Способ получения пористых углеродных изделий

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(и) 738994 Союз СоветскккСоцквпкстическикРеспублик ив АССта(22) Занвлено 08,04.76 (2 )2344477/23-26 с присоединением заявки ЖС 01 6 31/02 Государственный комитет СССРло делам изобретений и открытийДата опубликования описания 10.06,80 сЛ. С. Малей, Т. А. Кириллова, В. А. Дербенев и М. Д. Малей(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ. ИЗДЕЛИЙ,Изобретение относится к химической технологии, касается способов изготовления углеродистых материалов с высокой пористостью и может быть использо- вано в химическом машиностроении, а также в электродной и электротехничес 5 кой промышленности.Известен способ изготовления пористых углеродных изделий, который включает смешение углеродного наполнителя,19 например смеси сажи и кокса, со связую. шим-фенолформальдегидной смолой и неком, формование полученной смеси и последующую карбонизацию заготовок до 1000 оС и выше в течение 240-300 ч Я15Образование пор.в углеродном материале при реализации этого .способа про.исходит за счет выделения летучих ве- . шеств,образующихся при коксовании связующего, Полученный углеродный материал обладает низкими прочностными характеристиками, так как большая часть связующего выделяется. в виде летучих вешеств. К недостаткам этого способа, 2следует отнести также повышенные затраты энергии при термообработке заготовок вследствие большой продолжительности процесса.Известен способ получения пористого углет)одного материала, включающий подготовку текучего литейного шликера на основе жидкой дисперсионной фазы, смешением предварительно равномерно диспергированной органической связки, жидкого порофора и диспергированного агента, отливку от шликера заготовок, их отверждение до самонесушего состояния, уИаление иэ заготовок жидкой дисперсионной фазы и последующую термообработку их до высоких температур 23Недостатки данного способа - сложность аппаратурного оформления процесса, большая трудоемкость технологических операций и низкая производительность труда.Наиболее известным является способ получения пористых углеродньпс изделий, включающий введение порообразователя -хлористого аммония (45-70 вес.ч.) вуглеродсодержащий . наполнитель - нефтяной кокс и сажу при смещении, добавление связующего - каменнбугольного пекаПрисмешении, прессование из смеси зага товок и последующий их обжиг до 1000- .1200 ОС в течение 440 ч 35. По этому способу получают иэделия с высокой пэристостью (65;-73%), прочность иэделийнедостаточно высока и энергозатраты на их изготовление велики (за счет низкой скорости нагрева при обжиге).Белью настоящего изобретения являютсяповышение прочностных характеристик" "йбрйс"гого у 1 леродного матерйала и снижение энергозатрат на его изготовление.Указанная цель достигается тем, чтопредложенный способ включает пропиткуволокнистого материала на основе целлюлозы водным раствором хлористого аммония до привеса 10-25 вес.% резку егона отрезки длиной 10-30 мм, добавлениесвязующего-каменноугольного пека при. смешении, прессование из смеси заготовок и последующий обжиг (со"скоростью50-100 град/час).В качестве углеродсодержвщего наполнителя используют волокнистый материал на основе целлюлозы и вводят порообразователь пропиткой волокнистого мвгерйвйа водньм раствором хлористогоаммония до привеса 10-25 вес.% причемперед добавлением связующего волокнистыд материал разрезают на отрезки длиной 10-30 мм и обжиг заготовок прово" Югт со-скоростью подъема температуры50-100 град/ч.Сочетание роли хлористого аммониякак порообразователя с ролью катализатора термообработки волокнистогонаполнителя позволяет повысить выход" "твердого остатка;-а введение его в видеводного раствора обеспечивает болееравномерное распределение порообразэвателя по всему объему материала. Применение в качестве нвполнителя вискозного волокна позволяет значйтельно по- .,высить прочность углеродного материала,не снижая его пористости. Содержаниепорообразователя в количестве 10-25%от васа наполнителя дает возможность"регулировать пористость материала.вдостаточно широком диапазоне и обеспечивает максимальный выхбдтвердогоостатка иэ волокнистого наполчитащпри термообработке. Повышение содержания порообраэователя выше указанныхпределов приводит к интенсивному ростуобъема и размера пор и значительному снижению прочностных характеристик материала. При содержании хлористого аммония в наполнителе менее 10,вес,% уменьшается пористость материала и выходтвердого остатка из наполнителя притермообработке, что также снижает прочность материала.Перед смешением со связующим пропитанное волокно разрезают нв отрезки 1 О длиной 10-30 мм. Увеличение длины от-.резков свыше 30 мм усложняет операциюсмешения наполнитепя со связующим, полученная смесь оказывается неоднородной по составу и свойствам, что снижает стабильность .характеристик готового материла. Использование отрезков волокнадлиной, менее 10 мм приводит к комкованию массы при смещении, образующиеся ватоподобные комки плохо формируются 2 О и термообработку полученных из такойсмеси заготовок приходится проводитьпри пониженных скоростях нагрева.