Спосіб одержання дисперсного вуглецевого волокна

Изобретение относится к области технологии композиционных волокнистых нетканых материалов, в частности, к изготовлению дисперсного углеродного волокна, используемого в качестве компонента тепло- и шумоизолирующих композиций, электропроводящей и полупроводящей бумаги. Диспергирование (т.е. разрыхление и роспуск) углеродного волокна осуществляют с целью получения материала, состоящего из отдельных моноволокон нужной длины и не содержащегося нераспушенных нитей и посторонних включений. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения дисперсного углеродного волокна путем механического перемешивания пульпы, состоящей из штапелированной углеродной ткани и воды [1]. Общими существенными признаками известного и предлагаемого способа получения дисперсного углеродного волокна являются: разрыхление и роспуск штапелированной углеродной ткани в водной среде механическим перемешиванием. Недостатком известного способа является неоднородность удельного электрического сопротивления волокнистых нетканых композиционных материалов, изготовленных с добавлением дисперсного углеродного волокна, а также повышенный расход последнего в производственных процессах чесания и смешивания компонентов вследствие уноса легких углеродных волокон потоками воздуха. В основу изобретения положена задача разработать способ получения дисперсного углеродного волокна, который бы посредством введения в водную среду, где осуществляется обработка углеродных тканей, аэросила в заявляемых количествах обеспечивал повышение однородности удельного электрического сопротивления волокнистых нетканых композиционных материалов, изготовленных с добавками дисперсного углеродного волокна, и снижение расходования последнего в процессе производства волокнистых нетканых композиционных материалов. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения дисперсного углеродного волокна, включающем разрыхление и роспуск штапелированной углеродной ткани в водной среде механическим перемешиванием, разрыхление и роспуск ведут в водной суспензии аэросила, 1 при этом на 100 мас.ч. воды берут (мас. ч.): углеродной ткани 1-3 аэросила 0,1-0,5. В результате осуществления способа получения дисперсного углеродного волокна в объеме всех его существенных признаков удается повысить однородность удельного электрического сопротивления волокнистых нетканых композиционных материалов и снизить расход дисперсного углеродного волокна в процессе производства материалов. Для осуществления способа нагревают углеродную те хническую ткань на квадратики со стороной от 15 до 20 мм. В цилиндрической емкости, снабженной механической мешалкой, при постоянном перемешивании готовят суспензию аэросила, причем на 100 мас.ч. воды берут 0,1-0,5 мас. ч. аэросила. Затем в емкость, продолжая перемешивать. загружают штапелированную углеткань из расчета 1-3 мас. ч. ее на 100 мас. ч. воды. Диспергирование приготовленной пульпы производят при постоянном перемешивании со скоростью 1600-2900 об/мин. За счет быстрого перемешивания происходит роспуск и разрыхление штапелированной угле-ткани на составляющие волокна с образованием волокнистой массы. Время обработки регулируют так, чтобы получаемая волокнистая масса была однородной, т.е. не содержала нераспушенных волокон (обычно для этого требуется примерно 15 мин). После окончания обработки полученную углеродную волокнистую массу сушат в сушильном шкафу при 150оС. Использовали углеродную ткань марки УУТ-2С ТУ 6-06-И-78-85 и аэросил марки А-380 ГОСТ 14922-77 производства Калушского экспериментального завода Института химии поверхности АК Украины. Полученные по изобретению и прототипу образцы дисперсного углеродного волокна использовали в качестве добавки при изготовлении нетканых волокнистых композиционных материалов иглопробивным методом на Киевской фабрике нетканых материалов. Для каждого образца изготовленного нетканого волокнистого материала измеряли удельное электрическое сопротивление двухзондовым методом по ширине рулона. Полученные величины усредняли для каждого рулона (8-12 точек) и рассчитывали величину: которая представляет собой величину разброса удельного электрического сопротивления изготовленного нетканого материала относительно среднего, т.е. может служить характеристикой однородности электрофизических свойств материала, в частности, удельного электрического сопротивления. Ошибка определения не превышает 2%. Полученные величины А =R/Rсредн.