Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Вплив структури вихідної ПАН-нитки на структуру і властивості вуглецевого волокна - Біологія і хімія

В. А. Тюменцев, А. А. Свиридов, С. А. Подкопаев, І. А. Ягафаров

Унікальні фізико-механічні властивості вуглецевого волокна (УВ) зумовлені особливостями його мікроструктури, в тому числі розмірами областей когерентного розсіювання (ОКР) і високим ступенем впорядкованості матеріалу, який формується у процесі термостабілізації (200-300 ° С) і високотемпературної (-1500-3000 ° С) обробки вихідного волокна на основі полиакрилонитрила (ПАН-волокна) [1-5]. У літературі досить докладно розглянуто вплив режимів термостабілізації і високотемпературної обробки на теплові ефекти, видалення летючих, усадочні явища та фізико-механічні властивості утворюється нанодісперс-ного волокнистого матеріалу [2-4]. Однак закономірності структурних перетворень паракрістал-лического полиакрилонитрила в термодинамічно нерівноважну нанодисперсних структуру термост-білізірованного волокна, а потім у структуру вуглецевого волокна в умовах високошвидкісного нагрівання недостатньо вивчені. В роботі розглянуті закономірності перетворення матеріалу ПАН-волокна, отриманого за діметілсульфоксідной технології, в вуглецеве волокно.

Термостабилизацию ПАН-волокна здійснювали в атмосфері повітря в ізотермічних умовах лабораторної установки і в високотемпературної печі рентгенівського апарату. Середні розміри ОКР волокна визначали методом рентгеноструктурного аналізу (фільтроване СІА ^ -випромінювання) за стандартними методиками. Межплоскостное відстань фаз розраховували по центру тяжкості дифракційних максимумів.

Особливістю температурних досліджень in situ є те, що в процесі експерименту інформацію про структуру матеріалу отримують від одного і того ж обсягу речовини, що дозволяє оцінити зміну кількості вихідної кристалічної фази. Нагрівання джгута в спеціальній печі рентгенівського апарата до

240 ° С проводили зі швидкістю 2,5 град / хв з подальшою ізотермічної витримкою в атмосфері повітря до завершення структурних перетворень матеріалу.

У міру підвищення температури зразка ПАН-нитки, отриманої по режиму I, на дифрактограмі поступово відбувається зсув характерного для полиакрилонитрила максимуму 220 у бік менших кутів дифракції на -0,75 градуси, зростає в -1,3 рази інтенсивність сигналу в максимумі, а середні розміри областей когерентного розсіювання, розраховані за інтегральною ширині, збільшуються до 14,8 нм (рис. 1, табл. 1). У процесі ізотермічної витримки інтенсивність максимуму 220 починає зменшуватися. При цьому одночасно відбувається збільшення його інтегральної ширини Pi. Структурні перетворення матеріалу завершуються через 2,5 години. Зміна умов формувань ПАН-нитки зробило істотний вплив на закономірності структурних перетворень матеріалу. На кривій диференційно-термічного аналізу максимум екзоеффекта, обумовлений протіканням реакцій циклізації та окислення, змістився на 15 ° С у бік більш низьких температур.

В процесі нагрівання волокна, отриманого за режимом II (табл. 1), спостерігається зсув дифракційного максимуму 220 у бік менших кутів дифракції всього на -0,63 градуси, однак його інтенсивність в максимумі зростає в -1,6 рази, а середні розміри областей когерентного розсіювання збільшуються до 17 нм. Під час ізотермічної витримки матеріалу також більш активно розвивається фазовий перехід структури ПАН в «предструктуру» вуглецевого волокна (рис. 2). Процес завершується через 2 години, і характерні для структури ПАН дифракційні максимуми на рентгенограмі не виявляються (табл. 1). Спостережувані зміни на дифрактограмі, а також дані, наведені в [6], вказують на Cu-Ка - випромінювання, розчинник полиакрилонитрила - диметилсульфоксид те, що на початку окисної термообробки відбувається помітне збільшення середніх розмірів областей когерентного розсіювання полиакрилонитрила.

У процесі ізотермічної термообробки поступово змінюється розташований в області кутів 263 -27 градусів третій широкий дифракційний максимум, обумовлений розсіюванням рентгенівських променів нанодисперсних фазою з межслоевой відстанню, порівняно близьким до структури графіту. Автори роботи [7] вважають, що формування цього максимуму пов'язано з розсіюванням рентгенівських променів на так званій «разоріентіровать» фазі. Широкий третій максимум зміщується в область менших значень кутів дифракції із зменшенням його інтегральної ширини. Зміни на рентгенограмі зумовлені зменшенням межслоевой відстані і деяким зростанням розмірів областей когерентного розсіювання.

