ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структура волокнистых форм углерода из "Углеводородные и другие жаростойкие волокнисты материалы" Волокна относятся к переходным гомогенно-неграфитирующим-ся формам углерода. В этом заключается исключительно важная специфика углерода волокнистой формы. Если бы углерод в процессе высокотемпературной обработки, которая является обязательной операцией при получении волокна, подвергался графитации с образованием структуры графита, то, вероятно, волокно в значительной мере утратило бы ценные механические свойства. [c.31] Углеродные волокна подразделяются на анизотропные и изотропные. Общим для обоих типов волокон является существование турбостратпых элементов и аморфного углерода различных гибридных форм. Размеры пакетов изотропных волокон несколько меньше, чем у анизотропных волокон, но эта разница не столь существенная. Наиболее важное различие связано с предысторией волокон. [c.31] Сырьем для получения изотропных волокон служат нефтяные пеки или фенольные смолы. На их основе вначале формуются волокна, которые затем перерабатываются в углеродные волокна. Исходные волокна изотропны, и им несвойственна ярко выраженная фибриллярность. Видимо, это отчасти объясняется тем, что они получаются пе из высокомолекулярных соединений, а из олигомеров, пе способных к образованию фибрилл. Таким образом, наиболее существенное различие между двумя типами волокон состоит в том, что анизотропные волокна построены из фибрилл, расположенных параллельно оси волокна в изотропных волокнах содержатся лентоподобные структуры, отличные от фибрилл анизотропных волокон. [c.32] Схематически фибриллярная структура углеродного анизотропного волокна, предложенная Руландом, показана па рис. 1.8. В процессе вытягивания происходит перемещение лент относитель-ио друг друга и параллельно оси волокна, что приводит к повышению ориентации микрофибрилл и возрастанию модуля Юнга. [c.33] Отклонение от закона Гука па начальных стадиях деформации волокна, наблюдаемое рядом авторов, Рз ланд объясняет частичным выпрямлением сморщенных участков фибрилл. [c.33] Модель фибриллярной структуры углеродного волокна по Рул а иду. [c.34] Иная модель углеродного волокна предложена Джонсоном и сотр. [31—34]. По Джонсону, углеродное волокно представляет собой гетерогенную систему, состояп ую из пор и углерода. В зависимости от температуры обработки происходит изменение размера пор и соотношения между структурными формами углерода. Основными элементами структуры являются турбостратные кристаллиты (рис. 1.9), соединенные между собой ( конец к концу ) в пакеты. Размер пакета составляет 20—ПО А, но преимущественно 65 А, что согласуется со значением Ьс. Между кристаллитами расположены иглоподобные поры диаметром менее 10 А, которые хорошо видны под электронным микроскопом. В работе [31] исследовалось изменение Ьс, величины, пропорциональной внутренней поверхности параметра Порада /р, характеризующего внутреннюю пористость и гетерогенность материала, и механические свойства волокна в зависимости от температуры обработки. Полученные результаты приведены в табл. 1.2. С повышением температуры обработки модуль Юнга монотонно возрастает, прочность достигает максимального значения при температуре 1250 °С, затем уменьшается, а внутренняя поверхность вначале снижается, а при достижении температуры около 2000 °С мало изменяется. [c.34] Путем графитации при вытягивании (степень вытягивания 30%, температура выше 2000 °С) удается повысить прочность и модуль Юнга волокна (см. гл. 3). Ориентационное вытягивание снижает дефекты кристаллитов, уменьшает дислокацию плотности, способствует ориентации пор и кристаллитов. Благодаря этим структурным преобразованиям возрастают прочность и модуль Юнга графитированного волокна. [c.35] По нашему мнению, в построении фибрилл могут принимать участие целиком турбостратные кристаллиты, а не только отдельные ароматические слои. Кристаллиты посредством аморфного углерода различных гибридных форм через отдельные базисные плоскости связаны между собой, образуя пространственный полимер (см. рис. 1.4). [c.36] Даже природному графиту свойственны дефекты структуры (дефекты упаковки, разнообразные дислокации) [36]1 Еще в большей степени они присущи углеродным волокнам. Турбостратные кристаллиты, строение микрофибрилл и фибрилл, гибридные формы межфибриллярного аморфного углерода, микро- и макродефекты, иористость определяют свойства углеродных волокон. [c.37] Вернуться к основной статье