Спосіб приготування сольватованої ізотропної смоли, спосіб приготування вуглецевих синтетичних продуктів, сольватована ізотропна смола та волокно із смоли (варіанти)

1 Спосіб приготування сольватованої ізотропної смоли, який відрізняється тим, що він включає операції, при яких a) змішують ізотропну смолу і розчинник для одержання суміші, b) поділяють одержану суміш на фазу рідкого розчинника та на фазу сольватованої смоли, c) відновлюють фазу сольватованої смоли 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що при виконанні операції а) підтримують такі значення температури і тиски, при яких всі фази, що присутні в даній суміші, знаходяться у рідкому стані 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що після операції Ь) сольватовану смолу, коли вона знаходиться у рідкому стані, фільтрують для видалення нерозчинних забруднювальних речовин 4 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що даний розчинник відбирають з групи розчинників, параметри розчинності яких знаходяться в діапазоні від 8,0 до 11,0 5 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що у ньому використовують розчинник, який являє собою один або декілька розчинників відібраних з групи, що складається з толуолу, бензолу, ксилолу, тетраліну, тетрапдрофурану, хлороформу, гептану, піридину, квіноліну, галогенізованих бензолів, хлорофторобензолів і 2- та 3-циклічних ароматичних розчинників та їхніх частково алкільованих або пдрогенізованих похідних 6 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що при виконанні операції с) сольватовану смолу виділяють з рідкої фази розчинника методом фільтрації 7 Спосіб приготування вуглецевих синтетичних продуктів із сольватованої ізотропної смоли, який відрізняється тим, що він включає операції, при яких a) змішують ізотропну смолу і розчинник для одержання суміші, b) поділяють одержану суміш на фазу рідкого розчинника та на фазу сольватованої смоли, c) відновлюють фазу сольватованої смоли, d) перетворюють сольватовану смолу в синтетичні продукти з смоли, є) карбонізують синтетичні продукти з смоли при температурі нижче точки розм'якшення синтетичного продукту з смоли 8 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що для виконання операції а) використовують розчинник, який відбирають з групи розчинників, параметри розчинності яких знаходяться в діапазоні від 8,0 до 11,0 9 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що при виконанні операції а) у ньому використовують розчинник, який являє собою один або декілька розчинників відібраних з групи, що складається з толуолу, бензолу, ксилолу, тетраліну, тетрапдрофурану, хлороформу, гептану, піридину, квіноліну, галогенізованих бензолів, хлорофторобензолів і 2- та 3-циклічних ароматичних розчинників та їхніх частково алкільованих і пдрогенізованих похідних 10 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що після операції с) сольватовану смолу осушують для видалення розчинника, після чого повторно сольватують дану смолу в розчиннику, придатному для одержання синтетичних продуктів з смоли 11 Спосіб за п 10, який відрізняється тим, що як розчинник, придатний для одержання вуглецевих синтетичних продуктів із смоли, використовують один або декілька розчинників відібраних з групи, що складається з толуолу, бензолу, ксилолу, тетраліну, тетрапдрофурану, хлороформу, гептану, піридину, квіноліну, галогенізованих бензолів, хлорофторобензолів і від 2- до 4-циклічних ароматичних розчинників та їхніх частково алкільованих і пдрогенізованих похідних 12 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що при виконанні операції d) з даної смоли витягують нитки для одержання волокна при температурі нижче О 00 (О 00 49868 точки плавлення сольватованої смоли у несольватованому стані 13 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що у ньому використовують додаткову операцію, при якій стабілізують синтетичні продукти з смоли шляхом нагрівання даних синтетичних продуктів з смоли за присутності окисника 14 Спосіб за п 13, який відрізняється тим, що операцію стабілізації виконують в атмосфері, яка містить менше п'яти ВІДСОТКІВ кисню 15 Спосіб за п 13, який відрізняється тим, що операцію стабілізації виконують при температурі нижче температури одержання синтетичного продукту з смоли 16 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що при виконанні операції а) підтримують такі значення температури і тиски, при яких всі фази, що присутні в даній суміші, знаходяться у рідкому стані 17 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що після операції Ь) сольватовану смолу, коли вона знаходиться у рідкому стані, фільтрують для видалення нерозчинних забруднювальних речовин 18 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що при виконанні операції с) сольватовану смолу виділяють з рідкої фази розчинника методом фільтрації 19 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що після операції с) і перед операцією є) додатково виконують операцію осушування синтетичних продуктів з смоли 20 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що додатково виконують операцію карбонізації синтетичних продуктів з смоли 21 