RU2490378C1 - Method of producing carbon fiber material - Google Patents
Method of producing carbon fiber material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2490378C1 RU2490378C1 RU2012111067/05A RU2012111067A RU2490378C1 RU 2490378 C1 RU2490378 C1 RU 2490378C1 RU 2012111067/05 A RU2012111067/05 A RU 2012111067/05A RU 2012111067 A RU2012111067 A RU 2012111067A RU 2490378 C1 RU2490378 C1 RU 2490378C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- deformation
- sio
- general formula
- carried out
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения углеродных волокнистых материалов (УВМ) на основе гидратцеллюлозных волокон (ГЦВ), использующихся в качестве армирующего наполнителя при изготовлении композиционных материалов, применяемых в различных областях техники.The invention relates to a technology for producing carbon fiber materials (HCM) based on hydrated cellulose fibers (HCC), used as a reinforcing filler in the manufacture of composite materials used in various fields of technology.
Известны способы получения углеродных волокнистых материалов путем предварительной обработки исходных волокнистых материалов на основе гидратцеллюлозных волокон веществами неорганического и органического происхождения, способствующих карбонизации.Known methods for producing carbon fibrous materials by pre-processing the source of fibrous materials based on cellulose hydrate fibers with substances of inorganic and organic origin, contributing to carbonization.
Для повышения физико-механических характеристик углеродных волокнистых материалов гидратцеллюлозные волокна пропитывают в растворах кремнийорганических соединений, а для получения углеродных волокнистых материалов с высоким выходом углеродного остатка различные текстильные структуры на основе гидратцеллюлозных волокон обрабатывают в водных растворах антипиренов.To increase the physicomechanical characteristics of carbon fiber materials, hydrated cellulose fibers are impregnated in solutions of organosilicon compounds, and to obtain carbon fiber materials with a high yield of carbon residue, various textile structures based on hydrated cellulose fibers are treated in aqueous flame retardant solutions.
Известен непрерывный способ получения углеродного волокнистого материала, включающий обработку гидратцеллюлозного волокнистого материала растворами силиконовых смол в органическом растворителе и его последующую карбонизацию и графитизацию в условиях деформации, в котором перед карбонизацией гидратцеллюлозный волокнистый материал подвергают релаксации путем его нагрева до 120-300°C в течение 0,4-2,0 ч и охлаждения до 18-30°C в течение 0,05-0,2 ч, после чего нагрев повторяют в указанном режиме при степени деформации указанного материала 0-(-10)%, карбонизацию проводят при подъеме температуры от 180°C до 600°C, при этом в интервале 300-400°C материал подвергают деформации со степенью (-25)-(+30)%, графитизацию ведут при 900-2800°C при степени деформации (-10)-(+25)%, а образовавшиеся на стадии карбонизации продукты пиролиза выводят из рабочей зоны с температурой 350-450°C; графитизацию проводят в присутствии карборансодержащих соединений (см. патент РФ №2045472, МПК C01B 31/02, 10.10.1995).A continuous method for producing carbon fiber material is known, comprising treating hydrated cellulose fibrous material with solutions of silicone resins in an organic solvent and its subsequent carbonization and graphitization under deformation conditions, in which, before carbonization, hydrated cellulose fibrous material is relaxed by heating it to 120-300 ° C for 0 , 4-2.0 h and cooling to 18-30 ° C for 0.05-0.2 h, after which heating is repeated in the specified mode with the degree of deformation of the specified material 0 - (- 10)%, ka bonization is carried out when the temperature rises from 180 ° C to 600 ° C, while in the range of 300-400 ° C the material is subjected to deformation with a degree of (-25) - (+ 30)%, graphitization is carried out at 900-2800 ° C with a degree of deformation (-10) - (+ 25)%, and the pyrolysis products formed at the stage of carbonization are removed from the working area with a temperature of 350-450 ° C; graphitization is carried out in the presence of carborane-containing compounds (see RF patent No. 2045472, IPC C01B 31/02, 10/10/1995).
Данный способ имеет тот недостаток, что предусматривает обработку волокнистого материала перед стадией релаксации раствором полиметилсилоксана в ацетоне, являющимся легко воспламеняющимся токсичным веществом. Кроме того, процесс сопровождается дополнительными стадиями сорбции ацетоно-воздушной смеси и возвращения ацетона в технологический процесс.This method has the disadvantage that it involves treating the fibrous material before the relaxation step with a solution of polymethylsiloxane in acetone, which is a highly flammable toxic substance. In addition, the process is accompanied by additional stages of sorption of the acetone-air mixture and the return of acetone to the process.
