Preparation of Nonwoven Carbon Materials from Fabrics Based on Flax Cellulose and Viscose Fibers

I. S. Makarov; Макаров И. С.; A. G. Smyslov; Смыслов А. Г.; D. N. Chernenko; Черненко Д. Н.; M. I. Vinogradov; Виноградов М. И.; S. A. Legkov; Легков С. А.; I. S. Levin; Левин И. С.; N. A. Arkharova; Архарова Н. А.; V. G. Kulichikhin; Куличихин В. Г.

doi:10.31857/S2308112023700530

ПОЛУЧЕНИЕ НЕТКАНЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПОЛОТЕН НА ОСНОВЕ ЛЬНЯНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ВИСКОЗНЫХ ВОЛОКОН

Авторы: Макаров И.С.¹, Смыслов А.Г.², Черненко Д.Н.¹, Виноградов М.И.¹, Легков С.А.¹, Левин И.С.¹, Архарова Н.А.³, Куличихин В.Г.¹
Учреждения:
1. Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук
2. Общество с ограниченной ответственностью “Линум”
3. Федеральный научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника”. Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Российской академии наук
Выпуск: Том 65, № 3 (2023)
Страницы: 175-185
Раздел: СТРУКТУРА И СВОЙСТВА
URL: https://journal-vniispk.ru/2308-1120/article/view/135321
DOI: https://doi.org/10.31857/S2308112023700530
EDN: https://elibrary.ru/MLHCHY
ID: 135321

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Предложен способ получения нетканых углеродных материалов путем постадийной термической обработки целлюлозного войлока. В качестве нетканых прекурсоров использовали полотна, сформированные иглопробивным методом из волокнистой льняной целлюлозы и вискозных волокон. Выбраны оптимальные соотношения компонентов для получения прекурсоров углеродных полотен на основе результатов по формированию нетканых полотен и термического анализа для различных смесевых составов. Показано, что содержание льняных волокон в системе должно быть не менее 50%. Вискозные волокна играют роль армирующего материала и на данный момент не могут быть полностью исключены из системы. С увеличением содержания льняной целлюлозы величина углеродного остатка возрастает. Механические свойства углеродного войлока обеспечиваются физической сеткой фрикционных и дисперсионных контактов между индивидуальными волокнами. При температурной обработке композиционного нетканого материала морфологические особенности прекурсорных волокон сохраняются. С помощью рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии определены межплоскостные расстояния углеродных слоев в углеродном материале. Доля углерода при температурной обработке до 1700°С составляет не менее 90%, после графитации до 2400°С чистота продукта превышает 99%. Максимальные значения углеродного остатка при этой температуре могут достигать 25–27%. Измерены коэффициенты теплопроводности углеродного войлока, полученные значения на 30% меньше по сравнению с показателями для углеродных тканей.

