Способ поверхностной модификации углеродных волокнистых материалов

(54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ МОДИФИКАЦИИ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКНИСТЫХМАТЕРИАЛОВ(57) Использование: в производстве высокои рочн ых высокомодул ьных углеволокнистых материалов с повышенной адгезией кполимерному связующему при получениииэ них углепластиков, Сущность изобретения, углеродный волокнистый материал(УВМ) обрабатывают в аппарате озоновозИзобретение относится к тех производства высокопрочных вь дульных углеволокнистых материал с повышенной адгезией к полимерн зующему при получении из них угл ков.Цель изобретения - повышени тивности процесса. нологи соком ов (УВМ омусв епласт э екинейной бониза- АН-нити т через р 1. Углеродный жгут л00 текс, полученный каррительно окисленной П непрерывно пропускаю П римлотности 4 ией предв ри 1350 С и ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИ душной смесью с концентрацией озона 0,2 - 3,0 об,% 3-30 мин. Летучие продукты непрерывно отсасывают из аппарата до величины остаточного давления на 1 - 50 мм водт,ст.ниже атмосферного, Характеристики пол ученного продукта: эпоксиуглепластик на основе углеродного жгута линейной плотности 400 текс, полученного карбонизацией ПАН волокна, при обьемном его содержании в углепластике 60-64 О имеет прочность при изгибе 225 кгс/мм, при сдвиге 9,0 кгс/мм, модуль упругости при изгибе 13600 кг/мм в сравнении с контрольными показателями: 175, 5,9 и 13500 кгс/мм соответственно. Композиционный материал на основе УВМ в виде трикотажа шириной 550 мм, толщиной 2 мм иэ нити линейной плотности 90 текс, полученной карбонизацией гидратцеллюлоэного волокна и реэольной фенолформальдегидной смолы, имеет прочность при изгибе 35 кгс/мм и при сдвиге 3,5 кгс/мм в сравнении с контрольными показателями 20 и 2,5 кгс/мм соответственно,камеру, в которую в течение 3 мин подают оэоновоздушную смесь, содержащую 20 мг озона на 1 л смеси, При этом в камере озонирования создают давление на 50 мм вод,ст, ниже атмосферного за счет принудительного отсоса образующихся летучих продуктов. Из полученного углеродного волокна изготовляют эпоксиуглепластик с объемным содержанием УВ 60-647 ь, имеющий следующие характеристики: предел прочности при изгибе - 225 кгс/мм, при сдвиге - 9,0 кгм/мм, модуль упругости при2изгибе - 13600 кгс/мм,В контрольном опыте указанный исходный углеродный жгут подвергают озонированию в тех же условиях, но процесспроводят при избыточном давлении в камере на 5 мм вод,ст, выше атмосферного, 5Эпоксиуглепластик на основе УВ, обработанного в таких же условиях характеризуется прочностью при изгибе - 175 кгс/мм,при сдвиге - 5,9 кгс/мм, модулем упругостигпри изгибе 13500 кгс/ммг, 10П р и м е р 2. Углеволокнистый материалв виде ленты шириной 260 мм, полученныйкарбонизацией при 1500 С предварительноокисленной ПАН-нити линейной плотности33,3 текс, подвергают поверхностной обработке озоновоздушной смесью 7 мин присодержании озона 60 мг на 1 л смеси, В ходеозонирования в проходном аппарате создают давление на 1 мм вод.ст, ниже атмосферного за счет принудительного отсоса 20образующихся летучих продуктов. Эпоксиуглепластик на основе обработанной в этихусловиях углеродной ленты имеет прочность при изгибе 160 кгс/мм, прочность пригсдвиге - 8,3 кгс/мм модуль упругости пригиЗгибе 14400 кгс/мм,В контрольном опыте указанную углеродную ленту подвергают озонированию втечение 7 мин при этом же содержании озона в смеси, но процесс обработки осуществляют, поддерживая давление в аппаратена 2 мм вод.