RU2213820C1 - Method of producing nonwoven carbon material - Google Patents

Method of producing nonwoven carbon material Download PDF

Info

Publication number
RU2213820C1
RU2213820C1 RU2002121875A RU2002121875A RU2213820C1 RU 2213820 C1 RU2213820 C1 RU 2213820C1 RU 2002121875 A RU2002121875 A RU 2002121875A RU 2002121875 A RU2002121875 A RU 2002121875A RU 2213820 C1 RU2213820 C1 RU 2213820C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
density
viscose
materials
nonwoven
woven material
Prior art date
Application number
RU2002121875A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.А. Лысенко
О.В. Асташкина
О.Ю. Мухина
И.А. Пискунова
Д.Г. Галунов
Анатолий Алексеевич Якобук
Михаил Васильевич Полховский
Петр Николаевич Гриневич
Олег Валерьевич Крючков
Владимир Николаевич Докучаев
Original Assignee
Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна
Республиканское Унитарное Предприятие "Светлогорское Производственное Объединение "Химволокно"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна, Республиканское Унитарное Предприятие "Светлогорское Производственное Объединение "Химволокно" filed Critical Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна
Priority to RU2002121875A priority Critical patent/RU2213820C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2213820C1 publication Critical patent/RU2213820C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: textile industry. SUBSTANCE: method involves forming nonwoven material of viscose raw material from two outer needle stitchable layers with number of punctures ranging from 60×104 to 250×104 per 1 sq.m and surface density of 150-450 g/sq.m, said layers being produced from viscose stapled filaments of at least 0.18 mm length, and inner carcass layer with surface density of 9.5- 38.0 g/sq.m, said inner carcass layer being composed of continuous viscose threads with density of 192 tex or 380 tex and extending in parallel with one another along outer layers; providing surface density ratio of nonwoven outer layers and inner carcass layer of (15.5-47.0):(1-4): (15.5-47.0); performing needle stitching of viscose raw material for obtaining of nonwoven material having volumetric density of 45.5-49.2 kg/cu.m and total number of punctures of from 120×104 to 50×104 per 1 sq.m; carbonizing resultant nonwoven material in nitrogen medium while permanently increasing temperature from 240 C to 600-700 C for 10-15 min; activating resultant carbonized nonwoven material with adjustable volumetric density and air-permeability at final temperatures of 650-850 C for 15-50 min or graphitizing said material at temperatures of 1,500-2,500 C for 7-20 min. Material of such structure may be used for manufacture of heat-insulating, current-conductive and filtering materials. EFFECT: adjustable strength, improved air-permeability, filtering and sorptive capacity of nonwoven material due to reduced volumetric density of carbon materials and wider range of usage. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области получения углеродных нетканых материалов, в том числе карбонизованных, активированных и графитированных, используемых в качестве теплоизоляционных, электропроводящих и фильтрующих материалов. The invention relates to the field of production of carbon non-woven materials, including carbonized, activated and graphitized, used as heat-insulating, electrically conductive and filtering materials.

Аналогом к заявленному изобретению является способ получения нетканого материала - картона [патент RU 2087609, кл. D 21 F 1/00, 1997], заключающийся во введении в структуру формующегося материала в процессе его изготовления непосредственно на стадии формования на сетке при помощи подающего приспособления, установленного в зоне формования на расстоянии от сетки, армирующего материала (нити, ровницы, ткани разреженных структур). Устройство для армирования нетканого материала, известное из вышеуказанного источника, работает следующим образом. Проходя через сетку, волокнистая масса оседает на ней, формуя нетканый материал. Армирующие нити, разматываемые с бобин, пройдя через нитепроводники и трубки подающего приспособления, поступают на поверхность частично сформованного материала, покрываясь волокнистой массой. При подаче армирующих нитей в середине процесса формования нетканого материала, они будут расположены в толще материала, т.е. посередине поперечного сечения нетканого материала. Армированные изложенным выше способом нетканые материалы, бумага, картон практически обладают прочностными характеристиками самого армирующего материала. An analogue to the claimed invention is a method for producing non-woven material - cardboard [patent RU 2087609, cl. D 21 F 1/00, 1997], which consists in introducing into the structure of the material to be molded during its manufacture directly at the stage of forming on the mesh using a feed device installed in the molding zone at a distance from the mesh, reinforcing material (threads, rovings, sparse fabrics structures). A device for reinforcing a nonwoven material, known from the above source, operates as follows. Passing through the mesh, the pulp settles on it, forming a non-woven material. Reinforcing threads unwound from bobbins, passing through the thread conductors and tubes of the feeding device, enter the surface of the partially molded material, covered with fibrous mass. When reinforcing filaments are fed in the middle of the process of forming non-woven material, they will be located in the thickness of the material, i.e. in the middle of the cross section of the nonwoven material. Reinforced by the above method, non-woven materials, paper, cardboard practically possess the strength characteristics of the reinforcing material itself.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является способ получения нетканого материала, включающий в себя формирование холста из органического сырья (вискозных непрерывных нитей), его иглопрокалывание, последующую карбонизацию, активацию или графитацию материала [патент BY 2136, кл. D 04 Н 1/42, 1998] . Для этого некрученые вискозные нити (ТУ 6-12-00204056-7-92), например 192 текс, через нитепроводящую гарнитуру непрерывно подают на питающий механизм полотнообразующей машины ЛИН-1600-30. Питающий механизм подает некрученые нити на эжекционно-раскладывающее устройство, которое формует холст на сетке транспортера, затем холст подвергают иглопрокалыванию в две стадии: 1 стадия - число проколов 60-80 на 1 см2 (60•104-80•104 на 1 м2), 2 стадия - число проколов 200-250 на 1 см2 (200•104-250•104 на 1 м2). Полученный нетканый материал с общим числом проколов 260-330 на 1 см2 (260•104-330•104 на 1 м2) и поверхностной плотностью от 300 до 800 г/м2 подают на карбонизацию, которая протекает в инертной среде (в токе азота) с постепенным подъемом температуры от 240 до 630oС. Затем карбонизованный нетканый материал (прочность в зависимости от поверхностной плотности - 100-200 Н/5 см) подвергают активации при температуре 750-850oС в водяном паре в течение 15-50 мин. Полученные активированные нетканые материалы обладают сорбционной емкостью по метиленовому голубому 300-380 мг/г и прочностью 70-120 Н/5 см. Или после карбонизации проводят графитацию нетканого материала при температуре 2200-2350oС в течение 7-20 мин и получают графитированные нетканые материалы прочностью 150-300 Н/5 см.The closest analogue to the claimed invention is a method for producing non-woven material, which includes the formation of a canvas from organic raw materials (continuous viscose rayon), its needling, subsequent carbonization, activation or graphitization of the material [patent BY 2136, cl. D 04 H 1/42, 1998]. For this, untwisted viscose yarns (TU 6-12-00204056-7-92), for example 192 tex, are continuously fed through the thread-conducting headset to the feeding mechanism of the LIN-1600-30 web-forming machine. The feeding mechanism feeds untwisted yarns to the ejection-folding device, which forms the canvas on the conveyor mesh, then the canvas is needle-pierced in two stages: stage 1 - the number of punctures 60-80 per 1 cm 2 (60 • 10 4 -80 • 10 4 per 1 m 2 ), stage 2 - the number of punctures 200-250 per 1 cm 2 (200 • 10 4 -250 • 10 4 per 1 m 2 ). The resulting non-woven material with a total number of punctures of 260-330 per 1 cm 2 (260 • 10 4 -330 • 10 4 per 1 m 2 ) and a surface density of 300 to 800 g / m 2 is fed to carbonization, which takes place in an inert medium ( in a stream of nitrogen) with a gradual increase in temperature from 240 to 630 o C. Then the carbonized non-woven material (strength depending on the surface density - 100-200 N / 5 cm) is subjected to activation at a temperature of 750-850 o C in water vapor for 15 -50 min The obtained activated nonwoven materials have a sorption capacity for methylene blue of 300-380 mg / g and a strength of 70-120 N / 5 cm. Or, after carbonization, graphitization of the nonwoven material is carried out at a temperature of 2200-2350 o C for 7-20 minutes and get graphite nonwoven materials with a strength of 150-300 N / 5 cm.

