Разработка и исследование технологического процесса получения углеродных тканей из гидратцеллюлозных волокон

• Автор: Черненко, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 240 с. : ил.

Оглавление

Список сокращений

Введение

1 Обзор литературы

1.1 Свойства ГЦ-волокон как сырья для получения углеродных волокон

1.2 Термическое превращение ГЦ-волокон в углеродное волокно

1.3. Применение химических соединений в процессе пиролиза ГЦ-волокон

1.4 Температурно-временной фактор карбонизации ГЦ-волокон

1.5 Графитация карбонизованных волокон

2. Разработка методики экспериментального исследования процесса получения углеродной ткани

2.1. Выбор объектов и методов исследования

2.2 Разработка методики тестирования ГЦ-ткани в лабораторных условиях получения УВ
2.3 Определение оптимальной текстильной структуры исходной ГЦ-ткани
2.4. Экспериментальная оценка ГЦ-волокон различных периодов производства как исходного сырья для получения углеродных волокон
3 Разработка катализатора карбонизации ГЦ-волокна
3.1 Теоретические положения, принятые при разработке каталитических реакций пиролиза ГЦ-волокна
3.2 Отработка состава катализатора карбонизации ГЦ-ткани
3.2.1 Исследование возможности использования стандартного катализатора карбонизации
3.2.2 Модифицирование стандартного катализатора
3.2.3 Исследование условий влажностной и термической обработки исходного ГЦ-волокна
3.2.4 Влияние ТВО на процесс получения и свойства графитированной ткани.
3.2.5 Исследование влияния температуры карбонизации образцов ГЦ-ткани, обработанных модифицированным базовым раствором катализатора
3.2.6 Эффективный механизм превращений структуры ГЦ-волокна при ТВО
3.3 Рабочая гипотеза разработки графитированной ткани
3.4. Экспериментальное обоснование выбора компонентов состава
«малозольного» катализатора
3.4.1. Модификация стандартного катализатора для получения карбонизвоанной ткани типа УТМ-
3.4.1.2 Сопоставительный анализ данных ДТА ткани с катализаторами (Б+ДАФ и ХА+ДАФ)
3.4.2 Отработка количественного соотношения компонентов состава «малозольного» катализатора
3.4.3 Отработка технологических параметров операций отделки исходной ГЦ-ткани и синтеза катализатора
3.4.3.1 Исследование процесса карбонизации методом ЭПР
3.4.3.2 Исследование процесса нанесения катализатора
4. Исследование влияния параметров высокотемпературной обработки карбонизованной ткани на свойства углеродной ткани
5. Разработка технологического оборудования карбонизации ГЦ-ткани
5.1 Исследование непрерывного процесса карбонизации методом ДТГ
5.2 Лабораторная модельная печь туннельного типа
5.3. Опытная установка ускоренной карбонизации
6. Технологический процесс изготовления графитированной ткани из ГЦ-волокна
7. Исследование свойств опытной графитированной ткани
7.1 Практическая реализация основных положений и результатов диссертации
Заключение
Список литературы
Приложение А
Приложение Б
Приложение В

Список сокращений
ГЦ- гидратцеллюлоза
ПАН -полиакрилонитрил
ПАВ — поверхностно активные вещества
НДС - напряжённо-деформированное состояние
Ркм - разрывные километры
ДТА - дифференциальный термический анализ
ДТГ - метод графического дифференцирования термогравиметрической кривой
ТГ - термогравиметрическая кривая
ТВО - тепловлажностная обработка
ТВР - тепловлажностная релаксации
УВ - углеродные волокна
ПВС - поливиниловый спирт
БК - борная кислота
АЦ - аммоний углекислый
Б - бура
ХН - хлористый натрий ДАФ - диаммоний фосфат ХА - хлорид аммония
ПТО - предварительная термическая обработка ТСН - тиосульфат натрия
УТМ-8, ТГН-2М, ТГН-2МК - марка углеродной ткани
РФА - рентгенофазовый анализ
ЭПР - электронный парамагнитный резонанс
НПС - ненасыщенные полисопряжённые связи
ПМЦ - парамагнитный центр
ИК - инфракрасный
РЭМ - растровая электронная микроскопия КТР- коэффициент термического расширения ЭХО - метод электрохимической обработки ДТП - директивный технологический процесс ТУ - технические условия

ется развитием деструктивных процессов во всём объёме нагреваемого образца «аморфного волокна», так как это волокно более однородно по структуре, если не брать во внимание ориентированную оболочку. На основании этого факта можно предположить, что процесс пиролиза «аморфного волокна» протекает преимущественно по мбнохронному механизму. В уплотнённых (кристаллит-ных) участках структуры высокоориентированных волокон между прилегающими макромолекулами существуют прочные водородные связи. В результате наблюдается более высокая устойчивость волокна к прогреву, которая проявляется как подобие индукционного периода. По окончании этого периода и разрыва водородных связей пиролиз высокоориентированного волокна проходит более интенсивно, чем пиролиз «аморфного волокна». Данное проявление связано с протеканием пиролиза при более высокой температуре.
Такое течение пиролиза высокоориентированного волокна в отличие от хода пиролиза «аморфного волокна» можно квалифицировать как преимущественно полихронное, то есть разные структурные области волокна вступают в реакцию деструкции в разные температурные и временные интервалы.
Для высокоориентированных волокон при нагреве выше 300 °С характерно дальнейшее развитие процесса деструкции, тогда как для «аморфного волокна» скорость процесса замедлена.
В интервале температур 300-400 °С зафиксировано появление фазы с двумерной упорядоченностью слоёв, что свидетельствует о начале формирования в волокне углеродистой структуры. Степень развития реакций конденсации в этом температурном интервале обусловлена характером реакций предшествующей стадии пиролиза. Можно предположить, что интенсивное протекание реакций деструкции высокоориентированного волокна при повышенной температуре по описанной методике эксперимента приводит к более сильным нарушениям структуры так, что часть углеродных остатков не образует ароматических углеродных сеток в пределах исходной морфологии. Снижение скорости нагрева при карбонизации сопровождается увеличением выхода углеро-