Способ получения углеродного текстильного наполнителя композиционного материала

СОВХОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1)5 О 03 О 1/00 В 1 14 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ юл, %40венный научно-исстут конструкционнве графитаова, О,В,Полякова, А.ТМ.Лалыкина, В.А.И ледоваых мате Кавероввашов 04 В лии М 1587516, кл981,ОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОО НАПОЛНИТЕЛЯМАТЕРИАЛА П ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(21) 4841258/12 (22) 19.06.90 (46) 30.10.92, Б (71) Государст тельский инсти риалов на осно (72) Л.Ф. Селиван В,И.Фролов, К и Л.Г,Гаврина (56) Патент Анг 1/14, опублик, 1 (54) СПОСОБ П ТЕКСТИЛЬНОГ ЗИЦИОННОГО Изобретение относится к технологии изготовления высокомодульных текстильных наполнителей на основе полиакрилонитрильных (ПАН) волокон в виде ткани, трикотажа, нетканых материалов, являющихся армирующими наполнителями композиционных материалов, и тканей технического назначения.Наиболее близким техническим решением является способ получения наполнителя, заключающийся в термостабилизации исходных ПАН волокон, переработке их в пряжу, формировании из пряжи трикотажного полотна и композиционного материала в виде пакета из вязаных дисков с последующей высокотемпературной обработкой композиционного материала.Однако этот способ имеет следующие недостатки;при получении пряжи используют клас-. сический многопереходный метод прядения с обязательной операцией предваоительного аппретирования термостабилизирован.Ы 2, 1772241 А 1(57) Использование: изготовление углеродвысокомодульных текстильных наполнителей, Сущность изобретения: исходный жгут линейной плотности 850 - 13300 текс из полиакрилонитрильных нитей термостабилизируют в кислородсодержащей среде до достижения его плотности, равной 1350-1380 кг/мз, и штапелируют жгут. Непосредственно после штапелирования жгута из штапелированных волокон на пневмомехнической прядильной машине формируют пряжу. Из полученной пряжи формируют текстильное полотно с последующей его высокотемпературной обработкой в инертной среде. 1 табл. ного ПАН жгута, поскольку при отсутствии аппретирования жгута штапелированная лента не имеет связности между отдельными волокнами и на технологических переходах классического способа прядения (кардочесание, ленточные и ровничные переходы) наблюдается осыпание штапельков и нарушение целостности ленты, то есть технологические возможности этого способа невысокие;способ получения пряжи с включениемоперации трощения позволяет получить пряжу ограниченного ассортимента - пряжу линейной плотности 176 текс (88 текс х 2), Данных о возможности получения пряжи более низкой линейности плотности (более тонкой пряжи) и, следовательно. более высокого качества по этой технологии не приводится,Целью изобретения является повышение качества наполнителя и расширение его ассортимента и технологических возможностей способа.Это достигается тем, что в способе получения углеродноготекстильного наполнителякомпозиционного материала, заключающемсяв термостабилизации исходного жгута палиакрилонитрильных в кислородсодержащей среде, их штапелиравании, формировании изштапелированных волокон пряжи и формировании из пряжи текстильного полотна с последующей его высокотемпературнойобработкой в инертной среде, в качествеисходного жгута используют жгут линейнойплотности 850 - 13300 текс, термостабилизацию жгута проводят до достижения егоплотности, равной 1350 - 1380 кг/м, а форзмирование пряжи из штапелированных волокон осуществляют на пневмомеханическойпрядильной машине непосредственно послештапелирования нитей жгута,При термостабилизации ПАН волокнапроисходит преобразование линейнойструктуры ПАН в циклическую, характернуюдля термостабилизированного ПАН. Приэтом пикнометрическая плотность материала изменяется от 1200 кг/м (для исходногоПАН волокна) да 1400 - 1450 кг/м (для волокна, прошедцега полный працесстермостабилизации). Этот процесс сопровождаетсяуменьшением физико-механических свойств(разрывная нагрузка, удлинение, аласгические свойства, характернь 1 е для исходногоПАН волокна) и, естественно, при этом ухудшается способность к текстильной переработке.