ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные условия окисления ПАН-волокна из "Углеводородные и другие жаростойкие волокнисты материалы" К основным параметрам окисления ПАН-волокна относятся температура 1, продолжительность т и степень вытягивания. [c.166] 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 I—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. [c.166] В качестве окислителей опробованы кислород воздуха воздух, содержащий озон технический кислород озон окислы азота и др. [64]. Однако практическое применение, по-видимому, находит кислород воздуха, используемый для получения промежуточного продукта с требуемыми свойствами. [c.166] Приводимые в патентах разнообразные температурные режимы окисления можно условно подразделить на три группы мягкие (до 200 °С), средние (200—250 °С) и жесткие (250—325°С). Естественно, что продолжительность окисления возрастает с понижением температуры. Следует отметить, что иногда рекомендуется при невысоких температурах проводить окисление за относительно короткое время. [c.166] Описаны одно- и двухстадийные способы окисления ПАН-волокна. [c.166] Окисление сопровождается экзотермическим эффектом, вызывающим локальный перегрев и обрыв элементарных волокон. Для устранения этого недостатка рекомендуется несколько вариантов двухстадийного окисления волокна. Как правило, температура на первой стадии ниже, чем на второй. [c.167] По данным [66], температура на первой стадии составляет 260—290 °С при этом присоединяется 5—7% кислорода на второй стадии температура повышается до 350 °С (продолжительность 1—15 мин), содержание химически связанного кислорода возрастает до 9 —12% (от массы полимера). В заявках [67] также рассматриваются два способа окисления волокна. По одному из них первая стадия проводится в условиях, предотвращающих усадку волокна (температура 220—250 С, продолжительность 2 ч), вторая — в свободном состоянии (температура 200—250 С, продолжительность 5 — 15 ч). В результате последующей карбонизации получено углеродное волокно с прочностью 150— 210 кгс/мм и модулем Юнга 35.10 —37-1 кгс/мм . По другому варианту волокно вначале окисляется в свободном состоянии (температура 200—250 С, продолжительность 1—8 ч), затем предокисленное волокно в кипящей воде вытягивается до 200% и повторно окисляется (температура 220 С, продолжительность 16 ч). Из ПАН-волокпа, окисленного по этому режиму, получено углеродное волокно с прочностью 189 кгс/мм н модулем Ю7 га 50-1СР кгс/мм . Предложено [68] также волокно на первой стадии обрабатывать в атмосфере азота, а на второй стадии — на воздухе по следующему режиму в азоте — 3 ч нри 210 С 2 ч при 250 °С на воздухе — 7 ч при 220 С. Предварительная циклизация ПАН-волокна в инертной среде малоэффективна, так как прочность углеродного волокна составляет всего лишь 150 кгс/мм , модуль Юнга равен 20-10 кгс/мм . [c.167] Окисление ПАН-волокна является наиболее продолжительной стадией в технологическом цикле получения углеродного (графи-тнрованного) волокна. Поэтому изыскиваются способы интенсификации окисления волокна различными катализаторами. [c.167] При применении соляной кислоты и хлора процесс окисления ПАН-волокна сокращается до 5 ч. Помимо сокращения продолжительности окисления в присутствии НС выход углерода повышается до 70% от теоретического [71]. При использовании брома получается углеродное волокно с трехмерной упорядоченностью [72]. [c.168] Замечательной особенностью этого волокна является сочетание в нем высокой прочности и большого модуля Юнга. Углеродное волокно обладает также повышенной адгезией к полимерным связующим. [c.168] Из рассмотренных способов наиболее простым является окисление ПАН-волокна кислородом воздуха, который находит практическое нримеиение. Определенный интерес представляет термическая обработка ПАН-волокна в присутствии НС1 и серусодержащих соединений. [c.168] В большинстве работ и патентов обращается внимание на полноту и равномерность окисления на всю глубину ПАН-волокна. В результате неполного окисления при последующей карбонизации происходит выгорание полимера, образуются пустоты, снижающие прочность и модуль Юнга волокна. Поэтому на условия окисления существенно влияет диаметр элементарного волокиа. Для волокна диаметром 20 мкм продолжительность окисления при 220 °С составляет 44 ч [74]. В другом патенте [75] указывается, что при температуре 200—250 °С продолжительность окисления волокна толщиной 0,28 текс составляет 24 ч, а волокна толщиной 0,5 текс—-50 ч. [c.168] В процессе окисления происходит изменение физико-химических свойств ПАН-волокна. Прочность и удлинение уменьшаются происходит усадка волокна по длине на 13—20%, диаметр его уменьшается на 45%- Плотность волокна, окисленного при 180°С в течение 12 ч, возрастает с 1,1975 до 1,3040 г/см , гигроскопичность из-за наличия химически связанного кислорода повышается от 1,23 до 4,92)% [31]. Отмечено [55], что при температуре 200 °С на воздухе механические свойства волокна снижаются больше, чем в вакууме, а при 230 °С, наоборот. Объясняется это тем, что при 230 °С в присутствии кислорода воздуха образуются межмолекулярные связи, приводящие к упрочнению волокна. [c.169] Переработка углеродных волокон в текстильные материалы на обычном оборудовании связана с преодолением ряда трудностей. В связи с этим заслуживает внимания предложение [76] предварительно окислять ПАН-волокна под натяжением. После этого волокно можно перерабатывать на обычном текстильном оборудовании, придавая ему требуемую текстильную форму, с последующей карбонизацией и получением углеродного материала разнообразного текстильного ассортимента. Поскольку ПАН-волокно окисляется под натяжением, текстильные углеродные материалы получаются с высокими механическими свойствами. Добиться таких же результатов при обработке тканей очень сложно из-за усадки уточных нитей на стадии окисления и карбонизации. [c.169] Окисленное волокно имеет достаточное удлинение, позволяющее перерабатывать его на обычном текстильном оборудовании необходимо только создать условия текстильной переработки, предусматривающие усадку ткани на 12%. Затем ткани подвергаются карбонизации и графитации. Волокно, взятое из ткани, подвергнутой карбонизации, имеет прочность 200 кгс/мм , модуль Юнга 17,6-10 кгс/мм , а после графитации — прочность 141 кгс/мм , модуль Юнга 35-10 кгс/мм . [c.169] Вернуться к основной статье