Присутствие токсичных органических растворителей в технологическом процессе получения УВМ на основе гидратцеллюлозного волокна значительно повышает себестоимость выпускаемой продукции и снижает экологическую безопасность.The presence of toxic organic solvents in the technological process of producing UVM based on cellulose fiber significantly increases the cost of production and reduces environmental safety.
Известный способ получения углеродных волокнистых материалов на основе гидратцеллюлозных волокон по пат. РФ №2424385, МПК D01F 9/16, 20.07,2011 г. предусматривает использование водных эмульсий кремнийсодержащих соединений и позволяет получать УВМ в интервале деформаций от (-25)% до 0%. Получение УВМ с положительной деформацией на стадии карбонизации не представляется возможным из-за образования поперечных химических связей между макромолекулами гидратцеллюлозы, возникающих при пропитке ГЦВ в водных композициях кремнийорганических соединений.A known method of producing carbon fiber materials based on cellulose hydrate fibers according to US Pat. RF №2424385, IPC D01F 9/16, 07.20,2011, provides for the use of aqueous emulsions of silicon-containing compounds and allows you to get UVM in the deformation range from (-25)% to 0%. Obtaining UVM with positive deformation at the stage of carbonization is not possible due to the formation of transverse chemical bonds between macromolecules of cellulose hydrate arising from the impregnation of HEC in aqueous organosilicon compositions.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ получения углеродного волокна и материалов на его основе из исходных целлюлозных волокнистых материалов по пат. РФ №2384657, МПК D01F 9/16, D06M 13/513, 20.03.2010 г., осуществляемый в непрерывном режиме, в котором с целью получения УВМ с высокими физико-механическими показателями, имеющими пониженные значения коэффициента вариации по прочности, исходные ГЦВ материалы на стадии предкарбонизации пропитывают в ацетоновом или спиртовом растворе жидких олигомерных смол с высоким содержанием силанольных групп с последующей сушкой при (50-150)°C, терморелаксацией при (150-220)°C, карбонизацией при (180-600)°C, графитацией (высокотемпературной обработкой в инертной среде) при (1500-2400)°C.The closest technical solution to the claimed invention is a method for producing carbon fiber and materials based on it from the original cellulosic fibrous materials according to US Pat. RF №2384657, IPC D01F 9/16, D06M 13/513, 03/20/2010, carried out in continuous mode, in which, with the aim of obtaining UVM with high physicomechanical parameters having lower values of the coefficient of variation in strength, the initial HVC materials at the stage of pre-carbonization, impregnated in an acetone or alcohol solution of liquid oligomeric resins with a high content of silanol groups, followed by drying at (50-150) ° C, thermal relaxation at (150-220) ° C, carbonization at (180-600) ° C, graphitization (by high-temperature treatment in an inert medium) at (1500-2400) ° C.
Полученный УВМ обладает высокими физико-механическими показателями, имеющими пониженные значения коэффициента вариации по прочности.The obtained UVM has high physical and mechanical properties, having lower values of the coefficient of variation in strength.
Однако, известный способ обладает тем же недостатком, что и первый из упомянутых выше, т.е. не является экологически безопасным.However, the known method has the same drawback as the first of the above, i.e. not environmentally friendly.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение физико-механических показателей углеродного волокнистого материала при создании экологически безопасного технологического процесса.The technical result of the claimed invention is to increase the physico-mechanical properties of carbon fiber material when creating an environmentally friendly technological process.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения углеродного волокнистого материала, характеризующемся обработкой исходного гидратцеллюлозного волокнистого материала в растворе, содержащем жидкие олигомерные смолы, содержащие 5-15% силанольных групп, соответствующих общей формуле:The specified technical result is achieved by the fact that in the method for producing carbon fiber material, characterized by processing the starting hydrated cellulose fiber material in a solution containing liquid oligomeric resins containing 5-15% silanol groups corresponding to the general formula:
HO{[MeSi(OH)O][Me2SiO]m}nH, где:HO {[MeSi (OH) O] [Me 2 SiO] m } n H, where:
