химический каталог




Энциклопедия полимеров. Том 3 (Полиоксадиазолы-Я)

Автор главный редактор В.А.КАБАНОВ

сложная стадия процесса — низкотемпературная обработка, в ходе к-рой осуществляется карбонизация полимера. Процесс нут. На этой стадии происходит дальнейшее увеличение размеров кристаллитов (рис. 3), уменьшение межплоскостного расстояния слоев, возрастание доли «кристаллич.» фракции углерода, плотности и электрич. проводимости. Как правило, при этом улучшаются механич. свойства и снижается уд. поверхность волокна.

т -О

5 21

Важная операция в производстве У. в.— вытяжка. В результате вытяжки достигается ориентация плоскостей кристаллитов вдоль оси волокна, благодаря чему удается получить высокопрочные и высокомо- S 40г дульные волокна (рис. 4). В зависимости от типа волокна вытяжку осуществляют на разных стадиях технологического процесса. В случае

карбонизации включает большое число последовательных и параллельных реакций, протекающих по гомо-литич. и гетеролитич. механизмам. При этом в результате термодеструкции полимеров образуются летучие и смолообразные продукты и углеродный остаток волокнистой формы. При правильно подобранных режимах карбонизации сохраняются морфологич. особенности исходных волокон. Обычно карбонизацию осуществляют при медленном подъеме темп-ры. В случае ВК, напр., продолжительность процесса составляет 3^200 ч,

в случае ПАН-волокна— 0,5—4 ч. Деструкция полимеров интенсивно протекает в сравнительно узкой области темп-р (напр., для В К — в области 250—300°С). Она сопровождается потерей массы и усадкой волокон (рис. 1). С увеличением темп-ры наблюдается ароматизация полимеров, образование конденсированных гексагональных углеродных слоев, их рост и упорядочение.

Прочность и модуль упругости волокна на стадии термообработки, соответствующей интенсивной потере массы полимера, уменьшаются, а затем, с момента начала) образования углеродного скелета, начинают возрастать (рис. 2). Плотность волокна постепенно увеличивается. Химич. волокна являются диэлектриками; во время карбонизации, особенно в интервале 350— 1000°С, электрич. сопротивление резко снижается и волокно приобретает полупроводниковые свойства.

Высокотемпературная обработка (графитация) осуществляется очень быстро, в течение нескольких ми20 30 40

Вытяжка. %

10

50

Рис. 4. Влияние степени вытяжки при графитации на модуль упругости волокна (темп-ра графитации 2780—2870 °С» продолжительность 0,20— 0,27 сек; исходное сырье — вискозный корд).

ПАН-волокна эту операцию проводят на стадии подготовки волокон одновременно с термоокислительной деструкцией, в случае ВК, волокон из пеков и фенольных смол — на стадиях карбонизации и графитации.

Структура, свойства и применение. Известны два типа структур У. в. Волокна, полученные из ВК и ПАН-волокон, построены из фибрилл, к-рые существуют в исходных волокнах и сохраняются в измененной форме в У. в. Такие волокна анизотропны. У. в., полученные из др. видов сырья (напр., из фенольных смол), изотропны, в них отсутствуют фибриллы. Эту форму углерода наз. стеклоуглеродом. У. в. содержат большое число закрытых микропор с размерами, не превышающими 20—25 А, объем к-рых может достигать 30% объема волокна. Поры высокопрочных волокон имеют цилиндрич. форму и ориентированы вдоль оси волокна.

У. в. обладают ценными физико-химич. свойствами. В отличие от массивных образцов углерода вследствие ? специфич. формы (волокно) и структуры им присущи также уникальные механич. свойства. У. в. имеют исключительно высокую тепло- и химстойкость. При тепловом воздействии вплоть до 1600—2000 °С в отсутствие кислорода механич. показатели волокна не изменяются. Это предопределяет возможность применения У. в. в качестве тепловых экранов и теплоизоляционного материала в высокотемпературной технике. На основе У. в. изготавливают армированные пластики, к-рые отличаются высокой абляционной стойкостью и применяются в ракетостроении и космической технике в качестве теплозащитных материалов (см. Углеро-допласты).

У. в. устойчивы к агрессивным химич. средам. Однако они окисляются при нагревании в присутствии кислорода; их предельная темп-ра эксплуатации в воздушной среде составляет 300—350 °С. Нанесение на У. в. тонкого слоя карбидов, в частности SiC, или нитрида бора позволяет в значительной мере устранить этот недостаток. Благодаря химстойкости У. в. применяют для фильтрации агрессивных сред, очистки газов, изготовления защитных костюмов и др.

Изменяя условия термообработки, можно получать У. в. с различными электрофизич. свойствами (уд. объемное электрич. сопротивление от 2-Ю-3 до 10* ом-см) и использовать их в качестве разнообразных по назначению электронагревательных элементов (костюмы, отопление помещений, обогрев трубопроводов), для изготовления термопар и т. д. Активацией карбонизованных У. в. (пары воды и С02, 600—1000 °С) получают материалы с большой активной поверхностью (300—1000 мУг),

673

УГЛЕРОДОПЛАСТЫ

674

являющиеся прекрасными сорбентами. Нанесение на волокно катализаторов позволяет создать каталитич. системы с развитой поверхностью.

