УГЛЕРОДНОЕ ВОЛОКНО И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА

1. Углеродное волокно, имеющее модуль упругости пряди 360 ГПа или больше, прочность пряди 3,5 ГПа или больше, и диаметр элементарного волокна 6,0 мкм или больше, и имеющее остаточное количество скручиваний 2 витка/м или больше в тесте, в котором один конец закрепляют, а другой конец остается свободным и способным к вращению вокруг оси пучка волокон.
2. Углеродное волокно по п. 1, удовлетворяющее соотношению, представленному формулой (1), в которой Es (ГПа) представляет собой модуль упругости элементарного волокна, а А (Н) представляет собой нагрузку на разрыв петли:
А ≥ -0,0017 × Es + 1,02 Формула (1)
3. Углеродное волокно по п. 1 или 2, имеющее диаметр элементарного волокна 6,0 мкм или больше, удовлетворяющее соотношению, представленному формулой (2), где E (ГПа) - модуль упругости пряди, а B (МПа) - прочность волокна в узле, определяемая при условиях, когда коэффициент тепловых потерь составляет 0,15% или меньше при 450°C, и имеющее количество скручиваний 20-80 витков/м:
9
-2,85
B ≥ 6,7 × 10 × EФормула (2).
4. Углеродное волокно по любому из пп. 1-3, в котором полная тонина составляет 850 г/км.
5. Углеродное волокно по любому из пп. 1-4, в котором модуль упругости пряди составляет 440 ГПа или больше.
6. Углеродное волокно по любому из пп. 1-5, в котором угол закрутки поверхностного слоя пучка углеродных волокон составляет от 2,0 до 30,5°.
7. Углеродное волокно по п. 6, в котором угол закрутки поверхностного слоя пучка углеродных волокон составляет от 4,8 до 10,0°.
8. Углеродное волокно по любому из пп. 1-7, в котором диаметр элементарного волокна составляет 6,5 мкм или больше.
9. Углеродное волокно по любому из пп. 1-8, в котором диаметр элементарного волокна составляет 7,4 мкм или меньше.
002
10. Углеродное волокно по любому из пп. 1-9, в котором размер кристаллита Lc (нм) и ориентационный параметр кристаллитов π (%) удовлетворяет соотношению, представленному формулой (3):
002
π ≥ 4,0 × Lc + 73,2 Формула (3).
11. Углеродное волокно по любому из пп. 1-10, в котором размер кристаллита Lc составляет 2,2-3,5 нм.
12. Углеродное волокно по любому из пп. 1-11, в котором модуль упругости пряди E (ГПа) и размер кристаллита Lc (нм) удовлетворяют соотношению, представленному формулой (4):
-0,5
0,5
E × Lc≥ 200 (ГПа/нм) Формула (4).
13. Углеродное волокно по любому из пп. 1-12, в котором поверхностная концентрация кислорода O/C составляет 0,05-0,50.
14. Пучок углеродных волокон по любому из пп. 1-13, в котором количество непрерывных элементарных волокон составляет 10000 или больше.
15. Углеродное волокно, удовлетворяющее соотношению, представленному формулой (1), в которой Es (ГПа) представляет собой модуль упругости элементарного волокна, а А (Н) представляет собой нагрузку на разрыв петли:
А ≥ -0,0017 × Es + 1,02 Формула (1).
16. Углеродное волокно, имеющее диаметр элементарного волокна 6,0 мкм или больше, удовлетворяющее соотношению, представленному формулой (2), где E (ГПа) - модуль упругости пряди, а B (МПа) - прочность волокна в узле, определяемая при условиях, в которых коэффициент тепловых потерь составляет 0,15% или меньше при 450°C, и имеющее количество скручиваний 5-80 витков/м:
9
-2,85
B ≥ 6,7 × 10 × EФормула (2).
17. Углеродное волокно по п. 15 или 16, в котором либо модуль упругости элементарного волокна, либо модуль упругости пряди составляет 360 ГПа или больше.
3
18. Способ производства углеродного волокна, включающий стадию, на которой пучок прекурсорных волокон для углеродного волокна подвергают стабилизационной обработке (окислением) в воздушной атмосфере в диапазоне температур 200-300°C, стадию предварительной карбонизации, на которой полученный пучок стабилизированных (окисленных) волокон термически обрабатывают в инертной атмосфере при максимальной температуре 500-1000°C или ниже, до тех пор, пока плотность не достигнет 1,5-1,8 г/см, и стадию карбонизации, на которой полученный предварительно карбонизированный пучок волокон термически обрабатывают в инертной атмосфере, причем пучок прекурсорных волокон для углеродного волокна имеет тонину элементарного волокна 0,9 децитекс или более, его натяжение во время обработки карбонизацией поддерживается равным 5 мН/децитекс или больше, и этот пучок удовлетворяет любому из следующих требований (c) или (d) и имеет модуль упругости пряди, равный 360 ГПа или больше
(c) пучок волокон, подвергаемый обработке карбонизацией, имеет количество скручиваний 2 витка/м или больше, и
(d) полная тонина, которая является произведением тонины элементарного волокна (г/км) на количество элементарных волокон (в штуках) получаемого углеродного волокна, составляет 740 г/км или больше.
