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

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

A method for obtaining nonwoven carbon materials by the staged heat treatment of cellulose felt is developed. Fabrics produced from fibrous flax cellulose and viscose fibers by needle punching are used as nonwoven precursors. To obtain carbon fabric precursors the optimum ratios of components are chosen from the data on the formation of nonwoven fabrics and the thermal analysis of various blend formulations. It is shown that the content of flax fibers in the system should be at least 50%. Viscose fibers play the role of a reinforcing material and so far cannot be fully excluded from the system. With an increase in the content of flax cellulose the value of carbon yield grows. The mechanical properties of the carbon felt are provided by the physical network of friction and dispersion contacts between individual fibers. Upon heat treatment of the composite nonwoven material, the morphological features of precursor fibers remain unchanged. The interplanar distances of carbon layers in the carbon material are calculated using X-ray diffraction analysis and transmission electron microscopy. The fraction of carbon upon heat treatment to 1700°С is at least 90%, and after graphitization to 2400°С the purity of the product is above 99%. The maximum values of carbon yield at this temperature may be as high as 25‒27%. The coefficients of thermal conductivity of the carbon felt are measured, and the values obtained are 30% lower than the corresponding parameters of carbon fabrics.

作者简介

I. Makarov

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: makarov@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

A. Smyslov

LLC Linum

Email: makarov@ips.ac.ru
454100, Chelyabinsk, Russia

D. Chernenko

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: makarov@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

M. Vinogradov

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: makarov@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

S. Legkov

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: makarov@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

I. Levin

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: makarov@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

N. Arkharova

Shubnikov Institute of Crystallography, Federal Research Center “Crystallography and Photonics,” Russian Academy of Sciences

Email: makarov@ips.ac.ru
119333, Moscow, Russia

V. Kulichikhin

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: makarov@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

参考

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Grishin D.F., Grishin I.D. // Fibre Chem. 2019. V. 50. P. 514.
  5. Пат. 2045472 Россия 1995.
  6. Пат. 2256013 Россия. 2005.
  7. Daulbayev Ch., Kaidar B., Sultanov F., Bakbolat B. Smagulova G., Mansurov Z. // South African J. Chem. Eng. 2021. V. 38. P. 9.
  8. Naslain R. // Advanced Inorganic Fibers / Ed. by F.T. Wallenberger, R. Naslain, J.B. Macchesney, H.D. Ackler. Boston: Springer, 2000. P. 346.
  9. Ahn H., Yeo S.Y., Lee B.S. // Polymers. 2021. V. 13. P. 2863.
  10. 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.
  11. 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.
  12. Zaitsev A., Moisan S., Poncin-Epaillard F. // Cellulose. 2021. V. 28. P. 1973.
  13. Lysenko V.A., Kriskovets M.V. // Fibre Chem. 2018. V. 50. P. 280.
  14. Perepelkin K.E. // Fibre Chem. 2008. V. 40. № 1. P. 10.
  15. 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.
  16. Nag S., Mitra J., Karmakar P.G. // Int. J. Agriculture, Environment and Biotechnol. 2015. V. 8. № 4. P. 805.
  17. 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.
  18. Golova L.K. // Ross. Khim. Zh. 2002. V. 46. № 1. P. 49.
  19. Strunk P., Lindgren A., Eliasson B., Agnemo R. // Cellulose Chem. Technol. 2012. V. 46. № 9–10. P. 559.
  20. Hernberg S., Tolonen M., Nurminen M. // Scandinavian J. Work, Environment & Health. 1976. V. 2. № 1. P. 27.
  21. Gomez-Campos A., Vialle C., Rouilly A., Sablayrolles C., Hamelin L. // J. Clean. Prod. 2021. V. 281. P. 125177.
  22. Пат. 2793403 Россия. 2023.
  23. Wizon I., Robertson J.A. // J. Polym. Sci., Polym. Symp. 1967. V. 19. P. 267.
  24. 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.
  25. Пат. 2258773 Россия. 2004.
  26. Bai B.C., Im J.S., Lee Y.S. // Carbon lett. 2017. V. 23. P. 69.
  27. Черненко Д.Н. Дис. … канд. техн. наук. М.: НИИграфит, 2015.
  28. Пат. 2429316 Россия. 2010.
  29. Пат. 2671709 Россия. 2017.
  30. Пат. 2045472 Россия. 1995.
  31. Пат. 2748551 Россия. 2021.
  32. Fronczak M., Kowalik M., Bystrzejewski M. // Chemistry Select. 2018. V. 3. № 28. P. 8259.
  33. Li H., Feng Y., Tang L., Yang F. // BioResources. 2021. V. 16. № 1. P. 1296.
  34. Vukcevic M., Kalijadis A., Radisic M., Pejic B., Kostic M., Lausevic Z., Lausevic M. // Chem. Eng. J. 2012. V. 211–212. P. 224.
  35. Li Ch., Sun M., Ji X., Han S., Wang X., Tian Y., Feng J. // J. Separ. Sci. 2019. V. 42. № 12. P. 2155.
  36. Пат. 2779000 Россия. 2022.
  37. ГОСТ 6840-78. “Метод определения содержания альфа-целлюлозы”.
  38. ГОСТ 6841-77. “Целлюлоза. Метод определения смол и жиров”.
  39. ГОСТ 25438-82. “Методы определения характеристической вязкости”.
  40. ГОСТ 16932-93. “Целлюлоза. Определение содержания сухого вещества”.
  41. Gindl W., Keckes J. // Polymer. 2005. V. 46. № 23. P. 10221.
  42. Capart R., Khezami L., Burnhamb A.K. // Thermochim. Acta. 2004. V. 417. № 1. P. 79.
  43. Mironova M., Makarov I., Golova L., Vinogradov M., Shandryuk G., Levin I. // Fibers. 2019. V. 7. P. 84.
  44. Wu Ch., Wang Z., Huang J., Williams P.T. // Fuel. 2013. V. 106. P. 697.
  45. 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.
  46. Пат. 2502836 Россия. 2013.
  47. Cho S.Y., Yun Y.S., Jin H.J. // Macromol. Res. 2014. V. 22. № 7. P. 753.
  48. Ergun S. // Carbon. 1968. V. 6. № 2. P. 141.
  49. Franklin R.E. // Acta Crystallogr. 1951. V. 4. P. 253.
  50. Seehra M.S., Pavlovic A.S. // Carbon. 1993. V. 31. № 4. P. 557.
  51. Kwiecinska B., Suarez-Ruiz I., Paluszkiewicz C., Rodrigues S. // Int. J. Coal Geol. 2010. V. 84. № 3–4. P. 206.
  52. Kwiecinska B. // Prace Mineralogiczne. 1980. V. 67. P. 1.
  53. ГОСТ 29104.1. “Ткани технические. Методы определения линейных размеров, линейной и поверхностной плотностей”.
  54. ГОСТ 17818.4-90. “Графит. Метод определения зольности”.
  55. ГОСТ Р ИСО 10119. “Волокно углеродное. Методы определения плотности”.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2.

下载 (24KB)
3.

下载 (825KB)
4.

下载 (44KB)
5.

下载 (1MB)
6.

下载 (1MB)
7.

下载 (481KB)
8.

下载 (73KB)
9.

下载 (1MB)
10.

下载 (78KB)

版权所有 © И.С. Макаров, А.Г. Смыслов, Д.Н. Черненко, М.И. Виноградов, С.А. Легков, И.С. Левин, Н.А. Архарова, В.Г. Куличихин, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».