Способ получения модифицированного углеродного волокна

(51)01 11/02 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Башмаков Игорь Аркадьевич Капуцкий Федор Николаевич Тихонова Татьяна Федоровна Лукашевич Михаил Григорьевич Доросинец Владимир Адамович Лукашевич Сергей Михайлович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(56)381712, 1973.174317, 1965.3663172, 1972. Ермоленко И.Н. и др. // Весц АН БССР. Сер. хм. навук. - 1972. -6. - С. 60-66. Углеродные волокна и волокнистые материалы с регулируемыми электрофизическими свойствами и изделия на их основе // Обзорная информация. Серия Промышленность химических волокон. - М., 1978. - С. 13. Шермергор Т.Д. и др. // Известия АН СССР. Неорганические материалы. 1975. - Т. 11,4. - С. 766-768.(57) Способ получения модифицированного углеродного волокна, включающий введение в карбоксилированную целлюлозу путем ионообменной сорбции катионов кобальта и высокотемпературную термообработку волокна в вакууме, отличающийся тем, что в карбоксилированную целлюлозу вводят до 3,5 ммоль/г катионов кобальта, полученную солевую форму карбоксилированной целлюлозы дополнительно подвергают термообработке на воздухе при температуре 250-300 С в течение не более 3 часов, а высокотемпературную термообработку волокна в вакууме проводят при температуре 900 С. 7502 1 2005.12.30 Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в радиопромышленности при изготовлении терморезисторов. Известны способы получения модифицированных целлюлозных материалов с помощью высокотемпературной термообработки в вакууме или инертной среде карбоксилированной целлюлозы после замены в ней путем ионообменной сорбции протонов СООНгрупп на катионы металла 1-6. Недостатками известных способов являются узкий диапазон сопротивлений получаемых углеродных волокнистых материалов, невозможность достижения перехода металл изолятор и только один знак температурного коэффициента сопротивления. Задачей предлагаемого способа является получение с помощью высокотемпературной термообработки в вакууме карбоксилированной целлюлозы после замены в ней путем ионообменной сорбции протонов СООН-групп на катионы металла углеродного волокна с широким диапазоном сопротивлений и разным знаком температурной зависимости сопротивления. Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом способе получения модифицированного углеродного волокна в волокно-предшественник из карбоксилированной целлюлозы методом ионообменной сорбции вводится до 3,5 ммоль/г катионов кобальта путем замены протонов СООН-групп на катионы кобальта, а полученную солевую форму карбоксилированной целлюлозы дополнительно подвергают термообработке на воздухе при температуре 250-300 С в течение не более 3 часов. На стадии предварительной термообработки при 250-300 С на воздухе происходит частичное окисление кислородом воздуха целлюлозной матрицы с потерей массы за счет образования летучих низкомолекулярных соединений. Это позволяет увеличить количество металлосодержащей фазы в продукте низкотемпературного термоокислительного разложения солевой формы карбоксилированной целлюлозы. Ограничение концентрации катионов металла до 3,5 ммоль/г обусловлено тем, что при больших концентрациях происходит нарушение волокнистой структуры исходного целлюлозного материала. Нижняя граница температуры термообработки на воздухе 250 С обусловлена тем, что при меньших температурах не наблюдается изменения сопротивления волокон, а верхняя граница 300 С и ограничение длительности термообработки до 3 часов обусловлены тем, что при больших температурах и длительностях термообработки в углеродном волокне помимо металлической фазы образуется и металлооксидная, которая препятствует достижению перехода диэлектрик металл. Примером практической реализации предлагаемого способа может служить использование в качестве карбоксилированной целлюлозы трикарбоксилцеллюлозы, полученной на основе вискозных нитей. Введение катионов кобальта в трикарбоксилцеллюлозу проводилось из водных растворов уксусно-кислого кобальта различной концентрации при модуле 150 и температуре 20 С методом ионообменной сорбции. После предварительной термообработки на воздухе при температуре 300 С проводилась высокотемпературная термообработка в вакууме при давлении 1,3 Па и температуре 900 С. Для определения содержания металла в углеродном волокне использовался весовой метод. При этом проводилось прокаливание волокна на воздухе при температуре 860 С до его превращения в Со 3 О 4 и по массе полученного продукта рассчитывалось содержание кобальта в волокне. Дополнительное увеличение содержания металла в волокне в предлагаемом способе достигается и использованием трикарбоксилцеллюлозы вместо монокарбоксилцеллюлозы по прототипу. Предлагаемым способом получены кобальтсодержащие углеродные волокна с максимальным содержанием кобальта до 60 моль . 7502 1 2005.12.30 На фигуре приведены отнесенные к сопротивлению при комнатной температуре температурные зависимости сопротивления кобальтсодержащих углеродных волокон, полученных без стадии предварительной термообработки на воздухе (кривая 1) и с разной длительностью предварительной термообработки при 300 С на воздухе 0,5 и 3,0 часа(кривые 2 и 3, соответственно). Без стадии предварительной термообработки температурный коэффициент сопротивления кобальтсодержащих углеродных волокон отрицателен, в то время как введение концентрации катионов кобальта 3,5 ммоль/г и дополнительной стадии термообработки при 300 С на воздухе разной длительности позволяет получать волокна как с положительным (кривая 3), так и с двумя знаками температурного коэффициента сопротивления в разных температурных интервалах (кривая 2). Источники информации 1.381712, 1973. 2.174317, 1965. 3.3663172, 1972. 4. Ермоленко И.Н. и др. // Весц АН БССР. Сер. хм. навук. - 1972. -6. - С. 60-66. 5. Углеродные волокна и волокнистые материалы с регулируемыми электрофизическими свойствами и изделия на их основе // Обзорная информация. Серия Промышленность химических волокон. - ., 1978. - С. 13. 6. Шермергор Т.Д. и др. // Известия АН СССР. Неорганические материалы. - 1975. Т. 11,4. - С .766-768. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.