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що після операції с) розчинник, що має температуру кипіння вище, ніж температура кипіння розчинни ка, який брав участь в операції а), з'єднують із сольватованою смолою, після чого дану сполуку нагрівають до температури вище точки кипіння розчинника, який брав участь в операції а), щоб видалити даний розчинник, який брав участь в операції а) 22 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що як вуглецевий синтетичний продукт використовують вуглецеве волокно 23 Сольватована ізотропна смола, яка відрізняється тим, що вона містить a) від 5% до 40% мас розчинника, b) щонайменше 50% мас нерозчинних толуолів, і c) має температуру плинного стану щонайменше на 40°С нижче температури несольватованої смоли 24 Сольватована ізотропна смола за п 23, яка відрізняється тим, що вона містить менше 40% об оптичної анізотропії 25 Сольватована ізотропна смола за п 23, яка відрізняється тим, що вона не піддається плавленню після втрати розчинника 26 Волокно із смоли, яке відрізняється тим, що воно приготовлене із сольватованої ізотропної смоли, що містить, приблизно, від 5% до 40% мас розчинника, при цьому волокно зі смоли не піддається плавленню після видалення з даного волокна розчинника 27 Волокно із смоли, яке відрізняється тим, що воно приготовлене із сольватованої ізотропної смоли, що містить, приблизно, від 5% до 40% мас розчинника, при цьому дане волокно після видалення розчинника окислюється в атмосфері, що містить, приблизно, від 2% до 5% кисню, та у нагрітому стані при температурі, що перевищує температуру одержання даного волокна Суть даного винаходу полягає у тому, що ізотропні смоли з високою температурою плавлення можуть перетворюватися на сольватовані ізотропнісмоли, унаслідок чого знижується ефективна температура плавлення смоли Сольватовані смоли, одержані ВІДПОВІДНО до способу, розкритого у викладенні суті даного винаходу, можуть бути використані для прядіння волокна, яке не потребує зовсім або потребує невеликого стабілізуючого оброблення Способи прядіння звичайних несольватованих смол добре ВІДОМІ З рівня техніки Фірма Kureha Chemical Industry Co займає ведуче місце у виробництві даного продукту з продуктивністю 900 тон на рік ВІДОМІ ІНШІ виробники, серед яких Ashland Oil Co та Kawasaki Steel Company Як правило, вуглецеві волокна використовують для армування бетонних конструкцій За даним призначенням, вуглецеві волокна повинні використовуватися разом із стальним волокном та нитками із скловолокна Таким чином, постає надто гостре питання одержання дешевого вуглецевого волокна У способі виробництва вуглецевого волокна одним із найповільніших і найдорожчих етапів є етап стабілізації (як правило, методом окислюван ня) волокна відразу після формування перед його карбонізуванням Процес карбонізування необхідний для того, щоб зробити неможливим розплавлення волокна під час процесу карбонізування, що відбувається при температурі вищій за 350°С, а часто вищій за 1000°С Для того щоб скоротити час оброблення та знизити вартість визначеного етапу, дані волокна виготовляють, переважно, із смол з високими температурами плавлення Однак, до створення даного винаходу було неможливим використання мол, температура розплавлення яких вища за температуру, при якій відбувається прядіння Тому одним із об'єктів даного винаходу є створення способу виробництва вуглецевого волокна, яке не потребує окислювання перед стабілізацією Окрім цього, даний винахід пропонує сольватовану ізотропну смолу, яка має температуру плинного стану, принаймі на 40°С нижчу за температуру плавлення тієї ж самої смоли у несольватованому стані Ще одним об'єктом даного винаходу є сольватована смола, яка може піддаватися прядінню для одержання волокна, а також обробленню, унаслідок якого відбувається втрата леткості, причому запропонована смола може ста 49868 білізуватися під час окислювання при температурі, що дорівнює або перевищує температуру, при якій може відбуватися прядіння При викладенні опису та формули винаходу терміни та визначення мають таке значення "Смола" у контексті даного винаходу означає речовини, що мають властивості смол, які отримують як побічний продукт різноманітних виробничих процесів, наприклад природний асфальт, нафтові смоли та важке мастило, яке одержують у вигляді побічного продукту нафтакрекінгової галузі промисловості, а також смоли з високим вмістом вуглецю, отримані з вугілля "Нафтова смола" означає осадовий вуглецевий матеріал, отриманий унаслідок каталітичного та термального крекінгу нафтових дистилятів або осадів "Нафтовий кокс" означає твердий тугоплавкий осад, який отримують при високотемпературному термічному обробленні нафтової смоли "Ізотропна смола" означає смолу, що містить молекули, які не орієнтовані в оптично упорядженому рідкому кристалі "Анізотропна смола" або "мезофазна смола" означає смолу, що включає молекули, які мають ароматичні структури, котрі під час взаємодії об'єднуються разом, утворюючи оптично упоряджені рідкі кристали, що перебувають або у стані рідини, або у стані твердого тіла, залежно від температурних обставин "Мезогени" означають молекули, які у розплавленому або синтезованому