ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные условия графитации и влияние их на свойства волокна из "Углеводородные и другие жаростойкие волокнисты материалы" Так же как при карбонизации, к основным условиям графитации относятся среда, температурно-пременные режимы, степень вытягивания волокна. [c.195] Графитация карбонизованного волокна осуществляется прп очень высоких температурах (до 3000 °С), в инертной среде, обычно азоте или аргоне. На этой стадии еще в большей мере, чем при карбонизации, необходима тщательная очистка защитных газов от следов кислорода, а также применение аппаратуры, исключающей попадание кислорода воздуха в реакционное пространство. В заявке [98] описан способ графитации волокна в печи, засыпанной углем процесс проводится под давлением инертного газа при повышении температуры до 2600 °С со скоростью 2000 °С/ч. В этих условиях получаются графитированные нити с прочностью 246 кгс/мм и модулем Юнга 42-10 кгс/мм . В работе [19] отмечается влияние характера среды при карбонизации на прочность графитированного волокна. Графитация проводилась при 3000°С в течение 1 ч, а карбонизация в одном случае осуществлялась в водороде (до 430 °С) и затем в аргоне (до 1000 °С) в другом случае весь процесс карбонизации проводился в аргоне. Прочность волокна составила 168 и 119 кгс/мм соответственно. Поскольку волокно не подвергалось предварительному окислению, восстановительная среда на первой стадии карбонизации была более активной по сравнению с аргоном и способствовала структурообразованию углеродного скелета и тем самым улучшению свойств волокна. [c.195] Температура графитации относится к одному из важнейших факторов, определяющих механические свойства волокна. Сведения по этому вопросу противоречивы. Имеются многочисленные бесспорные экспериментальные данные, однако при попытках интерпретации их возникают затруднения. Обычно в этом случае предлагается несколько теорий и гипотез, каждую из которых трудно опровергнуть, но и невозможно доказать. [c.195] После 1-й операции волокно нагревают до 1000 С в течение 24 ч в водороде давление 150 мм рт. ст. [c.197] После 2-й операции волокно нагревают в течение 2 ч в аргоне до 2000 °С. [c.197] Однако в этом примере абсолютное значение прочности невысокое, хотя модуль Юнга достигает 42 10 кгс/мм . [c.197] На прочность графитированного волокна влияет продолжительность окисления [75]. Так, например, при окислении в течение 24 ч (температура 220°С, ПАН-волокно толщиной 0,322 текс), последующей карбонизации в инертной среде (1000°С) п конечной температуре графитации 2500°С получено углеродное волокно с прочностью 175 кгс/мм . При уменьщении продолжительности окисления до 2 ч и сохранении прочих условий прочность снижается до 71 кг /мм . [c.197] В то же время имеются данные о том, что при определенных условиях графитации происходит одновременное увеличение модуля Юнга и прочности волокна. Это подтверждается работами Джонсона (см. рис. 3.29). Наиболее четко такая закономерность проявляется в том случае, когда графитация проводится при вытягивании. [c.197] В патенте [75] также отмечается увеличение прочности и модуля Юнга при графитации, проводивщейся в условиях, исключающих усадку волокна. Температура карбонизации 1000°С, графитации 2500 °С. Прочность возросла с 77 до 141 кгс/мм , а модуль Юнга — с 15 ООО до 24 500 кгс/мм . Исходное волокно имело относительно низкую прочность. Видимо, в интервале температур 1000—1500°С происходило его упрочнение, а затем прочность снижалась, но оставалась выше исходной. Поэтому приведенные данные вряд ли могут служить убедительным доводом одновременного повышения прочности и модуля при графитации, к которому пришли авторы патента. [c.197] Большое значение имеет продолжительность подогрева и выдержки волокна при конечной температуре. Параметры эти взаимосвязаны. При высокой скорости нагрева необходима выдержка волокна в изотермических условиях если скорость нагрева относительно невелика, изотермическая выдержка исключается. [c.198] Продолжительность графитации, но данным различных авторов, колеблется от нескольких минут до 2,5 ч. В патенте [19] указывается, что при скорости подъема температуры 40°С/мин выдержка при конечной температуре не влияет на модуль Юнга. В случае более быстрого нагревания волокно с тем же модулем можно получить, выдерживая его дополнительно в изотермических условиях при конечной температуре графитации. [c.198] Из табл. 3.7 видно, что общая продолжительность графитации составляла 15—60 мин., по патенту [91] —2—2,5 ч. Нелишне напомнить, что, по данным Гиббсона (см. гл. 2), при графитации материала, полученного на основе целлюлозы, физические процессы структурообразования заканчиваются примерно в течение 1 мин, Карбонизованное волокно, полученное на основе ПАН-волокна, имеет более совершенную структуру, поэтому вряд ли разумна в этом случае длительная графитация. [c.198] Относительно аппаратурного оформления процесса графитации, которое является наиболее сложным, сведения в литературе отсутствуют. Часто приводятся описания лабораторных приборов, но по иим нельзя судить о реальных промышленных аппаратах. Трудности связаны не столько с созданием конструкции, сколько с подбором материалов, хорошо выдерживающих высокие температуры. Из известных материалов для этих целей пригоден графит, однако срок слул бы его невелик, поэтому при конструировании аппарата следует предусматривать возмол ность легкой замены нагревательных элементов. [c.198] Вернуться к основной статье