Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ:
В настоящее время значительно возрос интерес и спрос на средне- и низкомодульные углеродные волокнистые материалы (УВМ), что свидетельствует о расширении сфер применения этого вида продукции. Такие материалы используют в различных областях современной промышленности, науки, техники и медицины, прежде всего в качестве наполнителей полимер -углеродных и углерод - углеродных композиционных материалов, термозащитных элементов, носителей катализаторов, сорбентов и токопроводящих материалов. Однако в силу больших удельных затрат сырья и энергии, низкого выхода готового продукта, стоимость выпускаемых УВМ сравнительно велика, что сдерживает их распространение в России и странах СНГ. Выход углеродных волокнистых материалов (отношение масс готового и исходного волокна) является важным технико-экономическим показателем производства, зависящим от свойств и условий подготовки исходного сырья, использования специальных пиролитических добавок и условий высокотемпературной обработки.
Теория и практика получения УВМ показывает, что среди наиболее важных путей совершенствования процессов и технологий их получения следует выделить:
расширение круга исходных волокон - прекурсоров;
применение новых добавок, способствующих повышению выхода готовых продуктов и снижению продолжительности и температуры получения УВМ;
модификацию волокнообразующих полимеров перед и/или в процессе высокотемпературной обработки.
Комплексный подход, учитывающий все особенности получения УВМ, позволяет не только увеличить экономическую эффективность процесса, но и улучшить их технические и потребительские свойства.
Данная работа, направленная на изучение особенностей пиролиза гидратцеллюлозных и новых полиоксадиазольных прекурсоров с использованием пиролитических добавок и их систем, является актуальной и перспективной. Тематика диссертации включена в совместную межгосударственную программу Россия - Беларусь «Создание и организация серийного производства оборудования для выпуска химических волокон» (код 111010) и Координационного плана РАН по научно-исследовательским и опытно-промышленным работам по синтезу, исследованию и применению адсорбентов (тема 2.15.3).
исследование и разработка процессов получения УВМ на основе гидратцеллюлозных и новых прекурсоров - полиоксадиазольных волокон с применением пиролитических систем.
выяснить особенности пиролиза гидратцеллюлозных (ГЦ) и полиоксадиазольных (ПОД) волокнистых материалов (ВМ);
изучить влияние различных неорганических и кремнийорганических пиролитических добавок и их систем на выход и свойства УВМ, полученных из ГЦ и ПОД;
определить влияние на процесс получения УВМ параметров предокисления и изотермической выдержки;
в условиях действующего производства провести апробацию разработанных способов получения УВМ и получить опытные партии УВМ с различными свойствами.
впервые изучены закономерности пиролиза как исходных, так и
предварительно импрегнированных пиролитическими добавками
полиоксадиазольных волокнистых материалов, и предложена обоснованная модель физико-химических преобразований, происходящих в процессе термообработки данного полимера в инертной среде;
изучены особенности процессов, происходящих в предварительно импрегнированных пиролитическими добавками и их системами гидратцеллюлозных волокнистых материалах при термолизе в инертной среде. Выявлен синергическии характер воздействия исследуемых пиролитических систем на процесс пиролиза полимерных волокон;
предложены и обоснованы модели физических преобразований в процессе пиролиза гидратцеллюлозных волокнистых материалов в отсутствии и в присутствии пиролитических добавок;
установлен характер влияния предварительного окисления исходных и импрегнированных пиролитическими добавками волокон - прекурсоров на выход и прочность УВМ;
впервые для характеристики выхода углеродных волокнистых материалов предложен параметр К (выход нетто), определяющий количество обеззоленного пекового остатка, непосредственно формирующего структуру волокна.
разработаны технологии получения различного вида УВМ из гидратцеллюлозных и полиоксадиазольных прекурсоров, позволяющие получать углеродные материалы с высоким выходом и регулируемой прочностью. Опытные партии углеродных материалов получены в производственных условиях. Приоритет углеродных волокнистых материалов и разработанных способов их получения защищены патентами и заявками на патенты.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на конференциях и семинарах: II Белорусская научно-практическая конференция «Научно-технические
проблемы развития производства химических волокон в Беларуси» (Могилев, 2001г.); VII Всероссийский симпозиум с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, модифицирования поверхности и разделения веществ» (Москва - Клязьма, 2002г.); VIII Каргинские чтения «Физико-химия полимеров. Синтез, свойства и применение», 8 выпуск. (Тверь, 2002г.); научно-технические конференции студентов и аспирантов СПбГУТД (2001 - 2003 г.).
Опытные партии углеродных материалов, в соответствии с разработанными способами, изготовлены на РУП СПО «Химволокно» (г. Светлогорск, Беларусь).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 10 печатных работ, в том числе 2 патента. Поданы, также, 2 заявки на изобретение в РФ и Беларуси (на 1 получено решение о выдаче патента).
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 155 страницах машинописного текста и состоит из введения, аналитического обзора, методической части, обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы и приложений. Работа содержит 42 рисунка и 27 таблиц.