Необходимость получения термастабилизированного ПАН жгута с пикнометрической плотностью 1350-1380 кг/м обусловленозследующим:- недоокисленный ПАН жгут(пикнометрическая плотность ниже 1350 кг/м ) прекрасно перерабатывается в пряжу, так какволокно еще обладает достаточно высокимиэластическими свойствами, в связи с тем,что зациклизованные фрагменты не образовались во всем объеме волокна и частичносохраняется линейная структура полимера.Из такой пряжи можно получить ткань свысокими физико-механическими характеристиками, но при последующей высокотемпературной обработке 1400 - 20006 анасгорает, так как не получена необходимаяструктура волокна, способная выдержатьвысокую температуру (пример 4 табл.),- ПАН жгут с пикнометрическай плотностью выце 1380 кг/м, для которого харакзтерно наличие большого количествазациклизованных фрагментов (что подтверждается методом электронного парамагнитного резонанса), обладает повышеннымижесткостью и хрупкостью и низкими разрывными характеристиками, Переработка в50 Применение пневмомеханическага способа прядения позволяет получить пряжу, отличающуюся наличием сердечника с меньшей плотностью упаковки волокон и обвивочнаго слоя с большим числом воло кон, чем пряжа кольцевого прядения. В результате уменьшается коэффициент распрямленности волокон и повышается ворсистость пряжи.Использование такой пряжи позволяетснизить массу наполнителя, его толщину,10203040 пряку при этом затрудняется, а полученные образцы пряжи имеют низкие прочностные показатели, что делает невозможным переработку ее в текстильные структуры (и ример 5 табл.),Интервал пикнометрической плотности термостабилизированного ПАН жгута 1350-1380 кг/мз, обеспечивающий возможность получения качественной пряжи, пригодной для дальнейшей текстильной переработки на стандартном текстильном оборудовании, и позволяющей осуществлять последующую высокотемпературную обработку текстильного наполнителя, выбранэкспериментально,При этом расширяются технологические возможности способа - достаточно высокие эластичные свойства термостабилизированного жгута позволяют перерабатывать полученную из него пряжу на автоматизированных ткацких и трикотажных машинах, получаянаполнители в широком ассортименте(ткани различнаго переплетения и трикотак различной структуры при различной толщине наполнителя, если использовать при ега изготовлении пряжу различной линейнойплотности: 50 текс (25 текс х 2) и выше,Р, предлагаемом способе получения углеродного текстильного наполнителя используется пряжа, получаемая пневмомеханическим (однопереходным) способомпрядения, Однопереходный способ позволяет вырабать 1 вать пряжу из волокон, отличающихся повышенной хрупкостью и электризуемастью, без дополнительной обработки аппретирующими компонентами, и плохо выдерживающих многочисленные технологические переходы, характерные для традиционных, классических систем прядения. Превращение термостабилизированнаго ПАН жгута в пряжу осуществляется путем цтапелиравания неодновременным разрывом элементарныхволокон жгута за счет сверхвысокой вытяжки с созданием дискретного потока волокон и формированием иэ него пряжи с использованием пневмомеханическай прядильнойкамеры. Устройство штапелирования и пневмамеханическая прядильная камераобъединены в один блок.увеличить эастилистость, что уменьшает воздухопроницаемость при сохранении, в основном, физико-механических показателей. Это способствует повышению качества текстильного наполнителя и расширению 5 области его использования.