут полученного углеродного волокна дополнительно подвергают анодной электрохимической обработке с плотностью тока 0,5-1,0 А/дм2.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что жгут полученного углеродного волокна дополнительно активируют на воздухе, в среде водяного пара или в среде двуоксида углерода.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что жгут полученного углеродного волокна дополнительно режут на куски заданной длины.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2429316

patent-2429316.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс D01F9/00 Химические или аналогичные нити из других веществ; их производство; устройства, специально предназначенные для производства углеродных волокон

Патенты РФ в классе D01F9/00:
способ карбонизации вискозных волокнистых материалов в процессе получения углеродных волокон -  патент 2520982 (27.06.2014)
способ получения полиакрилонитрильного волокна и способ получения углеродного волокна -  патент 2515856 (20.05.2014)
установка карбонизации волокнистых вискозных материалов для получения комбинированных углеродных нитей -  патент 2506356 (10.02.2014)
способ получения углеродных волокнистых материалов из вискозных волокон -  патент 2502836 (27.12.2013)
способ получения углеродного волокнистого материала -  патент 2490378 (20.08.2013)
способ получения анизотропного волокнообразующего нефтяного пека экстракцией ароматическими и гетероциклическими соединениями -  патент 2480509 (27.04.2013)
способ получения углеродного волокнистого материала -  патент 2475571 (20.02.2013)
способ модифицирования поверхности неорганического волокна, модифицированное волокно и композиционный материал -  патент 2475463 (20.02.2013)
волокна из поликристаллического корунда и способ их получения -  патент 2465247 (27.10.2012)
способ получения углеродного волокнистого материала -  патент 2459893 (27.08.2012)

Класс D01F9/16 из продуктов растительного происхождения или их производных, например ацетата целлюлозы

Патенты РФ в классе D01F9/16:
способ карбонизации вискозных волокнистых материалов в процессе получения углеродных волокон -  патент 2520982 (27.06.2014)
установка карбонизации волокнистых вискозных материалов для получения комбинированных углеродных нитей -  патент 2506356 (10.02.2014)
способ получения углеродных волокнистых материалов из вискозных волокон -  патент 2502836 (27.12.2013)
способ получения углеродного волокнистого материала -  патент 2490378 (20.08.2013)
способ получения углеродного волокнистого материала -  патент 2475571 (20.02.2013)
способ получения углеродного волокнистого материала -  патент 2459893 (27.08.2012)
способ получения углеродного волокна и материалов на его основе -  патент 2424385 (20.07.2011)
способ стабилизации углеродсодержащего волокна и способ получения углеродного волокна -  патент 2416682 (20.04.2011)
способ получения углеродных волокнистых структур путем карбонизации целлюлозного предшественника -  патент 2394949 (20.07.2010)
способ получения углеродного волокна и материалов на его основе -  патент 2384657 (20.03.2010)

Класс D01F9/12 углеродные волокна; устройства, специально предназначенные для их производства

Патенты РФ в классе D01F9/12:
способ карбонизации вискозных волокнистых материалов в процессе получения углеродных волокон -  патент 2520982 (27.06.2014)
способ получения углеродных волокнистых материалов из вискозных волокон -  патент 2502836 (27.12.2013)
способ получения углеродного волокнистого материала -  патент 2475571 (20.02.2013)
способ получения углеродного волокнистого материала -  патент 2459893 (27.08.2012)
установка для расправления углеродного жгута -  патент 2435877 (10.12.2011)
способ получения углеродных наноматериалов методом химического осаждения из газовой фазы -  патент 2434085 (20.11.2011)
нетканые волокнистые материалы и электроды из них -  патент 2429317 (20.09.2011)
способ получения углеродного волокна и материалов на его основе -  патент 2424385 (20.07.2011)
реактор синтеза углеродных нанотрубок -  патент 2424184 (20.07.2011)
способ стабилизации углеродсодержащего волокна и способ получения углеродного волокна -  патент 2416682 (20.04.2011)

Класс D06M13/432 мочевиной, тиомочевиной или их производными, например биуретом; соединениями с включениями мочевины; дицианамидами; гуанидинами, например дициандиамидами

Класс D06M11/13 галогенидами аммония или элементов первой группы периодической системы

Класс D06M11/56 сульфатами или тиосульфатами элементов кроме третьей группы периодической системы



Наверх