Влияние углеродных наноструктур на карбонизацию полиакрилонитрила

Д.т.н., проф. Ю.Н. Сазанов¹; к.т.н., доц. В.А. Лысенко²; П.Ю. Сальникова²; Г.Н. Губанова¹; Г.Н. Фёдорова ¹

¹Институт Высокомолекулярных соединений Российской академии наук

²ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна»

С целью определения влияния углеродных наноструктур на формирование карбонизованных структур полиакрилонитрила (ПАН) проведено термоаналитическое исследование ряда композитных образцов.

На примере добавок технического углерода (ТУ), введенных в волокна и плёнки ПАН в диапазоне концентраций от 0,125 до 40 % масс., показано, что термохимические характеристики карбонизованных до 800 °С объектов в основном зависят от атмосферы опыта. В инертной атмосфере в результате двухстадийного процесса преобразования ПАН с ростом температуры наблюдается образование карбонизата с выходом в пределах 50 - 60 %, пропорционально количеству исходного ТУ. Отмечена аномалия образования максимальной величины коксового остатка при введении около 10 % ТУ. В окислительной атмосфере трансформация ПАН так же протекает в две стадии. Окислительные реакции приводят к почти полному выгоранию карбонизованного продукта при 800 °С, однако и в этом случае заметно влияние ТУ. Следует отметить специфику термоокислительного процесса ПАН, отмеченную в ранних исследованиях. Для всех исследованных образцов в интервале температур 400 - 550 °С по данным ДТА-ДСК, подтвержденным рентгеноструктурным анализом, наблюдаются фазовые эффекты, свидетельствующие о протекании начальной структурной перестройки предкарбонизата с образованием переходных зародышевых образований с определенной степенью упорядоченности.

Действие УНТ сходно с влиянием ТУ, но для достижения такого же выхода карбонизованного продукта требуется более низкая концентрация вводимой добавки.

The influence of carbon nanostructures on polyacrylonitrile carbonization

Yu.N. Sazanov¹, Doctor of science, Professor; V.A. Lysenko²; P.Yu. Sal’nikova²; G.N. Gubanova¹; G.N. Fedorova¹

¹Institute of Macromolecular Compounds RAS

²Saint-Petersburg State University of Technology and Design

Thermo analytical investigation of some composite samples was carried out for determination of the carbon nanostructures influence on formation of carbonized structures of polyacrylonitrile (PAN).

It was shown, using as example the carbon black (CB) adding into PAN fibers and films with concentrations from 0.125 till 40 % of mass, that thermo chemical characteristics of the objects carbonized till 800 grad.C mainly depend on the experiment atmosphere. In inert atmosphere during two steps process of PAN transforming with the temperature growth it was observed the carbonizer formation with the yield in the range of 50 - 60 % proportionally to the initial CB amount. The anomaly of maximal value of coke residue formation was marked when 10 % of CB introduction. In oxygen atmosphere PAN transformation is carried in two stages. The oxidative reactions bring to almost total burning of carbonized product at 800 grad.C but even in this case the CB influence may be seen. One must mention the specific character of PAN thermo oxidation which was marked in previous investigations. For all samples under investigation in the interval of temperatures 400 - 500 grad.C by DTA-DSC methods which were confirm by X-ray analysis there were observed phase effects showing that initial structural reorganization of precarbonate takes place and transition nucleation objects with some order degree are formed.

The carbon nanotubes action is similar with CB influence but for reaching of the same come out of carbonized product it is needed much lower concentration of injected addings.

Новые мембранные материалы для топливных элементов

С.В. Тимофеев

ОАО «Пластполимер», (г. Санкт-Петербург, Россия)

Одним из наиболее важных компонентов современных водород - кислородных топливных элементов (ТЭ) с твердым полимерным электролитом являются ионообменные мембраны (ИОМ), обеспечивающие разделение топлива и окислителя, а также электрическую проводимость системы за счет переноса протонов. Сегодня единственным коммерческим продуктом, который широко используется в таких ТЭ, являются перфторированные ИОМ, которые обеспечивают высокие эксплуатационные характеристики ТЭ при сохранении высокой химической и физико-механической стабильности и низкого электросопротивления. Наиболее известными из них являются мембраны Нафион фирмы Дюпон (США). В России разработка такого типа мембран по маркой МФ-4СК в течение последних тридцати лет проводится в ОАО «Пластполимер» (г. Санкт-Петербург). Основной недостаток таких ИОМ – обезвоживание при высоких плотностях тока и повышенной температуре (более 80 °С), приводящее к существенному снижению ионной проводимости мембран. В докладе рассмотрены возможные направления преодоления этого недостатка, что должно обеспечить наиболее благоприятный водный менеджмент в мембранах вплоть до температур около 100 °С – уменьшение толщины ИОМ, что позволяет увеличить поток воды, связанный с ее обратной диффузией при работе ТЭ, создание в структуре мембран наноразмерных центров, способных удерживать воду (как правило, гидрофильные центры на основе наноразмерных частиц неорганических материалов) даже при повышенных температурах или центров, генерирующих воду при работе ТЭ. Кроме того, проведена оценка перспектив синтеза и использования нефторированных или частично фторированных мембран в контексте упомянутых требований к эксплуатационным характеристикам.