Влияние молекулярной массы полиакрилонитрила на свойства и характеристики волокнистых структур, полученных методом электроформования

• Автор: Тенчурин, Тимур Хасянович
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Материалы на основе ПАНволокон и закономерности процесса их электроформования.

1.1 Сравнение различных методов формования химических волокон

1.2 Формование волокон в электрическом поле

1.3 Исследование растяжения свободной стационарной струи в электростатическом поле

1.4 Сырье для производства углеродных волокон.

1.5 Полиакрилонитрил

1.6 Основные закономерности процесса электроформования волокнистых материалов из полиакрилонитрила

1.7 ГГостформовочная обработка волокон

1.8 Получение углеродных волокон

1.8.1 Т ермостабил изация.

1.8.2 Карбонизация
1.9 Свойства карбонизированных углеродных волокнистых материалов, полученных из полиакрилонитрила
2. Материалы и методы исследования
2.1.1. Полимеры.
2.1.2. Растворители.
2.1.3. Электролитическая добавка
2.2. Методы исследования
2.2.1. Измерение динамической вязкости полимерных растворов.
2.2.2. Определение энергии активации вязкого течения
2.2.3. Исследование реологических свойств полимерных растворов
2.2.4. Измерение электропроводности полимерных растворов
2.2.5. Метод визуализации струи полимерного раствора в электростатическом поле
2.2.6. Электростатическое формование волокнистых материалов.
2.2.7. Определение диаметра и распределения по размерам волокон методом оптической, сканирующей электронной и атомносиловой микроскопии
2.2.8. Измерение физикомеханических свойств волокнистых материаловЗЗ
2.2.9. Измерение аэродинамического сопротивления волокнистых материалов.
2.2 Метод измерения коэффициента проскока волокнистого материала по атмосферному аэрозолю.
2.2 Электроформование ориентированных волокнистых материалов на однодисковой установке.
2.2 Установка для термообработки ПАНволокнистых материалов
2.2 Исследование образцов термоокисленных и карбонизованных волокнистых материалов на основе ПАН методами молекулярной
спектроскопии 5
2.2 Исследование величины удельной поверхности активированных карбонизированных волокнистых материалов.
2.2. Исследование степени ориентации макромолекул в волокнах методом рентгеноструктурного анализа.
2.2. Исследование степени загрязнений полимерных растворов.
3. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО РАСТВОРИТЕЛЯ ДЛЯ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ РАСТВОРОВ НА ЕГО ОСНОВЕ
3.1 Анализ растворимости полиакрилонитрила.
3.2 Реологические свойства растворов ПАН.
3.3 Выводы по 3ей главе.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАСТЯЖЕНИЯ ЖИДКОЙ ПОЛИМЕРНОЙ СТРУИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ИЗ РАСТВОРОВ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА
4.1 Исследование процесса растяжения полимерной струи в зависимости от напряженности электростатического поля, вязкости и объемного расхода
4.2 Исследование процесса растяжения полимерной струи в зависимости от молекулярной массы растворов ПАН
4.3 Выводы по 4ой главе.
5. ВЛИЯНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА НА ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
5.1 Зависимость диаметра ПАНволокна от основных параметров процесса электроформования.
5.2 Оптимизация процесса формования ПАНволокнистых материалов .
5.3 Получение волокнистых материалов с упорядоченным расположением волокон на осадительном электроде
5.3 Выводы по 5ой главе.
6. ТЕМПЕРАТУРНАЯ ОБРАБОТКА ПАНВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ.
6.1 Исследование влияние температурной обработки на структуру и свойства ПАНволокнистых материалов
6.2. Выводы по 6ой главе.
7. ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИЕ, СОРБЦИОННЫЕ И ФИЛЬТРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПАН
7.1. Прочностные свойства волокнистых материалов в зависимости от молекулярной массы ПАН
7.1.1.Исследование прочностных свойств волокнистых материалов со случайным расположением волокон.
7.1.2. Исследование прочностных свойств волокнистых материалов с упорядоченным расположением волокон в материале.
7.2. Прочностные свойства карбонизированных волокнистых материалов в зависимости от молекулярной массы ПАН.
7.3. Сорбционные и фильтрующие свойства карбонизированных
волокнистых материалов.
7.4 Выводы по 7ой главе.
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


