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://journals.rcsi.science/2308-1120/article/view/135321
DOI: https://doi.org/10.31857/S2308112023700530
EDN: https://elibrary.ru/MLHCHY
ID: 135321

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

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”.