Me - метил; m и n - целые или дробные числа: m=1-3, n=3-10 с молекулярной массой от 900 до 2400 и вязкостью в пределах от 520 до 1700 сПз, и растворитель, последующими сушкой, терморелаксацией при температуре (180-200)°C, карбонизацией и высокотемпературной обработкой в инертной среде, согласно изобретению, в качестве растворителя олигомерных смол используют композицию общей формулы: (SiO)xCyHz, где:Me is methyl; m and n are integer or fractional numbers: m = 1-3, n = 3-10 with a molecular weight of 900 to 2400 and a viscosity in the range of 520 to 1700 cps, and a solvent, followed by drying, thermal relaxation at a temperature of (180-200-200 ) ° C, carbonization and high-temperature treatment in an inert medium according to the invention, as a solvent for oligomeric resins, a composition of the general formula is used: (SiO) x C y H z , where:
3≤x<5, y=2х, z=3y при следующем соотношении компонентов: (х=3):(х=4):(x=5)=(0-10):(90-100):(0-10), при этом концентрация смол в растворе составляет (5-7) мас.%, а сушат пропитанный гидратцеллюлозный материал при температуре (150-170)°C, треморелаксируют в режиме свободной усадки, карбонизацию проводят при степени деформации от (-25)% до (+30)% и заканчивают при температуре 700°C, причем последующую высокотемпературную обработку проводят при температуре до 2500°C при степени деформации от (-10)% до (+30)%.3≤x <5, y = 2x, z = 3y with the following ratio of components: (x = 3) :( x = 4) :( x = 5) = (0-10) :( 90-100) :( 0 -10), while the concentration of resins in the solution is (5-7) wt.%, And the impregnated cellulose hydrated material is dried at a temperature of (150-170) ° C, tremorelax in free shrink mode, carbonization is carried out at a degree of deformation of (-25 )% to (+30)% and finish at a temperature of 700 ° C, and the subsequent high-temperature processing is carried out at a temperature of up to 2500 ° C with a degree of deformation from (-10)% to (+30)%.
В качестве исходных гидратцеллюлозных волокнистых материалов используют:As the source of hydrated cellulose fibrous materials use:
- однослойную вискозную ткань саржевого переплетения;- single layer viscose twill weave;
- многослойную вискозную ткань;- multilayer viscose fabric;
- тканый сетчатый материал просвечивающегося переплетения;- woven mesh material translucent weave;
- вискозный однонаправленный материал.- viscose unidirectional material.
Достижение технического результата стало возможным после проведения научно-экспериментальных исследований и производственных испытаний, в результате которых было установлено, что добиться необходимых характеристик углеродных волокон и материалов можно при применении силиконовых смол с высоким содержанием силанольных групп. Такие смолы были выбраны из подкласса гидроксиполи(олиго)метилсилоксанов и синтезированы способом, описанным в кн. Л.М. Хананашвили «Химия и технология элементоорганических мономеров и полимеров», М., Химия, 1998, стр.308-313.The achievement of the technical result was made possible after conducting scientific and experimental research and production tests, as a result of which it was found that the necessary characteristics of carbon fibers and materials can be achieved by using silicone resins with a high content of silanol groups. Such resins were selected from a subclass of hydroxypoly (oligo) methylsiloxanes and synthesized by the method described in book. L.M. Khananashvili "Chemistry and technology of organoelement monomers and polymers", M., Chemistry, 1998, pp. 308-313.
Способ включает следующие стадии:The method includes the following steps:
1. Частичная этерификация смеси метилхлорсиланов бутиловым спиртом.1. Partial esterification of a mixture of methylchlorosilanes with butyl alcohol.
2. Гидролитическая соконденсация частично этерифицированных метилхлорсиланов.2. Hydrolytic co-condensation of partially esterified methylchlorosilanes.
3. Отгонка растворителя.3. The distillation of the solvent.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
В реактор, снабженный мешалкой, термометром и обратным холодильником, загружают расчетное число метилтрихлорсилана (МТХС), диметилдихлорсилана (ДМДХС) и толуола. При перемешивании в реактор добавляют бутанол при Т≤60°C. Полученный продукт выдерживают в течение 3 часов. После этого реакционную смесь гидролизуют водой при Т<≤30°C. Толуольно-бутанольный раствор олигометилсилоксановой смолы промывают водой до нейтральной реакции и отгоняют растворитель под давлением 133 Па при 45-50°C.In a reactor equipped with a stirrer, thermometer and reflux condenser, the calculated number of methyltrichlorosilane (MTXC), dimethyldichlorosilane (DMDCS) and toluene is charged. With stirring, butanol is added to the reactor at T 60 60 ° C. The resulting product was incubated for 3 hours. After that, the reaction mixture is hydrolyzed with water at T <≤30 ° C. The toluene-butanol solution of the oligomethylsiloxane resin is washed with water until neutral and the solvent is distilled off under a pressure of 133 Pa at 45-50 ° C.
