ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Карбонизация из "Углеводородные и другие жаростойкие волокнисты материалы" Линейная форма макромолекул и наличие сильнополярных групп СМ предопределяют физическую структуру ПАН-волокна. Макромолекулы ориентированы вдоль оси волокна, а в результате интенсивного межмолекулярного взаимодействия за счет групп СМ создается своеобразная непрерывная сетчатая структура по всему объему полимера. Из-за сильного межмолекулярного взаимодействия и беспорядочного расположения групп СМ полимер находится в аморфном или слабовыраженном кристаллическом состоянии. Для подобных полимеров и волокон характерно изменение формы под воздействием температуры. При нагревании выше температуры стеклования (78—80°С) происходит сильная усадка волокна. На этом явлении основано получение объемных ПАН-нитей и изделий на их основе. [c.170] В процессе термического окисления также происходит заметная усадка волокна, вследствие чего наблюдается дезориентация структурных элементов ПАН-волокна. Нарушение ориентации на стадии окисления отрицательно сказывается на образовании структуры углерода при карбонизации, и в результате получаются малопрочные углеродные волокна. [c.170] Вытягивание на стадии окисления приводит к значительному увеличению прочности и модуля Юнга углеродного волокна. По мере увеличения степени вытягивания при окислении возрастает модуль Юнга карбонизованного и особенно графитированного углеродного волокна (рис. 3.16). [c.171] На основании приведенных данных нельзя определить оптимальную степень вытягивания во время окисления ПАН-волокна, так как, надо полагать, она зависит от многих факторов (свойств исходного волокна, условий окисления, карбонизации и графитации). [c.172] Однако существенное влияние степени вытягивания при окислении на свойства углеродного волокна очевидно. [c.172] Термоокислительная деструкция в какой-то мере нарушает ориентацию волокна, и вытягивание способствует сохранению ориентации зациклизованного ПАН-волокна. В процессе окисления протекают по крайней мере две группы реакций — внутримолекулярная циклизация н образование межмолекулярных связей. Внутримолекулярная циклизация хотя и может отрицательно влиять на ориентационное вытягивание волокна, но, видимо, не исключает его возможность. Сшивка, безусловно, затрудняет вытягивание волокна. Поэтому наибольший эффект от вытягивания, казалось бы, может быть получен, когда на первом этапе окисления протекает нреимущественно внутримолекулярная циклизация, а при более глубоких стадиях окисления — структурирование, фиксирующее достигнутый эффект ориентации. К сожалению, эти процессы химических превращений ПАН невозможно контролировать, что затрудняет нахождение оптимальных условий вытягивания нри окислении. [c.172] Характер кривых на рис. 3.15 косвенно указывает на то, что при окислении в течение более 1 ч происходит структурирование, так как деформация волокна при разных нагрузках остается пеиз у1енной. Видимо, при варьировании температуры и продолжительности окисления можно найти оптимальные условия вытягивания волокна. [c.173] В последние годы проведены исследования по применению высокопрочного (прочность 63—72 гс/текс) ПАН-волокна, которое в отличие от ПАН-волокна средней прочности сильно ориентировано. При окислении под нагрузкой среднепрочное волокно претерпевает гораздо большую деформацию по сравнению с высокопрочным волокном [18]1 (рис. 3.17). Отсюда следует, что окисление высокопрочного ПАН-волокна возможно проводить при частичной усадке, так как высокая степень ориентации исходного волокна обеспечивает получение из него окисленного волокна, в котором сохраняется достаточная ориентация [17]. [c.173] Из такого волокиа получается высокопрочное углеродное волокно (см. табл. 3.3). [c.173] Обычно границей раздела процессов карбонизации и графитации служит конечная температура карбонизации. Эта температура в известной мере условная и по данным различных авторов различна. Помимо температуры существенную роль играет скорость нагревания и продолжительность выдержки в изотермических условиях. В зависимости от этих параметров изменяются свойства углеродного волокна. По Бэкону [77], углеродные волокна получаются при конечных температурах обработки 1000— 1500°С. Однако приводятся и более низкие значения (700— 800 °С) температуры карбонизации. Важнейшим критерием выбора температуры служат требуемые свойства углеродного волокна, которое само является важным техническим продуктом, а также требования к углеродному волокну, предназначенному для последующей графитации. [c.173] В процессе карбонизации происходят сложные химические превращения полимера и структурные изменения, конечным результатом которых является образование турбостратной структуры углерода и изменение физико-механических свойств материала. [c.173] Вернуться к основной статье