ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА
Основные стадии получения УВМ
Волокна нагревают в воздушной среде до температуры 200 - 300°С. Этот процесс
для ПАН-волокон называется окислением (стабилизацией на воздухе), для пековых волокон - обработкой для придания неплавкости.
В ходе этого процесса происходит частичное окисление материала.
Окисление в воздушной среде придает волокнам огнестойкость за счет
частичного дегидрирования окисления,
межмолекулярного сшивания и других процессов.
ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА
Основные стадии получения УВМ
•повышается стойкость волокон к плавлению при нагревании
•сдерживается чрезмерное удаление атомов углерода. стабилизация на воздухе
•прогрев исходного ПАН-волокна при температуре 200-250°С.
•Происходит экзотермическая деструкция, сопровождающаяся
•уменьшением массы
•выделением газов, жидкости, смолы.
•Для достижения высокой термостойкости и увеличения эластичности кристаллического материала
•экзотермическая деструкция полимера должна быть ограничена и
•ход химических реакций необходимо контролировать так, чтобы свойства конечного материала были благоприятными для дальнейшей переработки в УВМ.
•Это достигается термообработкой волокон при
•не слишком высокой температуре
•в окислительной атмосфере.
•Процесс проводится под натяжением для обеспечения желаемых механических свойств конечного продукта.
ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА
Основные стадии получения УВМ
Основными летучими продуктами, выделяющимися на стадии стабилизации, являются
•вода,
•диоксид углерода
•синильная кислота.
•В начальный период предварительного окисления (до 210°С) происходит незначительное увеличение плотности волокон, связанное с изменением их морфологии.
•в диапазоне 210-285°С на воздухе происходит быстрое увеличение плотности вследствие отверждения и уплотнения материала в объеме волокон, после чего плотность увеличивается монотонно до максимальной величины. После максимума, когда температура повышается до 1000°С, происходит небольшое снижение плотности из- за преобразования открытых пор в закрытые.
ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА
Основные стадии получения УВМ
В процессе предварительного окисления происходят реакции
•внутримолекулярной циклизации
•внутримолекулярного сшивания
•образование лестничного полимера
•формирование сопряженных С=С- структур в результате дегидрирования,
•последующей изомеризации и окисления с образованием карбонильных групп. 
КАРБОНИЗАЦИЯ
Основные стадии получения УВМ
В процессе карбонизации по мере роста температуры происходит
•газификация
•удаление всех атомов органического полимера, за исключением атомов углерода.
•Образовавшиеся УВМ состоят из полициклических
ароматических фрагментов, имеющих плоскую шестичленную сотовую структуру.
• Карбонизацию проводят в защитных средах.
•Среды оказывают влияние на процесс пиролиза, выход
углерода, свойства УВМ.
КАРБОНИЗАЦИЯ
Основные стадии получения УВМ
• Различают два типа защитных сред
• |
нейтральные – |
|
|
• |
Инертные газы (аргон и азот) |
|
• |
защищают от воздействия кислорода воздуха при карбонизации, |
|
• |
вместе с этими газами удаляются продукты карбонизации |
• |
активные |
|
|
• |
участвующие в пиролизе, |
|
• |
играют роль катализаторов |
|
• |
позволяют |
|
• |
увеличить выход углерода, |
|
• |
улучшить свойства УВМ и |
|
• |
уменьшить продолжительность карбонизации. |
КАРБОНИЗАЦИЯ
Основные стадии получения УВМ
В качестве катализаторов применяют типичные антипирены:
•
•
•
•
смесь буры и аммонийфосфата, соединения железа, галогениды переходных металлов, сульфат и хлорид аммония.
В присутствии перечисленных катализаторов проводится первая стадия карбонизации - до 350°С на воздухе или в инертной среде. 
КАРБОНИЗАЦИЯ
Основные стадии получения УВМ
Температура карбонизации
•обычно поддерживается в пределах при 1000-1500°С.
•Снижение прочности в процессе дальнейшего повышения температуры происходит вследствие порообразования, связанного с выделением газов при реакции неорганических примесных частиц с углеродом.
•используя волокна, внутри которых не содержится примесных частиц и поверхность которых не загрязнена, можно увеличить прочность УВМ.
•на всех этапах производства УВМ следует предотвращать
возможность образования неорганических примесных включений, появление и развитие пор и других дефектов
Влияние температуры
прогрева на прочность при растяжении УВ на основе ПАН-волокон, полученных
при различных условиях прядения из расплава.
1 - прядение из фильтрованного прядильного раствора в
особо чистом помещении; 2 - прядение из нефильтрованного
прядильного раствора в
особо чистом помещении; 3 - прядение из фильтрованного прядильного раствора в обычной воздушной среде; 4 - прядение из
нефильтрованного прядильного раствора в обычной воздушной среде.
КАРБОНИЗАЦИЯ
Во время последующей карбонизации в неокислительной атмосфере
•кислород и азот, входящие в гетероциклы,
•
•
отщепляются
образуются плоские полиароматические слоистые структуры
Основные стадии получения УВМ