Для получения пряжи в качестве сырья используется ПАН жгутлинейной плотности 850 - 13300 текс, Жгут с линейной плотностью ниже 850 текс использовать нецелесо образно с точки зрения экономики производства, Также нецелесообразно при конкретном пневмомеханическом способе прядения применение в качестве сырья ПАН жгута большей (от заявленной) линей ной плотности, так как он будет обладать значительной неравномерностью физико- механических показателей, что обусловлено неравномерностью прогрева толстого жгута на стадии термостабилиэации. Свой ства пряжи и соответственно текстильного наполнителя находятся в прямой зависимости от физико-механических показателей термостабилизированного ПАН жгута,П р и м е р. ПАН жгут линейной плот ности 850 текс ТУ 6-12-5757604-9-89) подвергают термостабилизации в кислородсодержащей атмосфере при температуре 220 С до получения пикнометрической плотности волокна 1370 кг/м". Жгут перера .батывают в одиночную пряжу линейной плотности 25 текс и более пневмомеханическим способом прядения. Для уравновешивания структуры одиночная пряжа складывается в два конца при совместном 35 подкручивании в сторону, противоположную первоначальной крутке, до получения. пряжи линейной плотности 50 текс и более. Физико-механические показатели приведены в таблице. Из пряжи вырабатывают 40 ткань полотняного переплетения и подвергают ее высокотемпературной обработке при температуре выше 2000 С в инертной атмосфере, Физико-механические показатели ткани приведены в таблице, пример 1. 45В таблице примеры 2, 3, 6, приведены свойства пряжи и текстильных наполнителей (ткань различного переплетения, трикотаж), полученных из ПАН термостабилизированных жгутов на основе исходного сырья разной линейной плотности от 1700 до 13300 текс, Данные о влиянии степени термостабилизации ПАН волокна (различная величина пикнометрической плотности 1330 кг/м и 1410 кг/мз) на возможность получения пряжи и текстильного наполнителя - примеры 4 и 5 описаны выше.Анализ приведенных данных в таблице показывает. что использование при получении пряжи термостабилизированного ПАН жгута с пикнометрической плотностью волокна ниже или выше заявляемых в формуле не позволяет получить углеродный волокнистый наполнитель.Использование предлагаемого способа позволяет повысить качество текстильного наполнителя.(снизить толщину и массу наполнителя), расширить ассортимент за счет варьирования толщины наполнителя, вида переплетения и структуры соответственно для тканых и трикотажных наполнителей; расширить технологические возможности способа.Формула изобретения Способ получения углеродного текстильного наполнителя композиционного материала, заключающийся в термостабилизации исходного жгута полиакрилонитрильных нитей в кислородсодержащей среде, их штапелировании, формировании из штапелированных волокон пряжи и формировании иэ пряжи текстильного полотна с последующей его высокотемпературной обработкой в инертной среде, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения качества наполнителя и расширения его ассоримента и технологических возможностей способа, в качестве исходного жгута используют жгут линейной плотности 850 - 13300 текс, термостабилизацию жгута проводят до достижения его плотности, равной 1350 - 1380 кг/м, а формирование из штапезлированных волокон пряжи осуществляют на пневмомеханической прядильной машине и непосредственно после штапелирования нитей жгута,1772241 ПАНкгут Плака Углеродиий иаполиитель Лри- иео Вид иа Пасса полни"мт, толя г Плот" ность кг/из Топцииа,и и Нить из иапол- Одиночное еолокиз Пют. месть, кг/мт Числоэлеиеигволоком кителя 8 Ь Дикг/ммз ео Е,Э 1 О 4 9,4 5,3, 7 т 1,22 3 Ткань сатии ткань иепри амс Получить угле иедоок исламия 72,4 удалось, Ткань из пряа скотеитературмой обработке пой степеиь лодку гори 5000 14 О 40000 1380 5 5 8506 1 ЗЗОО ем падве 1670 крупкость ьп 0 4,6 03 18,8,5 9000 рочиости при изгибе мити в пластике,;пругости при изгибе митипластике;рочиости при растякеиии тоизтмзироеаииои станке. получен Составитель Л,СеливановаТехред М.Моргентал Корректор М.Ткач Редактор Т,Ивано Заказ 3818 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, вмоскве, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Линейизяплотизсть,теис аг, предел Еез - модуль Зр- предел е Наполиител5000 137 10000 135 20000 1380 5000 1330 Лииейизяпют"юстьтеис Удаль"изяразрояиая иагрузиеиН/тек Удлииеииепри раз е,а сь. ПАН-Т агут об Трико так Возду- копфиицае мост, диз/мз 1360 " 64,6 11000 1375 67,0 10000 1320 64,7 11700