Способ получения углеродного волокнистого материала

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА, включающий формирование прочесанного холста из карбоцепного волокна, его скрепление, окисление и последующую карбонизацию, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологического процесса, скрепление холста из полиэтиленового волокна осуществляют двухстадийным облучением ускоренными электронами, причем на первой стадии обработку проводят при 60 - 80^oС до поглощенной дозы 0,75 - 1,0 МГр, а на второй - при 110 - 130^oС до поглощения дозы 1,2 - 2,0 МГр.

Изобретение относится к получению нетканых углеродных волокнистых материалов, в частности к способам их получения из химических волокон.
Цель изобретения - упрощение технологического процесса.
Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем формирование прочесанного волокнистого холста из карбоцепного волокна, скрепление его, окисление термообработкой на воздухе и карбонизацию в инертной среде, скрепление холста из полиэтиленового волокна осуществляется двухстадийным облучением ускоренными электронами, причем на первой стадии обработку проводят при температуре 60-80^оС до поглощения дозы 0,75-1,0 МГр, а на второй - при 110-130^оС до поглощенной дозы 1,2-2,0 МГр.
Предлагаемый способ реализуют следующим образом. Полиэтиленовое волокно разрезают на штапельки размером 60-80 мм, подвергают предварительному прочесыванию на щипательной машине СЩ-850, затем кардочесанию на чесальной валичной машине, формируя прочесанный волокнистый холст. Образец полученного волокнистого прочесанного холста с поверхностной плотностью 600-700 г/м² и эффективной толщиной 20 5 мм размером 120х60 см подвергают облучению на ускорителе электронов ЭлТ-1,5 ускоренными электронами энергией 1,3 Мэв до поглощенной дозы 0,75-1,0 МГр при мощности 4,5х10^-3 МГр/с (длительность стадии 167-222 с), температура при этом не должна превышать 60-80^оС. Указанная энергия электронов обеспечивает равномерность распределения поглощенной дозы по толщине образца. Дальнейшее облучение проводят до поглощенной дозы 1,2-2,0 МГр при мощности 7,5х10^-3 МГр/с (длительность стадии 160-267 с) в температурном диапазоне плавления кристаллитов полиэтилена, т.е. 110-130^оС. Превышение значений температуры на первой и второй стадиях облучения приводит к спеканию материала или полному его плавлению.
Окисление проводят при температуре 200-250^оС в среде воздуха в течение 6 ч, а карбонизацию до температуры 900^оС в течение 5 ч в инертной среде (азот).
Для оценки различных параметров облучения в способе получения углеродного волокнистого материала были выбраны две характеристики:
поверхностная усадка (%), характеризующая степень изменения формы и размеров предварительно окисленного образца в процессе карбонизации;
потеря массы (%), характеризующая количество выделяющихся газообразных веществ при карбонизации.
Примеры получения углеродного волокнистого материала и его свойства приведены в таблице.
Интервал параметров облучения определяется возможностью сохранения волокнистой структуры на всех стадиях обработки материала с максимально возможным выходом конечного продукта. Волокнистая структура сохраняется при поверхностной усадке, не превышающей 55% (примеры 2-8 в таблице). Величина потери массы при карбонизации является количественной, определяющей выход конечного продукта, и не характеризует сохранение волокнистой структуры.
Рентгенографические исследования образцов углеродных волокнистых материалов на основе полиэтиленового волокна, полученные заявляемым способом, показали, что полученные образцы представляют собой углерод турбостратной структуры.
Полученные углеродные волокнистые материалы обладают высокой хемостойкостью в щелочной среде при комнатной температуре. Даже при длительном (до 40 сут) воздействия 42%-ного водного раствора едкого натра при комнатной температуре потери массы образцов не происходит.
Исследование термоустойчивости образцов в инертной среде, оцениваемая по изменению потери массы образцов при нагревании его до 1000^оС в среде аргона, показало, что термоустойчивость полученных материалов и материала, полученного по способу-прототипу, при 600^оС одинакова. При температуре выше 650^оС термоустойчивость образцов, полученных заявленным способом, выше, чем у прототипа.
Использование: химическая промышленность, теплоизоляционные материалы, технология изготовления материалов, устойчивых в агрессивных средах. Сущность изобретения: полиэтиленовое волокно в виде штапеля перерабатывают в волокнистый холст, который скрепляют двухстадийным облучением ускоренными электронами. Режимы обработки: на первой стадии 60 - 80°С до поглощенной дозы 0,75-1,0 МГр. на второй 110 - 130°C до поглощенной дозы 1,2-2,0 МГр. Далее материал окисляют и карбонизуют. 1 табл.