стані утворюють мезофазну смолу і містять у собі широку композицію великих ароматичних молекул, котрі при нагріванні розподіляються, так, що утворюють рідкі кристали "Псевдомезогени" означають матеріали, які являють собою потенціальне мезофазні проміжні продукти, що за нормальних обставин при нагріванні не здатні утворювати оптично упоряджені рідкі кристали, але безпосередньо під час нагрівання можуть формувати твердий кокс без видимих ознак плавлення чи синтезу "Температура плинного стану" для сольватованої смоли визначається як температура, при якій в'зкість 6000 пуаз реєструється під час охолодження сольватованої смоли з інтенсивністю 1 °С за хвилину від температури, що перевищує и точку плавлення Якщо точку плавлення сольватованої смоли можна легко визначити, це завжди означає, що вона має бути нижчою за температуру плинного стану "Сольватована смола" означає смолу, яка містить десь між 5 та 40 ваговими відсотками розчинника на цілу КІЛЬКІСТЬ смоли, причому дана смола має температуру плинного стану, принаймі на 40°С нижчу за температуру плавлення компоненту смоли, коли він ще не з'єднаний з розчинником "Волокна" означає довжини ниток волокна, які передбачають можливість виготовлення з них корисних для вживання речей "Орієнтована молекулярна структура" означає орієнтацію мезофазних доменів з утворенням будь - яких неприродних об'єктів, що містять вуглець, причому таке орієнтування відбувається у ВІДПОВІДНОСТІ З розташуванням ВІСІ об'єкту і забезпечує структурні властивості такого об'єкту "Склад розчинника" у відношенні до сольватованої смоли означає величину, яка визначається втратою ваги під час вакуумного сепарування розчинника Виходячи з даного визначен ня, зразок, вільний від захопленого або уловленого розчинника, дбайливо зважують, подрібнюють і нагрівають у вакуумній печі за умов тиску, значення якого менше ніж 5 мм~, при температурі 150°С, протягом однієї години Відсотковий склад розчинника є втрата ваги або різниця ваги помножені на 100 та розділені на початкову вагу зразка "Окислювання / Стабілізація" означає процес, що робить неприродний об'єкт із смоли неплавким чи нездатним до злиття, завдяки тому що даний об'єкт змушений вступати у взаємодію з киснем або окислювачем "Точки розм'якшування та плавлення" визначаються нагріванням зразка з інтенсивністю 5°С/хвил на предметному столику мікроскопу, який призначений для роботи при високих температурах у атмосфері інертного газу Точка розм'якшення для сухої смоли пов'язана з першим зкругленням кутових властивостей часток смоли Точка розплавлення для сухої смоли є температура, при якій спостерігається перехід розм'якшеної смоли до плинного стану, тобто до утворення потоку Даний винахід пропонує сольватовану ізотропну смолу і спосіб приготування сольватованої ізотропної смоли Окрім цього, винахід пропонує дешеві вуглецеві неприродні об'єкти, які мають унікальні стабілізуючі властивості та високі значення температури плавлення При цьому даний винахід пропонує вуглецеві волокна, у яких будь які присутні мезофазні домени не дуже орієнтовані чи простягнені вздовж ВІСІ нитки волокна Типовий спосіб приготування сольватованої ізотропної смоли містить зміщування компонентів, з метою утворення розчинної фази розчинника і нерозчинної фази смоли Переважно, процес змішування відбувається при температурі, достатній для утримання обох фаз у стані рідини, після чого системі дають змогу відстоятися Під час відстоювання системи відбувається фазова сепарація Після фазової сепарації відбувається регенерація сольватованої ізотропної смоли, завдяки видаленню рідкої фази розчинника за умов, які не руйнують сольватовану ізотропну смолу Сольватована ізотропна смола, у ВІДПОВІДНОСТІ з даним винаходом, має менш ніж 40 об'ємних ВІДСОТКІВ оптичної анізотропії (мезофаза) Однак слід мати на увазі, що висушування смоли з метою видалення розчинника може призвести до утворення додаткової мезофази Окрім цього, сольватована Ізотропна смола, ВІДПОВІДНО до даного винаходу, повинна мати температуру плинного стану, принаймі на 40°С нижчу за значення температури точки плавлення цієї ж самої смоли, але без розчинника При цьому сольватована ізотропна смола, ВІДПОВІДНО ДО даного винаходу, буде мати , принаймі 5 вагових ВІДСОТКІВ нерозчинних у толуолі компонентів Нарешті, залежно від складу вихідної смоли, сольватована ізотропна смола, ВІДПОВІДНО ДО даного винаходу, повинна бути 1) або автоматично самостабілізуюча, за умов видалення розчинника,2) або стабілізована при температурі, яка перевищує температуру и плинного стану за відносно короткі періоди часу Даний винахід також пропонує спосіб приготування вуглецевих неприродних об'єктів із сольватованої ізотропної смоли Даний спосіб містить етапи приготування сольватованої ізотропної 49868 смоли, а також подальші етапи утворення вуглецевого неприродного об'єкту За останній час дійшлися висновку, що найбільш розповсюдженим неприродним вуглецевим об'єктом є вуглецеве волокно Спосіб приготування неприродних вуглецевих об'єктів може додатково включати етап обмінювання розчинника На даному етапі розчинник, який використовували для приготування сольватованої ізотропної смоли, заміщують