Особенности формирования углеродных структур при термической обработке полиакрилонитрильного волокна

• Автор: Беляев, Станислав Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Голиакрилоштрил и ПАН волокна

1.1.1. Применение полимеров акрилоиитрила

1.1.2. Синтез полимеров акрилоиитрила

1.1.3. Формование ПАН волокна

1.1.4. Структура и свойства полимерных волокон

1.2. Низкотемпературная обработка ПАН волокон в окислительной атмосфере

1.2.1. Общая характеристика процесса и технологические особенности стадии

1.2.2. Химизм протекающих процессов
1.2.3. Исследования процесса окислительной стабилизации различными методами.
1.3. Высокотемпературная обработка окисленных волокон в инертной атмосфере
1.3.1. Общая характеристика процесса карбонизации и технологические особенности
его проведения
1.3.2. Химизм процесса карбонизации
1.3.3. Структурные изменения, протекающие на стадии карбонизации
1.4. Заключение
II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Объект исследования
2.2. Методика получения окисленных и углеродных волокон
2.2.1. Установка для получения окисленных волокон
2.2.2. Установка для получения карбонизованных волокон
2.3. Методы исследования
2.3.1. Элементный анализ
2.3.2. Оптическая и сканирующая электронная микроскопия
2.3.3. Колебательная спектроскопия инфракрасная, римановская
2.3.4. Дифракция синхротронного и рентгеновского излучения
2.3.5. Термические методы дифференциальная сканирующая калориметрия, термогравимстрия, термомеханический анализ
2.3.6. Формальнокинетический анализ
2.3.7. Молекулярное моделирование
III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Характеристика исходного ПАН волокна
3.1.1. Параметрический анализ
3.1.2. Анализ элементного состава
3.1.3. Спектроскопический анализ в ИКдиапазоне
3.1.4. Структурные исследования ПАН волокна
3.1.5. Термоаналитические измерения.
3.2. Исследования процесса окислительной стабилизации и окисленных волокон
3.2.1. Параметрический анализ
3.2.2. Анализ элементного состава
3.2.3. Спектроскопический анализ в ИКдиапазоне
3.2.4. Структурный анализ окисленных волокон
3.2.5. Термоаналитпчсские измерения.
3.3. Формальнокинетический анализ процесса окислительной стабилизации ГА волокна по данным дифференциальной сканирующей калориметрии
3.3.1. Интерпретация результатов формальнокинсгичсского анализа.
3.3.2. Применение результатов кинетического анализа
3.3.3. Сравнение характеристик окисленных образцов ОП1, ОП2 и Ш2, ШЗ
3.4. Изучение процесса карбопизации стабилизированных волокон 7.
3.4.1. Рассмотрение процесса карбонизации как совокупности отдельных стадий
3.4.2. Параметрический анализ карбонизованных образцов
3.4.3. Элементный анализ
3.4.4. Термический анализ
3.4.5. Структурные изучения
3.5. Формальнокинетический анализ процесса карбонизации по данным термогравиметрии
3.5.1. Интерпретация результатов формальнокинетического анализа.
3.5.2. Применение результатов кинетического анализ процесса карбонизации
IV. ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Но только несколько основных сополимеров, метилакрилат, метилмстакрилат, итаконовая кислота, винилацетат используется в многотонажном производстве ПАН волокон, что связано, в первую очередь, с экономической целесообразностью и родством реакционной активности мономеров. Введение сомономеров не только изменяет строение и физические свойства молекул ПАН, но и непосредственно участвуют в химических реакциях при термообработке. Таблица 1. ПАН волокон. Некоторые мономеры например, содержащие карбоксильные группы могут являться инициаторами циклизации нитрильных групп, другие позволяют заметно сократить продолжительность процесса стабилизации ПАН вследствие инициирования процессов сшивки макромолекул. Наличие сомономеров в ПАН оказывают заметное влияние как на структуру и свойства исходного волокна, так и на особенности его превращения в углеродное волокно, прежде всего на начальных стадиях термообработки. Ввиду большого разнообразия выпускаемых в мире ПАН волокон и разнообразных технологий, которые используются при их производстве, необходимо подробнее рассмотреть технологические аспекты производства ПАН волокна, которое использовалось в данной работе в качестве объекта исследования. Как можно понять из литературных данных, структурные особенности полимерных волокон зависят не только от химического состава и последовательности чередования мономерных звеньев, но и от условий их формования, то есть непосредственное влияния на процессы структурообразования. Формование ПАН волокон. Волокна из ПАИ могут быть получены разнообразными способами из раствора, пластифицированного расплава или суспензии. Из раствора их формуют по мокрому, сухомокрому или сухому методу. Наиболее распространенным способом формования ПАН волокон является мокрый способ формования . Известно большое число способов получения прядильного раствора в виде непосредственной полимеризации АН в различных растворителях прямой способ и путем растворения готового полимера или сополимеров в различных растворителях растворный способ. В силу того, что молекула ПАН содержит значительное количество сильнополярных нитрильных групп, и, как следствие, сильное межмолекулярное взаимодействие, для растворения полимера необходимо использовать сильнополярные апротонные растворители. К таким растворителям относятся диметилацетамид I 1зС0ЫСНзг, диметилформамид НС0ЫСНз2, диметилсульфоксид СНзО , пропиленкарбонат . Также для получения прядильных растворов используют неорганические электролиты с высокой ионной силой концентрированные растворы солей роданид натрия , бромид лития i, хлорид цинка и кислот азотная 3 и серная 24 кислоты . В многотонажном производстве ПАН волокон для получения прядильного раствора, как правило, используют полимер со средневесовой молекулярной массой 0, при этом значение индекса нолидисперсностн должен составлять 1,53,0 1. ПАН волокно, которое использовалось в данной работе, было сформовано по мокрой технологии, используя в качестве растворителя и компонента осадительной ванны растворы роданида натрия ЫаБСЫ . Рассмотрим более детально этот технологический процесс. В производстве для получения ПАН жгута из раствора полимера используют сложную установку рис. На первом этапе получения волокон прядильный раствор при помощи насоса нагнетается в камеру с фильерой рис. При взаимодействии струи с осадителем образуется первичная нить рис. Как правило, в качестве осадителя используют тот же растворитель, что и для. Процесс проводят при пониженной температуре в осадительной ванне около С, что позволяет получать волокна с более плотной структурой, что повышает устойчивость к многократным деформациям. Совокупность первичных нитей образуют жгут, который на следующем этапе подвергается многократной вытяжке. Вытяжка оказывает большое влияние на физикомеханические свойства ПАН волокон. Рис. Фильера 2 осадительная ванна 3,4 механизмы для вытяжки волокна 5 промывка волокна 6 ванна для авиважной отделки 7 барабанная сушилка 8 аппарат для термообработки 9 гофрировочиая машина не используется для получения волокон, предназначенных для получения УВ нанесение антистатика, коллектор жгута машина для резки жгута упаковочный пресс.