Brevet FR2071948A1 — publié le 19710924

i 2071948 La présente invention concerne un procédé de traitement de fibres polymères» On utilise communément des fibres polymères telles que des fibres acryliques comme matériaux de départ pour la fabrication de fibres de carbone. Une tel-5 le fabrication peut se faire en deux phases principales ; une première phase dans laquelle on amène la matière polymère à un état de liaison moléculaire plus rigide (par liaison croisée et / ou formation de polymères en cascade) ce qui la rend par conséquent plus stable sous l'action de la chaleur ; et une seconde phase Hanh laquelle on pyrolyse le polymère à liaison renforcée pour en extraire tous les cons- 10 tituants à l'exception du carbone. La première phase principale peut être subdivisée en deux réactions, la première consistant en une conjugaison de groupes nitri-les dans les chaînes du polymère et en une déshydrogénation partielle, tandis que la seconde entraîne une déshydrogénation complémentaire et la capture de l'oxygène de la structure polymère. 15 La présente invention concerne un procédé permettant de mettre en oeuvre de façon avantageuse la première phase principale» Selon la présente invention le procédé de traitement d'une fibre polymère destiné à renforcer la liaison de sa structure moléculaire consiste à empêcher la fibre de prendre du retrait et à la plonger dans m bain chaud d'huile de silico- 20 ne» Cette huile est de préférence chauffée à une température comprise entre 200 et 500° C. j Ledit traitement peut être suivi d'ujn autre traitement thermique en atmosphère d'air pour améliorer encore l'accrochage moléculaire et l'absorption de 25 l'oxygène. Au cours du traitement on peut faire circuler un gaz inerte dans l'huile de silicone afin d'éliminer les gaz étrangers. De préférence, le fluide silicone est chassé de la fibre après traitement. La fibre traitée peut ensuite être pyrolysée pour obtenir la fibre de cas- 50 bone. Pour éprouver le procédé de l'invention on a traité selon celui-ci des échantillons de fibre polymère utilisés pour fabriquer une fibre de carbone et on les a comparés à des échantillons qui n'ont pas subi le traitement selon l'invention et qui ont été également utilisés pour fabriquer une fibre de carbone. 35 On a réparti en deux lots, d'une part des échantillons d'une fibre aciy- lique vendue sous le nom de "Courtelle* par la Société Courtaulds Limited et, d'autre part des échantillons d'une fibre acrylique vendue sous la dénomination "Dralon" par la Société Bayer Fibres Limited ; un lot a servi de lot d'essai et l'autre de lot de référence. 40 On a enroulé les lots sur des cadres pour empêcher la rétraction des fi- 70 46011 2 2071948 bres et on a plongé les lots d'essai dans de l'huile de silicone livrée par la Société Mdland Silicones Limited sous la dénomination "MS 550" et un fluide de silicone phénylméthyl. On a maintenu la température de l'huile à 240° G et on a fait circuler dans le fluide pour le remuer le gaz argon agissant comme purge pour chas-5 ser les gaz étrangers. Oh a laissé les lots d'essai dans l'huile pendant trois heures puis on les a extrait pour les laver dans l'acétone. On a ensuite séché la fibre d'essai et on l'a placée dans une étuve à circulation d'air où elle a été chauffée à 220° C pendant seize heures. La fibre a ensuite été pyrolysée de la façon indiquée en dé— 10 tail ci-dessous. Entre-temps, on a placé tout d'abord les lots de fibre de référence dans \me étuve à circulation d'air dans laquelle ils ont été chauffés pendant seize heures à 220° C. On les a ensuite Ôtés de 1'étuve. On a ensuite placé dans une autre étuve les lots de fibre d'essai et de 15 - fibre de référence où ils ont été chauffés en atmosphère inerte pendant sept heures à 1000° C. Dans ce four, la plupart des constituants des fibres ont été éliminés à l'exception du carbone, ce qui a donné des fibres de carbone. On a soumis les fibres de carbone ainsi obtenues aux essais de résistance à la rupture et d'élasticité (selon le module de Young). Les résultats ont été 20 les suivants : Fibre initiale Sapport en pourcentage de fibre de carbone Contrainte de rupture x 103 psi Module de Young x 106 psi Courtelle — référence 48 # 250 26 " — essai 55 % 350 28,5 Dralon « référence 48 $> 290 28 * « essai 55 ^ 355 30,5 On remarquera que les fibres d'essai montrent une amélioration de caractéristiques notable par rapport aux lots de référence. Tout porte à croire que ceci conduit à la possibilité d'obtenir soit de meilleures propriétés de la fibre finale en utilisant un traitement thermique identique, soit les mêmes propriétés grâce à 40 un processus accéléré | notamment, une vitesse d'élévation de température plus rapide pourrait être employée dans la première phase du traitement. Bien qu'il puisse être possible d'effectuer à la fois l'accrochage moléculaire renforcé et le processus d'absorption d'oxygène dans le bain d'huile, en faisant circuler de 1'oxygène dans l'huile, il est préférable de séparer ces deux 45 processus en réalisant l'accrochage dans l'huile et la pré-oxydation dans une phase 70 46011 3 2071948 indépendante en étuve à circulation d'air, ce qui permet d'éviter ainsi le cumul des calories produites par ces deux réactions exothermiques. De plus, pour mettre en oeuvre simultanément les deux réactions, il serait nécessaire de faire barboter l'oxygène dans l'huile car l'huile ne peut pas dissoudre suffisamment d'osygène 5 pour produire l'effet désiré ; il faudrait également prévoir un moyen pour permettre à 1'oxygène de traverser le film d'huile couvrant les fibres. Le procédé peut être efficacement mis en oeuvre à l'une quelconque des températures comprises entre îOO et 300° C, la limite inférieure étant déterminée par la lenteur de la réaction aux températures basses, alors que la limite supé-10 rieure est déterminée par le risque de combustion de la fibre qui perdrait sa morphologie générale. On comprendra que la présente invention n'est pas limitée aux termes de la description précédente, mais qu'elle s'étend au contraire à toute modification ou adjonction à la portée du technicien. 70 46011 4 2071948 REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de fibres polymères, caractérisé en ce qu'on maintient les fibres sous tension et / ou on les empêche de se rétracter et on les plonge dans un bain chaud d'huile de silicone pour effectuer un accrochage complémentaire de la structure moléculaire. 5 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on chauffe l'huile de silicone à une température comprise entre 200 et 300° C; 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, prises séparément, caractérisé en ce que ledit traitement est suivi par un traitement thermique complémentaire dans une atmosphère contenant de 11ozygène pour améliorer encore l'accrochage 10 moléculaire et l'absorption de l'oxygène. 4. Procédé selon les revendications 1 ou 2, prises séparément, caractérisé en ce qu'on fait circuler dans l'huile de silicone un gaz contenant de l'ozy-gène de sorte qu'un accrochage moléculaire supplémentaire et une absorption d'oxygène sont encore effectués pendant que la fibre est immergée dans l'huile. 15 5» Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, prises séparément, caractérisé en ce qu'on fait circuler dans l'huile de silicone un gaz inerte pendant qu'a lieu le traitement afin d'exclure les gaz étrangers. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, prises -séparément, caractérisé en ce que le fluide de silicone est extrait de la fibre a- 20 près traitement. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, prises séparément, caractérisé en ce que la fibre traitée est ensuite pyrolysée pour donner une fibre de carbone. v