ст. выше атмосферного, Пределпрочности полученного углепластика приизгибе составляет 130 кгс/мм, при сдвиге -г6,0 кгс/мм, модуль упругости при изгибе - 3514100 кгс/мм,П р им е.р 3. Углеволокнистый материалв виде ленты шириной 600 мм, полученныйтермообработкой при 1900 С предварительно окисленной ПАН-нити линейной 40плотности 33,3 текс, обрабатывают 15 минозоновоздушной смесью с содержаниемозона 40 мг на 1 л смеси и давлении в аппарате на 10 мм рт,ст, ниже атмосферного эасчет принудительного отсоса образующихся летучих продуктов.Из обработанной углеродной ленты из. готовляют углепластик, характеризующийсяпределом прочности при сдвиге 7,1 кгс/мм,при изгибе - 150 кгс/мм, модулем упругогсти при изгибе - 17200 кгс/мм,В контрольном опыте исходную углеродную ленту озонируют в тех же условиях,что и в основном примере 3, но в аппаратесоздают давление, равное атмосферному. 55Эпоксиуглепластик, изготовленный на основе такого материала, имеет прочность присдвиге - 5,0 кгс/мм, при изгибе - 135 кгс/мм,гмодуль упругости - 17000 кгс/мм .г П р и м е р 4, Углеродную ткань шириной500 мм, толщиной 0,6 мм из 800 нитей, линейной плотности 90 текс, полученную высокотемпературной обработкой при 2200 Спредварительно карбонизованной тканина основе гидратцеллюлозной нити с метрическим номером 5,2 в четыре сложения.подвергают поверхностной обработке озоновоздушной смесью 20 мин при содержании озона 10 мг на литр смеси, В аппаратеоэонирования создают давление на 20 ммвод.ст. ниже атмосферного. Эпоксиуглепластик на основе такого материала имеетпрочность при изгибе 71 кгс/мм пределпрочности при сдвиге - 4,7 кгс/мм,В контрольном опыте углеродную тканьобрабатывают в тех же условиях, но приизбыточном давлении в камере озонирования на 20 мм вод,ст. выше атмосферного.Углепластик на основе обработанной такимспособом углеродной ткани имеет прочность при изгибе - 46 кгс/мм, предел прочногсти при сдвиге - 3,3 кгс/мм,гП р и м е р 5, Углеволокнистый материалв виде трикотажа шириной 550 мм, толщиной 2 мм из нити линейной плотности 90текс, полученный путем ступенчатого пиролиза исходного трикотажа на основе гидратцеллюлозной нити с метрическим номером5,2 с окончательной высокотемпературнойобработкой при 2400 С, обрабатывают 30мин озоновоэдушной смесью с содержанием озона 5 мг на литр смеси. При этом ваппарате создают давление на 3 мм вод.ст.ниже атмосферного. Из обработанного таким способом углеволокнистого материалаи фенольного связующего (фенолформальдегидная смола резольного типа марки 239)получают композиционный материал спрочностью при изгибе - 35 кгс/мм, пригсдвиге - , 3,5 кгс/ммгКонтрольный образец углеродного трикотажа обрабатывают в тех же условиях, нопри давлении в камере оэонирования на1 мм вод,ст, выше атмосферного. Композит на основе такого материала имеет прочность при изгибе 20 кгс/мм, при сдвиге -г2,5 кгс/ммг.Как следует из примеров, способ по изобретению позволяет существенно повыситьэффективность процесса модификации иполучить композиционные материалы сулучшенными механическими показателями.Формула изобретенияСпособ поверхностной модификацииуглеродных волокнистых материалов обработкой их в аппарате озоновоздушнойсмесью, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения эффективности процес1816823 Составитель Т. СмирноваТехред М.Моргентал Корректор С,Шекмар Редактор Заказ 1710 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 са. обработку осуществляют при концентра- зующихся летучих продуктов до величинь ции озона 0,2-3,0 об.о 3-30 мин в условиях остаточного давления на 1-50 мм вод.ст нипринудительного отсоса из аппарата обра- же атмосферного.