Способ и устройство для изготовления углеродных волокон - RU2018111731A
Код документа: RU2018111731A
Формула
1. Способ изготовления углеродного волокна, включающий:
приложение (402) давления (124) к элементарной нити (121) для изменения формы (126) поперечного сечения элементарной нити (121) и создания множества отличающихся поверхностей (130) на элементарной нити (121);
преобразование (404) элементарной нити (121) в графитизированное углеродное волокно (142), имеющее указанное множество отличающихся поверхностей (130); и
нанесение (406) множества аппретов (145) на указанное множество отличающихся поверхностей (130) графитизированного углеродного волокна (142), при этом указанное множество аппретов (145) включает в себя по меньшей мере два разных аппрета.
2. Способ по п. 1, согласно которому приложение (402) давления (124) к элементарной нити (121) включает:
приложение к элементарной нити (121) формующей силы с оказанием давления для изменения по существу круглой формы (126) поперечного сечения элементарной нити (121) на уплощенную форму с созданием таким образом верхней поверхности (131) и нижней поверхности (132) элементарной нити (121).
3. Способ по п. 2, согласно которому нанесение (406) множества аппретов (145) включает:
нанесение первого аппрета (144) на первую поверхность графитизированного углеродного волокна (142) и
нанесение второго аппрета (148), который отличается от первого аппрета (144), на вторую поверхность графитизированного углеродного волокна (142).
4. Способ по п. 1, также включающий:
экструзию полимера (118) через отверстие выдачной системы (106) с формованием элементарной нити (121).
5. Способ по п. 4, согласно которому экструзия полимера (118) включает:
экструзию полиакрилонитрильного полимера (122) из указанного отверстия выдачной системы (106) с формованием элементарной нити (121), причем
элементарная нить (121) имеет белый цвет.
6. Способ по п. 1, согласно которому преобразование элементарной нити (121) в графитизированное углеродное волокно (142) включает:
натяжение элементарной нити (121) с подачей первого уровня тепла (134) к элементарной нити (121) для образования аморфного углеродного волокна (136) и
натяжение аморфного углеродного волокна (136) с подачей второго уровня тепла (140) к аморфному углеродному волокну (136) для образования графитизированного углеродного волокна (142).
7. Способ по п. 6, согласно которому натяжение элементарной нити (121) включает:
натяжение элементарной нити (121) с подачей первого уровня тепла (134) к элементарной нити (121) с использованием печи для образования аморфного углеродного волокна (136), имеющего серый цвет.
8. Способ по п. 7, согласно которому натяжение аморфного углеродного волокна (136) включает:
натяжение аморфного углеродного волокна (136) с подачей второго уровня тепла (140) к аморфному углеродному волокну (136) с использованием печи для образования графитизированного углеродного волокна (142), имеющего черный цвет.
9. Способ по п. 6, согласно которому натяжение аморфного углеродного волокна (136) включает:
натяжение аморфного углеродного волокна (136) с подачей второго уровня тепла (140) к аморфному углеродному волокну (136) с использованием печи для образования графитизированного углеродного волокна (142), причем
средняя внутренняя часть графитизированного углеродного волокна (142) остается аморфной.
10. Способ по п. 1, согласно которому нанесение множества аппретов (145) включает:
нанесение первого аппрета (144) на первую поверхность графитизированного углеродного волокна (142) с использованием ролика для нанесения первого аппрета (144) и
нанесение второго аппрета (148) на вторую поверхность графитизированного углеродного волокна (142) с использованием ролика для нанесения второго аппрета (148).
11. Способ по п. 1, согласно которому приложение давления (124) к элементарной нити (121) включает:
приложение давления (124) к элементарной нити (121) для изменения по существу круглой формы (126) поперечного сечения элементарной нити (121) на одну из по существу овальной, эллиптической и прямоугольной со скругленными углами с увеличением таким образом площади открытой поверхности элементарной нити (121).
12. Способ по п. 1, согласно которому приложение давления (124) к элементарной нити (121) обеспечивает уменьшение времени, необходимого для преобразования элементарной нити (121) в графитизированное углеродное волокно (142).
13. Способ по п. 1, согласно которому нанесение множества аппретов (145) включает:
нанесение первого аппрета (144) на первую поверхность графитизированного углеродного волокна (142) с использованием ролика (150) для нанесения аппрета и
нанесение второго аппрета (148) на вторую поверхность графитизированного углеродного волокна (142) с использованием химической ванны (155).