Обладая возможностью получения нетканого материала из углеродных волокон с регулируемым диапазоном поверхностной плотности и прочности, рассматриваемая технология, однако, позволяет получать углеродные нетканые материалы только с высокими объемными плотностями (30-55,5 кг/м3), обусловленными тем, что структура нетканого материала сформирована системой непрерывных нитей, которые принципиально не могут быть разделены на филаменты. При термообработке объемная плотность нетканых материалов увеличивается, в силу того что в процессе термообработки увеличивается плотность материала по отношению к исходному вискозному материалу. Отсутствие возможности непрерывных вискозных нитей перемещаться друг относительно друга в процессе термообработки ведет к получению углеродных материалов с высокой объемной плотностью, а следовательно, низкой воздухопроницаемостью. Для активированных материалов, полученных по рассматриваемой технологии, характерна невысокая сорбционная емкость, что связано с невозможностью проведения процесса глубокой активации у материалов с высокой объемной плотностью.Having the ability to obtain non-woven material from carbon fibers with an adjustable range of surface density and strength, the technology under consideration, however, allows to obtain carbon non-woven materials only with high bulk densities (30-55.5 kg / m 3 ), due to the fact that the structure of the non-woven material formed by a system of continuous filaments, which basically cannot be divided into filaments. During heat treatment, the bulk density of non-woven materials increases, due to the fact that during the heat treatment, the density of the material increases with respect to the initial viscose material. The inability of continuous viscose yarns to move relative to each other during the heat treatment leads to the production of carbon materials with a high bulk density and, consequently, low air permeability. The activated materials obtained by the technology under consideration are characterized by a low sorption capacity, which is associated with the impossibility of carrying out a deep activation process in materials with a high bulk density.

