Спосіб одержання вуглецевого волокнистого матеріалу

Изобретение относится к получению нетканых углеродных волокнистых материалов, в частности к способу их получения из химических волокон. Известен способ получения углеродного нетканого материала из акрилового волокна, обработанного гидроксиламином, путем формования нетканого холста с последующей термообработкой при температуре выше 150°С и карбонизацией [1]. Способ предназначен для получения многослойного углеродного нетканого материала путем складывания 2 или более листов исходного нетканого материала. В процессе термообработки происходит скрепление листов исходного нетканого материала, однако прочность связывания невысокая, что делает возможным разделение листов либо перед карбонизацией, либо после. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является способ получения углеродных текстильных материалов, включающих формирование прочесанного холста из химических волокон на основе сополимеров акрилонитрила и 6% метилметакрилата и 1% винилсульфоната натрия, скрепление этого холста иглопробивным методом, окисление путем обработки в водном растворе гидразин гидрата при 70-90°С с последующей термообработкой на воздухе при 200-240°С в течение 2-6 часов и карбонизацией в инертной среде до 1000°C [2]. Недостатками известных способов является то, что: - стадия окисления исходного материала включает обработку химическими реагентами, что усложняет технологический процесс; - используется дорогостоящее сырье; - термообработка (термоокисление и карбонизация) сопровождается выделением токсичных газообразных веществ, что ухудшает условия тр уда. Задачей изобретения является разработка способа получения углеродного волокнистого материала, в котором применен новый прием скрепления нетканого полотна, позволяющий упростить те хнологический процесс и улучшить усло вия труда. Поставленная задача решается тем, что в способе получения углеродного волокнистого материала, включающем формирование прочесанного волокнистого холста из карбоцепного волокна, скрепление его, окисление и последующую карбонизацию, согласно изобретению, скрепление холста из полиэтиленового волокна осуществляют двухстадийным облучением ускоренными электронами, причем на 1-ой стадии обработку проводят при температуре 60-80°С до поглощенной дозы 0,75-1,0 МГр, а на второй - при 110-130°С до поглощенной дозы 1,2-2,0 МГр. Указанная энергия электронов обеспечивает равномерность распределения поглощенной дозы по толщине образца. Дальнейшее облучение проводят до поглощенной дозы 1,2-2,0 МГр при мощности 7,5 х 10 -3 МГр/с (длительность стадии 160-267 сек.) в температурном диапазоне плавления кристаллитов полиэтилена, т.е. 110130°С. Превышение значений температуры на первой и второй стадиях облучения приводит к спеканию материала или полному его плавлению. Предлагаемый способ реализуют следующим образом, Полиэтиленовое волокно разрезают на штапельки размером 60-80 мм, подвергают предварительному прочесыванию на щипальной машине СЩ-850, затем кардочесанию на чесальной валичной машине, формируя прочесанный волокнистый холст. Образец полученного волокнистого прочесанного холста с поверхностной плотностью 600-700 г/м 2 и эффективной толщиной 2±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 4,5 х 10 МГр/с (длительность стадии 16,7-22,2 сек), температура при этом не должна превышать 60-80°С. Окисление проводят при температуре 200-250°С в среде воздуха в течение 6 часов, а карбонизацию до температуры 900°С в течение 5 часов 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% (пример 2-8 в таблице на стр. 5 описания). Величина потери массы при карбонизации является количественной, определяющей выход конечного продукта, и не характеризует сохранения волокнистой структуры. Рентгенографические исследования образцов углеродных волокнистых материалов на основе полиэтиленового волокна, полученные настоящим 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 суток) воздействии 42%-го 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°С в среде аргона, показало, что термоустойчивость полученных материалов и материала, полученного по способу-прототипу, при 600°С одинакова. При температуре выше 650°С термоустойчивость образцов, полученных настоящим способом, выше, чем в прототипе.