ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вытягивание волокна в процессе карбонизации и графитации из "Углеводородные и другие жаростойкие волокнисты материалы" На начальной стадии развития производства углеродные материалы получались преимущественно в виде тканей и, реже, в виде войлока, шнуров или волокна. Карбонизация ткани проводилась в свободном состоянии, при этом материал претерпевал усадку. Для намотки нитей в ряде патентов описывались различные приспособления намотанные нити подвергались карбонизации и графитации. В этом случае усадка нитей исключалась, но дополнительному вытягиванию нити не подвергались. Полученные таким способом углеродные волокна независимо от формы материала (ткань, шнур, войлок) имели невысокую степень ориентации и низкие механические показатели. Прочность волокна не превышала 70—80 кгс/мм , а модуль Юнга равнялся Б-Ю —б-Ю кгс/мм . [c.117] Влняние степени вытягивания при графитации на модуль Юнга волокна (температура графи-тацин 2780—2870 °С, продолжительность 0,2—0,27 с). [c.118] Из приведенных данных следует, что структурные показатели волокна с модулем Юнга 35-10 кгс/мм выше, чем у волокна с низким модулем Юнга. Рентгеноструктурным и электронно-микроскопическим анализами установлено, что графитовые слои ориентированы вдоль оси волокна волокна достаточно пористы микропо-ры имеют форму призмы и ориентированы вдоль оси волокна. По мнению Бэкона и Шаламона [1], поры не влияют на прочность и модуль волокна, хотя ими же показано, что модуль Юнга возрастает пропорционально плотности волокна, которая частично связана с пористостью. С увеличением объема закрытых пор плотность волокна снижается. Иного мнения придерживаются авторы работы [97]. На основании рентгеноструктурного анализа они делают вывод о том, что в процессе графитации под натяжением происходит уменьшение пористости. Ими установлена связь между пористостью и модулем Юнга волокна. При переходе от графитированного волокна с модулем Юнга 17,5-10 кгс/мм к графитированному волокну с модулем Юнга 35-10 кгс/мм пористость уменьшается. По данным электронно-микроскопических измерений, для волокна с модулем 35-103 кгс/мм пористость меньше, чем для волокна с модулем 17,5-10 кгс/мм . [c.119] Изекил и Спейн [99] исследовали влияние степени вытягивания на свойства графитированного волокна. Исходным материалом служили промышленные углеродные волокна с различным содержанием углерода (77,1—96,4%), полученные из вискозного корда. Графитация проводилась при 2600—2800 °С непрерывным, наиболее перспективным методом. Некоторые результаты, заимствованные из указанной работы, приведены в табл. 2.17. [c.119] Примечание. Исходное углеродное волокно марки СУ-1604-2 имело следующие показатели число стренг — 2 число нитей в стренге — 720 содержание углерода — 96.4% водорода — 0,8% азота — 0,4% фосфора — 0,2% золы (окислы) — 1,0% натрия — 0,3% потери массы — 1,27% при высушивании в течение 2 ч при 105 °С в вакууме. [c.120] После графитации под натяжением получены волокна со средней прочностью 150 кгс/мм и модулем Юнга 26,6-10 кг /мм . [c.120] Существует четко выраженная корреляция между прочностью и кристалличностью, а также ориентацией графитированного волокна. Исходное углеродное волокно на рентгенограммах дает аморфное гало. В процессе графитации под натяжением на рентгенограммах появляются рефлексы, характерные для графита, а также происходит ориентация графитовых слоев вдоль оси волокна. В процессе ориентации уменьшается межплоскостное расстояние с/2, приближаясь к значению 3,44 А., характерному для турбостратной формы углерода. [c.120] Довольно существенное влияние на модуль Юнга графитированного волокна, полученного из вытянутого волокна, оказывает температура графитации с повышением ее модуль Юнга возрастает (рис. 2.32). [c.120] В результате графитации с применением вытягивания наблюдается одновременное возрастание модуля Юнга и прочности волокна. [c.120] В патенте [101] рассмотрены различные варианты вытягивания волокна. Исходным сырьем служил вискозный корд структуры 183 текс 720/2, который вначале подвергался частичной карбонизации при 350 °С. Катализатором карбонизации служила фосфорная кислота. Дальнейшая карбонизация проводилась в вертикальных аппаратах периодического действия до температуры 900 °С со скоростью нагревания 600°С/ч и одновременным вытягиванием. При таком способе вытягивания по мере увеличения нагрузки модуль возрастает, а прочность остается практически неизменной (табл. 2.19). Подобный факт остается необъяснимым. [c.122] Карбонизация под натяжением (по следующая графитация бе натяже ния, температура 2800 °С). . [c.123] Графитация под натяжением. . [c.123] Графитация под натяжением. . [c.123] Вытягивание при карбонизации и графитации оказывается более эффективным по сравнению с вытягиванием только на одной из названных стадий (см. табл. 2.20). [c.123] В патенте [67] описан трехстадийпый непрерывный процесс карбонизации целлюлозного волокна в отдельных аппаратах (рис. 2.34). Первая стадия карбонизации проводится при температуре 200—300 °С в условиях свободной усадки. По мнению авторов, на этой стадии материал малопрочен и осуществить его вытягивание не представляется возможным. Продолжительность термической обработки не более 30 мин, содержание углерода в материале 50—60%. Вторая стадия осуществляется при температурах 500—1000 °С содержание углерода в материале повышается до 70—85%. На этой стадии волокно вытягивается. Наконец, на третьей стадии температура повышается с 1000 до 1500°С, содержание углерода в волокне увеличивается примерно до 100%. Процесс проводится при вытягивании. Нагрузка на второй стадии обработки 50—150 гс на нить (11 —133 текс), а на третьей стадии 50—200 гс на нить (72—94 текс). [c.123] На рис. 2.34 приведены три варианта вытягивания волокна на второй и третьей стадиях на второй стадии на третьей стадии. В патенте приводятся механические показатели волокна, но они определялись по общепринятой методике для текстильных нитей. [c.123] Вернуться к основной статье