Целью заявленного решения является устранение указанных недостатков, а именно улучшение технологичности процесса за счет армирования наружных слоев нетканых материалов из штапелированных волокон непрерывными вискозными нитями, расположенными параллельно друг другу вдоль наружных слоев, при одновременном повышении воздухопроницаемости и, как следствие, фильтрующей способности, а также повышении сорбционных свойств для активированных нетканых материалов за счет снижения объемной плотности получаемых углеродных материалов и сохранении их регулируемой прочности. The aim of the claimed solution is to eliminate these drawbacks, namely, improving the processability by reinforcing the outer layers of nonwoven fabrics of staple fibers with continuous viscose threads parallel to each other along the outer layers, while increasing air permeability and, as a consequence, filtering ability, as well as increasing sorption properties for activated non-woven materials by reducing the bulk density of the obtained carbon materials and preserving enii their adjustable strength.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения углеродного нетканого материала включает в себя формирование нетканого материала из вискозного сырья, его иглопрокалывание, последующую карбонизацию полученного нетканого материала в среде азота при постепенном повышении температуры от 240oС, отличающийся тем, что нетканый материал формируют из двух наружных иглопробивных слоев с числом проколов от 60•104 до 250•104 на 1 м2 и поверхностной плотностью 150-450 г/м2, полученных из вискозных штапелированных волокон с длиной не менее 0,18 мм, и внутреннего каркасного слоя с поверхностной плотностью 9,5-38,0 г/м2, состоящего из непрерывных вискозных нитей 192 или 380 текс, расположенных параллельно друг другу вдоль наружных слоев, при этом соотношение поверхностных плотностей нетканых наружных слоев и внутреннего каркасного слоя составляет - (15,5-47,0):(1-4):(15,5-47,0), иглопрокалывают с получением нетканого материала объемной плотностью 45,5-49,2 кг/ м3 и общим числом проколов от 120•104 до 500•104 на 1 м2, а последующую карбонизацию осуществляют при постепенном повышении температуры от 240 до 600-700oС в течение 10-50 мин. Полученный таким образом карбонизованный нетканый материал с регулируемой объемной плотностью и воздухопроницаемостью подвергают активации при конечных температурах 650-850oС в течение 15-50 мин или графитации при 1500-2500oС в течение 7-20 мин.The problem is achieved in that the method of producing carbon non-woven material includes the formation of non-woven material from viscose raw materials, its needle-piercing, subsequent carbonization of the obtained non-woven material in nitrogen with a gradual increase in temperature from 240 o C, characterized in that the non-woven material is formed of two external needle-punched layers with the number of punctures from 60 • 10 4 to 250 • 10 4 per 1 m 2 and a surface density of 150-450 g / m 2 obtained from viscose stapled fibers with a length of at least 0.18 mm and the inner frame layer with a surface density of 9.5-38.0 g / m 2 , consisting of continuous viscose yarns 192 or 380 tex, parallel to each other along the outer layers, with the ratio of the surface densities of the nonwoven outer layers and the inner frame layer is - (15.5-47.0) :( 1-4) :( 15.5-47.0), needle-pierced to obtain a nonwoven material with a bulk density of 45.5-49.2 kg / m 3 and the total number of punctures from 120 • 10 4 to 500 • 10 4 per 1 m 2 , and subsequent carbonization is carried out with a gradual increase in temperature from 240 to 600-700 o C within 10-50 minutes Thus obtained carbonized non-woven material with controlled bulk density and air permeability is subjected to activation at final temperatures of 650-850 o C for 15-50 minutes or graphitization at 1500-2500 o C for 7-20 minutes

Известно использование каркасных слоев для армирования в продольном направлении нетканого материала, бумаги, картона, получаемых из водной суспензии, с целью придания прочности армируемым материала - см. аналог. В заявляемом способе получения углеродных нетканых материалов также применяется армирование нетканого материала непрерывными нитями, которые являются как упрочняющим элементом, так и элементом, объединяющим наружные слои, состоящие из штапелированных волокон, иглопрокалыванием. Одновременно нити каркасного слоя выполняют роль нитей-транспортеров при проведении нетканого материала через все технологические стадии получения углеродных нетканых материалов широкого спектра применения. It is known to use frame layers for reinforcing in the longitudinal direction non-woven material, paper, cardboard, obtained from an aqueous suspension, in order to give strength to the reinforced material - see analogue. In the inventive method for producing carbon nonwoven materials, reinforcing the nonwoven material with continuous threads, which are both a reinforcing element and an element combining the outer layers consisting of stapled fibers, needle piercing, is also used. At the same time, the yarns of the skeleton layer act as conveyor yarns when conducting nonwoven material through all technological stages of producing carbon nonwoven materials of a wide range of applications.

Известно применение вискозного сырья для получения нетканых углеродных материалов - см. прототип. Однако использование непрерывных вискозных нитей при получении нетканого материала иглопрокалыванием не позволяет получать нетканые материалы, в том числе и углеродные нетканые материалы с низкими объемными плотностями и высокой воздухопроницаемостью, при одновременном сохранении высокой регулируемой прочности. В заявляемом способе в процессе получения нетканых материалов с низкими объемными плотностями и высокой воздухопроницаемостью, при сохранении регулируемой высокой прочности, формируют наружные слои из вискозных штапелированных волокон с показателями, изложенными выше. Остальная совокупность признаков, изложенных в отличительной части формулы изобретения, в уровне технике авторами не обнаружена, что позволяет сделать вывод о существенности отличий. It is known the use of viscose raw materials for the production of non-woven carbon materials - see prototype. However, the use of continuous viscose yarns in the production of non-woven material by needle-piercing does not allow non-woven materials, including carbon non-woven materials with low bulk densities and high air permeability, while maintaining high adjustable strength. In the inventive method in the process of obtaining non-woven materials with low bulk densities and high breathability, while maintaining an adjustable high strength, the outer layers of viscose stapled fibers are formed with the indicators described above. The rest of the set of features set forth in the characterizing part of the claims in the prior art is not found by the authors, which allows us to conclude that the differences are significant.

На фиг.1 показана принципиальная схема получения нетканого материала по заявляемому способу, где
1 - наружные слои иглопробивного материала из вискозных штапелированных нитей;
2 - непрерывные вискозные нити;
3 - нитепроводники (гребенка);
4 - направляющие вальцы;
5 - прижимные вальцы;
6 - иглопробивной агрегат ИМ-1800М-А;
7 - армированный нетканый материал;
8 - печь карбонизации;
9 - карбонизованный нетканый материал;
10 - печь активации;
11 - активированный нетканый материал;
12 - печь графитации;
13 - графитированный нетканый материал.Figure 1 shows a schematic diagram of the production of nonwoven material according to the claimed method, where
1 - the outer layers of needle-punched material from viscose stapled threads;
2 - continuous viscose yarn;
3 - thread conductors (comb);
4 - guide rollers;
5 - pressure rollers;
6 - needle-punched unit IM-1800M-A;
7 - reinforced non-woven material;
8 - carbonization furnace;
9 - carbonized non-woven material;
10 - activation furnace;
11 - activated non-woven material;
12 - graphitization furnace;
13 - graphitized non-woven material.

Заявляемый способ получения нетканого углеродного материала осуществляют путем получения армированного нетканого материала, его карбонизацией, последующей графитацией или активацией. Для получения армированного нетканого материала предварительно нарабатываются наружные слои и нити каркасного слоя. The inventive method for producing non-woven carbon material is carried out by obtaining a reinforced non-woven material, its carbonization, subsequent graphitization or activation. To obtain a reinforced non-woven material, the outer layers and threads of the carcass ply are pre-fabricated.

