Модификация полиакрилонитрильных волокон замедлителями горения и исследование закономерностей процесса термостабилизации

• Автор: Акимова, Анастасия Александровна
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Литературный обзор
1.1. Химизм процесса синтеза сополимера полиакрилонитрила
1.2. Структура ПАН волокна
1.3.Взаимосвязь структуры и свойств ПАН прекурсора со свойствами углеродных волокон
1.4 Процессы окисления и высокотемпературной обработки ПАН волокон
1.5. Кинетика процесса термоокисления ПАН волокна
1.6. Модифицирование ПАН волокна
1.6.1. Способы модифицирования ПАН волокна
1.6.2. Модифицирование ПАН волокон, применяемых в производстве углеродных волокон
1.6.3. Модифицирование ПАН волокна замедлителями горения с целью снижения горючести
1.7. Применение механических методов к исследованию структуры полимеров
2. Объекты и методы исследования
2.1. Объекты исследования
2.2. Методы исследования
2.2.1. Метод термогравиметрического анализа (ТГА) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК)
2.2.2. Метод инфракрасной спектроскопии (ИКС)
2.2.3. Метод изометрического нагрева (ИН)
2.2.4. Метод релаксации напряжения
2.2.5. Методики испытания по ГОСТ

3. Разработка технологических основ получения огнезащищенно- 48 го ПАН волокна
3.1. Выбор замедлителей горения
3-2. Изучение кинетики сорбции ПАН волокном растворов замедли- 53 телец горения с применением метода математического моделирования
3-3. Исследования влияния полифосфата аммония на физико
химические процессы при пиролизе и горении волокна
4* Исследование влияния полифосфата аммония на
закономерности процесса термостабилизации
4-1- Исследование влияния полифосфата аммония на процессы
окИсления ПАН волокна
4-2. Исследование структурных изменений и кинетики циклизации в
модифицированном ПАН волокне в процессе его термостабилизации по Механическим характеристикам
4-2.1. Исследование ПАН волокон методом релаксации напряжения
4-2.2. Исследование поведения ПАН волокна при постоянной
теМпературе без деформации
4-2.3. Исследование поведения ПАН волокна в процессе 81 термообработки методом диаграмм изометрического нагрева 4-2.4. Исследование влияния полифосфата аммония на структурные
Изменения и кинетику циклизации ПАН волокна в процессе его тер м остаб ил из аци и
Разработка состава авиважной ванны в производстве ПАН
Прекурсора
ьтоды
*2 писок литературы
11риложение

Перечень условных обозначений и сокращений
ПАНВ - полиакрилонитрильные волокна
УВ - углеродные волокна
ЗГ - замедлители горения
АРР-3 - полифосфат аммония
КИ - кислородный индекс
КО - карбонизованный остаток
КС - карбонизованные структуры
ТМА- термомеханический анализ
ДИН - диаграмма изометрического нагрева
ТФБА - тетрафторборат аммония
ПЭТ - пентаэритрит
ТГА - термогравиметрический анализ
ДСК - дифференциальная сканирующая калориметрия
ИКС - инфракрасная спектроскопия
ИИ -изометрический нагрев
ДТГ - дифференциальная термогравиметрия
МИК - метод наименьших квадратов
5 - критерий МНК
}'!р - расчетное значение
Уп - экспериментальное значение
ДН - тепловой эффект
а - величина сорбции
ат - равновесная величина сорбции
к - скорость установления сорбционного равновесия
г - время
Я2 - коэффициент корреляции С„ас - величина насыщения К - константа равновесия

его от теплового потока. При этом выявлена тенденция: чем больше кокса,
тем менее горюч материал.
1) частичный распад ПФА
!*>25в*С
№,Р03)П
2} сшивка

{НР03)о + синергист + полимер * сшитый фосфатный кластер
3) образование пеиококса

(НР03)я + фосфатный кластер Н3Р04+мжс
Горение - радикально-цепной автокаталитаческий процесс:
Щпопииер) -ч В*+Н*
Я*+0, -ч НО*, + ЙН-Ч ЮОН -ч НО* + ОН*

ВгРН + 5ЬД5ЬВг/Г+Н*НВг НВг+К*->Н2+Вг*
НВг + ОН* -ч Н20 + Вг*
действия безгалогенных неорганических наполните

Тригидрат алюминия {разложение при200 X)
2А1(ОН}3 -ч А1Д + 6Н20 (-300 кДж/моль)
Гидроксид магния разложение яры ЗШ °С)
Мд(ОН}2 -ч МдО + Н20 (-330 кДж/моль)
• Эндотермическая реакция разложения, сопровождающаяся понижением температуры.
. Разложение сопровождается образованием воды, пары которой разбавляют горючие газы и экранируют поверхность полимера от воздействия кислорода.
- Образующиеся оксиды действуют как изолирующий защитный слой.
Рис.1.14.Примеры механизмов действия некоторых типов ЗГ
Одним из наиболее эффективных ингибиторов горения является фосфор и его соединения. Действие фосфорсодержащих антипиренов (замедлителей горения) объясняется тем, что в процессе пиролиза полимера, содержащего фосфор, образуется фосфорная кислота и ее ангидриды, которые катализируют дегидратацию и дегидрирование и способствуют процессу карбонизации. При этом в последнее время применяют не только низкомолекулярные, но и высокомолекулярные фосфорные соединения, которые имеют лучшею совместимость с полимером. Эти так называемые интумесцирующие