19. Способ производства углеродного волокна по п. 18, в котором пучок волокон, подвергаемый обработке карбонизации, имеет количество скручиваний 16 витков/м или больше.
20. Способ производства углеродного волокна по п. 18 или 19, в котором максимальная температура на стадии обработки карбонизации составляет 1500°C или больше.
21. Способ производства углеродного волокна по п. 20, в котором максимальная температура на стадии обработки карбонизации составляет 2300°C или больше.
22. Способ производства углеродного волокна по любому из пп. 18-21, в котором после стадии обработки карбонизацией выполняется электролитическая подготовка поверхности с количеством тока 2-100 Кл/г выполняется.
23. Углеродное волокно, имеющее модуль упругости пряди 360 ГПа или больше, прочность пряди 3,5 ГПа или больше, диаметр элементарного волокна 6,0 мкм или больше, и полную тонину, которая является произведением тонины элементарного волокна (г/км) на количество элементарных волокон (в штуках) углеродного волокна, равную 740 г/км или больше, и удовлетворяющее соотношению, представленному формулой (1), где Es (ГПа) является модулем упругости элементарного волокна, а А (Н) является нагрузкой на разрыв петли:
А ≥ -0,0017 × Es + 1,02 Формула (1).
24. Углеродное волокно, имеющее модуль упругости пряди 360 ГПа или больше, прочность пряди 3,5 ГПа или больше, диаметр элементарного волокна 6,0 мкм или больше, и полную тонину, которая является произведением тонины элементарного волокна (г/км) на количество элементарных волокон (в штуках) углеродного волокна, равную 740 г/км или больше, удовлетворяющее соотношению формулы (2), где E (ГПа) представляет собой модуль упругости пряди, а B (МПа) представляет собой прочность волокна в узле, определяемую при условиях, в которых коэффициент тепловых потерь составляет 0,15% или меньше при 450°C, и имеющее количество скручиваний 20-80 витков/м:
9
-2,85
B ≥ 6,7 × 10 × E Формула (2).
25. Углеродное волокно, имеющее модуль упругости пряди 360 ГПа или больше, прочность пряди 3,5 ГПа или больше, диаметр элементарного волокна 6,0 мкм или больше, и полную тонину, которая является произведением тонины элементарного волокна (г/км) на количество элементарных волокон (в штуках) углеродного волокна, равную 740 г/км или больше, в котором угол закрутки поверхностного слоя пучка углеродных волокон составляет 2,0-30,5°.
26. Углеродное волокно, имеющее модуль упругости пряди 360 ГПа или больше, прочность пряди 3,5 ГПа или больше, диаметр элементарного волокна 6,0 мкм или больше, и полную тонину, которая является произведением тонины элементарного волокна (г/км) на количество элементарных волокон (в штуках) углеродного волокна, равную 740 г/км или больше, в котором угол закрутки поверхностного слоя пучка углеродных волокон составляет 4,8-10,0°.
002
27. Углеродное волокно, имеющее модуль упругости пряди 360 ГПа или больше, прочность пряди 3,5 ГПа или больше, диаметр элементарного волокна 6,0 мкм или больше, и полную тонину, которая является произведением тонины элементарного волокна (г/км) на количество элементарных волокон (в штуках) углеродного волокна, равную 740 г/км или больше, в котором размер кристаллита Lc (нм) и ориентационный параметр кристаллитов π (%) удовлетворяют соотношению, представленному формулой (3):
002
π ≥ 4,0 × Lc + 73,2 Формула (3).
28. Углеродное волокно, имеющее модуль упругости пряди 360 ГПа или больше, прочность пряди 3,5 ГПа или больше, диаметр элементарного волокна 6,0 мкм или больше, и полную тонину, которая является произведением тонины элементарного волокна (г/км) на количество элементарных волокон (в штуках) углеродного волокна, равную 740 г/км или больше, в котором размер кристаллита Lc составляет 2,2-3,5 нм.
29. Углеродное волокно, имеющее модуль упругости пряди 360 ГПа или больше, прочность пряди 3,5 ГПа или больше, диаметр элементарного волокна 6,0 мкм или больше, и полную тонину, которая является произведением тонины элементарного волокна (г/км) на количество непрерывных элементарных волокон (в штуках) углеродного волокна, равную 740 г/км или больше, в котором модуль упругости пряди E (ГПа) и размер кристаллита Lc (нм) удовлетворяют соотношению, представленному формулой (4):
-0,5
0,5
E × Lc≥ 200 (ГПа/нм) Формула (4).