В качестве наружных слоев используют волокнистые холсты из вискозных штапелированных волокон, например некондиционного сырья, со следующим метрическим составом, определенным экспериментально:
длиной 18-25 мм - не более 5%;
длиной 26-40 мм - 8-12%;
длиной 41-80 мм - 41-48%;
длиной 81-120 мм - не менее 35%.As the outer layers use fibrous canvas from viscose stapled fibers, such as substandard raw materials, with the following metric composition determined experimentally:
18-25 mm long - not more than 5%;
26-40 mm long - 8-12%;
41-80 mm long - 41-48%;
81-120 mm long - not less than 35%.

Низкая объемная плотность получаемых материалов по сравнению с неткаными материалами из непрерывных вискозных нитей обеспечивается за счет содержания в наружных слоях штапелированных волокон различного метрического состава. Массу штапелированных волокон известными способами предварительно разрыхляют и подают на чесальную машину, где из прочеса формируют холст с объемной плотностью 24-26 кг/м3. При этом волокна длиной 26-80 мм обеспечивают несминаемость и объемность получаемого нетканого материала. Волокна длиной 81-120 мм, пронизывая всю массу получаемого прочеса и в дальнейшем нетканого материала, позволяют уже на стадии получения прочеса объединить все волокна в единую массу холста. Образовавшаяся структура прочеса, даже без иглопрокалывания, позволяет удерживать волокна длиной 18-25 мм в массе холста. Далее готовый волокнистый холст подвергают одностороннему иглопрокалыванию (иглы расположены в шахматном порядке вертикально относительно холста, глубина прокалывания 10-20 мм). Число проколов может варьироваться от 60 до 250 на 1 см2 (60•104-250•104 на 1 м2), при этом объемная плотность получаемого нетканого материала составляет 24,0-26,0 кг/м3.The low bulk density of the materials obtained compared to nonwoven materials from continuous viscose yarns is provided due to the content in the outer layers of staple fibers of various metric composition. The mass of staple fibers by known methods is preliminarily loosened and fed to a carding machine, where a canvas with a bulk density of 24-26 kg / m 3 is formed from the comb. At the same time, fibers 26-80 mm long provide crease resistance and bulk of the resulting non-woven material. Fibers with a length of 81-120 mm, penetrating the entire mass of the obtained webs and subsequently non-woven material, allow us to combine all the fibers into a single mass of canvas already at the stage of obtaining webs. The resulting structure of the weave, even without needling, allows you to hold the fibers with a length of 18-25 mm in the mass of the canvas. Next, the finished fibrous canvas is subjected to unilateral needle piercing (the needles are staggered vertically relative to the canvas, the piercing depth is 10-20 mm). The number of punctures can vary from 60 to 250 per 1 cm 2 (60 • 10 4 -250 • 10 4 per 1 m 2 ), while the bulk density of the resulting non-woven material is 24.0-26.0 kg / m 3 .

В качестве каркасного слоя используют непрерывные вискозные нити (ТУ 6-12-0020-456-7-92) с линейной плотностью 192 или 380 текс. Используемые непрерывные нити, способные выдерживать разрывные нагрузки 600-800 сН/текс, выполняют, с одной стороны, роль нитей-транспортеров, позволяющих протягивать без потери сплошности нетканые материалы через все технологические стадии, начиная с получения армированных нетканых материалов, до стадии получения готового углеродного продукта. С другой стороны, нити каркасного слоя являются таким конструкционным элементом нетканого материала, который обеспечивает при иглопрокалывании прочное зацепление фракций длинных штапелированных волокон наружных слоев с непрерывными нитями каркасного слоя, благодаря чему получаемые армированные нетканые материалы обладают достаточной прочностью для получения углеродных нетканых материалов. Характеристики наружных слоев и каркасного слоя приведены в табл.1 и 2 (см. в конце описания). Continuous viscose yarns (TU 6-12-0020-456-7-92) with a linear density of 192 or 380 tex are used as the skeleton layer. Used continuous filaments capable of withstanding breaking loads of 600-800 cN / tex, on the one hand, play the role of conveyor filaments, allowing non-woven materials to be stretched without loss of continuity through all technological stages, starting from the production of reinforced non-woven materials, to the stage of obtaining the finished carbon product. On the other hand, the yarns of the carcass ply are such a structural element of the nonwoven material that, when needle-piercing, provides strong engagement of the fractions of the long staple fibers of the outer layers with continuous filaments of the carcass layer, so that the resulting reinforced non-woven materials have sufficient strength to produce carbon non-woven materials. The characteristics of the outer layers and the skeleton layer are given in Tables 1 and 2 (see the end of the description).