(%) приведены в таблице. В процессе производства нетканых волокнистых композиционных материалов при операциях чесания и смешивания компонентов смеси образуется большое количество пыли, состоящей в основном из легких высокодисперсных углеродных волокон, как наиболее легко уносимых потоками воздуха. Поэтому интенсивность пылеобразования можно оценить, определяя содержание углеродного волокна в определенной навеске пыли, взятой в производственном помещении у среза вентиляционного зонта. Определение содержания углеродного волокна в навеске пыли проводили последующей методике. Навеску пыли (0,5-0,6 г) взвешивали на аналитических весах и обрабатывали 50 мл концентрированной серной кислоты при 125±5°С в течение 20 мин, охлаждали и фильтровали через предварительно взвешенный стеклянный фильтр. Стеклянный фильтр с отфильтрованным остатком промывали, высушивали до постоянного веса и взвешивали на аналитических весах. Содержание углеродного волокна рассчитывали по формуле: где W1 - навеска пыли, W2 - вес стеклянного фильтра до фильтрования, W3 - вес того же фильтра с отфильтрованным углеродным волокном. Далее приводятся сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Пример 1. В цилиндрической емкости с механической мешалкой готовили суспензию из 60 г аэросила А-380 и 20 л воды при постоянном перемешивании, затем в емкость по частям добавляли 400 г штапелированной углеткани, продолжая перемешивать. Диспергирование продолжали до полного разрыхления и роспуска углеткани на отдельные волоконца. Полуменную волокнистую массу отжимали, извлекали из емкости, сушили в сушильном шкафу. Полученное дисперсное углеродное волокно использовали в качестве добавки при изготовлении волокнистых композиционных материалов иглопробивным методом, определяя удельное электрическое сопротивление образца указанным ее способом и рассчитывая величину R/Rсредн.(%). В процессе изготовления нетканого волокнистого материала отбирали навески пыли у среза вентиляционной машины и оделяли содержание углеродных волокон. Полученные данные приведены в примере 1 таблицы. Примеры 2-7. В примерах 2-7 поступали так, как описано в примере 1. Изменяя содержание угодной ткани и аэросила в пульпе при пергировании. Дисперсное углеродное окно, полученное в каждом примере, использовали в качестве добавки при изготовлении нетканых волокнистых материалов. Свойства этих материалов (величина однородности удельного электрического сопротивления) и содержание углеродных волокон в производственной пыли приведены в примерах 2-7 таблицы. Пример 8 (прототип). В примере 8 поступали так, как описано в примере 1, за исключением того, что диспергирование штапелированной углеткани проводили в воде без аэросила. Полученное дисперсное углеродное волокно также использовали в качестве добавки при изготовлении композиционных нетканых волокнистых материалов. Свойства этих материалов и содержание углеродного волокна в навеске пыли при его изготовлении приведены в примере 8 таблицы. Данные таблицы показывают, что диспергирование штапелированной углеродной ткани в водной суспензии аэросила при содержании компонентов в пульпе в пределе заявляемого интервала позволяет получать дисперсное углеродное волокно, которое затем достаточно равномерно распределяется в матрице /нетканом материале (примеры 1, 3-6)/. Об этом свидетельствует разброс величины удельною электрического сопротивления этих материалов, равный 19-22% (более, чем вдвое меньший соответствующей величины для нетканого материала, изготовленного с добавками дисперсного углеродного волокна, полученного по способупрототипу, пример 8), Дисперсное углеродное волокно, полученное по изобретению, дает меньше пыли в производственных процессах (7,9-8,4%) по сравнению с волокном, диспергированным по способу-прототипу (содержание углеродных волокон в пыли в этом случае равно 34,5%). При содержании компонентов в пульпе ниже заявляемого интервала (пример 2 таблицы) поставленная задача не достигается. Повышение содержания компонентов в пульпе нецелесообразно, так как не приводит к улучшению свойства нетканых материалов и снижению льдообразования, вызывает перерасход компонентов (пример 7). Таким образом, использование предложенного способа при диспергировании углеродной ткани позволит получать нетканые композиционные волокнистые материалы, изготовленные с добавками дисперсного углеродного волокна, более качественным, с однородными электрическими свойствами, а также снизить себестоимость этих материалов за счет снижения расходования дорогостоящей углеродной ткани при их производстве.