RU1772241C - Способ получени углеродного текстильного наполнител композиционного материала - Google Patents

Abstract

Использование: изготовление углеродвы- сокомодульных текстильных наполнителей. Сущность изобретени : исходный жгут линейной плотности 850-13300 текс из полиак- рилонитрильных нитей термостабилизируют в кислородсодержащей среде до достижени  его плотности, равной 1350-1380 кг/м3, и штапелируют жгут. Непосредственно после штапелировани  жгута из штапелированных волокон на пневмомехнической пр дильной машине формируют пр жу. Из полученной пр жи формируют текстильное полотно с последующей его высокотемпературной обработкой в инертной среде. 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к технологии изготовлени  высокомодульных текстильных наполнителей на основе полиакрило- нитрильных (ПАН) волокон в виде ткани, трикотажа, нетканых материалов,  вл ющихс  армирующими наполнител ми композиционных материалов, и тканей технического назначени .

Наиболее близким техническим решением  вл етс  способ получени  наполнител , заключающийс  в термостабилизации исходных ПАН волокон, переработке их в пр жу, формировании из пр жи трикотажного полотна и композиционного материала в виде пакета из в заных дисков с последующей высокотемпературной обработкой композиционного материала.

Однако этот способ имеет следующие недостатки:

при получении пр жи используют классический многопереходный метод пр дени  с об зательной операцией предварительного аппретировани  термостабилизированного ПАН жгута, поскольку при отсутствии аппретировани  жгута штапелированна  лента не имеет св зности между отдельными волокнами и на технологических переходах классического способа пр дени  (кардочесание, ленточные и ровничные переходы ) наблюдаетс  осыпание штапельков и нарушение целостности ленты, то есть технологические возможности этого способа невысокие;

способ получени  пр жи с включением операции трощени  позвол ет получить пр жу ограниченного ассортимента - пр жу линейной плотности 176 текс (88 текс х 2). Данных о возможности получени  пр жи более низкой линейности плотности (более тонкой пр жи) и, следовательно, более высокого качества по этой технологии не приводитс .

Целью изобретени   вл етс  повышение качества наполнител  и расширение его ассортимента и технологических возможностей способа.

Х8 х| Ю

Ю

Это достигаетс  тем, что в способе получени  углеродного текстильного наполнител  композиционного материала, заключающемс  в термостабилизации исходного жгута полиак- рилонитрильных в кислородсодержащей среде , их штапелировании, формировании из штапелированных волокон пр жи и формировании из пр жи текстильного полотна с последующей его высокотемпературной обработкой в инертной среде, в качестве исходного жгута используют жгут линейной плотности 850-13300 текс, термостабилизацию жгута провод т до достижени  его плотности, равной 1350-1380 кг/м3, а формирование пр жи из шталелироваиных волокон осуществл ют на пневмомеханической пр дильной машине непосредственно после штапелировани  нитей жгута.

При термостабилизации ПАН волокна происходит преобразование линейной структуры ПАН а циклическую, характерную дл  термостабилизированного ПАН. При этом пикнометрическа  плотность материала измен етс  от 1200 кг/м3 (дл  исходного ПАН волокна) до 1400-1450 кг/м3 (дл  волокна , прошедшего полный процесс термостабилизации ). Этот процесс сопровождаетс  уменьшением физико-механических свойств (разрывна  нагрузка, удлинение, эластические свойства, характерные дл  исходного ПАН волокна) и, естественно, при этом ухудшаетс  способность к текстильной переработке .

Необходимость получени  термостабилизированного ПАН жгута с пикнометриче- ской плотностью 1350-1380 кг/м обусловлено следующим:

-недоокисленный ПАН жгут {пикнометрическа  плотность ниже 1350 кг/м3) прекрасно перерабатываетс  в пр жу, так как волокно еще обладает достаточно высокими эластическими свойствами, в св зи с тем, что зациклизованные фрагменты не образовались во всем о-бъеме волокна и частично сохран етс  линейна  структура полимера. Из такой пр жи можно получить ткань с высокими физико-механическими характеристиками , но при последующей высокотемпературной обработке 1400-2000°С она сгорает, так как не получена необходима  структура волокна, способна  выдержать высокую температуру (пример 4 табл.);

-ПАН жгут с пикнометрической плотностью выше 1380 кг/м3, дл  которого характерно наличие большого количества зациклизованных фрагментов (что подтверждаетс  методом электронного парамагнитного резонанса), обладает повышенными жесткостью и хрупкостью и низкими разрывными характеристиками. Переработка в

пр жу при этом затрудн етс , а полученные образцы пр жи имеют низкие прочностные показатели, что делает невозможным переработку ее в текстильные структуры (пример

5 табл.).

Интервал пикнометрической плотности термостабилизированного ПАН жгута 1350-1380 кг/м3, обеспечивающий возможность получени  качественной пр жи,

0 пригодной дл  дальнейшей текстильной переработки на стандартном текстильном оборудовании, и позвол ющей осуществл ть последующую высокотемпературную обработку текстильного наполнител , выбран

5 экспериментально.