Одним из преимуществ заявляемого способа получения нетканого материала является то, что формирование каркасного слоя и армирование нетканого материала происходит одновременно. Для этого наружные слои нетканого материала (1) и нити каркасного слоя (2), намотанные на бобины, одновременно подают на агрегат ИМ-1800М-А (6) с одинаковой скоростью, при этом нити каркасного проходя через нитепроводящее устройство - гребенку (3) укладываются параллельно друг другу (с плотностью от 50 до 100 на 1 м ширины) вдоль наружных слоев. Соотношение поверхностных плотностей нетканых наружных слоев и внутреннего каркасного слоя составляет (15,5-7,0):(1-4):(15,5-47,0). На агрегате ИМ-1800М-А происходит скрепление всех слоев путем иглопрокалывания (иглы расположены в шахматном порядке вертикально относительно холста, глубина прокалывания 10-20 мм). Число проколов может варьироваться 60-250 на 1 см2 (60•104-250•104 на 1 м2). Таким образом, общее число проколов в нетканом материале (7), получаемом по заявляемому способу, составляет от 120-500 на 1 см2 (120•104-500•104 на 1 м2). Примеры армированных нетканых материалов, поступающих в дальнейшем на карбонизацию, приведены в табл.3.One of the advantages of the proposed method for producing non-woven material is that the formation of the frame layer and the reinforcement of the non-woven material occurs simultaneously. For this, the outer layers of nonwoven material (1) and the threads of the frame layer (2) wound on bobbins are simultaneously fed to the IM-1800M-A unit (6) at the same speed, while the threads of the frame passing through a thread-conducting device - comb (3) stacked parallel to each other (with a density of 50 to 100 per 1 m of width) along the outer layers. The ratio of the surface densities of the nonwoven outer layers and the inner frame layer is (15.5-7.0) :( 1-4) :( 15.5-47.0). On the IM-1800M-A aggregate, all layers are bonded by needle piercing (the needles are staggered vertically relative to the canvas, the piercing depth is 10-20 mm). The number of punctures can vary 60-250 per 1 cm 2 (60 • 10 4 -250 • 10 4 per 1 m 2 ). Thus, the total number of punctures in the nonwoven material (7) obtained by the present method is from 120-500 per 1 cm 2 (120 • 10 4 -500 • 10 4 per 1 m 2 ). Examples of reinforced non-woven materials, subsequently supplied for carbonization, are given in table 3.

В дальнейшем получаемый по заявляемому способу нетканый материал (7) с воздухопроницаемостью 55-140 дм3/м2•с, прочностью 420-2300 Н/5 см, поверхностной плотностью 280-852 г/м2, объемной плотностью 45,5-49,2 кг/м3), подвергают карбонизации в печи карбонизации (8) в среде инертного газа (азота) с постепенным подъемом температуры от 240 до 600-700oС в течение 10-50 мин, например согласно ГОСТ 28005-88 (Материал углеродный волокнистый). За счет созданной на стадии формирования нетканого материала структуры при карбонизации получают объемный упругий материал. Упругость материалу придают нити длиной 26-80 мм, плотность которых увеличивается в процессе карбонизации по отношению к исходному вискозному материалу. В то же время нити длиной 81-120 мм, пронизывая все слои нетканого материала, обеспечивают сплошность по объему и позволяют удерживать волокна длиной 18-25 мм в массе холста, а нити каркасного слоя по прежнему выполняют роль нитей-транспортеров и основных упрочняющих элементов, обеспечивая высокие прочностные характеристики материала.Further, the non-woven material (7) obtained by the present method with air permeability of 55-140 dm 3 / m 2 • s, strength 420-2300 N / 5 cm, surface density 280-852 g / m 2 , bulk density 45.5-49 , 2 kg / m 3 ), subjected to carbonization in a carbonization furnace (8) in an inert gas (nitrogen) medium with a gradual increase in temperature from 240 to 600-700 o C for 10-50 minutes, for example according to GOST 28005-88 (Material carbon fiber). Due to the structure created at the stage of formation of the nonwoven material during carbonization, bulk elastic material is obtained. The elasticity of the material is given to yarns with a length of 26-80 mm, the density of which increases during the carbonization process in relation to the initial viscose material. At the same time, yarns with a length of 81-120 mm, penetrating all layers of non-woven material, provide continuity in volume and allow you to hold fibers with a length of 18-25 mm in the mass of the canvas, and the threads of the frame layer still serve as conveyor threads and the main reinforcing elements, providing high strength characteristics of the material.