В зависимости от требований, предьявляемых к свойствам готового мате риала, термообработку отформованныхзаготовок проводят со скоростью подъема температуры 50-100 С/ч. При нагреве заготовок свыше 100 оС/ч снижается прочность материала за счет по- ЗО ниженного выхода твердого остатка изсвязующего. Кроме того, в процессетермообработки, из-за большого перепадатемпературы в материале, образуютсятрещины. При скорости нагрева менее50 С/ч возрастают энергоэатраты иумещьшается пористость материала, таккак часть пор закрывается за счет твердого продукта, образующегося при вторичном пиролизе летучих углеводородов.4 О П р и м е р 1, Вискозное кордноеволокно % 5,45 пропитывают растворомхлористого аммония с плотностью1,075 г/сьРпри 40 С. Пропитанноеволокно высушивают при 140 оС 2 мин, 45 (привес хлористого аммония после сушки составляет 10-20 вес,%). Затемволокно разрезают на .отрезки длиной10-30. мм. Рюарманное волокно смешивают в смесителе с Х -образными ло- .5 О пастями с каменноугольным среднетемпературным пеком с температурой размягчения 686 в соотношении 2:1 втечение 2:ч. Полученную смесь прессуютв блоки размером 42 х 42 х 15 мм при 55 удельном давлении прессования 1800 кгс/смяи температуре окружающей среды. Отфор мованййе заготовки обжигают (термообрвбатцвают) в инвертной среде до1300 С при скорости подъема темпера- о5 7389 туры ,ЮоС/ч. Охлаждение заготовок также проводят в инертной среде 1-3 ч.П р и м е р 2 Загоговкиматериала изготовленные по примеру 1, термообрабатывают до 1300 С при скорости подъема температуры 100 С/ч, охлаж-одают в инертной среде 1-3 ч.П р и м е р 3. Заготовки материала, изготовленные по примеру 1, обжигают до 1300 С со скоростью подъема тем в пературы 50 С/ч в инертной среде, а затем охлаждают 1-3 ч.П р и м е р 4. Заготовки материала, изготовленные по примеру 1, обжигают до 1300 С при скорости подъема тем 15 пературы 110 С/ч и охлаждают в инертной среде 1-3 ч. После термообработки 60% заготовок имели трещины. Отклонение от режима Предлагаемый спосрб Известньспособ Показатели Пример 6 Пример 7 Пример 8 ример 1 Пример 2 Пример 3 Удельныйрасход энергии, квт. ч/кг 4,4-5,5 2,7-3,5 2,7-3,2 3,0-3,8 2,7-3,5 2,7-3,5 2,7-3,5 Пористость,% 68-75 52-65 55-70 45-50 42-57 30-40 6 ЬПредел прочности присжатиикгс/см 150-215 340-410 290-370 380-450 240-415 240-350 170-250ю Предел прочности при изгибе,кгс/ем 80-140 260-290210-240 270-350170-260 170-220 90-165 жению поуистости материала, а с другойк снижению прочностнькхарактеристик и браку, т,е, образованию трещин при термообработке и формоввнии Формула изобретения1, Способ получения пористый угльродных иэделий, включающий введение порообразоватвпя - хлористого аммония в углеродсодержащий наполнитель, добавление связующего - каменноугольного Как видно из таблицы, материал, изготовленный по предлагаемому способу по пористости не уступает материалу изготовленному по известному способу, но значительно превосходит последний по прочностным .характеристикам. Энерго- затраты в предложенном способе нв изготовление материала в 1,4-1,8 раза меньше, чем в известном. Нарушениережимных параметров (примеры 6-8) с одной стороны приводит к резкому сниП р и м е р 5. Волокно подготовлен ное п 9 примеру 1 разрезают на отрезки длиной 5-10 мм и обрабатывают по схе- ме примера 1. При смешении волокна и пека. образовываются ватоподобные ком .ки, Полученная смесь плохо формуется 25 заготовки имеют микротрещины, которые увеличиваются при термообработке. 04 .6П р и м е р 6. Волокно, подготовленное по примеру 1, разрезают на от-резки Шиной более 30 мм и обрабатывают ло примеру 1 .П р и м е р 7. Вискозное кордноеволокно Ж 8,45 пропитывают растворомхлористого аммония с плотностью 1,04 г/сьевпри 40 ; Пропитанное волокно высушивают при 140 С в течение 2 мин, привес волокна после сушки составляет7-10%, Высушенное волокно обрабвтываке по примеру 1.П р и м е р 8. Вискозное кордное волокно% 5,45 пропитывают раствором хлористого аммония с плотностью 1,09 г/смпри 80 оС. Пропитанное волокно вйсу-шивают при 140 фС в течение 2 мин, .привес волокна после сушки составляет25-30%. Высушнное волокно обрабатывают по примеру 1.В таблице приведены результаты испытаний материалов, полученных по предлагаемому способу, согласно примерам1-3 и 6-8 (для режимов, выходящих за,предложенные пределы), а также материала, полученного по известному способу,7 7 ММ 48пека при смешении, прессование из сме- связующего волокнистый материал раз,.си заГотовок и последующий их обжй, резают на отрезки длиной 10-30 мм и обо тл и ч а ю ш и й с я тем, что, с жиг ведут соскоростью 50-100 град/час.целью повышения прочности изделий иснижения энергозатрат, в качестве. угле- Источники информации,"родсодержащего наполнителя используют принятые во внимание при экспертизеволокнистый материал на основе целлю. Патент США М 3219731,лозы и вводят порообразователь, пропит- кл. 264-29, опубл. 23.11.65 г,койволокнистого материала водным раст. Патент США3859421, " " вором" хлористого аммония до привеса 10. кл С 01 О 31/02 (423-445),опубл. 07.01.75 г.3. Авторское свидетельство СССР2. Способ по п, 1, о т л и ч а ю Ь 321078, кл. С 01 И 31/04,щ и.й с я тем, что перед добавлением заявл. 30.12.68 г, (прототип).Составитель Т. ИльинскаяРедактор С. Тараненко Техред О.Андрейко Корректор Н, СтенЗаказ 3061/10 Тираж 565 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4