розчинником, який більш придатний для приготування вуглецевих неприродних об'єктів Нарешті, даний винахід пропонує вуглецеві неприродні об'єкти, які мають унікальні самостабілізуючі характеристики або покращені характеристики стабілізації ВІДПОВІДНО до даного винаходу, найбільшу перевагу становлять такі неприродні вуглецеві об'єкти, які при втраті розчинника, що наступає після формування, можна нагрівати до температур карбонізування без ризику розплавлення, Таким чином, даний винахід пропонує вуглецеві неприродні об'єкти, які не потребують етапу ХІМІЧНОГО призведення до неплавкого стану перед карбонізуванням Окрім цього, даний винахід пропонує вуглецеві неприродні об'єкти, які можна стабілізувати при температурі, значення якої перевищує температуру плинного стану сольватованої смоли на етапах утворення неприродних об'єктів, видалення розчинника та стабілізації неприродних об'єктів При цьому період часу, необхідний для стабілізації вуглецевого неприродного об'єкту, ВІДПОВІДНО до даного винаходу, скорочується у порівнянні з неприродними об'єктами, відомими з рівня техніки Причому, будь - яка мезофаза, що входить до складу вуглецевого неприродного об'єкту, заданим винаходом, має намір утворитися при втраті розчинника, що наступає після формування неприродного об'єкту Виходячи з того, що дана мезофаза утворюється після формування неприродного об'єкту, вона не дуже розтягнена руйнівними силами, які асоціюються з формуванням неприродного об'єкту На фіг 1 показаний графік, який порівнює окислювальну стабілізацію традиційної смоли та смоли сольватованої І Приготування сольватованої ізотропної смоли Приготування сольватованої ізотропної смоли починають з вибору відповідної вихідної смоли Смоли, що придатні для використання у здійсненні даного винаходу, мають такий ваговий склад від близько 88% до 96% вуглецю, десь до 12% водню і не більше ніж 6% сірки, кисню, азоту та інших компонентів Перевагу становить смола, у якій більшість молекул ароматичні Окрім цього, смола повинна мати низьку концентрацію нерозчинних компонентів Переважно, смола повинна мати менш ніж 20% нерозчинних компонентів на розплав Якщо виникає потреба, фільтрація перед або після сольватації смоли може виконуватися и фільтрація, з метою досягнення ВІДПОВІДНОГО рівня вмісту нерозчинніх компонентів Окрім цього, смола може розплавлятися за допомогою органічного розплавляючого агента, наприклад толуолу, хлороформу або тетерапдрофурану Після ЦЬОГО виконують фізичне сепарування нерозчинних компонентів розплаву Такими нерозчинними компонентами розплаву, як правило , бувають різні забруднення смоли, наприклад сажа 8 та різні неорганічні сполучення У деяких прикладах органічні сполучення з надто високою точкою плавлення також можуть видалятися як нерозчинні компоненти розплаву Взагалі, придатною можна вважати смолу, що містить менш ніж ЗО вагових ВІДСОТКІВ нерозчинного хіноліну (QI) Однак, перевагу становлять смоли, що містять від 0% до 10% хіноліну Як правило, дані смоли мають точки плавлення від близько 100°С до близько 300°С Ще одним параметром придатних смол є ступінь нерозчинності у розчинниках типу толуолу Взагалі, вихідна смола мусить містити, принаймі 5 вагових ВІДСОТКІВ нерозчинних у толуолі компонентів, щоб одержати сольватований ізотропний продукт смоли Переважно, вихідна смола повинна містити, принаймі 20 вагових ВІДСОТКІВ нерозчинних у толуолі компонентів Порівняно з нерозчинними у розплаві компонентами, компоненти, нерозчинні у толуолі, являють собою органічні сполучення, які потребують більш сильного розчинника, який би змусив їх опинитися у розчинному стані Смоли, які відповідають вказаним вимогам, включають до свого складу синтетичні, вугільні, нафтові та етиленові асфальтові смоли Із смол, які зустрічаються на комерційному ринку, можна назвати смолу Ashland A 240, термічно оброблені смоли Ashland А 240 та Ashland Aerocarb Вибір ВІДПОВІДНОГО СОльватуючого розчинника також являє собою порівняно важливий етап при здійсненні даного винаходу Придатні розчинники, як правило, мають параметри розчинності від 8,0 до 11,0 Кінцевий параметр розчинності визначають за формулою 1/ HU-RT V де Hv - теплота, що виникає при пароутворенні, R - молярний склад газу, Т - температура у °К V - молярний об'єм Питання про визначення параметру розчинності розглядається у публікації " Розчинність неелектролітів ", автори J Hildebrand та R Scott, 1948, що включена до переліку посилань Розчинниками, що мають бути корисними при здійсненні даного винаходу, є бензол, толуол, ксилоли, тетралін Окрім цього, ІНШІ суттєво ароматичні розчинники, наприклад гетероароматичні компоненти (такі як ХІНОЛІН та піридин) і від Ідо 3- кільцеві ароматичні сполучення та їх частково пдрогенизовані та алкиловані ПОХІДНІ можуть бути використані при здійсненні даного винаходу При цьому суттєво ароматичні суміші ароматичних та парафінових розчинників, наприклад гептан, використовують при здійсненні винаходу Взагалі, придатні розчинники повинні сприяти виготовленню від однієї четвертої до двох кількостей важких нерозчинних компонентів смоли у вигляді КІЛЬКОСТІ важких нерозчинних компонентів, одержаних при вживанні