В области полимерных наноконструкционных материалов появление новых свойств при переходе к наноразмерам связано с многократным, тысячекратным увеличением доли поверхности к объему по отношению к обычным объемным материалам. Хорошо известно 1, что повышенные прочностные и структурные свойства материала могут быть получены, если 1 размеры образца малы, т. Поэтому композиционные материалы, состоящие из углеродных наповолокон, будут обладать прочностью более высокой, чем прочность материалов состоящих из углеродных микроволокон, а углеродные нановолокпитыс материалы будут обладать большей удельной поверхностью и как следствие большей сорбционной емкостью 5. Первый патент на получение волокон в электростатическом поле был выдан в США в г. Мортону 5. Однако, в то время данный патент не получил дальнейшего развития изза ограниченной прочности волокнистого материала. Впервые промышленное производство полимерных нетканых волокнистых фильтрующих материалов было осуществлено в Советском Союзе накануне Отечественной войны. Это было сделано благодаря работам И. В. ПетряноваСоколова и Н. Д. Роземблюм в НИФХИ им. Л.Я. Карпова 5. В то время единственной практической сферой применения нетканых волокнистых материалов, полученных методом электроформоваиия являлась фильтрация радиоактивных, токсичных и бактериальных аэрозолей. Высокоэффективная фильтрация достигалась за счет микроразмера волокон, а также за счет избыточного электростатического заряда, остающегося на поверхности волокна после его формования 5. Разработанные волокнистые материалы 6 фильтры ФП используются в настоящее время для очистки воздуха, газов и жидкостей от механических примесей в различных отраслях промышленности. На основе этих материалов разработаны сорбционнофильтрующие материалы 7. Фильтры ФП применяются в средствах коллективной и индивидуальной защиты органов дыхания 8. На их основе разработаны разнообразные средства контроля и анализа аэрозолей 9. В настоящее время на отечественных предприятиях выпускаются нетканые волокнистые материалы из хлорированного полиэтилена, ацетилцеллюлозы, полисульфона, полистирола и других полимеров. В последний четверти XX в. США, Япония, Южная Корея, Китай, Индия, Швеция, Чехия . В настоящие время важнейшими объектами применения волокнистых материалов полученных методом электроформования являются технологии очистки газообразных и жидких сред , катализ ,, медицина , композиты ,, звукопоглощающие устройства , теплоизоляционные материалы 5, химические источники тока и аккумуляторы . Особенно перспективным на сегодняшний день выглядит использование технологии электроспиннинга для создания материалов с функциональными свойствами в медицине, электронике и композитах, так для медицинских целей они используются в качестве имплантантных материалов, переносчиков лекарств, сорбционных, кровоостанавливающих и заживляющих материалов. Благодаря своей высокой удельной электрической емкости материалы находят применение в качестве пористых электродов и элементов суперконденсаторов. В композитах тонкие волокна используют в качестве армирующего наполнителя для резин и эпоксидных матриц. В настоящее время электроформование осуществляется по нескольким принципиальным схемам отличающихся способом подачи полимерного раствора в межэлектродное пространство и видом приемного электрода. Полимерный раствор можно подавать в межэлектродное пространство через тонкостенный капилляр капиллярный способ или при помощи вращающегося металлического цилиндра, погруженного в полимерный раствор. Принципиальная схема капиллярного способа электроформования волокнистого нетканого материала представлена на рис. На полимерный раствор, находящийся в ячейке 2, подается высокое напряжение от источника 1. Через капилляр 3 раствор вытекает в межэлектродное пространство, где под действием электрического поля происходит формирование жидкой струи, ее вытягивание, сушка и осаждение получаемых волокон на осадительном электроде 4. На этом электроде происходит формирование нетканого волокнистого материала.