14. Способ по п. 1, согласно которому нанесение указанного множества аппретов (145) включает:
нанесение каждого аппрета из указанного множества аппретов (145) на соответствующую отдельную поверхность из указанного множества отличающихся поверхностей (130) графитизированного углеродного волокна (142) с использованием по меньшей мере одного из следующего: ролик (150) для нанесения аппрета, средство (152) нанесения аппрета распылением, кисть (154) для нанесения аппрета или химическая ванна (155).
15. Способ по п. 1, согласно которому нанесение множества аппретов (145) включает:
нанесение по меньшей мере указанных двух разных аппретов по меньшей мере на две отличающиеся поверхности (130) одновременно.
16. Способ по п. 1, согласно которому нанесение множества аппретов (145) включает:
нанесение по меньшей мере двух разных аппретов на разные участки отдельной поверхности указанного множества отличающихся поверхностей (130).
17. Способ по п. 1, согласно которому нанесение множества аппретов (145) включает:
нанесение аппрета на первую поверхность и вторую поверхность одновременно.
18. Часть летательного аппарата, собранного согласно способу по любому из пп. 1-17.
19. Устройство, содержащее:
систему (108) роликов для приложения давления (124) к элементарной нити (121) для изменения формы (126) поперечного сечения элементарной нити (121) и создания множества отличающихся поверхностей (130);
нагревательную систему (112) для преобразования элементарной нити (121) в графитизированное углеродное волокно (142) и
множество устройств (113) для нанесения аппрета на поверхность для нанесения множества аппретов (145) на указанное множество отличающихся поверхностей (130) графитизированного углеродного волокна (142), при этом указанное множество аппретов (145) включает в себя по меньшей мере два разных аппрета.
20. Устройство по п. 19, в котором устройство для нанесения аппрета на поверхность в указанном множестве устройств (113) для нанесения аппрета на поверхность включает в себя по меньшей мере одно из следующего: ролик (150) для нанесения аппрета, средство (152) нанесения аппрета распылением, кисть (154) для нанесения аппрета, химическая ванна (155).
21. Устройство по п. 19, также содержащее:
натяжную систему (110) для натяжения элементарной нити (121) по меньшей мере при одном из следующих условий: перед нагревом элементарной нити (121), при нагреве элементарной нити (121) или после нагрева элементарной нити (121).
22. Устройство по п. 19, в котором указанное множество отличающихся поверхностей (130) графитизированного углеродного волокна (142) содержит:
верхнюю поверхность (131) и
нижнюю поверхность (132).
23. Устройство по п. 22, в котором указанное множество аппретов (145) содержит:
первый аппрет (144), подлежащий нанесению на верхнюю поверхность (131); и
второй аппрет (148), подлежащий нанесению на нижнюю поверхность (132).
24. Устройство по п. 19, в котором нагревательная система (112) выполнена с возможностью использования первого уровня тепла (134) для преобразования элементарной нити (121) в аморфное углеродное волокно (136) и второго уровня тепла (140) для преобразования элементарной нити (121) в графитизированное углеродное волокно (142).
25. Устройство по п. 24, в котором аморфное углеродное волокно (136) имеет серый цвет, а графитизированное углеродное волокно (142) имеет черный цвет.
26. Устройство по п. 24, в котором средняя внутренняя часть графитизированного углеродного волокна (142) остается аморфной.
27. Устройство по п. 19, в котором элементарная нить (121) образована из полиакрилонитрильного полимера (122).
28. Устройство по п. 19, в котором система (108) роликов содержит по меньшей мере один ролик, имеющий порошковое покрытие для защиты элементарной нити (121) и предотвращения прилипания элементарной нити (121) к системе (108) роликов.
29. Устройство по п. 19, в котором нагревательная система (112) содержит:
первую печь для нагрева элементарной нити (121) на первом уровне тепла (134) с образованием аморфного углеродного волокна (136) и
вторую печь для нагрева элементарной нити (121) на втором уровне тепла (140) с образованием графитизированного углеродного волокна (142).
30. Устройство по п. 19, также содержащее:
выдачную систему (106), имеющую отверстие, через которое обеспечена возможность экструзии полимера (118) с формованием элементарной нити (121).
31. Изготовление части летательного аппарата с использованием устройства по любому из пп. 19-30.