толуолу, як розчинника 3 метою розкриття суті даного винаходу розчинність вимірюють методом з'єднання одного граму смоли з 25 мілілітрами розчинника за умов навколишнього середовища Спосіб за даним винаходом містить процес з'єднання смол та розчинників, як викладено вище, з метою отримання 49868 сольватованої ізотропної смоли ВІДПОВІДНО ДО способу за даним винаходом, ізотропну смолу змішують з розчинником десь протягом години при температурі, достатній для перетворення усіх фаз суміші на рідину, та при тискові, достатньому для запобігання кипінню Після змішування системі смола / розчинник дають можливість відстоятися та охолонути На протязі цього етапу відбувається фазова сепарація з утворенням рідкої фази розчинника та фази сольватованої смоли Залежно від обладнання, процес відстоювання відбувається десь протягом від п'яти до тридцяти хвилин Якщо виникає потреба, для прискорення фазової сепарації можуть використовуватися механічні засоби ведення процесу, наприклад центрифугування Після фазової сепарації сольватовану смолу відновлюють або у вигляді рідини, або суміш охолоджують і смолу відновлюють у вигляді осаду твердої речовини 3 метою видалення твердої сольватованої фази, у кожному з випадків можуть використовувати традиційні методи відновлення, наприклад декантування рідкої фази або фільтрування, виходячи з того, що є більш придатним для даного конкретного випадку Окрім цього, можуть проводити безперервний процес відновлення сольватованої смоли і фази розчинника у стані рідини Якщо виникає потреба, відновлена сольватована смола, що знаходиться у рідкому стані, може бути відфільтрована для видалення забруднень Як варіант здійснення винаходу, сольватовану смолу можуть отримувати, завдяки утворенню такої ж сполуки із ізотропної вихідної смоли і розчинника при зниженій температурі, причому сам процес утворення сполуки відбувається так, що фіза розчинника залишається рідкою, а фаза сольватованої смоли - твердою Під час використання такого способу тверда сольватована смола може бути відновлена традиційними методами, наприклад фільтруванням Властивості нелеткої частки сольватованої смоли можна вимірювати методом висушування сольватованої смоли десь протягом 60 хвилин при температурі близько 150°С, для видалення розчинника Після висушування смоли точки розм'якшення та плавлення можуть визначатися методом нагрівання на предметному столику мікроскопа, що використовують для роботи в умовах високої температури, в інертній атмосфері при інтенсивності нагрівання 5°С за хвилину Після видалення розчинника, ВІДПОВІДНО до даного винаходу, смоли, як правило, мають точку розм'якшення, принаймі 280°С Більш тверді висушені смоли розм'якшуються при температурі, вищій за 500°С Однак, такі смоли не будуть плавитися при інтенсивності нагрівання 5°С за хвилину в інертній атмосфері Дані смоли розглядаються як самостабілізуючі, тому що вони здатні карбонізуватися безпосередньо до утворення вуглецевих неприродних об'єктів при безперервному нагріванні II Сольватовані ізотропні смолиСольватовані ізотропні смоли, ВІДПОВІДНО ДО даного винаходу, мають декілька значних переваг, у порівнянні з несольватованими ізотропними смолами Взагалі, сольватована смола повинна містити від 5 до 40 вагових ВІДСОТКІВ розчинника Окрім цього, сольватована смола має, принаймі 50 вагових ВІДСО 10 ТКІВ нерозчинних у толуолі компонентів, і може включати до свого складу десь до 40 об'ємних ВІДСОТКІВ оптичної анізотропії Під час видалення розчинника із смоли анізотропний склад може підвищуватися Сольватована ізотропна смола, ВІДПОВІДНО до даного винаходу, має температуру плинного стану, принаймі на 40°С нижчу, а в окремих випадках більш ніж на 100°С нижчу, у порівнянні з точкою плавлення тієї ж смоли, але у несольватованому стані, тобто тоді, коли смола має вигляд сухої речовини III Спосіб приготування вуглецевих неприродних об'єктівЩе одним об'єктом даного винаходу є спосіб виробництва вуглецевих неприродних об'єктів із сольватованих ізотропних смол Зокрема, даний винахід пропонує спосіб виготовлення вуглецевих волокон із сольватованої ізотропної смоли Спосіб приготування вуглецевих неприродних об'єктів із сольватованих ізотропних смол починається з процесу сольватації ізотропної смоли Залежно від того, яким повинен бути неприродний об'єкт та який розчинник використовують для сольватації смоли, виробничий процес може потребувати заміщення первинного сольватуючого розчинника на розчинника, який є більш придатним для здійснення виробничого процесу Даний етап, відомий як етап обміну розчинника, може відбуватися декілька разів Один варіант способу потребує висушування сольватованої смоли для видалення розчинника з наступною пересольватацією смоли за допомогою іншого придатного розчинника Наступний варіант пропонує додавання до сольватованої смоли розчинника, точка кипіння якого вища за точку кипіння попереднього сольватуючого розчинника Після цього названу суміш нагрівають до кипіння, з метою видалення сольватуючого розчинника з нижчою температурою кипіння, який залишає сольватовану смолу, що містить розчинник з вищою температурою кипіння Незалежно від варіанту способу, типові промислові розчинники повинні мати параметри розчинності від близько 8 до 12, а школи і вищі Промислові розчинники можуть містити один або два розчинника, перелік яких, однак, не вичерпується наведеним нижче толуол, бензол, ксилол, тетралін, тетрапдрофуран, хлороформ, гептан, піридин, ХІНОЛІН, галоідзаміщені бензоли, хлорфлуорбензоли та від 2 до 4 - кільцеві ароматичні розчинники, а також їх частково алкіловані та гідрогенізовані ПОХІДНІ ЯК ТІЛЬКИ ДО складу сольватованої смоли надходить розчинник, що є придатним для здійснення виробничого процесу, з неї відразу ж може бути виготовлений вуглецевий неприродний об'єкт, причому виготовлення може здійснюватися методами, які добре ВІДОМІ З рівня техніки Тепер найбільш розповсюдженим представником вуглецевих неприродних об'єктів є вуглецеве волокно У способі прядіння вуглецевого волокна із сольватованої смоли частка розчинника повинна втрачатися і не надходити до складу отриманого продукту Після прядіння будь - який залишок розчинника видаляють методом висушування волокна Витрати розчинника мають наслідком одержання вуглецевого волокна, яке має точку розм'якшення 280°С Далі, одержане волокно буде мати точку плавлення, вищу за температуру, 11 49868 при якій відбувається прядіння волокна Нарешті, залежно від початкової вихідної смоли, результуючі волокна не потребують додаткового оброблення перед карбонізуванням Висушені волокна, які мають температуру розм'якшення вищу за установчу температуру (температуру початку процесу), що становить 350°С, можуть карбонізуватися без попередньої стабілізації Перевагу становлять волокна, температура розм'якшення яких перевищує 500°С Карбонізування виконують завдяки нагріванню волокон при температурі, яка ненабагато нижча за точку розм'якшення волокон Під час процесу карбонізування волокон температура розм'якшення волокон піднімається, що дозволяє досягти належного підвищення температури, при якій відбувається реакція карбонізування Однак, волокна ніколи не нагрівають до температури, яка перевищує точку їх розм'якшення протягом проведення реакції карбонізування Для волокон, точка розм'якшення яких перевищує 500°С, процес нагрівання може відбуватися з інтенсивністю нагрівання 20°С за хвилину або більше без розм'якшення волокна Як правило, карбонізування завершується при температурі 600°С Однак, у деяких випадках оброблення волокон може проводитися навіть при вищих температурах Для смол, точки розм'якшення яких знаходяться поміж 280°С та 500°С, окислювальна стабілізація може мати перевагу перед карбонізуванням Окрім цього, за деяких обставин, може з'явитися потреба в окислювальній стабілізації смол з точками розм'якшення, вищими за 500°С Одну із переваг даного винаходу становить спроможність провести окислювальну стабілізацію смоли та/або вуглецевих неприродних об'єктів, виготовлених із цієї смоли, швидко, при відносно високих температурах і відносно низьких концентраціях кисню Особливо успішною може бути стабілізація при температурі, яка перевищує температуру формування неприродного об'єкту, і в атмосфері, що містить менш ніж 5% кисню Переваги даного винаходу перед відомими з рівня техніки методами окислювальної стабілізації показані у Прикладі 2 здійснення винаходу та на Фіг 1 На Фіг 1 показане порівняння процесів окислювальної стабілізації від традиційної смоли до смоли сольватованої Як продемонстровано на Фіг 1, сольватована смола не потребує охолодження перед окислювальною стабілізацією, а сам процес стабілізації відбувається, як правило, при більш високих температурах і протягом більш короткого періоду часу Таким чином, даний винахід пропонує значно більш безпечний спосіб приготування волокон у порівнянні із способами, відомими з рівня техніки, завдяки вилученню ризику запалювання, що виникає у зв'язку з окислювальною стабілізацією IV Вуглецеві волокна, виготовлені із сольватованої смоли Волокна, одержані відразу після формування із смоли, ВІДПОВІДНО ДО даного винаходу, зажди розплавлюються при температурі, яка перевищує температуру прядіння сольватованої смоли Під час видалення розчинника волокна, за даним винаходом, практично неплавкі Унаслідок цього, волокна, за даним винаходом, часто не потребують хімічної стабілізації перед карбонізуванням Однак, у випадках, коли 12 стабілізвція необхідна, вона може проводитися протягом значно коротших періодів часу у атмосфері, що містить лише від близько 2% до 5% кисню Під час карбонізації волокон, одержаних відразу ж після формування, вуглецеві волокна, за даним винаходом, можуть змінюватися від безперервних ізотропних до безперервних анізотропних Однак, більшість будь - яких анізотропних зон, які є присутніми у даних волокнах, не будуть мати добре орієнтованих (простягнених) доменів, що являють собою типову характерну особливість вуглецевих волокон, отриманих із мезофазних смол Дані смоли будуть мати межу МІЦНОСТІ на розтягування, яка відповідає традиційним ізотропним волокнам, виготовленим із смоли Щодо ступені, яка характеризується наявністю у таких волокон анізотропних зон, то на даному ступені вони володіють покращеними термічними та електричними властивостями, у порівнянні з повністю ізотропними волокнами Далі наведені