Процесс - получение - углеродное волокно
Cтраница 1
Процесс получения углеродных волокон из органических веществ состоит из двух стадий: карбонизации при температуре 900 - 1500 С и графитации при 2600 - 2800 С. Углеродные волокна делятся на изотропные и анизотропные. Анизотропные волокна получают из высокоориентированных материалов с развитой системой фибрилл. Фибриллы углеродного волокна образованы турбостратными кристаллитами, которые связаны друг с другом через базисные плоскости аморфным углеродом. В изотропном углеродном волокне, которое изготавливается из фенольной смолы или нефтяных пеков, пакеты организованного углерода несколько меньше по размерам и образуют пентоподобные структуры. Углеродные волокна имеют плотность 1 3 - 1 7 г / см и удельную поверхность до 1000 м2 / г. Графитация волокон приводит к повышению плотности, снижению удельной поверхности и уменьшению удельного сопротивления. [1]
Процесс получения углеродных волокон из органических волокон состоит из двух основных стадий: карбонизации при 900 - 1500 С и графитации при 2600 - 2800 С. В зависимости от типа исходного сырья, которое подвергается карбонизации, углеродные волокнистые материалы могут быть получены в форме нити, жгута, войлока, ленты, ткани. Волокна делятся на изотропные и анизотропные. Анизотропные волокна получают из высокоориентированных материалов с развитой системой фибрилл. Фибриллы углеродного волокна образованы турбостратными кристаллитами, которые связаны друг с другом через базисные плоскости аморфным углеродом. [2]
Процесс получения углеродных волокон из полиакрилонитрила был разработан в Англии учеными Королевского научно-исследовательского центра ( RAE) в г. Фарнборо. [3]
Процесс получения углеродных волокон из органических воло-кон включает две основные стадии - карбонизацию и графитиза-цию. Графитнзацию проводят при 2870 - 3070 К. Волокна, подвергнутые высокотемпературной обработке, называют графитизированными волокнами. Стоимость углеродного волокна в настоящее время высока, что частично объясняется относительно небольшим объемом его производства. Следует полагать, что в ближайшее время по мере расширения областей применения и увеличения масштаба производства стоимость углеродного волокна будет значительно снижена. [4]
Процесс получения углеродных волокон из органических волокон состоит из двух основных стадий - карбонизации и графита-ции. Эти стадии разграничены конечной температурой обработки для каждой из них. Волокна, полученные на этой стадии, обычно называют карбонизованны-ми волокнами. Графитация проводится при температуре до 2600 - 2800 С. Исходным материалом для графитации, как правило, служат карбонизованные волокна. [5]
Окисление ПАН-волокна в процессе получения углеродных волокон проводится в относительно жестких условиях. В научной литературе обычно рассматриваются общие закономерности, в патентах приводятся слишком большие диапазоны t - т, на основании которых трудно судить о фактических режимах на этой стадии процесса. Продолжительность окисления зависит от многих факторов, в частности от вида волокна, толщины комплексной и особенно элементарной нити, температуры, условий контакта материала с газовой средой и других факторов. [6]
 |
Влияние травления на прочность волокна, полученного при различной температуре графитации. ф - необработанное. О - после травления. [7] |
Данные об аппаратурном оформлении процессов получения углеродных волокон в литературе практически отсутствуют. В ряде патентов приводятся схемы, представляющие определенный интерес, так как в них даны инженерные решения различных способов получения углеродного волокна. [8]
 |
Зависимость модуля сдвига от степени вытягивания в процессе графитации волокна из нефтяного пека. [9] |
На Лондонской конференции по углеродным волокнам и их применению [18] обстоятельно рассмотрены различные аспекты процесса получения углеродных волокон из пеков, главным образом из нефтяного пека. Решающее влияние на структуру и свойства волокна оказывает вытягивание в процессе графитации при температурах 2200 - 2900 С. По мере увеличения степени вытягивания увеличиваются прочность, модуль Юнга и плотность волокна, а электрическое сопротивление уменьшается. По механическим показателям и, что особенно важно, по значению модуля Юнга полученное волокно не уступает высокопрочным высокомодульным углеродным волокнам на основе ПАН - или гидратцеллюлозного волокна. [10]
По данным патентов [1, 2], исходным сырьем могут служить ПВС-волокна, волокна из эфиров ПВС и формализованное ПВС-волокно, но практически объектом исследования было только ПВС-волокно. Процесс получения углеродного волокна включает три стадии: предварительную подготовку ПВС-волокна, карбонизацию и графитацию. [11]
В предлагаемой читателям части Монографии рассматриваются принципы подбора исходного сырья, современные представления о структуре углеродных волокон и ее формировании на р-азных стадиях термообработки, физико-химические основы получения, свойства и области применения собственно углеродного волокна и композиционных материалов с различными связующими. Большой интерес представляет аппаратурно-технологическое оформление процесса получения углеродного волокна. [12]
Такие приемы, как окисление, незначительно скажутся на цене волокна, а выращивание усов связано с заметным его удорожанием. Некоторые способы модификации, особенно совмещенные с процессом получения углеродного волокна, практически мало повлияют на себестоимость волокна. [13]
Вышестоящими научно-техническими инстанциями была введена отчетность институтов по экономической эффективности их работ. В 1973 - 1975 гг. был выполнен ряд значительных работ по совершенствованию процессов получения углеродных волокон и тканей в промышленном масштабе. Были созданы технологические агрегаты полунепрерывного производства углеродных волокон; для стационарного окисления - ТОН-4 и непрерывной карбонизации и графитации - УКГН-40. Налажено промышленное производство пирографита УПВ-1 в модернизированных печах ЭВП-1500 и ЭВП-1900. Расширен ассортимент силицированных графитов. [14]
Температур-но-временные режимы карбонизации имеют исключительно важное значение, так как во многом они определяют качество углеродного волокна. Как указывалось выше, при карбонизации протекают сложные химические и структурные превращения ПАН и образуется определенная структурная форма углерода. Графит по сравнению с другими переходными формами углерода термодинамически наиболее устойчив; эта форма углерода соответствует минимальному значению свободной энергии или максимальному ее изменению ( уменьшению) в процессе термического преобразования углерода. Однако такому переходу препятствует ряд моментов и прежде всего труднопреодолимые кинетические барьеры. Реальные углеродные волокна представляют собой неравновесные термодинамически неустойчивые системы, однако вследствие высоких кинетических барьеров эти системы необычайно стабильны и могут существовать неопределенно длительное время. В процессе получения углеродного волокна углерод из неравновесного состояния стремится перейти в равновесное состояние. Чем медленнее протекают процессы превращения углерода, тем более благоприятные условия создаются для образования совершенной его структуры ( увеличение степени ароматизации, рост и ориентация кристаллов, снижение дефектности структуры и др.), определяющей свойства волокна. Это справедливо при условии, если не происходит окисления углерода следами кислорода, который может присутствовать при проведении реакции. Однако слишком медленные процессы невыгодны по экономическим соображениям из-за снижения производительности оборудования. В подобных случаях выбираются разумные временные режимы, обеспечивающие получение продукта высокого качества при сохранении определенного уровня производительности оборудования. [15]
Страницы: 1