При этом расшир ютс  технологические возможности способа-достаточно высокие эластичные свойства термостабилизированного жгута позвол ют перерабатывать получен0 ную из него пр жу на автоматизированных ткацких и трикотажных машинах, получа  наполнители в широком ассортименте (ткани различного переплетени  и трикотаж различной структуры при различной толщи5 не наполнител , если использовать при его изготовлении пр жу различной линейной плотности: 50 текс (25 текс х 2) и выше.

В предлагаемом способе получени  углеродного текстильного наполнител  ис0 пользуетс  пр жа, получаема  пневмомеханическим (однопереходным) способом пр дени . Однопереходный способ позвол ет вырабатывать пр жу из волокон, отличающихс  повышенной хрупкостью и электризуемостью,

5 без дополнительной обработки аппретирующими компонентами, и плохо выдерживающих многочисленные технологические переходы, характерные дл  традиционных, классических систем пр дени . Превращение

0 термостабилизированного ПАН жгута в пр жу осуществл етс  путем штапелировани  неодновременным разрывом элементарных волокон жгута за счет сверхвысокой выт жки с созданием дискретного потока волокон

5 и формированием из него пр жи с использованием пневмомеханической пр дильной камеры. Устройство штапелировани  и пневмомеханическа  пр дильна  камера объединены в один блок.

0Применение пневмомеханического способа пр дени  позвол ет получить пр жу, отличающуюс  наличием сердечника с меньшей плотностью упаковки волокон и обвивочного сло  с большим числом воло5 кон, чем пр жа кольцевого пр дени . В результате уменьшаетс  коэффициент распр мленности волокон и повышаетс  ворсистость пр жи.

Использование такой пр жи позвол ет унизить массу наполнител , его толщину,

увеличить застилистость, что уменьшает воздухопроницаемость при сохранении, в основном, физико-механических показателей . Это способствует повышению качества текстильного наполнител  и расширению области его использовани .

Дл  получени  пр жи в качестве сырь  используетс  ПАН жгутлинейной плотности 850-13300 текс. Жгут с линейной плотностью ниже 850 текс использовать нецелесо- образно с точки зрени  экономики производства. Также нецелесообразно при конкретном пневмомеханическом способе пр дени  применение в качестве сырь  ПАН жгута большей (от за вленной) линей- ной плотности, так как он будет обладать значительной неравномерностью физико- механических показателей, что обусловлено неравномерностью прогрева толстого жгута на стадии термостабилизации. Свой- ства пр жи и соответственно текстильного наполнител  наход тс  в пр мой зависимости от физико-механических показателей термостабилизированного ПАН жгута.

Пример. ПАН жгут линейной плот- ности 850 текс (ТУ 6-12-5757604-9-89) подвергают термостабилизации в кислородсодержащей атмосфере при температуре 220°С до получени  пикнометрической плотности волокна 1370 . Жгут перера- батывают в одиночную пр жу линейной плотности 25 текс и более пневмомеханическим способом пр дени . Дл  уравновешивани  структуры одиночна  пр жа складываетс  в два конца при совместном подкручивании в сторону, противоположную первоначальной крутке, до получени  пр жи линейной плотности 50 текс и более. Физико-механические показатели приведены в таблице. Из пр жи вырабатывают ткань полотн ного переплетени  и подвергают ее высокотемпературной обработке при температуре выше 2000°С в инертной атмосфере. Физико-механические показатели ткани приведены в таблице, пример 1.

В таблице примеры 2, 3, 6, приведены свойства пр жи и текстильных наполнителей (ткань различного переплетени , трикотаж ), полученных из ПАН термостабилизи- рованных жгутов на основе исходного сырь  разной линейной плотности от 1700 до 13300 текс. Данные о вли нии степени термостабилизации ПАН волокна (различна  величина пикнометрической плотности 1330 кг/м3 и 1410 кг/м3) на возможность получени  пр жи и текстильного наполнител  - примеры 4 и 5 описаны выше.

Анализ приведенных данных в таблице показывает, что использование при получении пр жи термостабилизированного ПАН жгута с пикнометрической плотностью волокна ниже или выше за вл емых в формуле не позвол ет получить углеродный волокнистый наполнитель.

Использование предлагаемого способа позвол ет повысить качество текстильного наполнител  (снизить толщину и массу наполнител ), расширить ассортимент за счет варьировани  толщины наполнител , вида переплетени  и структуры соответственно дл  тканых и трикотажных наполнителей; расширить технологические возможности способа.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ получени  углеродного текстильного наполнител  композиционного материала, заключающийс  в термостабилизации исходного жгута полиакрилонит- рильных нитей в кислородсодержащей среде, их штапелировании, формировании из штапелированных волокон пр жи и формировании из пр жи текстильного полотна с последующей его высокотемпературной обработкой в инертной среде, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества наполнител  и расширени  егоас- соримента и технологических возможностей способа, в качестве исходного жгута используют жгут линейной плотности 850- 13300 текс, термостабилизацию жгута провод т до достижени  его плотности, равной 1350-1380 кг/м , а формирование из штапелированных волокон пр жи осуществл ют на пневмомеханической пр дильной машине и непосредственно после штапелирова- ни  нитей жгута.

   Я--- предел прочности при изгибе нити о пластике, ЕЙ - модуль упругости при изгибе нити пластике; Эр- предел прочности при раст жении;

   Наполнитель получен на автоматизированном станке.