Полученные смолы относятся к категории низковязких олигомеров с гидроксильными группами у атома кремния, которые соответствуют общей химической формуле HO{[MeSi(OH)O][Me2SiO]m}nH, гдеThe obtained resins belong to the category of low-viscosity oligomers with hydroxyl groups at the silicon atom, which correspond to the general chemical formula HO {[MeSi (OH) O] [Me 2 SiO] m } n H, where
Me - метил; m и n - целые или дробные числа: m=1-3, n=3-10.Me is methyl; m and n are integer or fractional numbers: m = 1-3, n = 3-10.
Наличие в смолах полярных групп и низкая вязкость дают возможность равномерно смачивать вискозные текстильные структуры. Благодаря высокому содержанию силанольных групп при дальнейшей термообработке, происходит их взаимодействие, в том числе с гидроксилами вискозного волокна с образованием сшитых структур, химически связанных с волокном, в ходе поликонденсационных процессов. По существу эти структуры защищают волокна от нежелательных реакций с продуктами пиролиза.The presence of polar groups in the resins and low viscosity make it possible to uniformly wet viscose textile structures. Due to the high content of silanol groups during further heat treatment, their interaction occurs, including with the hydroxyls of viscose fiber with the formation of crosslinked structures chemically bonded to the fiber during polycondensation processes. Essentially, these structures protect the fibers from undesired reactions with pyrolysis products.
Для идентификации смол и определения химических и физических свойств применяли следующие методы и приборы. Продукты реакции исследовали методом ЯМР-1H и 29Si спектроскопии на спектрометре Broker АМ-360 с рабочей частотой 360.13 МГц. Содержание силанольных групп в смолах определяли волюметрическим методом на приборе Церивитинова по количеству выделившегося H2 в результате реакции продукта с LiAlH4. Молекулярную массу смол определяли на гель-хроматографе фирмы «Knauer», стирогелевые колонки «Shodex» (калибровка по полистиролу). Вязкость продуктов определяли с помощью вискозиметра Брукфильда фирмы «Anton Paar», модель DV-1P.The following methods and devices were used to identify resins and determine chemical and physical properties. The reaction products were investigated by 1 H NMR and 29 Si spectroscopy on a Broker AM-360 spectrometer with an operating frequency of 360.13 MHz. The content of silanol groups in the resins was determined by the volumetric method on a Tserivitinov device by the amount of H 2 released as a result of the reaction of the product with LiAlH 4 . The molecular weight of the resins was determined on a Knauer gel chromatograph, Shodex styrene gel columns (polystyrene calibration). The viscosity of the products was determined using a Brookfield viscometer firm Anton Paar, model DV-1P.
Пример А. Синтез проводят по указанному выше способу. Берут 149 г МТХС, 232 г ДМДХС, 190 мл толуола, 76 г бутанола и 120 мл воды. Получают 174 г олигомерной смолы с содержанием силанольных групп 10,91 мас.%, соответствующих общей формуле HO{[MeSi(OH)O][Me2SiO]m}nH, гдеExample A. The synthesis is carried out according to the above method. Take 149 g of MTHS, 232 g of DMDCS, 190 ml of toluene, 76 g of butanol and 120 ml of water. Obtain 174 g of oligomeric resin with a content of silanol groups of 10.91 wt.%, Corresponding to the General formula HO {[MeSi (OH) O] [Me 2 SiO] m } n H, where
Me - метил; m=1, 8, n=5. М.м. смолы 1170, вязкость 690 сПз.Me is methyl; m = 1, 8, n = 5. M.m. resins 1170, viscosity 690 cps.
Пример Б. Берут 149 г МТХС, 387 г ДМДХС, 270 мл толуола, 108 мл бутанола и 162 мл воды. Получают 250 г олигомерной смолы с содержанием силанольных групп 9,32 мас.%, соответствующих общей формуле HO{[MeSi(OH)O][Me2SiO]m}nH, где Me - метил; m=3, n=3,1. М.м. смолы 900, вязкость 520 сПз.Example B. Take 149 g of MTXC, 387 g of DMDCS, 270 ml of toluene, 108 ml of butanol and 162 ml of water. Obtain 250 g of an oligomeric resin with a content of silanol groups of 9.32 wt.%, Corresponding to the General formula HO {[MeSi (OH) O] [Me 2 SiO] m } n H, where Me is methyl; m = 3, n = 3.1. M.m. resins 900, viscosity 520 cps.
