Способ изготовления углеродных волокон из биопрекурсоров и получаемые углеродные волокна - RU2019116178A
Код документа: RU2019116178A
Формула
1. Способ получения (1) высокоуглеродистого волокна или набора волокон (2), отличающийся тем, что он содержит объединение (100) структурированного прекурсора (10), содержащего волокно или набор волокон гидроцеллюлозы, и неструктурированного прекурсора (15), содержащего лигнин или его производное, в форме раствора, имеющего вязкость менее чем 15000 мПа/с, и предпочтительно менее чем 10000 мПа/с, при температуре стадии (100) объединения, для получения волокна или набора волокон гидроцеллюлозы, покрытых упомянутым лигнином или его производным (20), причем способ дополнительно содержит:
- стадию (200) термической и размерной стабилизации волокна или набора волокон гидроцеллюлозы, покрытых лигнином (20), чтобы получить волокно или набор волокон гидроцеллюлозы, покрытых слоем лигнина или его производного (30), и
- стадию (300) карбонизации волокна или набора волокон гидроцеллюлозы, покрытых слоем лигнина (30), чтобы получить высокоуглеродистое волокно или набор волокон (2).
2. Способ получения по п. 1, отличающийся тем, что структурированный прекурсор (10) содержит скрученный комплекс несвязанных между собой элементарных непрерывных волокон, нескрученный комплекс несвязанных между собой элементарных непрерывных волокон, набор нетканых волокон или набор тканых волокон.
3. Способ получения по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что неструктурированный прекурсор (15) содержит от 1 до 50 мас.%, предпочтительно от 5 до 15 мас.% лигнина или его производного.
4. Способ получения по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что неструктурированный прекурсор (15) представляет собой водный раствор, или органический раствор, или их смесь.
5. Способ получения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что структурированный прекурсор (10) содержит по меньшей мере одно волокно гидроцеллюлозы с диаметром от 0,5 до 300 мкм, предпочтительно от 1 мкм до 50 мкм.
6. Способ получения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что структурированный прекурсор (10) и/или неструктурированный прекурсор (15) содержат углеродные нанотрубки в концентрации от 0,0001 до 10 мас.%, предпочтительно от 0,01 до 1 мас.%.
7. Способ получения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что стадия (100) объединения является пропиткой.
8. Способ получения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что стадия (100) объединения и стадия (200) термической и размерной стабилизации повторяются один или более раз.
9. Способ получения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит перед стадией (300) карбонизации:
- стадию (210) проклеивания, заключающуюся в контактировании волокна или набора волокон гидроцеллюлозы, покрытых слоем лигнина (30), с водным раствором, содержащим по меньшей мере одно огнезащитное соединение, выбираемое из калия, натрия, фосфата, ацетата, хлорида и мочевины, и
- стадию (220) последующей сушки.
10. Способ получения по п. 9, отличающийся тем, что стадия (210) проклеивания и стадия (220) последующей сушки повторяются один или более раз.
11. Способ получения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стадию (400) графитизации после стадии (300) карбонизации.
12. Способ получения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит после стадии (300) карбонизации стадию (500) проклеивания, содержащую контактирование высокоуглеродистого волокна или набора волокон (2) с раствором, содержащим по меньшей мере один органический компонент, который может содержать по меньшей мере один силан или производное силана и/или по меньшей мере один силоксан или производное силоксана.
13. Волокно или набор волокон гидроцеллюлозы, покрытых слоем лигнина (30), в качестве промежуточного продукта, получаемого после стадии (200) термической и размерной стабилизации способа получения по любому из предшествующих пунктов, отличающиеся тем, что отношение массы волокна к массе лигнина или его производного составляет от 1/2 до 100/1.
14. Волокно или набор волокон гидроцеллюлозы, покрытых слоем лигнина (30), по п. 13, отличающиеся тем, что этот слой содержит от 0,50 до 50 мас.% огнезащитного соединения, предпочтительно от 2 до 30 мас.%.
15. Высокоуглеродистое волокно или набор волокон (2), получаемые способом по одному из пп. 1-12.
16. Высокоуглеродистое волокно или набор волокон (2), получаемые путем объединения структурированного прекурсора (10) и неструктурированного прекурсора (15), отличающиеся тем, что структурированный прекурсор (10) содержит волокно или набор волокон гидроцеллюлозы, причем неструктурированный прекурсор (15) содержит лигнин или его производное, и причем это волокно или набор волокон имеют после стадии (300) карбонизации плотность от 0,20 до 1,95 г/см3, предпочтительно от 1,45 до 1,60 г/см3.
17. Применение высокоуглеродистого волокна или набора волокон по любому из пп. 15 или 16 для производства деталей из термопластичных или термореактивных композиционных материалов.
18. Термопластичные или термореактивные композиционные материалы, получаемые в соответствии с применением, описанным в п. 17, отличающиеся тем, что при идентичном объеме их масса на 5% меньше, чем у обычных термопластичных или термореактивных композиционных материалов.