Структурні перетворення матеріалу ПАН-волокна, отриманого по режиму III, в процесі ізотермічної термообробки при 220 ° С розвиваються більш активно. На дифрактограмі недоокислених ПАН-нитки поряд з характерними для структури полиакрилонитрила максимумами при значеннях кутів дифракції 26] = 16,7 і 262 = 29 градусів чітко спостерігаються досить інтенсивний третій дифракційний максимум (263 = 27,3 градуса, рис. 3). При цьому інтегральна ширина першого максимуму Pi недоокислені нитки збільшилася, порівняно з Pi вихідного ПАН, майже на 40%. Отже частковий (що розвивається в локальних мікрооб'ємах філамента) фазовий перехід матеріалу ПАН-нитки, отриманої по режиму III, супроводжується помітно більшим диспергированием вихідної фази і, можливо, появою мікродеформацій цієї структури.

Недоокислених ПАН-нить двофазна складається з кристалічної та нанодисперсних фази, яку можна розглядати як проміжну між структурою ПАН і вуглецевого волокна. Вихідна і знову утворюється фази в термостабілізіруемом волокні співіснують в широкому температурному інтервалі. Збільшення температури термообробки стимулює завершення структурних перетворень

Таблиця 1

Зміна параметрів структури ПАН-волокна в процесі термообробки in situ в атмосфері повітря

 г, "С Час ізотермічного нагріву Положення дифракційного максимуму 26, град. Інтегральна ширина град. Відстань d, нм Середні розміри OKI L, нм Інтенсивність діфрак ционного максимуму /, відн. од.

 ПАН-нить, отримана по режиму I

 75 - 17,15 0,8 0,517 10,2 170

 170 - 16,75 0,8 0,529 10,2 175

 200 - 16,6 0,7 0,534 12,7 195

 220 - 16,55 0,65 0,535 13,7 210

 240 - 16,45 0,6 0,539 14,8 220

 240 15 хв 16,4 0,65 0,540 13,8 190

 240 30 хв 16,4 0,75 0,540 11,9 130

 240 1 ч 16,4 1,0 0,540 8,9 50

 240 1,5ч 16,45 1,47 0,539 6,1 23

 240 2год -16,45 -1,8 0,539 5,0 10

 240 2,5ч - - - - -

 ПАН-нить, отримана по режиму II

 20 - 16,83 0,8 0,517 10,2 144

 50 - 16,8 0,77 0,5 10,1 152

 135 - 16,6 0,77 0,5 10,1 152

 170 - 16,4 0,7 0,534 12,7 174

 195 - 16,33 0,6 0,539 14,8 200

 220 - 16,2 0,575 0,5 15,2 223

 238 - 16,2 0,515 0,5 17 245

 240 0,5год 16,2 0,6 0,540 14,8 164

 240 1,0ч 16,25 0,9 0,5 9,8 60

 240 1,5ч -16,33 -2 0, 4,2 18

 240 2,0ч - - - - -

ний матеріалу ПАН в наноструктуру, проміжну між структурами ПАН і вуглецевого волокна.

На дифрактограмі термостабілізованого при 240 ° С волокна виявляється тільки інтенсивний широкий максимум при значеннях 263 = 26,05 градусів (рис. 3). Залежно від режимів термостабілізації положення цього максимуму на дифрактограмі дещо змінюється (табл. 2). Однак середні розміри областей когерентного розсіювання формується нанодисперсних фази («предструктури» вуглецевого волокна) залишаються незмінними. Розривна міцність термостабілізованого волокна, структурні перетворення якого на стадії термостабілізації розвивалися чітко гетерогенно, зменшується в 2-3 рази.

Рис. 4. Типові мікроелектронограмми вуглецевого волокна, отриманого при -3000 "С:

а - точкова електронограмма мікрообсягу волокна, характерна для крупнокристаллической структури; б - електронограмма більш дисперсної частини вуглецевої нитки

Високотемпературну обробку волокна проводили в спеціальних печах непрямого нагріву, оснащених графітовим нагрівачем. Час прогріву вуглецевого джгута до заданої температури в ізотермічному поле печі не перевищувало 1 з [8]. В результаті високошвидкісний термомеханічної обробки термостабілізованого волокна (температура 2300 ° С, тривалість ізотермічного нагріву -15 с) формується структура вуглецевого волокна, середні розміри ОКР якої ? 002 ~ 2,5 нм, а межслоевое відстань d002 ~ 0,349 нм. Причому зменшення тривалості термообробки в два рази практично не впливає на параметри структури вуглецевого волокна.

Після додаткової високошвидкісний термообробки при -3000 ° С в атмосфері аргону середні розміри областей когерентного розсіювання L002, що сформувалися в вуглецевому волокні, отриманому на основі термостабілізованого ПАН-нитки, процес окислення якої розвивався більш активно, збільшуються до -11 нм, а межслоевое відстань fl? 002 ~ 0,3435 нм. При дослідженні тонких зрізів вуглецевого волокна методом електронної мікродифракції поряд з кільцевими спостерігаються і точкові мікро-дифрактограми (рис. 4), характерні для графітіро-ванних матеріалів. Це вказує на формування в локальних мікрооб'ємах матеріалу вуглецевої нитки досить великих областей когерентного розсіювання. Вуглецевий матеріал нитки, отриманої при -3000 ° С, виявляється просторово неоднорідним за розміром областей когерентного розсіювання. Формування великих областей когерентного розсіювання в вуглецевої нитки обумовлює різке зменшення міцності волокна.

