Совершенствование технологии ПАН жгутика с целью получения высокопрочных, высокомодульных углеродных волокон
Материалы / Совершенствование технологии получения технического ПАН жгутика / Совершенствование технологии ПАН жгутика с целью получения высокопрочных, высокомодульных углеродных волокон
Страница 1

Качество углеродных волокон (УВ) во многом определяется свойствами исходного ПАН волокна, в частно­сти его дефектность, степень ориентации и структура микрофибрилл.

Среди большого числа дефектов, присущих ПАН волокнам, сформованным по мокрому способу, выделяются два наиболее сильно влияющих на качество УВ: порис­тость и неравномерность по диаметру элементарных нитей (филаментов). Отрицательное влияние пористос­ти на качество УВ проявляется двояким образом. Во-пер­вых, поскольку в структуре УВ сохраняются особеннос­ти структуры исходного ПАН волокна, то сохраняется и пористость, вызывая неравномерность внутренних на­пряжений УВ, его хрупкость. Вторым отрицательным механизмом влияния пористости является снижение тер­мостойкости ПАН волокна, т.е. меньшее значение мак­симально достижимой предельной температуры терми­ческого разложения полимера. Поры служат зародышами, или центрами начала термолиза ПАН волокна и не позволяют при быстром нагреве достичь без интенсив­ного разложения температуры 500-550°С, необходимой для мезофазной перестройки структуры окисленного волокна в процессе карбонизации [12,13].

Возникновение пор в ПАН волокне предопределе­но самой природой мокрого способа формования, при котором объем растворителя в исходном прядильном растворе составляет 72-84%. При коагуляции образует­ся полимерный каркас, занимающий объем, примерно равный объему исходного прядильного раствора, так как диаметр скоагулировавшего волокна практически оста­ется таким же, как диаметр жидкой струи. Количество и размеры пор определяются структурой образовавшегося каркаса и условиями его поперечной и продольной усадки во время пластификационного вытягивания, про­мывки и сушки волокна. Структура каркаса определяет­ся условиями осаждения (коагуляции). Высокое содер­жание осадителя, чаще всего воды, в осадительной ванне приводит к быстрой коагуляции и образованию жест­кого каркаса с большим размером пор. Свежесформованное волокно обладает неудовлетворительной способ­ностью к ориентационному вытягиванию. Все это отри­цательно влияет на качество конечного углеродного во­локна. При снижении содержания осадителя пористость ПАН волокна уменьшается [14], что приводит к получе­нию УВ с повышенной прочностью и эластичностью. Однако снижение содержания осадителя ниже некото­рого предела вновь сопровождается повышением пори­стости и снижением качества УВ. Это явление, по-види­мому, связано с изменением механизма фазового распа­да прядильного раствора. При достаточно высоком со­держании осадителя прядильный раствор распадается на твердую полимерную фазу (каркас) и низкомолекулярную жидкую фазу (смесь растворителя и осадителя). Снижение концентрации осадителя ниже определенно­го предела сопровождается распадом прядильного ра­створа на две жидкие фазы - полимерную и низкомоле­кулярную. Капли жидкой полимерной фазы становятся источником повышенной пористости.

Условия последующих обработок свежесформованного ПАН волокна также эффективно влияют на его по­ристость и качество получаемого из него УВ. Особенно существенным оказалось влияние условий пластифика-ционной вытяжки [15]. Ее осуществление в среде насы­щенного пара повышает пористость ПАН волокна на 15-20% по сравнению с жидкостной пластификационной обработкой; соответственно прочность УВ на разрыв снижается на 5-10%.

Повышение температуры сушки от 80 до 140°С при­водит к снижению пористости ПАН волокна с 48 до 29 усл. ед. Повторное смачивание волокна и сушка позволя­ют снизить пористость до 20 усл. ед. [14]. Дополнительно­го снижения пористости до 10-15 усл. ед. можно достичь при термофиксации ПАН волокна при 140-180°С.

Другой вид дефектности ПАН волокна, неблагоприятно сказывающийся на свойствах конечного УВ - это неравномерность филаментов по диаметру. Ее обычно характеризуют коэффициентом вариации линейной плотности филаментов. Наилучший результат достигается при Ку = 3-5%. Совершенно недопустимо использовать ПАН жгутик с Kу > (8-10)%. Высокое значение Kу озна­чает присутствие в ПАН жгутике большого количества филаментов с повышенным диаметром 18-20 мкм, т.е. ~0.3 текс, которые с трудом перерабатываются по технологии, рассчитанной на применение филаментов линейной плотностью 0,1 текс.

Высокая неравномерность ПАН нитей по диаметру филаментов обусловлена явлением деформационного резонанса формующихся струй, который заключается в пульсации диаметра струй вследствие периодического обрыва их внешнего слоя расширенной части струи, так называемой луковицы, и релаксации оборванных слоев с образованием утолщения по обе стороны от точки обрыва. Подавление деформационного резонанса возмож­но за счет изменения условий истечения прядильного раствора или осаждения формующихся волокон. Во всех случаях необходимо стремиться к минимальной дефор­мации луковицы. Это может достигаться за счет умень­шения самой луковицы путем увеличения диаметра отверстий фильеры или отношения длины капилляров отверстий к их диаметру, снижения вязкости или скорости истечения прядильного раствора. Уменьшение диаметра луковицы приводит к снижению фактической фильерной вытяжки и соответственно к уменьшению вероятности обрыва наиболее напряженных внешних слоев луковицы. Снижение деформации луковицы достигается также повышением или понижением концентрации осадителя в осадительной ванне. При повышении концентрации осадителя отверждение струи происходит непосредственно у поверхности фильеры. Поэтому рас­ширение струи в виде луковицы не реализуется. В этом случае формуются жгутики с высокой равномерностью по диаметру филаментов. Однако они, как правило, име­ют низкие показатели из-за высокой жесткости условий осаждения [12].

Страницы: 1 2 3

Смотрите также

Технологические и экономические аспекты производства диметилового эфира терефталевой кислоты
ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР ТЕРЕФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ, ДИМЕТИЛТЕРЕФТАЛАТ, ТЕРЕФТАЛЕВАЯ КИСЛОТА, СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА, ПАРАКСИЛОЛ, РЕКТИФИКАЦИЯ, ЦЕЛЕВОЙ ПРОДУКТ, ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ, СЕБЕСТОИМОСТЬ ПРОИЗВОДСТВ ...

Введение
Свою дипломную работу хочу начать со слов ученого-земляка М.В. Ломоносова, которые являются эпиграфом данной работы: “Вольность и союз наук необходимо требуют взаимного сообщения и беззавистного ...

Тантал (Tantalum), Та
Тантал - химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 73, атомная масса 180,948; металл серого цвета со слегка свинцовым оттенком. В природе находится в виде двух изотоп ...