приклади, які ілюструють здійснення даного винаходу Усі частки та відсотки є вагові, якщо не передбачене інше Заявник не має наміру обмежуватися тільки тими даними, які є присутніми у наведених прикладах, дійсний об'єм винаходу повинен визначатися, виходячи із пунктів формули винаходу Приклад 1 Зразок ізотропної смоли А240 ( 8 вагових ВІДСОТКІВ компонентів, нерозчинних у толуолі, комерційний продукт фірми Ashland Chemical, Inc Columbus, Ohio) змішували з толуолом у автоклаві, пристосованому для перемішування, при відношенні 1г смоли на 8 кубічних сантиметрів розчинника Автоклав продували азотом, щвидко відкачували газ та ущільнювали Понад 80 хвилин суміш нагрівали, доки не отримували температуру 233°С Суміш витримували при температурі 233°С протягом додаткових 10 хвилин і перемішували Протягом ще 15 хвилин суміш витримували при температурі 233°С без перемішування, а потім давали можливість охолонути Максимальне значення тиску, що утворювався у закритому автоклаві під час усього періоду нагрівання, становить 175 psig (надлишковий тиск у фунтах на квадратний дюйм) Тверду смолу відбирали з дна автоклаву, підрахований вихід смоли становив 6,4% Отриману смолу піддавали аналізу за допомогою оптичного мікроскопу, унаслідок чого була визначена наявність 5% мезофази у вигляді невеликих сфер Зразок твердої смоли висушували в умовах вакууму при нагріванні при 360°С протягом ЗО хвилин На цьому етапі із смоли було видалено 28,2% летких компонентів Висушена смола не розм'якшувалася і не розплавлялася при нагріванні до 650°С з інтенсивністю нагрівання 5°С за хвилину у атмосфері азоту на предметному столику мікроскопа, призначеного для роботи в умовах високих температур Приклад 2 Сольватована сола була приготована методом з'єднання Aerocarb 80 (ЗО вагових процентів компонентів, нерозчинних у толуолі) з толуолом при відношенні 1г смоли до 8мл толуолу Названу суміш перемішували протягом однієї години при температурі 230°С, давали змогу відстоятися протягом 15 хвилин, після чого давали можливість охолонути Шар щільної твердої сольватованої смоли діставали з дна посуди 13 49868 ни Вихід СМОЛИ становив 54 відсотки Сольватована смола була у значній мірі ізотропною і мала тільки від 5 до 10 об'ємних ВІДСОТКІВ анізотропії у вигляді дрібних сфер і декількох сфер, більших за розміром Зразок сольватованої смоли висушували в умовах вакууму протягом однієї години при температурі 150°С, з метою видалення розчинника Унаслідок висушування, смола втрачала 22, 1 ВІДСОТКІВ ваги Після ЦЬОГО смолу нагрівали до 360°С в умовах вакууму, з метою видалення додаткових 4,9% летких компонентів Названа додаткова втрата ваги відбувалася завдяки видаленню будь якого залишку розчинника і втраті деяких легких масел Аналіз даного зразка показав, що повний об'ємний вміст анізотропії становить 52% Це говорить про те, що сольватована ізотропна смола може утворювати додаткову анізотропію при втраті розчинника Температура плинного стану сольватованої ізотропної смоли була визначена методом вимірювання опору перемішуванню у невеликому автоклаві Частку смоли, сольватованої у толуолі, нагрівали до температури, яка перевищувала температуру їх плинного стану, за умовами даного прикладу до 235°С, а потім повільно охолоджували з інтенсивністю 1°С за хвилину При використанні даного методу в'язкість сольватованої у толуолі смоли становила 6000 пуаз при 191 °С Таким чином, температура плинного стану сольватованої смоли була на 42°С нижча за точку плавлення вихідної смоли Aerocarb Далі, точки розм'якшення і плавлення сольватованої смоли після видалення розчинника були визначені за допомогою використання мікроскопа з предметним столиком, придатного для роботи на високих температурах Як уже було сказано вище, розм'якшення відбувається при наявності першого зкруглення кутових характеристик часток смоли Етап розплавлення наступає тоді, коли візуально спостерігають виникнення першого плину розм'якше 14 ної смоли За умов використання названих дій та визначень, можна зробити висновок відносно того, що висушена сольватована смола має точку розм'якшення 323°С, а точку плавлення 328°С Точка плавлення висушеної сольватованої смоли була на 95°С вища за точку плавлення вихідної смоли Aerocarb 80 Слід мати на увазі, що різниця уточках плавлення між висушеною сольватованою смолою і температурою плинного стану сольватованої смоли, за умов даного експерименту, була принаймі 137°С Зразок висушеної сольватованої смоли і зразок смоли Aerocarb 80 були піддані окислюванню для того, щоб продемонструвати покращені стабілізуючі характеристики висушеної сольватованої смоли Зразки обох смол були подрібнені на частки розміром від 10 до 200 мікрон і піддавалися окислюванню протягом ЗО хвилин при температурі, приблизно на 20°С нижчій за точки їх розм'якшення Окислюючим газом був азот з вмістом двох ВІДСОТКІВ кисню Вихідна смола Aerocarb 80 була окислена при 205°С, тоді як висушена сольватована смола була окислена при 300°С Після окислювання точки розм'якшення та плавлення були визначені для кожної смоли методом нагрівання з інтенсивністю 5°С за хвилину у атмосфері азоту Стабілізована Aerocarb розм'якшувалася при 250°С і плавилася