ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Исходное сырье и требования к нему из "Углеводородные и другие жаростойкие волокнисты материалы" Для получения углеродного волокна существенное значение имеют свойства целлюлозы. Требования к сырью должны, вероятно, определяться ассортиментом углеродных материалов, которые обладают разнообразными свойствами. В одних случаях углеродное волокно должно иметь высокую прочность, в других — решающим являются теплозащитные свойства и высокая абляционная устойчивость пластиков на их основе иногда основное значение имеют электрические параметры, а механические показатели играют второстепенную роль. [c.40] К сожалению, в литературе отсутствуют научно обоснованные данные о связи свойств исходного и полученного из него углеродного волокна, без которых не представляется возможным определить требования к исходному сырью. Отчасти это можно объяснить сложностью физико-химических процессов, протекающих при карбонизации. Обычно в подобных случаях выбор волокна определяется эмпирическим путем. Экспериментально установлено, что любое целлюлозное волокно при определенных условиях термообработки можно превратить в углеродное волокно. Основным критерием при выборе сырья служит качество полученного углеродного материала. [c.40] Из природных сырьевых материалов преимущественно изучалось хлопковое волокно, в меньшей степени лен, рами, джут. Даже шерсть и та подвергалась карбонизации [2]. Она при определенных условиях способна превращаться в углеродные волокна, но по технико-экономическим соображениям, а также из-за низкого качества примеь ение шерстяного волокна для этих целей нецелесообразно. [c.40] Наибольшее внимание уделялось искусственным волокнам. Исследовалась вискозная текстильная и кордная нити, медноаммиачная нить, г также волокна типа фортизан, иолинозное, ацетатное [3, 4]. Результаты исследования показали, что наиболее приемлемыми являются гидратцеллюлозные нити. При переходе от органических к углеродным форма волокна сохраняется, поэтому можно получать не только углеродные нити, но и углеродный материал любой другой текстильной формы. Так как природные целлюлозные волокна оказались непригодными для получения углеродных материалов, основное внимание уделялось исследованию искусственных целлюлозных волокон. [c.40] Между вискозными текстильной и кордной нитями существует структурно-морфологическое различие. Поперечный срез вискозной текстильной нити неоднороден и состоит из оболочки (внешний слой) и ядра (внутренний слой), отличающихся по структуре и свойствам. Вискозная кордная нить более однородна, на ее поперечном срезе не обнаружена разница между внутренним и внешним слоями (см. рис. 2.2). [c.41] Объемная неоднородность волокна нежелательна из-за различной усадки при карбонизации внутренних и внешних слоев, отрицательно влияющей на свойства углеродного волокна. [c.41] В литературе приводятся противоречивые сведения о влиянии прочности исходного волокна на свойства углеродного волокна. Бэкон и Танг [6] считают, что степень ориентации вискозного корда, несмотря на жесткие условия перехода от целлюлозного к углеродному волокну, определяет ориентацию элементов структуры и, следовательно, механические свойства углеграфитового волокна (подробно см. ниже). Этот вывод воспроизводится во многих работах, но нам кажется, что данные Бэкона и Танга недостаточно убедительны. С помощью рентгеноструктурного анализа ими было показано, что существует корреляция между ориентацией исходиого и графитированного волокон. Чем больше ориентация исходного гидратцеллюлозного волокна, тем совершеннее структура графитированного волокна. Безусловно, между степенью ориентации элементов структуры волокон, в том числе углеродных, и механическими свойствами существует взаимосвязь, однако для столь важного вывода одних рентгеноструктурных исследований недостаточно. [c.42] Фиалков и сотр. [8] подвергали карбонизации кордпые нити с проч юстью 32 гс/текс и 38—40 гс/текс. Из этих нитей получены примерно равнопрочные углеродные нити. Однако данные авторов неубедительны, так как были получены углеродные волокна с низкими прочностями. [c.43] С практической точки зрения, а также в теоретическом плане большой интерес представляет связь между прочностью гидратцеллюлозного волокна и