Разработка процесса термической обработки полиакрилонитрильных волокон

• Автор: Костромин, Владимир Павлович
• Шифр специальности: 05.17.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Калинин
• Количество страниц: 219 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .

I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЫХ ОБРАБОТОК НА СТРУКТУРУ, ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛБНЫХ ВОЛОКОН .

1.1. Структура полимеров на основе акрилонитрила

1.2. Структура ПАН волокон.

1.2.1. Структура невытянутого волокна

1.2.2. Структура вытянутого волокна .

1.3. Влияние условий сушки на структуру и свойства

ПАН волокон

1.3.1. Влияние пористости на физикомеханические свойства волокон .

1.4. Влияние термической обработки на структуру и свойства ПАН волокон
1.4.1. Общие закономерности термообработки химических волокон. Термомеханические свойства ПАН волокон
1.4.2. Влияние термической обработки на структуру волокна.
1.4.3. Влияние термической обработки на механические свойства волокна
1.4.4. Термическое вытягивание предварительно ориентированных и высушенных ПАН волокон.
1.4.5. Химические изменения полиакриловых волокон при термической обработке
1.5. Заключение по обзору литературы и задачи исследования
ЭКСПЕШЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Объекты исследования.
2.2. Сушка волокна
2.3. Термическая обработка волокна
2.3.1. Установка. Среда и условия термообработки
2.3.2. Метод и программа исследования влияния условий сушки и термообработки на механические свойства
ПАН волокон.
2.3.3. Установка и методика эксперимента по исследованию процесса деформирования предварительно ориентированных и высушенных ПАН волокон.
2.4. Методы исследования структуры и физикомеханических
свойств ПАН волокон .
3. ВЛИЯНИЕ СУШКИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПАН ВОЛОКОН
3.1. Влияние сушки на физикомеханические свойства волокна. Макроструктура высушенных ПАН волокон
3.2. Влияние изменения параметров сушки и термической обработки на механические свойства волокна, полученного при разных условиях формования
3.2.1. Влияние термической обработки на механические свойства волокна
3.2.2. Влияние предыстории получения волокна на оптимальные параметры его термической обработки
3.3. Заключение о влиянии сушки и термообработки на
физикомеханические свойства ПАН волокон .
4. ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ТЕШОМЕХАНИЧЕСКИЕ И РЕЛАКСАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПАН ВОЛОКОН
4.1. Зависимость параметров кривых изометрического нагрева от условий формования, сушки и термической обработки волокна .
4.1.1. Влияние условий формования на параметры кривых изометрического нагрева .
4.1.2. Влияние пластификационной вытяжки и деформационного режима сушки волокна на параметры кривых изометрического нагрева.
4.1.3. Влияние условий термообработки волокна на параметры кривых изометрического нагрева
4.2. Поведение ПАН волокна в процессе деформирования на воздухе при высоких температурах и небольших растягивающих нагрузках .
4.2.1. Влияние условий формования, сушки и термообработки волокна на температуры его релаксационных переходов.
4.3. Релаксация напряжений в ПАН волокнах. ПО
4.4. Интерпретация релаксационных характеристик ПАН волокон
4.5. Заключение о влиянии термообработки на термомеханические и релаксационные свойства ПАН
волокон .
5. ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИАКБИЛОНИТРИЛЬНЫХ ВОЛОКОН
ТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ
5.1. Влияние предыстории ПАН волокон на процесс их термического вытягивания
5.2. Обратимая и необратимая составляющие полной деформации ПАН волокна при термическом вытягивании
5.3. Влияние стадийности термического вытягивания
на прочность волокна .
5.4. Заключение относительно получения ПАН волокон
с повышенной разрывной прочностью.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
6.1. Производство усадочного и безусадочного волокна
6.2. Прюизводство расщепляющихся при размоле
ПАН волокон.
6.3. Исходные данные для конструирования аппаратов сушки и термообработки полиакрилонитрильных волокон