при 254°С, тобто результат показував покращення на 22°С, у порівнянні з результатом для нестабілізованої смоли На відміну від нестабілізованої смоли, стабілізована сольватована смола не плавилася, і тільки 20 ВІДСОТКІВ зразка демонстрували наявність виникнення процесу розм'якшення при нагріванні до температури 650°С Ясно, що стабілізована сольватована смола має значно покращені термальні характеристики, у порівнянні із стабілізованою вихідною смолою Порівняння характеристик сольватованої і несольватованої смол представлене у наведеній нижче таблиці Таблиця 1 Aerocarb 80 Характеристики висушеної смоли'Точка розм'якшення, °С Точка плавлення Сольватована смола 228 233 323 328 Температура плинного стану соьватованої смоли^, °С 191 Стабілізація смоли (2% Ог в N2),Температура, °С 205 ЗО 300 ЗО Точка розм'якшення, °С 250 менш 20% до 650 Точка плавлення 254 Час, хвилини Характеристики стабілізованої смоли 1 Результати спостереження предметного столика мікроскопа, призначеного для роботи в умовах високих температур при інтенсивності нагрівання N2 5 °С за хвилину 2 Температура для тих випадків, де значення в'язкості при охолодженні становить 6000 пуаз Приклад ЗДаний приклад демонструє переваги вуглецевих волокон, прядених із сольватованої ізотропної смоли за НІСКІЛЬКИ до 650 прикладом 3, над волокнами, пряденими із вихідної смоли Aerocarb Перед прядінням волокон із сольватованої смоли за прикладом 3 сольватовану смолу повторно розчинювали у тетраліні Етап розчинювання містив висушування сольватованої смоли, з метою видалення толуолу, після чого смолу з'єднували з тетраліном у співвідношенні смоли і розчинника 7 2 Смола, сольватована тет 15 49868 раліном, врівноважувалася при 230°С протягом ЗО хвилин Повторно сольватована смола мала температуру плинного стану 161 °С Сольватована смола і вихідна смола Aerocarb у розплавленому стані були піддані прядінню з одержанням волокна При температурі 187°С відбувалося формування волокна розміром від 50 до 60 мікрон Волокна, які отримували відразу після формування із сольватованої смоли, містили залишковий розчинник Дані волокна нагрівали у атмосфері азоту до температури 290°С проягом двох хвилин, а потім нагрівали з інтенсивністю 5°С за хвилину, з метою досягнення волокнами, отриманими відразу після формування, температури точок розм'якшення та плавлення Розм'якшення, на яке вказувало зкруглення гострих КІНЦІВ та деяка кривизна волокон, спостерігалося при температурі 302°С Плавлення, на яке вказувало зкруглення та розбухання КІНЦІВ волокон, а також розплавлення з'єднань волокон, відбувалося при температурі 353°С Слід мати на увазі, що волокна, одержані відразу після формування, як правило, розм'якшуються раніше, а розплавлюються пізніше, ніж добре просушені волокна У порівнянні з даним винаходом, вихідна смола Aerocarb вимагала нагрівання до 298°С перед тим, як піддатися прядінню з виготов 16 ленням волокон розміром від 40 до 60 мікрон Такі волокна, одержані відразу після формування, нагрівали до 200°С на протязі двох хвилин, а потім продовжували нагрівати з інтенсивністю 5°С за хвилину Дані волокна розм'якшувалися при 227°С, а розплавлювалися при 234°С Обидва комплекти волокон додатково стабілізували Волокна сольватованої смоли стабілізували, створюючи умови для їх оброблення у атмосфері азоту з 2% вмістом кисню протягом 60 хвилин при 270°С (на 83°С вище, ніж температура прядіння) Волокна нагрівали до 650 °С з інтенсивністю 20°С за хвилину у атмосфері азоту Волокна не розм'якшувалися і не розплавлювалися Волокна вихідної смоли Aerocarb піддавали обробленню тим же самим газом, до складу якого входив кисень, при 195°С протягом 60 хвилин Примітка вибір нижчої температури обумовлюється точкою плавлення таких волокон При підвищенні температури з інтенсивністю 20°С за хвилину у атмосфері азоту дані волокна розм'якш і валися при 248°С, а розплавлювалися при 258°С Як видно з таблиці 2, отримані результати наявно демонструють підвищену здатність сольватованих смол до стабілізації і нижчі значення температур, при яких відбувається процес їх прядіння Aerocarb 80 Температура прядіння з розплаву °С Стан волокна, отриманого відразу після формування ' ~ Розм'якшення, °С ~ Плавлення, °С Стабілізація смоли 298 187 227 234 302 353 195 60 270 60 (2%02BN2), Температура, °С Час, хвилини Характеристики стабілізованої смоли' Точка розм'якшення, °С Точка плавлення 1 Результати спостереження предметного столика мікроскопа, призначеного для роботи в умовах високих температур при інтенсивності нагрівання N2 5°С за хвилину 2 Результати спостереження предметного столика мікроскопа, призначеного для роботи в умовах високих температур при інтенсивності нагрівання N2 20°С за хвилину Таблиця 2 Сольватована смола 248 258 НІСКІЛЬКИ до НІСКІЛЬКИ до 650 650 Приклади здійснення даного винаходу повинні бути очевидними для кваліфікованих спеціалістів з даної галузі техніки при вивченні опису винаходу або під час практичного використання винаходу Опис та приклади використання винаходу слід сприймати тільки як зразок, бо дійсний об'єм охорони визначений пунктами формули винаходу 17 49868 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 18