Пример В. Берут 149 г МТХС, 374 г ДМДХС, 260 мл толуола, 106 мл бутанола и 158 мл воды. Получают 244 г олигомерной смолы с содержанием силанольных групп 7 мас.%, соответствующих общей формуле HO{[MeSi(OH)O][Me2SiO]m)nH, где Me - метил; m=2,9, n=8,2. М.м. смолы 2400, вязкость 1700 сПз.Example B. Take 149 g of MTXC, 374 g of DMDCS, 260 ml of toluene, 106 ml of butanol and 158 ml of water. Get 244 g of oligomeric resin with a content of silanol groups of 7 wt.%, Corresponding to the General formula HO {[MeSi (OH) O] [Me 2 SiO] m ) n H, where Me is methyl; m = 2.9, n = 8.2. M.m. resins 2400, viscosity 1700 cps.
Пример Г. Берут 300 г МТХС, 258 г ДМДХС, 280 мл толуола, 109 мл бутанола и 180 мл воды. Получают 246 г олигомерной смолы с содержанием силанольных групп 15,0 мас.%, соответствующих общей формуле HO{[MeSi(OH)O][Me2SiO]m}nH, где Me - метил; m=1,4, n=6,5. М.м. смолы 2180, вязкость 1630 сПз.Example G. Take 300 g MTXS, 258 g DMDCS, 280 ml toluene, 109 ml butanol and 180 ml water. Get 246 g of oligomeric resin with a content of silanol groups of 15.0 wt.%, Corresponding to the General formula HO {[MeSi (OH) O] [Me 2 SiO] m } n H, where Me is methyl; m = 1.4, n = 6.5. M.m. resins 2180, viscosity 1630 cps.
Пример Д. Берут 181 г МТХС, 454 г ДМДХС, 315 мл толуола, 128 мл бутанола и 192 мл воды. Получают 296 г олигомерной смолы с содержанием силанольных групп 5,0 мас.%, соответствующих общей формуле HO{[MeSi(OH)O][Me2SiO]m}nH, где Me - метил; m=2,3, n=7,9. М.м. смолы 1250, вязкость 715 сПз.Example D. Take 181 g of MTXC, 454 g of DMDCS, 315 ml of toluene, 128 ml of butanol and 192 ml of water. Obtain 296 g of an oligomeric resin with a content of silanol groups of 5.0 wt.%, Corresponding to the General formula HO {[MeSi (OH) O] [Me 2 SiO] m } n H, where Me is methyl; m = 2.3, n = 7.9. M.m. resin 1250, viscosity 715 cps.
Предложенный способ получения УВМ на основе ГЦВ проводят в непрерывном режиме и проиллюстрирован следующими примерамиThe proposed method for producing HCMs based on HVC is carried out in a continuous mode and is illustrated by the following examples
Пример 1. Однослойную ткань саржевого переплетения пропитывают в 6%-ном растворе, состоящем из олигомерной смолы, полученной по примеру А, и композиции общей формулы: (SiO)xCyHz, где 3≤x≤5, y=2x, z=3y при следующем соотношении компонентов (х=3):(х=4):(х=5)=5:90:5.Example 1. A single layer twill fabric is impregnated in a 6% solution consisting of the oligomeric resin obtained in Example A and a composition of the general formula: (SiO) x C y H z , where 3≤x≤5, y = 2x, z = 3y in the following ratio of components (x = 3) :( x = 4) :( x = 5) = 5: 90: 5.
Затем ткань сушат при температуре 150°C, терморелаксируют при температуре 180°C в режиме свободной усадки. Карбонизацию проводят в атмосфере азота при степени деформации (-25)% до конечной температуры 700°C, а высокотемпературную обработку заканчивают при температуре 2400°C и степени деформации (-10)%.Then the fabric is dried at a temperature of 150 ° C, relaxed at a temperature of 180 ° C in free shrink mode. Carbonization is carried out in a nitrogen atmosphere at a degree of deformation (-25)% to a final temperature of 700 ° C, and high-temperature processing is completed at a temperature of 2400 ° C and a degree of deformation (-10)%.
Полученный углеродный тканый материал имеет следующие характеристики:The resulting carbon woven material has the following characteristics:
Пример 2. Многослойную вискозную ткань пропитывают в 5%-ном растворе, состоящем из олигомерной смолы, полученной по примеру Б, и композиции общей формулы (SiO)xCyHz, где: 3≤x≤5, y=2х, z=3y при следующем соотношении компонентов (х=3):(х=4):(х=5)=0:100:0.Example 2. Multilayer viscose fabric is impregnated in a 5% solution consisting of the oligomeric resin obtained in Example B and a composition of the general formula (SiO) x C y H z , where: 3≤x≤5, y = 2x, z = 3y in the following ratio of components (x = 3) :( x = 4) :( x = 5) = 0: 100: 0.