Таким чином, на початку окисної термообробки відбувається помітне збільшення середніх розмірів областей когерентного розсіювання поліакрил-лонітріла. Протікають реакції циклізації, дегидрогенизации і окислення стимулюють в локальних мікрооб'ємах ПАН-волокна фазовий перехід полі-акрилонітрилу в проміжну нанодисперсних фазу структури вуглецевого волокна. Режими формувань і технологія отримання ПАН-нитки суттєво впливають на закономірності переходу поліакрил-нітрилу в нанодисперсних фазу, а також на середні розміри областей когерентного розсіювання та властивості вуглецевого волокна, одержуваного в процесі високошвидкісної термообробки при -3000 ° С.

Список літератури

1. Edie D.D. Carbon, 1998, v. 36, № 4, p. 345-362.

2. Stephen D., Frank H., Peter M.B. Polymer, 1999, № 40, p. 5531-5543.

3. Gupta A., Harrison I.R. Carbon, 1997, v. 35, № 6, p. 809- 818.

4. Fitter E., Frohs W., Heine M. Ibid., 1986, v. 24, № 4, p. 387-395.

5. Семенов П.А., Тюмещев В.А., Свиридов А.А., Подкопаев С.А., Швейкіна Т.П. Ж. прикладної хімії, 2003, т. 76, № 5, с. 838-841.

6. Goodhew P.J., Clarke A.J., Bailey J.A. Mater. Sci. and Eng., 1975, v. 17, № 1, p. 3-30.

7. Gupta A.K., Maiti A.K. J. Appl. Polym. Sci., 1982, v. 27, p. 2409-2414.

8. Подкопаев С.А., Шібаленков Д.Н., Тюменцев В.А., Семенов П.В., Лучко Д.В., Богословський С.А. Ж. прикладної хімії, 2002, т. 75, № 2, с. 339-341.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.chem.msu.su/
Л.Н. Гумільов і психофизика
Юрій Карпенко Введення Паранормальние явища (ПЯ) звичайно поділяють на інформаційні і силові. Типовим прикладом перших є телепатія, других - психокинез. Відомо також, що іноді ПЯ виявляються спонтанно, ненавмисно. Мабуть, самим відомим прикладом такого роду є спонтанно виникаючі телепатические

Знезараження транспорту, техніки та обладнання
Ю. Г.Афанасьєв, А.Г.Овчаренко, С.Л.Раско, Л.І.Трутнева Міський транспорт, автомобілі, а також будівельні, дорожні, сільськогосподарські та інші машини знезаражують в тих випадках, коли ступінь зараженості настільки висока, що подальше їх використання за призначенням небезпечно для обслуговуючого

Діалектична логіка
Діалектична логіка (від грец. dialegomai - веду бесіду) - філос. теорія, яка намагалася виявити, систематизувати і обгрунтувати в якості універсальних основні особливості мислення коллективистического суспільства (середньовічного феодального суспільства, комуністичного тоталітарного суспільства

Російська олігархія: загальне і особливе
Кива Олексій Васильович - доктор історичних наук, головний науковий співробітник Інституту сходознавства РАН. "Олігархи" і "олігархія" - поняття (або псевдопоняття?), які увійдуть в історію становлення новою Росії. Те, що за ними стояла і стоїть певна реальність. сумнівів

Санітарна обробка людей
Санітарну обробку проводять для попередження або максимально можливого ослаблення ураження людей, в першу чергу в тих випадках, коли ступінь зараженості поверхні тіла перевищує допустимі рівні. Санітарна обробка супроводжується, як правило, дезактивацією, дегазацією або дезінфекцією одягу,

Підвищення стійкості роботи об'єктів економіки у воєнний час
Ю.Г.Афанасьев, А.Г.Овчаренко, С.Л.Раско, Л.І.Трутнева Однією з основних завдань цивільної оборони є підвищення стійкості роботи об'єктів економіки у воєнний час. Для цього на кожному об'єкті завчасно організується і проводиться великий обсяг робіт, спрямованих на підвищення стійкості його

Як підготувати дитину до сучасної школи?
Людмила Георгіївна ПЕТЕРСОН, доктор пед. наук, професор, Олена Євгенівна Кочемасова Школа ... Які емоції викликає у вас це слово? Чи хочеться повернутися в «шкільні роки чудесні» або ті часи ніколи не спливають у пам'яті? А може бути, ви стали вчителем, як улюблена «математичка», або слово

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати