Способ получения углеродных волокон из многоцелевых промышленных волокон - RU2018126669A

1. Способ получения углеродных волокон, включающий стадии:

обеспечения полиакрилонитрильных полимерных волокон-предшественников, где полиакрилонитрильные элементарные нити-предшественники содержат от 87 до 97 мол.% акрилонитрила и менее 0,5 мол.% ускорительных функциональных групп, где элементарные нити характеризуются значением не более 3 денье на элементарную нить;

компоновки полиакрилонитрильных элементарных нитей-предшественников в жгуты, характеризующиеся значением по меньшей мере 150000 денье на дюйм ширины;

стабилизации скомпонованных жгутов из полиакрилонитрильных волокон-предшественников путем нагрева жгутов в по меньшей мере одной зоне окисления, содержащей газообразный кислород и поддерживаемой при первой температуре, при растяжении на по меньшей мере 10% с получением стабилизированного волокна-предшественника; и

карбонизации стабилизированного волокна-предшественника с получением углеродного волокна.

2. Способ по п. 1, где углеродное волокно имеет модуль упругости при растяжении по меньшей мере 30 Msi.

3. Способ по п. 1, где углеродное волокно имеет деформацию при растяжении по меньшей мере 1%.

4. Способ по п. 1, где ускорительная функциональная группа представляет собой кислотную функциональную группу, способную инициировать реакцию циклизации в полиакрилонитрильном сегменте полимера-предшественника.

5. Способ по п. 1, где ускорительная функциональная группа представляет собой по меньшей мере одну группу, выбранную из группы, состоящей из аминогруппы (-NH2), замещенной аминогруппы (-NH-), амидной группы (-CO-NH-), группы карбоновой кислоты (СООН) и группы сульфоновой кислоты (-SO₃H), и солей всех ускорительных групп, способных инициировать реакцию циклизации в полиакрилонитрильном сегменте полимера-предшественника.

6. Способ по п. 1, где ускорительная функциональная группа представляет собой электронодонорную функциональную группу, способную инициировать реакцию циклизации в полиакрилонитрильном сегменте полимера-предшественника.

7. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат от 91 до 94 мол.% акрилонитрила.

8. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат по меньшей мере 87 мол.% акрилонитрила.

9. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат по меньшей мере 88 мол.% акрилонитрила.

10. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат по меньшей мере 89 мол.% акрилонитрила.

11. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат по меньшей мере 90 мол.% акрилонитрила.

12. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат по меньшей мере 91 мол.% акрилонитрила.

13. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные элементарные нити-предшественники содержат по меньшей мере 92 мол.% акрилонитрила.

14. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат по меньшей мере 93 мол.% акрилонитрила.

15. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат по меньшей мере 94 мол.% акрилонитрила.

16. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат по меньшей мере 95 мол.% акрилонитрила.

17. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат по меньшей мере 96 мол.% акрилонитрила.

18. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат не более 97 мол.% акрилонитрила.

19. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат не более 96 мол.% акрилонитрила.

20. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат не более 95 мол.% акрилонитрила.

21. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат не более 94 мол.% акрилонитрила.

22. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат не более 93 мол.% акрилонитрила.

23. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат не более 92 мол.% акрилонитрила.

24. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат не более 91 мол.% акрилонитрила.

25. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат не более 90 мол.% акрилонитрила.

26. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат не более 89 мол.% акрилонитрила.

27. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат не более 88 мол.% акрилонитрила.

28. Способ по п. 1, где скомпонованные жгуты из волокон-предшественников характеризуются значением от 150000 денье на дюйм ширины до 3000000 денье на дюйм ширины.

29. Способ по п. 1, где скомпонованные жгуты из волокон-предшественников характеризуются значением от 250000 денье на дюйм ширины до 3000000 денье на дюйм ширины.

30. Способ по п. 1, где скомпонованные жгуты из волокон-предшественников характеризуются значением от 500000 денье на дюйм ширины до 3000000 денье на дюйм ширины.

31. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные элементарные нити-предшественники содержат сомономер, который полимеризуется с акрилонитрильным мономером.

32. Способ по п. 31, где указанный сомономер представляет собой по меньшей мере один сомономер, выбранный из группы, состоящей из метилакрилата и винилацетата.

33. Способ по п. 1, где элементарные нити скомпонованы в жгуты из волокон, содержащие от 3000 до 3000000 элементарных нитей.

34. Способ по п. 1, где количество элементарных нитей составляет от 100000 до 3000000 элементарных нитей на дюйм ширины.

35. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию растяжения перед стадией окисления, где на стадии растяжения уменьшается диаметр элементарной нити.