Список литературы

Fitzer E., Edie D.D., Johnson D.J. // Carbon Fibers Filaments and Composites. 1st ed. / Ed. by J.L. Figueiredo, C.A. Bernardo, R.T.K. Baker, K.J. Huttinger. New York: Springer, 1989. P. 582.
Torokhov V.G., Chukov D.I., Tcherdyntsev V.V., Sherif G., Zadorozhnyy M.Y., Stepashkin A.A., Larin I.I., Medvedeva E.V. // Polymers. 2022. V. 14. P. 2956.
Kulichikhin V.G., Skvortsov I.Yu., Mironova M.I., Ozerin A.N., Kurkin T.S., Berkovich A.K., Frenkin E.I., Malkin A.Ya. // Adv. Polym. Technol. 2018. V. 37. № 4. P. 1099.
Grishin D.F., Grishin I.D. // Fibre Chem. 2019. V. 50. P. 514.
Пат. 2045472 Россия 1995.
Пат. 2256013 Россия. 2005.
Daulbayev Ch., Kaidar B., Sultanov F., Bakbolat B. Smagulova G., Mansurov Z. // South African J. Chem. Eng. 2021. V. 38. P. 9.
Naslain R. // Advanced Inorganic Fibers / Ed. by F.T. Wallenberger, R. Naslain, J.B. Macchesney, H.D. Ackler. Boston: Springer, 2000. P. 346.
Ahn H., Yeo S.Y., Lee B.S. // Polymers. 2021. V. 13. P. 2863.
Maksimov N.M., Toms R.V., Balashov M.S., Gerval’d A.Yu., Prokopov N.I., Plutalova A.V., Kuzin M.S., Skvor-tsov I.Yu., Kulichikhin V.G., Chernikova E.V. // Polymer Science. B. 2022. V. 64. № 5. P. 670.
Makarov I.S., Golova L.K., Mironova M.V., Vinogradov M.I., Kulichikhin V.G. // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2018. V. 347. P. 012032.
Zaitsev A., Moisan S., Poncin-Epaillard F. // Cellulose. 2021. V. 28. P. 1973.
Lysenko V.A., Kriskovets M.V. // Fibre Chem. 2018. V. 50. P. 280.
Perepelkin K.E. // Fibre Chem. 2008. V. 40. № 1. P. 10.
Golova L.K., Makarov I.S., Matukhina E.V., Kuptsov S.A., Shambilova G.K., Kulichikhin V.G. // Polymer Science. A. 2008. V. 50. № 6. P. 665.
Nag S., Mitra J., Karmakar P.G. // Int. J. Agriculture, Environment and Biotechnol. 2015. V. 8. № 4. P. 805.
Kukin G.N., Soloviev L.N., Koblyakov L.I. Textile materials science (fibers and threads): Textbook for universities. 2nd ed. Moscow: Legprombytizdat, 1989. P. 352.
Golova L.K. // Ross. Khim. Zh. 2002. V. 46. № 1. P. 49.
Strunk P., Lindgren A., Eliasson B., Agnemo R. // Cellulose Chem. Technol. 2012. V. 46. № 9–10. P. 559.
Hernberg S., Tolonen M., Nurminen M. // Scandinavian J. Work, Environment & Health. 1976. V. 2. № 1. P. 27.
Gomez-Campos A., Vialle C., Rouilly A., Sablayrolles C., Hamelin L. // J. Clean. Prod. 2021. V. 281. P. 125177.
Пат. 2793403 Россия. 2023.
Wizon I., Robertson J.A. // J. Polym. Sci., Polym. Symp. 1967. V. 19. P. 267.
Golova L.K., Makarov I.S., Bondarenko G.N., Mironova M.V., Berkovich A.K., Shandryuk G.A., Vinogradov M.I., Bermeshev M.V., Kulichikhin V.G. // Polymer Science B. 2020. V. 62. № 2. P. 152.
Пат. 2258773 Россия. 2004.
Bai B.C., Im J.S., Lee Y.S. // Carbon lett. 2017. V. 23. P. 69.
Черненко Д.Н. Дис. … канд. техн. наук. М.: НИИграфит, 2015.
Пат. 2429316 Россия. 2010.
Пат. 2671709 Россия. 2017.
Пат. 2045472 Россия. 1995.
Пат. 2748551 Россия. 2021.
Fronczak M., Kowalik M., Bystrzejewski M. // Chemistry Select. 2018. V. 3. № 28. P. 8259.
Li H., Feng Y., Tang L., Yang F. // BioResources. 2021. V. 16. № 1. P. 1296.
Vukcevic M., Kalijadis A., Radisic M., Pejic B., Kostic M., Lausevic Z., Lausevic M. // Chem. Eng. J. 2012. V. 211–212. P. 224.
Li Ch., Sun M., Ji X., Han S., Wang X., Tian Y., Feng J. // J. Separ. Sci. 2019. V. 42. № 12. P. 2155.
Пат. 2779000 Россия. 2022.
ГОСТ 6840-78. “Метод определения содержания альфа-целлюлозы”.
ГОСТ 6841-77. “Целлюлоза. Метод определения смол и жиров”.
ГОСТ 25438-82. “Методы определения характеристической вязкости”.
ГОСТ 16932-93. “Целлюлоза. Определение содержания сухого вещества”.
Gindl W., Keckes J. // Polymer. 2005. V. 46. № 23. P. 10221.
Capart R., Khezami L., Burnhamb A.K. // Thermochim. Acta. 2004. V. 417. № 1. P. 79.
Mironova M., Makarov I., Golova L., Vinogradov M., Shandryuk G., Levin I. // Fibers. 2019. V. 7. P. 84.
Wu Ch., Wang Z., Huang J., Williams P.T. // Fuel. 2013. V. 106. P. 697.
Zimniewska M., Zbrowski A., Konczewicz W., Majcher A., Przybylski J., Matecki K., Wisniewski M., Kicinska-Jakubowska A., Mankowski J. // Fibres & Textiles in Eastern Europe. 2017. V. 25. № 3 (123). P. 26.
Пат. 2502836 Россия. 2013.
Cho S.Y., Yun Y.S., Jin H.J. // Macromol. Res. 2014. V. 22. № 7. P. 753.
Ergun S. // Carbon. 1968. V. 6. № 2. P. 141.
Franklin R.E. // Acta Crystallogr. 1951. V. 4. P. 253.
Seehra M.S., Pavlovic A.S. // Carbon. 1993. V. 31. № 4. P. 557.
Kwiecinska B., Suarez-Ruiz I., Paluszkiewicz C., Rodrigues S. // Int. J. Coal Geol. 2010. V. 84. № 3–4. P. 206.
Kwiecinska B. // Prace Mineralogiczne. 1980. V. 67. P. 1.
ГОСТ 29104.1. “Ткани технические. Методы определения линейных размеров, линейной и поверхностной плотностей”.
ГОСТ 17818.4-90. “Графит. Метод определения зольности”.
ГОСТ Р ИСО 10119. “Волокно углеродное. Методы определения плотности”.