Затем ткань сушат при температуре 160°C, терморелаксируют при температуре 190°C в режиме свободной усадки. Карбонизацию проводят в инертной среде при степени деформации (-10)% до конечной температуры 700°C, а высокотемпературную обработку заканчивают при температуре 2300°C и степени деформации (-5)%.Then the fabric is dried at a temperature of 160 ° C, relaxed at a temperature of 190 ° C in free shrink mode. Carbonization is carried out in an inert medium at a degree of deformation (-10)% to a final temperature of 700 ° C, and high-temperature processing is completed at a temperature of 2300 ° C and a degree of deformation (-5)%.
Полученный углеродный тканый материал имеет следующие характеристики:The resulting carbon woven material has the following characteristics:
Пример 3. Тканый сетчатый материал просвечивающегося переплетения пропитывают в 7%-ном растворе, состоящем из олигомерной смолы, полученной по примеру B, и композиции общей формулы: (SiO)xCyHz, где 3≤x≤5, y=2x, z=3y при следующем соотношении компонентов (х=3):(х=4):(x=5)=10:90:0. Затем пропитанный материал сушат при температуре 170°C, терморелаксируют при температуре 200°C в режиме свободной усадки. Карбонизацию проводят в инертной среде при степени деформации 0% до конечной температуры 700°C, а высокотемпературную обработку заканчивают при температуре 2200°C при степени деформации 0%.Example 3. The woven mesh material of the translucent weave is impregnated in a 7% solution consisting of an oligomeric resin obtained in Example B and a composition of the general formula: (SiO) x C y H z , where 3≤x≤5, y = 2x , z = 3y in the following ratio of components (x = 3) :( x = 4) :( x = 5) = 10: 90: 0. Then the impregnated material is dried at a temperature of 170 ° C, thermorelax at a temperature of 200 ° C in free shrink mode. Carbonization is carried out in an inert medium at a degree of deformation of 0% to a final temperature of 700 ° C, and high-temperature processing is completed at a temperature of 2200 ° C at a degree of deformation of 0%.
Полученный углеродный тканый материал имеет следующие характеристики:The resulting carbon woven material has the following characteristics:
Пример 4.Example 4
Вискозный однонаправленный материал пропитывают в 6%-ном растворе, состоящем из олигомерной смолы, полученной по примеру Г, и композиции общей формулы (Sio)xCyHz, где: 3≤x≤5, y=2x, z=3y при следующем соотношении компонентов (x=3):(x=4):(х=5)=0:90:10.Unidirectional viscose material is impregnated in a 6% solution consisting of an oligomeric resin obtained according to Example D and a composition of the general formula (Sio) x C y H z , where: 3≤x≤5, y = 2x, z = 3y at the following ratio of components (x = 3) :( x = 4) :( x = 5) = 0: 90: 10.
Затем пропитанный материал сушат при температуре 155°C, терморелаксируют при температуре 190°C в режиме свободной усадки. Карбонизацию проводят в инертной среде при степени деформации (+15)% до конечной температуры 700°C, а высокотемпературную обработку заканчивают при температуре 2400°C при степени деформации (+15)%.Then the impregnated material is dried at a temperature of 155 ° C, thermorelax at a temperature of 190 ° C in the mode of free shrinkage. Carbonization is carried out in an inert medium at a degree of deformation (+15)% to a final temperature of 700 ° C, and high-temperature processing is completed at a temperature of 2400 ° C with a degree of deformation (+15)%.
Полученный углеродный тканый материал имеет следующие характеристики:The resulting carbon woven material has the following characteristics:
- прочность нити при разрыве составляет 3,2 ГПа- tensile strength at break is 3.2 GPa
- поверхностная плотность материала 153 г/м2 - surface density of the material 153 g / m 2
- содержание углерода 99,8%.- carbon content of 99.8%.
Пример 5. Вискозный однонаправленный материал пропитывают в 7%-ном растворе, состоящем из олигомерной смолы, полученной по примеру Д, и композиции общей формулы (SiO)xCyHz, где 3≤x≤5, y=2х, z=3y при следующем соотношении компонентов (х=3):(x=4):(x=5)=0:100:0.Example 5. The viscose unidirectional material is impregnated in a 7% solution consisting of an oligomeric resin obtained according to example D, and a composition of the general formula (SiO) x C y H z , where 3≤x≤5, y = 2x, z = 3y in the following ratio of components (x = 3) :( x = 4) :( x = 5) = 0: 100: 0.