В табл. 4 приведены примеры получаемых карбонизованных материалов и их свойства, позволяющие оценить влияние таких параметров, как конечная температура карбонизации, время карбонизации, соотношение поверхностных плотностей каркасного и наружных слоев, числа проколов нетканого материала на характеристики карбонизованного материала, такие как поверхностная и объемная плотности, прочность, воздухопроницаемость, теплопроводность. В силу того что по заявляемому способу получаются карбонизованные материалы с низкими объемными плотностями от 24,8 до 27,4 кг/м3 по сравнению с прототипом (33,3-37,8 кг/м3), и объемная плотность является величиной достаточно стабильной при изменении параметров получения карбонизованных нетканых материалов в широких пределах, теплопроводность также является стабильной величиной и изменяется от 0,15 до 0,19 В/м•К (у прототипа 0,29-0,32 В/м•К), что позволяет использовать получаемые карбонизованные нетканые материалы в качестве теплоизоляционных материалов. Карбонизованные материалы с воздухопроницаемостью от 58,4 до 80 дм3/м2•с и прочностью от 175 до 270 Н/5 см (примеры 9, 14, 16, 17, 19, 20(1)-20(3), табл.4) при повышении температуры от 240 до 600-700oС (примеры 20(1)-20(3), табл.4) при заявляемом соотношении и числе проколов 120•104 на 1 м2 предназначены для грубой очистки жидких и газовоздушных сред, в частности в фильтрах рулонного типа, где ранее применялись, например, углеродные нетканые материалы с воздухопроницаемостью 35-41 дм3/м2•с и прочностью 100-200 Н/5 см (см. прототип). Получаемые по заявляемому способу карбонизованные материалы с характеристиками, описанными выше, применяют также как полупродукт для получения графитированных материалов, используемых в электрохимических процессах выделения металлов (пример 20(2), табл.6). А карбонизованные нетканые материалы с воздухопроницаемостью от 81 до 125,1 дм3/м2•с и прочностью от 100 до 209 Н/5 см (примеры 1(1)-1(3), 2, 5, 10, 11, 13, 15(1)-15(6),18, табл.4), полученные в диапазоне конечных температур карбонизации 600-700oС (примеры 15(1)-15(3), табл. 4) при заявляемом соотношении поверхностных плотностей наружных и каркасных слоев (примеры 11,15(2), 18, табл.4) и числе проколов в интервале 120•104-500•104 на 1 м2 (примеры 5, 10, 11, табл.4) предназначены, как и прототип (с воздухопроницаемостью 35-41 дм3/м2•с и прочностью 100-200 Н/5 см), для грубой и тонкой фильтрации газов при применении фильтрующих материалов в оборудовании с периодически обновляемым фильтрующим слоем. Использование в структуре нетканого материала упорядоченных ориентированных вдоль наружных слоев непрерывных вискозных нитей позволяет без потери сплошности на всех технологических переходах, а также при различном времени карбонизации получать углеродные нетканые материалы с высокой прочностью, причем прочность увеличивается при увеличении времени карбонизации от 10 до 50 мин (примеры 15(2), 15(4)-15(6), табл.4).In the table. Figure 4 shows examples of the obtained carbonized materials and their properties, allowing to assess the influence of parameters such as the final carbonization temperature, carbonization time, the ratio of the surface densities of the frame and the outer layers, the number of punctures of the nonwoven material on the characteristics of the carbonized material, such as surface and bulk densities, strength, breathability, thermal conductivity. Due to the fact that the claimed method produces carbonized materials with low bulk densities from 24.8 to 27.4 kg / m 3 compared with the prototype (33.3-37.8 kg / m 3 ), and bulk density is a sufficient amount stable when changing the parameters for producing carbonized non-woven materials in a wide range, thermal conductivity is also a stable value and varies from 0.15 to 0.19 V / m • K (for the prototype 0.29-0.32 V / m • K), which allows you to use the resulting carbonized non-woven materials as insulating materials scarlet. Carbonized materials with air permeability from 58.4 to 80 dm 3 / m 2 • s and strength from 175 to 270 N / 5 cm (examples 9, 14, 16, 17, 19, 20 (1) -20 (3), table .4) when the temperature rises from 240 to 600-700 o C (examples 20 (1) -20 (3), Table 4) with the claimed ratio and the number of punctures 120 • 10 4 per 1 m 2 are intended for rough cleaning of liquid and gas-air media, in particular in roll-type filters, where previously used, for example, carbon non-woven materials with air permeability of 35-41 dm 3 / m 2 • with a strength of 100-200 N / 5 cm (see prototype). Obtained by the present method, carbonized materials with the characteristics described above are also used as an intermediate for the production of graphitized materials used in electrochemical metal separation processes (example 20 (2), table 6). And carbonized non-woven materials with air permeability from 81 to 125.1 dm 3 / m 2 • s and strength from 100 to 209 N / 5 cm (examples 1 (1) -1 (3), 2, 5, 10, 11, 13 , 15 (1) -15 (6), 18, Table 4), obtained in the range of final carbonization temperatures of 600-700 o C (examples 15 (1) -15 (3), table 4) with the claimed ratio of surface densities outer and frame layers (examples 11.15 (2), 18, table 4) and the number of punctures in the range of 120 • 10 4 -500 • 10 4 per 1 m 2 (examples 5, 10, 11, table 4) are intended as the prototype (with air permeability of 35-41 dm 3 / m 2 • s and strength of 100-200 N / 5 cm), for coarse and fine filtering of gases When using filter materials in equipment with a periodically updated filter layer. The use of ordered continuous viscose yarns oriented along the outer layers in the structure of the non-woven fabric allows carbon non-woven materials with high strength to be obtained without loss of continuity at all technological transitions, as well as at different carbonization times, and the strength increases with increasing carbonization time from 10 to 50 min (examples 15 (2), 15 (4) -15 (6), Table 4).

После карбонизации нетканые материалы подвергают активации в печи активации (10) при температуре 750-850oС в течение 15-50 мин в среде водяного пара. Повышенная способность к активации у нетканых материалов объясняется низкой объемной плотностью и высокой воздухопроницаемостью. Свойства получаемых активированных материалов описаны в табл.5. При получении активированных углеродных материалов, используемых в фильтр-прессах для выделения золота из пульп горно-обогатительных комбинатов, используют более низкие температуры активации (примеры 15(2.2)-15(2.3), табл.5) с целью повышения воздухопроницаемости от 50-70 (см. прототип, табл.5) до 116,0-149,1 дм3/м2•с за счет снижения объемной плотности от 30,0-35,5 (см. прототип, табл. 5) до 22,0-22,1 кг/м3, при сохранении сорбционной емкости 300-430 мг/г и прочности 92-120 Н/5 см (у прототипа соответственно 300-380 мг/г и 70-120 Н/5 см).After carbonization, nonwovens are subjected to activation in an activation furnace (10) at a temperature of 750-850 o C for 15-50 minutes in a medium of water vapor. The increased activation ability of nonwovens is explained by low bulk density and high air permeability. The properties of the obtained activated materials are described in table 5. When producing activated carbon materials used in filter presses to separate gold from pulps of mining and processing plants, lower activation temperatures are used (examples 15 (2.2) -15 (2.3), Table 5) in order to increase air permeability from 50-70 (see prototype, table 5) to 116.0-149.1 dm 3 / m 2 • s due to a decrease in bulk density from 30.0-35.5 (see prototype, table 5) to 22.0 -22.1 kg / m 3 , while maintaining the sorption capacity of 300-430 mg / g and strength 92-120 N / 5 cm (the prototype, respectively, 300-380 mg / g and 70-120 N / 5 cm).

