Получение У В из ГТЦ

Процесс получения У В из ГТЦ включает три основных ста­дии: низкотемпературная стабилизационная термообработка, кар­бонизация при 1300 °С, графитизационная вытяжка при 2800 ... 3000 °С.

Низкотемпературная термообработка проводится на воздухе при температуре 400 °С. Эта термообработка имеет целью стабили­зацию надмолекулярной структуры волокна перед стадией карбо­низации.

В случае проведения стабилизации в атмосфере инертных га­зов, время обработки увеличивается. Чаще всего ГТЦ нагревают со скоростью 10 °С/ч до температуры 400 °С [18]. При этой тем­пературе протекает большое число реакций, первая среди кото­рых — физическая десорбция воды. За ней следует образование воды в результате отщепления гидроксилов от основной цепи поли­мера. Следующий процесс — деполимеризация с выделением Н20, СО и С02. Наконец, циклизация и образование графитоподобных сложных структур [23]. В отличие от ПАН-волокон стабилизация надмолекулярной структуры под натяжением для волокон из ГТЦ оказывается неэффективной. Бэкон [18] показал, что неза­висимо от натяжения в ГТЦ сохраняется или возрастает преиму­щественная ориентация макроструктуры относительно оси во­локна во время низкотемпературной термообработки. Процесс деполимеризации приводит к образованию также летучих веществ (например, левоглюкозана). Эти вещества, содержащие углерод, испаряясь, уменьшают выход УВ [213]. Для получения высоко­качественных У В за этими реакциями необходим контроль.

Реакции стабилизации волокна в различных средах были опи­саны в предыдущем разделе. Этот процесс обеспечивает хороший выход У В, значительно упрощая технологию. Реакции в подходя­щей газовой атмосфере ингибируют образование летучих смол [18, 193, 195, 214]. Время, необходимое для стабилизации ГТЦ, меняется от 20 мин до 10 ч при проведении реакции в условиях реакционно-активных газовых сред [18].

Предварительная химическая обработка волокна является эффективным методом регулирования выхода УВ и продолжитель­ности его получения. Для обработки оказывается достаточно всего 5 мин. Такая обработка препятствует как образованию, так и испарению карбоксисодержащих летучих и катализирует ре­акции сшивки целлюлозных цепей.

Следующей стадией получения УВ является карбонизация. ГТЦ-волокно карбонизируется в основном при температуре 1000 ... 1500 °С в атмосфере инертного газа. Карбонизация прово­дится под натяжением, что увеличивает степень ориентации и по­вышает физико-механические свойства графитизированных моно­волокон [219]. Натяжение при карбонизации моноволокон эф­фективно, так как происходит перестройка графитовой структуры и она становится более податливой.

Графитизацию волокон проводят при температуре выше 2800 °С. Волокна находятся при этой температуре очень короткое время, но за этот промежуток времени волокна могут быть до­полнительно вытянуты на 100 % . Эта вытяжка обеспечивает ориен­тацию, позволяющую достичь высоких физико-механических свойств УВ [220—222]. Модуль упругости вытянутого в процессе графитизации УВ Е « 700 ГПа, в то время как невытянутое волокно имеет модуль ~70 ГПа.

Процесс термовытяжки УВ при графитизации оказывается весьма дорогим, и это существенно влияет на относительно высо­кую стоимость УВ из ГТЦ.

Оставить комментарий