6.4. Производство технической ПАН нити линейной плотности текс
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Полимерная фаза в волокне является дисперсной средой, в которой диспергирована низкомолекулярная жидкость, образующая поры, вакуоли и другие дефекты сплошности полимерной фазы . Начальная стадия вытягивания таких волокон примерно до степеней вытяжки может рассматриваться как специфическая деформация ячеистых структур . В конце этой стадии начинается вынужденный синерезис и формирование фибриллярной структуры волокна. Эффекты, связанные с деформацией полимерной фазы, выражены тем сильнее, чем больше пористость волокна и чем ниже степень пластификации полимера или ниже температура. Понижение прочности волокон при разрушении полимерной фазы каркаса является, повидимому, основной причиной, по которой в ряде случаев оказывается невозможным сразу, в результате одноступенчатой вытяжки пластификационной или термической, достичь максимально возможного упрочнения , с. По аналогии с соотношением между напряжением и модулем высокоэластичности, вытекающем из теории высокоэластичности, авторами получено эмпирическое выражение, связывающее напряжение вытяжки с прочностью вытянутых волокон. Однако необходимо отметить, что напряжение вытяжки не является общим показателем процесса вытяжки, поскольку однозначно не определяет величины достигаемой прочности. Связь между прочностью и напряжением при вытягивании существует только для какойлибо температуры вытяжки, так как прочность вытянутых волокон может быть заведомо выше при меньших напряжениях . Повышение прочности волокна с увеличением вытяжки вызвано увеличением степени молекулярной ориентации в аморфной фазе полимера. При повышенных температурах процессу дезориентации препятствует процесс кристаллизации, так как кристаллиты представляют собой энергетически выгодные образования и не могут быть ни дезориентированы, ни разрушены вплоть до температуры плавления. Кристаллиты связаны проходными цепями с другими областями полимера и благодаря этому помогают сохранить заданную ориентацию. Тепловое движение дезориентирует аморфные области, но значительно меньше, чем в отсутствие кристаллитов. По этой причине кристаллизация в процессе вытяжки является необходимым условием достижения высокоориентированного состояния полимера , с. Таким образом, очевидно важное влияние, оказываемое межмолекулярными связями для достижения высокоориентированного состояния. Наличие пластификаторов, низкомолекулярных соединений и других компонентов, препятствующих сближению молекулярных сегментов, также будет мешать образованию сильных межмолекулярных связей при вытяжке и тем самым способствовать процессу дезориентации , с. Для разных областей применения требуются волокна с разными комплексами свойств, что учитывается при выборе конкретных технологических условий их получения. Одной из основных тенденций развития современной промышленности является интенсификация технологических процессов, в частности повышение скоростей при производстве волокон. Увеличение скорости не всегда удается компенсировать повышением температуры, так как осложняется равномерный прогрев нитей, жгутов волокон. Поэтому в промышленных условиях вытяжка всегда проводится в условиях, в которых полимер находится ближе к стеклообразному, чем к текучему состоянию , с. При этом повышение прочности происходит примерно прямо пропорционально кратности вытяжки, а разрывное удлинение и устойчивость волокон к изгибу часто бывают ниже необходимых. Для улучшения этих показателей проводят тепловую обработку волокна. Изменение пористости ПАН волокон воднодиметилформамидного способа получения при пластификационной вытяжке было изучено Лангнером , а также Рушером и Валента . Для сохранения исходной пористой структуры в работе волокна обрабатывались смесью метанолпетролейный эфир. Методами сорбции аргона и ртутной порометрии показано, что при пластификационной вытяжке пористость волокна несколько снижается удельная поверхность и удельный объем уменьшаются соответственно с 0,6 до 0,7 мкг и с Ю5 до Ю5 м3кг. Авторы работы проследили изменение пористости воздушносухих невытянутых и вытянутых ПАН волокон.