углеродного волокна. Систематические исследования в этом направлении пе проводились. Можно только предполагать, что для получения высокопрочного углеродного волокна необходимо применение высокопрочного вискозного корда при производстве других углеродных волокнистых материалов требования к исходному волокну менее жесткие. [c.43] Относительно типов гидратцеллюлозных волокон, практически поименяемых для получения углеродных материалов, в том числе высокопрочных волокон, сведения в литературе не приводятся. В научных статьях и патентах часто упоминается корд стандартной структуры 183 текс/720/2, где первое число — толщина нити, второе — число элементарных волокон в нити и третье — число сложений нитей. [c.43] В ряде работ придается большое значение фибриллярной структуре гидратцеллюлозного волокна, в видоизмененной форме сохраняющейся в углеродном волокне. Если бы в процессе карбонизации происходил полный распад фибрилл, то не удалось бы сохранить материал в форме волокна. Какие-либо конкретные сведения о влиянии особенностей фибриллярной структуры исходного волокна на структуру и свойства углеродного волокна в литературе не приводятся. [c.43] Углеродное волокно имеет диаметр 6—12 мкм. В процессе карбонизации происходит потеря массы полимера и утонение волокна. Для получения углеродного волокна указанного диаметра, толщина элементарной кордной нити должна быть примерно равной 0,25—1,5 текс. Из-за масштабного эффекта (см. гл. 6) с уменьшением диаметра прочность углеродного волокна возрастает. Однако получение слишком тонких волокон связано с трудностями, поэтому оптимальными являются указанные диапазоны изменения толщины элементарного волокна кордной нити. [c.43] Углеродным волокнам присуща большая неравномерность механических свойств [9]. Отчасти это объясняется большим разбросом диаметра углеродного волокна. Из этого следует, что вискозные кордные нити должны иметь минимальный разброс но диаметру и механическим показателям. [c.44] Помимо вискозного корда высокой прочностью обладает волок- . о фортизан, получаемое омылением ацетилцеллюлозного волокна с одновременным вытягиванием, волокно типа ВХ н полинозное. Эти волокна по прочности превосходят вискозную кордную нить, но имеют более низкое удлинение и повышенную жесткость, обусловленную особенностями их структуры. Для них характерны высокие степени кристалличности и ориентации, более крупные фибриллярные образования, круглое сечение поперечного среза. [c.44] В ряде работ рассматриваются закономерности карбонизации и свойства углеродных волокон, полученных на основе волокон фортизан и ВХ. В патентах [10, 11] описывается переработка (карбонизация и графитация) вискозного корда и волокна фортизан. Процесс осуществляется в двух вариантах на жестких паковках и в свободном состоянии. В последнем случае волокно претерпевало усадку. Применялся корд толщиной 122 текс/720 и волокно фортизан толщиной 122 текс/480 и 100 текс/500. Согласно патенту [10] из корда получено углеродное волокно с прочностью 70—79 кгс/мм а из волокна фортизан толщиной 100 текс/500— с прочностью 33—37 кгс/мм . Прочность углеграфитового волокна, полученного из волокна фортизан, выше, чем полученного из корда, но так как показатели в обоих случаях были очень низкие, нельзя сделать какой-либо вывод о преимуществе того или иного вида исходного волокна. Следует отметить, что переработка волокон проводилась в одинаковых условиях, тогда как, учитывая существенное различие в структуре и свойствах, для каждого из них, вероятно, необходимо подбирать оптимальные режимы. [c.44] В патенте [12] сравниваются волокна ВХ и вискозное волокно, при этом отдается предпочтение волокну ВХ, имеющему круглое поперечное сечение. Эти выводы неубедительны, так как, судя по толщине волокна (33,3 текс), в работе применялась вискозная текстильная, а не кордная нить. К тому же, кроме общих рассуждений, конкретные данные, подтверждающие выводы авторов патента, не приводятся. [c.44] В качестве возмол ных видов сырья в литературе упоминается иолинозное волокно. Использование его представляет интерес, но это волокно систематически не исследовалось. [c.44] При производстве графита с низкой газопроницаемостью рекомендуется применять хлопковую целлюлозу и даже ксилан [15, 16]. [c.45] Вернуться к основной статье