ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Условия проведения процесса карбонизации из "Углеводородные и другие жаростойкие волокнисты материалы" Большое значение при карбонизации имеют разнообразные добавки, характер среды, температурно-временные режимы. Технология получения углеграфитовых волокнистых материалов в литературе не освещается только некоторые сведения с большими диапазонами изменения основных параметров приводятся в патентах на основании этих данных трудно судить о примененных на практике условиях получения волокна. Тем не менее анализ этих материалов и частично других литературных источников дает возможность, хотя бы в общих чертах, представить технологический процесс получения углеродных волокнистых материалов. Следует заметить, что принципы получения углеродного волокна на основе ПАН-волокон (см. гл. 3) описаны гораздо полнее, чем на основе целлюлозного сырья это особенно относится к получению высокопрочных высокомодульных волокон. [c.107] Катализаторы карбонизации и другие добавки. Добавки, вводимые в реакционную систему в процессе карбонизации, подразделяют на две группы катализаторы карбонизации и добавки, позволяющие модифицировать углеродное волокно. [c.108] Катализаторы можно вводить либо в гидратцеллюлозное волокно, либо в сферу реакций в виде газообразных соединений или в виде продуктов, распадающихся при карбонизации с образованием летучих соединений. [c.108] Катализаторы позволяют увеличить выход углерода, улучщить свойства углеграфитового волокна и уменьщить продолжительность карбонизации. [c.108] ПИЮ материала, и ускоряют образование переходных форм углерода [66]. [c.109] Эффект, аналогичный действию кислот и оснований Льюиса, вызывают фосфорная, серная, азотная кислоты и соли этих кислот [66]. Они могут применяться в виде водных растворов или растворов в органических веществах. Концентрация кислот в растворах составляет 5—50%- После обработки ткани (волокна) растворами кислот материал сушат для удаления растворителя. [c.109] В присутствии перечисленных катализаторов проводится первая стадия карбонизации — до 350 °С на воздухе или в инертной среде. Последующая карбонизация осуществляется в инертной среде. В присутствии кислот резко сокращается продолжительность первой стадии карбонизации (табл. 2.16). [c.109] например, минимум прочности волокна соответствует примерно 200 °С, а модуля Юнга — около 300 °С. Следовательно, процессы структурообразования, приводящие к упрочнению волокна, в присутствии НС1 начинаются при более низких температурах. [c.110] В патентах [15, 16] описаны способы получения графита из целлюлозы и ксилана. В них отмечается, что введение SIO2 позволяет регулировать размеры кристаллических образований, что сказывается на некоторых свойствах (теплопроводность, электропроводность) материала. В связи с этим представляет интерес исследовать процесс получения углеродного волокна в присутствии SIO2. [c.110] Помимо катализаторов перед карбонизацией в гидратцеллюлозные волокна вносят различные вещества, устраняющие дефекты углеродных волокон или придающие им новые свойства, в частности изменяющие их-теплофизические, электрофизические и другие характеристики. К такого типа добавкам относятся тугоплавкие и термостойкие соединения соли и окислы гафния, свинца, алюминия, сурьмы, бора, магния, кадмия, германия, цезия, циркония, ванадия, урана и др. [68—70]. [c.110] Предложен способ [71] получения смешанных (карбидизиро-ванных) волокон, содержащих углерод и карбиды. Для его осуществления рекомендуется пиролиз гидратцеллюлозного волокна вести в парах летучих соединений, содержащих ионы металлов, способные образовывать карбиды. [c.111] Каталитические и другие добавки не только влияют на кинетику пиролиза, но могут играть роль структурообразующих агентов, улучшающих механические свойства волокна. Минеральные компоненты способны образовывать скелет, на котором происходит отложение углерода [72]. [c.111] В патентах [3, 73] предложено исходное гидратцеллюлозное волокно или карбонизованный материал обрабатывать соединениями, придающими специфические свойства углеродным материалам. Так, например, при обработке MgO и 2гОг повышается огнестойкость при обработке СиО и СигО изменяются сорбционные свойства. [c.111] Углеродные материалы могут быть использованы в качестве основы, на которую наносятся РегОз, СггОз, АЬОз, играющие роль катализаторов химических процессов. [c.111] В патенте [74] предлагается гидратцеллюлозные ткани предварительно обрабатывать смолами (связующими). В этом случае после карбонизации или карбонизации и графитации получается многослойный материал. В качестве связующих в патепте упоминаются фенолоформальдегидные и силиконовые смолы и силикатный цемент. Кроме того, в литературе приводятся сведения об использовании для этих целей предконденсатов реактивных смол [75], смол, полученных на основе фурфурола [76], термоотверждающих-ся смол [77], а также о введении в волокно углерода [78]. Перечисленные соединения, пе являясь катализаторами, позволяют изменять свойства углеродного материала. [c.111] Защитные среды. Карбонизация целлюлозы проводится в защитных средах, которые оказывают влияние на процесс пиролиза, выход углерода и свойства углеродного волокна. Следует различать два типа защитных сред, а именно нейтральные и активно участвующие в пиролизе целлюлозы. Последние, по существу, играют роль катализаторов и рассмотрены выше. [c.111] При выборе защитной среды следует учитывать экономические факторы и влияние среды на процесс карбонизации и свойства волокна. В качестве защитной среды предложено использовать вакуум, азот, аргон и др. [c.111] Карбонизацию с целью получения углеродных волокон необходимо проводить в отсутствие кислорода воздуха, наличие которого приводит к снижению выхода углерода и интенсивному образованию смолообразных продуктов распада. [c.111] Вернуться к основной статье