Разработка процесса электрохимической модификации поверхности углеродного волокна с целью увеличения прочности углепластиков

• Автор: Губанов, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 05.17.03, 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1.Свойства, назначение и области применения углеродных волокон
1.2. Методы активации поверхности углеродных волокон
1.2.1. Электрохимический метод активации поверхности волокон
1.3. Электрохимическая полимеризация анилина на поверхности углеродных волокон
1.4. Вывод из обзора литературы
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Приготовление электролитов активации
2.2. Методика приготовления связующего
2.3. Методика пропитки углеродного волокна для приготовления углепластиков
2.4. Механическое испытание углеродного волокна (прочность при растяжении)
2.5. Метод сканирующей электронной микроскопии
2.6. Определение удельной поверхности методом адсорбции азота
2.7. Рамановская спектроскопия
2.8. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
2.9. Поляризационные измерения
2.10, Исследование характеристик исходного углеродного волокна
2.10.1. Упруго-прочностные свойства углепластиков
2.10.2.Поверхностные свойства исходного углеродного волокна
2.10.3. Исследование поверхности углеродных волокон методом сканирующей электронной микроскопии
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. Особенности электрохимической обработки углеродного волокна в ячейке с неподвижным анодом в водных электролитах
3.2. Нахождение оптимальных параметров электрохимической обработки в водных растворах электролитов на основе солей аммония в ячейке со стационарным анодом
3.3. Исследование поверхности углеродного волокна, обработанного

в присутствии аммоний-содержащих электролитов в стационарных условиях
3.4. Изучение влияния электрохимической обработки углеродного волокна в электролите, содержащем аминоспирты, на прочность углепластика
3.5. Изучение влияния электрохимической обработки углеродного волокна в электролите, содержащем солянокислый анилин, на прочность углепластика
З.б.Исследование поверхности углеродного волокна, обработанного в стационарных условиях в присутствии солянокислого анилина
3.7.Исследование углеродного волокна, обработанного в стационарных условиях в присутствии солянокислого анилина и различных добавок
3.8. Анализ поверхности обработанных в стационарных условиях волокон методом Рамановской спектроскопии
3.9. Электрохимическая обработка углеродного волокна в водном растворе пиррола со стационарным анодом
З.Ю.Электрохимическая обработка поверхности углеродных волокон в различных электролитах на пилотной установке
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕВОИЕ 1. Акт об использовании результатов кандидатской диссертационной работы

Список сокращений:
УВ - углеродное волокно, углеродные волокна;
ПАНИ (PANI) - полианилин;
РФЭС (XPS) - рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия; ПП - полипиррол;
ЭХО - электрохимическая обработка;
Композит (КМ)- композиционный материал;
СЭМ - сканирующая электронная микроскопия;
ПАН - полиакрилонитрил;
УВМ - углеродные волокнистые материалы;
ММР - молекулярно-массовое распределение;
УП- углепластик;
ИК- инфракрасный;
ГКА - гидрокарбонат аммония;
ОКСА - оксалат аммония;
ТТО - температура термообработки;
ПМЦ - парамагнитный центр;
ДБСА - додсцилбензосульфокислота;
МЭА - моноэтаноламин;
ЭА- этаноламин;
ПАВ - поверхностно активное вещество KP - Комбинационное рассеяние

Поверхностное натяжение, мН/м
Рисунок 20.
Влияние поверхностного натяжения смачивающей жидкости на угол смачивания УВ: 1 - метилированного диазометаном, 2 - исходного, 3 -окисленного азотной кислотой [105].
Рост полярной и соответствующее снижение дисперсионной составляющей поверхностной энергии наблюдается при обработке углеродного волокна в среде воздуха или аргона микроволновой плазмой при частоте 2,4 ГГц и давлении 1,3-10'4 МПа. При обработке в плазмотроне (при частоте 200 МГц, мощности до 300 Вт и давлении кислорода 1,3-10'5-1,3-10’7 МПа) угол смачивания УВ водой падает с 75 до 61°, а метиленйодидом с 52° до 47°. По данным электронной спектроскопии при обработке УВ растет содержание на поверхности волокна кислородсодержащих групп: - СОО- с 0 до 1,75%, -СООН с 4,44 до 6,80%, =С-ОН с 33,45 до 36,94% и =С=0 с 10,67 до 14,4%. Одновременно доля СН-групп падает с 51,42 до 40,08% [1, 106-110]. Однако, плазмохимическая обработка имеет серьезный недостаток, а именно низкий ресурс электродов, часто не превышающий более 100 часов. Данный аспект не позволяет внедрить такой процесс в промышленное производство препрегов т.к. для замены электродов необходима остановка всей линии, что будет существенно снижать производительность.
Из литературы [1-4, 111-113] известно, что наличие на поверхности необработанного УВ функциональных групп определяется содержанием на ней