Затем пропитанный материал сушат при температуре 165°C, терморелаксируют при температуре 195°C в режиме свободной усадки. Карбонизацию проводят в среде азота при степени деформации (+30)% до конечной температуры 700°C, а высокотемпературную обработку заканчивают при температуре 2500°C при степени деформации (+30)%.Then the impregnated material is dried at a temperature of 165 ° C, thermorelax at a temperature of 195 ° C in the mode of free shrinkage. Carbonization is carried out in nitrogen at a degree of deformation (+30)% to a final temperature of 700 ° C, and high-temperature processing is completed at a temperature of 2500 ° C with a degree of deformation (+30)%.
Полученный углеродный тканый материал имеет следующие характеристики:The resulting carbon woven material has the following characteristics:
Claims (1)
HO{[MeSi(OH)O][Me2SiO]m}nH,
где Me - метил; m и n - целые или дробные числа: m=1-3, n=3-10 с молекулярной массой от 900 до 2400 и вязкостью в пределах от 520 до 1700 сП, и растворитель, с последующими сушкой, терморелаксацией при температуре (180-200)°C, карбонизацией и высокотемпературной обработкой в инертной среде, отличающийся тем, что в качестве растворителя олигомерных смол используют композицию общей формулы:
(SiO)xCyHz,
где 3≤x≤5, y=2x, z=3y при следующем соотношении компонентов: (x=3):(x=4):(x=5)=(0-10):(90-100):(0-10), при этом концентрация смол в растворах составляет (5-7) мас.%, а сушат пропитанный гидратцеллюлозный материал при температуре (150-170)°C, терморелаксируют в режиме свободной усадки, карбонизацию проводят при степени деформации от (-25)% до (+30)% и заканчивают при температуре 700°C, причем последующую высокотемпературную обработку проводят при температуре до 2500°C при степени деформации от (-10)% до (+30)%. A method of producing a carbon fibrous material, characterized by processing the starting hydrated cellulosic fibrous material in a solution containing liquid oligomeric resins containing 5-15% silanol groups corresponding to the general formula:
HO {[MeSi (OH) O] [Me 2 SiO] m } n H,
where Me is methyl; m and n are integer or fractional numbers: m = 1-3, n = 3-10 with a molecular weight of 900 to 2400 and a viscosity ranging from 520 to 1700 cP, and a solvent, followed by drying, thermal relaxation at a temperature (180- 200) ° C, carbonization and high-temperature treatment in an inert medium, characterized in that as a solvent of oligomeric resins use a composition of the General formula:
(SiO) x C y H z ,
where 3≤x≤5, y = 2x, z = 3y in the following ratio of components: (x = 3) :( x = 4) :( x = 5) = (0-10) :( 90-100) :( 0-10), while the concentration of resins in the solutions is (5-7) wt.%, And the impregnated cellulose hydrated material is dried at a temperature of (150-170) ° C, they are relaxed in the mode of free shrinkage, carbonization is carried out at a degree of deformation from (- 25)% to (+30)% and finish at a temperature of 700 ° C, and the subsequent high-temperature treatment is carried out at a temperature of up to 2500 ° C with a degree of deformation from (-10)% to (+30)%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012111067/05A RU2490378C1 (en) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Method of producing carbon fiber material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012111067/05A RU2490378C1 (en) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Method of producing carbon fiber material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2490378C1 true RU2490378C1 (en) | 2013-08-20 |
Family
ID=49162838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012111067/05A RU2490378C1 (en) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Method of producing carbon fiber material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2490378C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2577578C1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО НПЦ "УВИКОМ") | Method for making carbon fiber material |
| RU2645208C2 (en) * | 2015-10-27 | 2018-02-16 | Открытое акционерное общество "Инновационный научно-производственный центр текстильной и легкой промышленности" (ОАО "ИНПЦ ТЛП") | Apparatus for producing carbon fiber materials |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2045472C1 (en) * | 1992-09-04 | 1995-10-10 | Казаков Марк Евгеньевич | Method for production of carbon fibrous material |
| RU2256013C2 (en) * | 1999-12-06 | 2005-07-10 | Снекма Пропюльсьон Солид | Carbonization of cellulose fibrous materials in presence of organosilicon compound |
| RU2384567C2 (en) * | 2008-03-03 | 2010-03-20 | ИНСТИТУТ НЕФТЕХИМИИ И КАТАЛИЗА Российской Академии Наук | Method of producing 2-[(dimethylamino)methyl]phenol |