Обычные У. в. имеют прочность порядка 0,5— 1,0 Гн/м2 (50—100 кгс/мм2) и модуль 20—70 Гн/м2 (2000—7000 кгс/мм2). Применение ориентационной вытяжки позволяет, как уже отмечалось, получить высокопрочные и высокомодульные волокна с прочностью 2,5—3,5 Гн/м2 (250—350 кгс/мм2) и модулем 2-102— 4,5-102 Гн/м2 (20-Ю3—60-Ю3 кгс/мм2). В лабораторных условиях получены У. в. с прочностью до 4 Гн/м2 (400 кгс/мм2) и модулем до 7 ? 102 Гн/м2 (до 70 • 103 кгс/мм2). Из-за низкой плотности (1,7—1,9 г/см3) по уд. значению механич. свойств (отношение прочности и модуля к плотности) У. в. превосходят все известные жаростойкие волокнистые материалы. На основе высокопрочных и высокомодульных У. в. с использованием полимерных связующих разработаны конструкционные армированные пластики. Введение У. в. в полимеры приводит в ряде случаев к повышению устойчивости пластиков к истиранию на 1—2 порядка и соответственно к увеличению срока службы изделий. У. в., а также армированные ими пластики имеют низкие показатели прочности и модуля упругости при деформациях сдвига. Чтобы избежать этого недостатка, на поверхности волокна выращивают кристаллы термостойких соединений, напр. SiC, BN, или осуществляют химич. обработку волокна, напр. конц. HN03. При этом прочность пластиков на сдвиг возрастает в 2—3 раза. Разработаны композиционные материалы на основе У. в. и керамических связующих, У. в. и углеродной матрицы, а также У. в. и металлов (Al, Mg, Ni), способные выдерживать более жесткие температурные воздействия, чем металлы.

Лит.: Конкин А. А., Углеродные и другие жаростойкие

волокнистые материалы, М., 1974; G i 1 1 R. М., Carbon fibres

in composite materials, L., 1972; The collection of papers International conference on carbon fibres, their composites and applications, L., 1971; Carbon fibres, their placa in modern technology,

L., 1974. А. А. Конкин.

УГЛЕРОДОПЛАСТЫ, карбопласты, углепластики (carbon fibres-reinforced plastics, Koh-lenstoffasernverstarkte Kunststoffe, plastiques renforces par fibres carbonee) — материалы, содержащие в качестве наполнителя углеродные волокна (в виде непрерывного жгута, ленты, мата, ткани или короткого рубленого волокна). Связующими для таких материалов служат синтетич. полимеры (полимерные У.), синтетич. полимеры, подвергнутые пиролизу (к о к-сованные У.), и пиролитич. углерод (п и р о у г-леродные У.). В зависимости от взаимного расположения волокон полимерные У. могут быть ориентированными и неориентированными. Наиболее широко применяемые ориентированные У. подразделяют на однонаправленные (со взаимно параллельным расположением волокон) и перекрестные (волокна расположены под заданным углом друг к другу).

Состав. Для производства У. применяют углеродные волокна, к-рые условно разделяют на высокомодульные, характеризующиеся модулем более 150 Гн/м2 (15 000 кгс/мм2) и прочностью более 1500 Мн/м2 (150 кгс/мм2), и низкомодульные с модулем не более 70 Гн/м2 (7000 кгс/мм2) и прочностью не более 1000 Мн/м2 (100 кгс/мм2). Обычно высокомодульные волокна имеют диаметр не более 10 мкм; низкомодульные — не более 35 мкм.

В качестве связующих для У. обычно применяют эпоксидные, полиэфирные, феноло-формальдегидные, фу-рановые, кремнийорганич. смолы, полиимиды, полибенз-имидазолы, реже — нек-рые термопласты — фторопласты, полистирол, поликарбонаты (см. также Армированные пластики). Оптимальное содержание связующего в ориентированных У. составляет 37—45%, в неориентированных — 60—80% (по объему).

Получение. Для изготовления полимерпых У.-пригодны все методы формования армированных пластиков. Однако из-за особенностей углеродного наполнителя наиболее распространены прессование на гидравлич. прессах, вакуумно-автоклавным или пресс-камерным способами, а также намотка (об этих способах см. в ст. Стеклопластики). Использование этих методов позволяет избежать повреждение волокон при формовании и их разориентацию и, следовательно, снижение механич. характеристик материала. Чаще всего углеродный наполнитель предварительно пропитывают расплавом или р-ром связующего в органич. растворителе (спирте, кетоне, алифатич. или ароматич. углеводороде, их смесях) и подсушивают, получая полуфабрикат (препрег): листы или однонаправленные ленты из жгута (соответственно намоткой или пропиткой на горизонтальной или вертикальной пропиточной машине); пропитанную тканую ленту или нетканый рулонный материал (пропиткой на вертикальной пропиточной машине). Из полуфабриката выкраивают заготовки, выкладывают из них по форме изделия пакет и прессуют.

Прессование У. в отличие от др. армированных пластиков проводят при уд. давлениях, не превышающих 2,0—2,5 Мн/м2 (20—25 кгс/см2), что обусловлено плохой смачиваемостью углеродного волокна и возможностью его разрушения. У. на основе эпоксидных и эпок-сидно-феноло-формальдегидных смол прессуют при 120—200° С, на основе феноло-формальдегидных — при 140—200 °С, на основе полиэфирных — при 20— 160 °С (в зависимости от темп-ры разложения инициатора), на основе кремнийорганич.— при 180—250 °С, на основе полиимидных

страница 194
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340

Скачать книгу "Энциклопедия полимеров. Том 3 (Полиоксадиазолы-Я)" (21.36Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
звуковое оборудование в аренду москва
стильная хлебница купить
Магазин KNSneva.ru предлагает ноутбук 11.6 дюймов - офис продаж со стоянкой: Санкт Петербург, ул. Рузовская, д.11, тел. (812) 490-61-55.
ксения собчак теория успеха москва

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(23.01.2017)