36. Способ по п. 1, где стадия карбонизации включает пропускание жгутов из стабилизированных волокон-предшественников через по меньшей мере две зоны карбонизации.

37. Способ по п. 36, где первую зону карбонизации поддерживают при температуре от 500 до 1000°С, а вторую зону карбонизации поддерживают при температуре от 1000 до 2000°С.

38. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию нагрева жгутов во второй зоне окисления, содержащей газообразный кислород и поддерживаемой при температуре Т₂, где Т₂ меньше, чем первая температура T₁ первой зоны окисления.

39. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию шлихтовки после стадии карбонизации.

40. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию поверхностной обработки после стадии карбонизации.

41. Способ по п. 1, где полиакрилонитрильные полимерные волокна-предшественники растягиваются на величину от 100 до 600% в ходе процесса окисления.

42. Способ по п. 1, где скорость пропускания элементарной нити-предшественника составляет по меньшей мере 900 денье на дюйм ширины зоны окисления в минуту.

43. Способ по п. 1, где скорость пропускания элементарной нити-предшественника составляет по меньшей мере 1200 денье на дюйм ширины зоны окисления в минуту.

44. Способ по п. 1, где скорость пропускания элементарной нити-предшественника составляет от по меньшей мере 2000 до 5000 денье на дюйм ширины зоны окисления в минуту.

45. Способ получения углеродных волокон, включающий стадии:

обеспечения элементарных нитей полиакрилонитрильных полимерных волокон-предшественников, содержащих от 87 до 97 мол.% акрилонитрила и менее 0,5 мол.% ускорительных функциональных групп, где элементарные нити характеризуются значением не более 3 денье на элементарную нить;

компоновки элементарных нитей полиакрилонитрильных волокон-предшественников с получением по меньшей мере 150000 денье на дюйм ширины; и

стабилизации скомпонованных полиакрилонитрильных волокон-предшественников путем нагрева скомпонованных элементарных нитей волокон в по меньшей мере одной зоне окисления, содержащей газообразный кислород и поддерживаемой при первой температуре, при растяжении жгутов на по меньшей мере 10% с получением стабилизированного волокна-предшественника.

46. Способ по п. 45, дополнительно включающий стадию карбонизации стабилизированного волокна-предшественника.

47. Способ по п. 45, где стабилизированные волокна являются огнестойкими.

48. Способ получения огнестойких волокон, включающий стадии:

обеспечения полиакрилонитрильных полимерных волокон-предшественников, где полиакрилонитрильные элементарные нити-предшественники содержат от 87 до 97 мол.% акрилонитрила и менее 0,5 мол.% ускорительных функциональных групп, где элементарные нити характеризуются значением не более 3 денье на элементарную нить;

компоновки полиакрилонитрильных элементарных нитей-предшественников в жгуты, характеризующиеся значением по меньшей мере 150000 денье на дюйм ширины; и

стабилизации скомпонованных жгутов из полиакрилонитрильных волокон-предшественников путем нагрева жгутов в по меньшей мере одной зоне окисления, содержащей газообразный кислород и поддерживаемой при первой температуре, при растяжении на по меньшей мере 10% с получением стабилизированного волокна-предшественника.

49. Способ получения стабилизированных волокон, включающий стадии:

обеспечения полиакрилонитрильных полимерных волокон-предшественников, где полиакрилонитрильные элементарные нити-предшественники содержат от 87 до 97 мол.% акрилонитрила и менее 0,5 мол.% ускорительных функциональных групп, где элементарные нити характеризуются значением не более 3 денье на элементарную нить;

компоновки полиакрилонитрильных элементарных нитей-предшественников в жгуты, характеризующиеся значением по меньшей мере 150000 денье на дюйм ширины; и

стабилизации скомпонованных жгутов из полиакрилонитрильных волокон-предшественников путем нагрева жгутов в по меньшей мере одной зоне окисления, содержащей газообразный кислород и поддерживаемой при первой температуре, при растяжении на по меньшей мере 10% с получением стабилизированного волокна-предшественника.

50. Углеродное волокно, имеющее коэффициент ориентации Германа (S) графитовых плоскостей от 0,55 до 0,80, модуль упругости при растяжении от 30 до 40 Msi и деформацию при растяжении по меньшей мере 1%.

51. Углеродное волокно по п. 50, имеющее коэффициент ориентации Германа (S) графитовых плоскостей от 0,55 до 0,70, модуль упругости при растяжении от 30 до 40 Msi и деформацию при растяжении по меньшей мере 1%.

52. Углеродное волокно по п. 50, где углеродное волокно основано на ПАН.