| CA2753794A1 (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-02 | Basf Corporation | Process for producing carbon nanofibres and/or carbon nanotubes |
| RU2424385C1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО "НПЦ "УВИКОМ") | Method of producing carbon fibre and materials based on carbon fibre |
-
2012
- 2012-03-23 RU RU2012111067/05A patent/RU2490378C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2045472C1 (en) * | 1992-09-04 | 1995-10-10 | Казаков Марк Евгеньевич | Method for production of carbon fibrous material |
| RU2256013C2 (en) * | 1999-12-06 | 2005-07-10 | Снекма Пропюльсьон Солид | Carbonization of cellulose fibrous materials in presence of organosilicon compound |
| RU2384567C2 (en) * | 2008-03-03 | 2010-03-20 | ИНСТИТУТ НЕФТЕХИМИИ И КАТАЛИЗА Российской Академии Наук | Method of producing 2-[(dimethylamino)methyl]phenol |
| CA2753794A1 (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-02 | Basf Corporation | Process for producing carbon nanofibres and/or carbon nanotubes |
| RU2424385C1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО "НПЦ "УВИКОМ") | Method of producing carbon fibre and materials based on carbon fibre |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2577578C1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "УВИКОМ" (ООО НПЦ "УВИКОМ") | Method for making carbon fiber material |
| RU2645208C2 (en) * | 2015-10-27 | 2018-02-16 | Открытое акционерное общество "Инновационный научно-производственный центр текстильной и легкой промышленности" (ОАО "ИНПЦ ТЛП") | Apparatus for producing carbon fiber materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Huang et al. | Flame-retardant polyvinyl alcohol/cellulose nanofibers hybrid carbon aerogel by freeze drying with ultra-low phosphorus | |
| D’Acierno et al. | Thermal degradation of cellulose filaments and nanocrystals | |
| Rojo et al. | Effect of fiber loading on the properties of treated cellulose fiber-reinforced phenolic composites | |
| Lu et al. | Thermal stability and thermo-mechanical properties of hemp-high density polyethylene composites: Effect of two different chemical modifications | |
| Liu et al. | Multifunctional flame-retarded and hydrophobic cotton fabrics modified with a cyclic phosphorus/polysiloxane copolymer | |
| Ramamoorthy et al. | Effect of alkali and silane surface treatments on regenerated cellulose fibre type (Lyocell) intended for composites | |
| Zegaoui et al. | Morphological, mechanical and thermal properties of cyanate ester/benzoxazine resin composites reinforced by silane treated natural hemp fibers | |
| Ashori et al. | Bacterial cellulose/silica nanocomposites: Preparation and characterization | |
| Taib et al. | Recent progress in cellulose-based composites towards flame retardancy applications | |
| RU2424385C1 (en) | Method of producing carbon fibre and materials based on carbon fibre | |
| Barczewski et al. | The effect of two-step surface treatment by hydrogen peroxide and silanization of flax/cotton fabrics on epoxy-based laminates thermomechanical properties and structure | |
| Yu et al. | Enhancing toughness, flame retardant, hydrophobic and dielectric properties of epoxy resin by incorporating multifunctional additive containing phosphorus/silicon | |
| Liu et al. | Synthesis and application of a new, facile, and efficient sorbitol-based finishing agent for durable and flame retardant lyocell fibers | |
| Yuan et al. | Effect of thermal treatment on properties of ramie fibers | |
| KR102159239B1 (en) | A method for manufacturing a hetero-element-doped carbon nanofibers, a hetero-element-doped carbon nanofibers manufactured by the same, and carbon nanofiber-polymer composite thereby | |
| RU2490378C1 (en) | Method of producing carbon fiber material | |
| US20180118901A1 (en) | Method of producing carbon fibers and carbon fiber composites from plant derived lignin and its blends | |
| Gieparda et al. | Chemical modification of natural fibres to epoxy laminate for lightweight constructions | |
| PA et al. | Surface‐modified sisal fiber‐reinforced eco‐friendly composites: Mechanical, thermal, and diffusion studies | |
| Zhao et al. | Preparation of a halogen-free P/N/Si flame retardant monomer with reactive siloxy groups and its application in cotton fabrics | |
| RU2459893C1 (en) | Method of producing carbon fibrous material | |
| Zheng et al. | Preparation and flame retardancy of 3-(hydroxyphenylphosphinyl)-propanoic acid esters of cellulose and their fibers | |
| Sokolowski et al. | Carbon nanofibers-based nanocomposites with silicon oxy-carbide matrix | |
| RU2384657C2 (en) | Method for obtaining carbon fibre and materials on its basis | |
| Li et al. | Lightweight, strong and thermally insulating polymethylsilsesquioxane-polybenzoxazine aerogels by ambient pressure drying |