После карбонизации нетканый материал подвергают графитации в печи графитации (12) при температуре 1500-2500oС в течение 7-20 мин. При графитации увеличивается объемная плотность нетканого материала (по сравнению с карбонизованными), что ведет к увеличению электропроводности, а это обеспечивает применение графитированных материалов в качестве электропроводящих материалов. Свойства получаемых графитированных материалов описаны в табл.6. Снижение конечной температуры графитации с 2200 (см. прототип, табл.6) до 1500-2000oС в совокупности с предлагаемым способом получения нетканых материалов (примеры 15(2.1)-15(2.2), табл.6) не приводит к ухудшению прочности, электрического сопротивления, но ведет к увеличению воздухопроницаемости от 30 дм3/м2•с (см. прототип, табл.6) до 82-85 дм3/м2•с и снижению объемной плотности от 55,5 кг/м3 (см. прототип, табл.6) до 43,4-44,6 кг/м3 (примеры 15(2.1)-15(2.2), табл. 6), что позволяет снизить энергетические затраты на производство графитированных нетканых материалов, предназначенных, в частности, для тонкой доочистки газов в электрофильтрах. Повышение конечной температуры термообработки с 2350 до 2500oС приводит к увеличению прочности получаемого по заявляемому способу графитированного нетканого материала (по сравнению с прототипом) от 150 (прототип) до 286 Н/5 см (пример 15 (2.3), табл. 6) при близких значениях поверхностных плотностей. Получаемые графитированные нетканые материалы используются в качестве токопроводящих элементов (анодов или катодов) при тонкой очистке водных сред от органических веществ.After carbonization, the nonwoven material is subjected to graphitization in a graphitization furnace (12) at a temperature of 1500-2500 o C for 7-20 minutes During graphitization, the bulk density of the nonwoven material increases (compared to carbonized ones), which leads to an increase in electrical conductivity, and this ensures the use of graphitized materials as electrically conductive materials. The properties of the obtained graphitized materials are described in table.6. The decrease in the final temperature of graphitization from 2200 (see prototype, table 6) to 1500-2000 o C in combination with the proposed method for producing nonwoven materials (examples 15 (2.1) -15 (2.2), table 6) does not lead to deterioration of strength , electrical resistance, but leads to an increase in air permeability from 30 dm 3 / m 2 • s (see prototype, Table 6) to 82-85 dm 3 / m 2 • s and a decrease in bulk density from 55.5 kg / m 3 (see prototype, table 6) to 43.4-44.6 kg / m 3 (examples 15 (2.1) -15 (2.2), table 6), which allows to reduce energy costs for the production of graphite non-woven materials, intended especially for fine purification of gases in electrostatic precipitators. Increasing the final temperature of heat treatment from 2350 to 2500 o C leads to an increase in the strength obtained by the present method of graphitized non-woven material (compared with the prototype) from 150 (prototype) to 286 N / 5 cm (example 15 (2.3), table 6) when close values of surface densities. The resulting graphitized non-woven materials are used as conductive elements (anodes or cathodes) for fine purification of aqueous media from organic substances.

Как видно из табл.4, 5, 6 (см. в конце описания), предлагаемый способ гарантирует получение углеродных нетканых материалов с разнообразными свойствами по одной технологической схеме, что значительно расширяет возможности оборудования и области применения получаемых углеродных нетканых материалов. As can be seen from table 4, 5, 6 (see the end of the description), the proposed method guarantees the production of carbon non-woven materials with various properties according to one technological scheme, which greatly expands the capabilities of the equipment and the field of application of the resulting carbon non-woven materials.

Все испытания проводились:
Определение прочности по ГОСТ 15902.3-79.All tests were carried out:
Determination of strength according to GOST 15902.3-79.

Определение усадки поверхностной плотности и линейных размеров по ГОСТ 29104.1-91. Determination of shrinkage of surface density and linear dimensions according to GOST 29104.1-91.

Определение электросопротивления по ГОСТ 11529 - 86.4.2. Determination of electrical resistance according to GOST 11529 - 86.4.2.

Определение воздухопроницаемости по ГОСТ 12088-77. Determination of air permeability according to GOST 12088-77.

Определение теплопроводности по ГОСТ 20489-75. Determination of thermal conductivity in accordance with GOST 20489-75.

Определение сорбционной емкости по метиленовому проводили по методике, описанной в работе Фридман Л.И. Разработка процесса получения, исследование и применение углеродных волокон и волокнистых материалов: Дисс. д-ра техн. наук. Л.: 1989, с. 500. Determination of sorption capacity by methylene was carried out according to the method described in the work of Fridman L.I. Development of the process of obtaining, research and application of carbon fibers and fibrous materials: Diss. Dr. tech. sciences. L .: 1989, p. 500.

Claims (3)

1. Способ получения углеродного нетканого материала, включающий формирование нетканого материала из вискозного сырья, его иглопрокалывание, последующую карбонизацию полученного нетканого материала в среде азота при постепенном повышении температуры от 240oС, отличающийся тем, что нетканый материал формируют из двух наружных иглопробивных слоев с числом проколов от 60•104 до 250•104 на 1 м2 и поверхностной плотностью 150-450 г/м2, полученных из вискозных штапелированных волокон с длиной не менее 0,18 мм, и внутреннего каркасного слоя с поверхностной плотностью 9,5-38,0 г/м2, состоящего из непрерывных вискозных нитей 192 или 380 текс, расположенных параллельно друг другу вдоль наружных слоев, при этом соотношение поверхностных плотностей нетканых наружных слоев и внутреннего каркасного слоя составляет - (15,5-47,0): (1-4): (15,5-47,0), иглопрокалывают с получением нетканого материала объемной плотностью 45,5-49,2 кг/м3 и общим числом проколов от 120•104 до 500•104 на 1 м2, а последующую карбонизацию осуществляют при постепенном повышении температуры от 240 до 600-700oС в течение 10-50 мин.1. A method of producing a carbon non-woven material, including the formation of non-woven material from viscose raw materials, its needle-piercing, subsequent carbonization of the obtained non-woven material in nitrogen with a gradual increase in temperature from 240 o C, characterized in that the non-woven material is formed from two outer needle-punched layers with a number punctures from 60 • 10 4 to 250 • April 10 per 1 m 2 surface weight and 150-450 g / m 2, prepared from viscose fibers chopped to a length of not less than 0.18 mm and an inner carcass layer with poverhnos hydrochloric density 9,5-38,0 g / m 2, consisting of a continuous viscose yarn 192 or 380 tex, arranged parallel to each other along the outer layers, wherein the ratio of surface density of nonwoven outer layers and the inner carcass ply is - (15.5 -47.0): (1-4): (15.5-47.0), needle-pierced to obtain a non-woven material with a bulk density of 45.5-49.2 kg / m 3 and a total number of punctures from 120 • 10 4 to 500 • 10 4 per 1 m 2 , and subsequent carbonization is carried out with a gradual increase in temperature from 240 to 600-700 o C for 10-50 minutes 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после карбонизации осуществляют активацию при конечных температурах 650-850oС.2. The method according to claim 1, characterized in that after carbonization, activation is carried out at final temperatures of 650-850 o C. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после карбонизации осуществляют графитацию при 1500-2500oС.3. The method according to claim 1, characterized in that after carbonization carry out graphitization at 1500-2500 o C.
RU2002121875A 2002-08-02 2002-08-02 Method of producing nonwoven carbon material RU2213820C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002121875A RU2213820C1 (en) 2002-08-02 2002-08-02 Method of producing nonwoven carbon material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002121875A RU2213820C1 (en) 2002-08-02 2002-08-02 Method of producing nonwoven carbon material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2213820C1 true RU2213820C1 (en) 2003-10-10

