Производство углеродных волокон

Производство углеродных волокон основано на термической деструкции органических полимеров. Углеродные волокна получают только из волокнистых полимеров, не плавящихся при термообработке, обеспечивающих высокий выход углерода и необходимые механические и физико-химические свойства углеродных волокон.
Основными видами сырья для получения углеродных волокон являются полиакрилонитрильные, гидратцеллюлозные волокна, а также волокна на основе нефтяных и каменноугольных пеков.
Получение углеродных волокон включает процессы формования исходных волокон, их подготовительную обработку и три стадии термической обработки. Первая стадия термической обработки - низкотемпературный пиролиз при температуре до 400°С. На этой стадии удаляются низкомолекулярные продукты деструкции, образуются сшитые и циклические структуры. При этом создаются такие условия, чтобы возрастающая температура размягчения волокна оставалась выше температуры обработки и чтобы сохранялись ориентированное фибриллярное строение и форма волокна до его полного перехода в неплавкое состояние.
Подготовка и первая стадия термообработки существенно отличаются для различных видов исходных волокон. Гидратцеллюлозные волокна пропитывают катализаторами и антипиренами, и после сушки подвергают термической обработке с медленным подъемом температуры до 400°С. Полиакрилонитрильные волокна подвергают термоокислительной дегидратации и предварительной циклизации. Во избежание усадки их термообработку проводят на воздухе при температуре до 300оС под натяжением. Пеки подвергают термообработке в жидком состоянии при 350-400°С с целью удаления низкомолекулярных фракций и повышения их молекулярной массы. Формование пековых волокон ведут из расплава, после чего их подвергают окислению при 250-350°С для придания им неплавкости.
Вторая стадия термической обработки при производстве углеродных волокон - карбонизация проводится при температурах 800-1500°С; третья стадия - графитация при температурах 1500-3000°С. На этих стадиях завешается пиролиз, происходит выделение водорода и гетероатомов в виде летучих соединений, образуется углеродный полимер с заданной степенью упорядоченности. Карбонизацию и графитацию всех видов волокон проводят в инертной среде под натяжением.
Варьируя упорядоченностью структуры исходных волокон, а также условиями стадий термической обработки при производстве углеродных волокон получают волокна с различной степенью кристалличности и уровнем физико-механических свойств.
29.06.2013

29.06.2013, 4017 просмотров.