Family

ID=31989369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002121875A RU2213820C1 (en) 2002-08-02 2002-08-02 Method of producing nonwoven carbon material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2213820C1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2506356C1 (en) * 2012-07-13 2014-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Installation of carbonisation of fibre viscose materials for obtaining composite carbon filaments
RU2534784C2 (en) * 2013-04-05 2014-12-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Apparatus for thermal treatment of carbon-containing fibrous materials
RU2593142C1 (en) * 2015-05-28 2016-07-27 Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации Nonwoven material
RU2593143C1 (en) * 2015-05-28 2016-07-27 Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации Method of producing carbon nonwoven material
RU2594455C1 (en) * 2015-05-28 2016-08-20 Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации Nonwoven material
RU2594451C1 (en) * 2015-05-28 2016-08-20 Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации Method of producing carbon nonwoven material
RU2670884C1 (en) * 2017-12-28 2018-10-25 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method of producing carbon nonwoven fibrous material
RU2705997C2 (en) * 2014-08-13 2019-11-13 Сайтек Индастриз Инк. Hybrid woven textile material for composite reinforcement
RU2714384C1 (en) * 2018-12-20 2020-02-17 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method of producing carbon non-woven fibrous material for medicine

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2506356C1 (en) * 2012-07-13 2014-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Installation of carbonisation of fibre viscose materials for obtaining composite carbon filaments
RU2534784C2 (en) * 2013-04-05 2014-12-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Apparatus for thermal treatment of carbon-containing fibrous materials
RU2705997C2 (en) * 2014-08-13 2019-11-13 Сайтек Индастриз Инк. Hybrid woven textile material for composite reinforcement
RU2593142C1 (en) * 2015-05-28 2016-07-27 Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации Nonwoven material
RU2593143C1 (en) * 2015-05-28 2016-07-27 Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации Method of producing carbon nonwoven material
RU2594455C1 (en) * 2015-05-28 2016-08-20 Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации Nonwoven material
RU2594451C1 (en) * 2015-05-28 2016-08-20 Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации Method of producing carbon nonwoven material
RU2670884C1 (en) * 2017-12-28 2018-10-25 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method of producing carbon nonwoven fibrous material
RU2714384C1 (en) * 2018-12-20 2020-02-17 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method of producing carbon non-woven fibrous material for medicine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2213820C1 (en) Method of producing nonwoven carbon material
EP0543147B1 (en) Carbon fiber felt and process for its production
KR101309074B1 (en) Manufacturing Method of Carbon Nanofiber Strand
KR20110104514A (en) Ptfe fabric articles and method of making same
CN102797115B (en) Method for needling and reinforcing thick non-woven material containing reinforced layer
US20050260909A1 (en) Carbonic fiber woven fabric, carbonic fiber woven fabric roll, gas diffusion layer material for solid polymer fuel cell, method for producing carbonic fiber woven fabric and method for producing gas diffusion layer material for solid polymer fuel cell
WO1994023098A1 (en) Polytetrafluoroethylene fiber, cottony material containing the same, and process for producing the same
WO1995035044A1 (en) Cigarette filter materials
CN103628223B (en) Functional fiber bulked yarn fabric blanket and making method thereof
CN104711775A (en) Continuous dispersible filament fiber needled felt and preparation method thereof
DK143767B (en) UNWOVEN PRODUCT OF SYNTHETIC POLYMER MONOFILAMENTS
JP4467703B2 (en) Method for producing multi-fibrous carbon fiber
WO2005059213A1 (en) Method for producing pitch-based carbon fiber sliver and spun yarn
RU2429316C1 (en) Procedure for continuous production of hydrated cellulose of carbon fibre in form of unidirectional braid
CN114801353B (en) Pre-oxidized fiber/carbon fiber structure preform and preparation method thereof
KR101716598B1 (en) Spinning nozzle, process for producing fibrous mass, fibrous mass, and paper
KR101975886B1 (en) Filament web typed precursor fabric for activated carbon fiber fabric and method of manufacturing the same
RU2593143C1 (en) Method of producing carbon nonwoven material
RU2594451C1 (en) Method of producing carbon nonwoven material
RU2594455C1 (en) Nonwoven material
RU2593142C1 (en) Nonwoven material
CN211416521U (en) Active carbon fiber felt
RU2208074C1 (en) Nonwoven material
WO2010084856A1 (en) Pitch-based carbon fiber web, pitch-based carbon staple fiber, and processes for production of same
JP6776723B2 (en) Carbon fiber precursor acrylic fiber bundle, its manufacturing method and carbon fiber bundle manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070803